CN213478311U - 一种压裂施工全自动液体添加装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于压裂施工机械化技术领域，具体提供了压裂施工全自动液体添加装置，包括撬架、发动机、分动箱、液压装置、液体添加泵、计量标校罐、液体添加剂罐、供液泵和控制单元，发动机、分动箱和液压装置的输入端依次连接，液压装置的输出端分别连接供液泵和液体添加泵，供液泵连接液体添加剂罐的入口，液体添加剂罐的出口依次连接计量标校罐、液体添加泵和液体添加剂罐的入口；控制单元分别电连接发动机、分动箱、液压装置、液体添加泵、计量标校罐、供液泵、液体添加剂罐，解决了压裂施工过程中入液体添加剂精确加入难度大且不连续的现状，提高压裂施工机械化、自动化程度，同时有效消除施工质量和安全隐患，提高施工成功率。

Description

一种压裂施工全自动液体添加装置

技术领域

本实用新型属于压裂施工机械化、自动化技术领域，具体涉及一种压裂施工全自动液体添加装置。

背景技术

水基压裂液是目前国内油气田增产改造压裂液的主题，压裂液主要作用是携砂和造缝，不仅是决定压裂施工成败的关键因素之一，也是压裂增产有效性的保障。目前致密气区域连续混配配液时，将各种水剂料按照设计配比混合倒入水剂料池内，由混配车液添泵按照总配比进行泵注，该添加方式因传统计量方式缺陷，导致单位体积内胍胶基液与水剂料的配比不均，达不到设计配比要求，从而影响液体性能；加之现场甲方及监督对配液过程的要求日益严格，因此必须改变常规添加方式；同时传统配液方式，在添加水剂料的过程中，需要吊车一台，操作人员3名配合，该过程中存在吊装风险，车辆移动、液体飞溅、人员摔伤等风险。

针对传统配液方式存在的问题，进行全流程优化设计，将液体添加剂按照设计要求配比单独泵注，开发一台自带动力源，可满足液体独立存储、单独泵注，自动化控制，且泵注排量可随时校准的全自动高精度液添装置，确保配液过程中精细质量控制，达到严格按照配比添加的要求，同时实现机械化“五省”目标，对提高压裂液性能和施工成功率具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型提供的一种压裂施工全自动液体添加装置目的一是克服现有技术中压裂施工过程中入液体添加剂精确加入难度大且不连续的现状问题；目的二是克服现有技术中压裂施工过程中存在吊装风险，车辆移动、液体飞溅、人员摔伤的问题。

为此，本实用新型提供了一种压裂施工全自动高精度液体添加装置，包括撬架、发动机、分动箱、液压装置、液添单元、供液泵和控制单元，液添单元的数量为多个，每个液添单元包括液体添加泵、计量标校罐、液体添加剂罐；发动机、分动箱、液压装置、液添单元、供液泵和控制单元均连接在撬架上；发动机、分动箱和液压装置的输入端依次连接，液压装置的输出端分别连接供液泵和每个液添单元的液体添加泵，供液泵连接每个液添单元的液体添加剂罐的入口，每个液体添加剂罐的出口依次连接该液添单元的计量标校罐、液体添加泵和液体添加剂罐的入口；控制单元分别电连接发动机、分动箱、液压装置、液体添加泵、计量标校罐、供液泵、液体添加剂罐。

进一步的，所述发动机、分动箱、液压装置、控制单元的数量均为1个，液体添加泵、计量标校罐、液体添加剂罐的数量均为4个，供液泵的数量为3个，发动机、分动箱、液压装置、液添单元、供液泵和控制单元均连于撬架内部，控制单元位于撬架左部内侧，控制单元右侧自前向后分布2个液体添加剂罐，2个液体添加剂罐的右侧上部自左向右依次分布4个计量标校罐，2个供液泵的右侧下部自左向右依次分布4个液体添加泵，计量标校罐和液体添加泵的右侧自前向后依次分布另2个液体添加剂罐，另2个液体添加剂罐的右侧中部分布液压装置，另2个液体添加剂罐的右侧下部自前向后依次分布3个供液泵，液压装置和供液泵的右侧自上向下依次分布分动箱和发动机。

进一步的，所述液体添加剂罐的罐顶设有人孔、呼吸帽和下罐人梯。

进一步的，所述液体添加剂罐的底部开设有排残液口。

进一步的，所述液体添加剂罐内设有搅拌器。

进一步的，所述4个液添单元的液体添加泵均为转子泵，压力≥0.5MPa，排量分别为：5-50L/M、5-50L/M、15-150L/M、35-350L/M。

进一步的，液添单元还包括质量流量计，液体添加泵的出口通过质量流量计连接液体添加剂罐的入口。

进一步的，所述计量标校罐设有容积刻度。

一种压裂施工全自动高精度液体添加校准方法，包括如下步骤：发动机为分动箱提供动力，分动箱驱动液压装置，液压装置为供液泵和液体添加泵提供压力，供液泵为液体添加剂罐供应施工液体；当对施工液体的输出排量进行校准时，液体添加泵从液体添加剂罐内抽吸施工液体进入计量标校罐内，并标定计量标校罐内施工液体的体积，然后液体添加泵将计量标校罐内的施工液体经质量流量计计量后泵送排入液体添加剂罐内，再将标定计量标校罐内施工液体的体积与质量流量计的计量值进行对比，对质量流量计进行校准，实现施工液体的输出排量的校准；控制单元对发动机、分动箱、液压装置、液体添加泵、计量标校罐、供液泵和液体添加剂罐进行监控。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型提供的这种压裂施工全自动液体添加装置，发动机、分动箱、液压装置、液添单元、供液泵和控制单元均连接在撬架上，撬架为固定式结构，安装紧凑，结构稳定，体积小，效率高，占地面积少，安装使用方便，容易搬迁；

2、本实用新型提供的这种压裂施工全自动液体添加装置，液体添加剂罐可满足液体独立存储；液体添加泵和供液泵可单独泵注；液添单元可实现泵注排量随时校准；

3、本实用新型提供的这种压裂施工全自动液体添加装置，控制单元对发动机、分动箱、液压装置、液体添加泵、计量标校罐、供液泵和液体添加剂罐进行监控，控制单元内的控制系统可进行作业参数设置和施工监控，包含动力系统、泵调速控制、液面检测、外部流量(瞬时,累计)及添加剂流量(瞬时,累计)及采集和显示；控制系统根据预设的配比和采集的外部流量计的流量，控制液体添加泵的转速，实时监测液添排量，按照预设的配比将液体添加剂加入到管汇中；控制系统读取液体添加剂罐液位信号，当罐内液位低于下限设定值时自动给液体添加剂罐上液，当液位到达设定上限值时自动停止上液，实现装置全自动控制功能；有效克服现有技术中压裂施工过程中入液体添加剂精确加入难度大且不连续的现状问题，提高压裂施工机械化、自动化程度，有效消除施工质量和安全隐患，提高施工成功率；

4、本实用新型提供的这种压裂施工全自动液体添加装置，控制单元对发动机、分动箱、液压装置、液体添加泵、计量标校罐、供液泵和液体添加剂罐进行监控，控制单元内的控制系统可进行作业参数设置和施工监控，包含动力系统、泵调速控制、液面检测、外部流量(瞬时,累计)及添加剂流量(瞬时,累计)及采集和显示；当对施工液体的输出排量进行校准时，控制系统控制液体添加泵从液体添加剂罐内抽吸施工液体进入计量标校罐内，并标定计量标校罐内施工液体的体积，然后液体添加泵将计量标校罐内的施工液体经质量流量计计量后泵送排入液体添加剂罐内，控制系统再将标定计量标校罐内施工液体的体积与质量流量计的计量值进行对比，通过相同时间内流量计的监控数据和标校罐内液体实际添加量相对比，通过对比实现质量流量计校准，解决压裂施工过程中入液体添加剂精确加入难度大的问题，确保配液过程中精细质量控制，达到严格按照配比添加的要求；

5、本实用新型提供的这种压裂施工全自动液体添加装置，发动机、分动箱、液压装置、液添单元、供液泵和控制单元均安装连接在撬架上，该结构为一体化集成设计，实现一体化吊装，有效避免施工过程中吊装、车辆移动、液体飞溅、人员摔伤等安全问题，安全环保施工水平显著提升。

附图说明

以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

图1是压裂施工全自动高精度液体添加装置的结构主视图；

图2是压裂施工全自动高精度液体添加装置的结构俯视图。

附图标记说明：1、撬架；2、发动机；3、分动箱；4、液压装置；5、液体添加泵；6、计量标校罐；7、供液泵；8、液体添加剂罐；9、控制单元。

具体实施方式

实施例1：

如图1和图2所示，一种压裂施工全自动高精度液体添加装置，包括撬架1、发动机2、分动箱3、液压装置4、液添单元、供液泵7和控制单元9，液添单元的数量为多个，每个液添单元包括液体添加泵5、计量标校罐6、液体添加剂罐8；发动机2、分动箱3、液压装置4、液添单元、供液泵7和控制单元9均连接在撬架1上；发动机2、分动箱3和液压装置4的输入端依次连接，液压装置4的输出端分别连接供液泵7和每个液添单元的液体添加泵5，供液泵7连接每个液添单元的液体添加剂罐8的入口，每个液体添加剂罐8的出口依次连接该液添单元的计量标校罐6、液体添加泵5和液体添加剂罐8的入口；控制单元9分别电连接发动机2、分动箱3、液压装置4、液体添加泵5、计量标校罐6、供液泵7、液体添加剂罐8。

本实用新型发动机、分动箱、液压装置、液添单元、供液泵和控制单元均安装连接在撬架上，该结构为一体化集成设计，实现一体化吊装，有效避免施工过程中吊装、车辆移动、液体飞溅、人员摔伤等安全问题，安全环保施工水平显著提升。

本实用新型液体添加剂罐8可满足液体独立存储；液体添加泵5和供液泵7可单独泵注；液添单元可实现泵注排量随时校准；控制单元9对发动机2、分动箱3、液压装置4、液体添加泵5、计量标校罐6、供液泵7和液体添加剂罐8进行监控，控制单元9可进行作业参数设置和施工监控，控制单元根据预设的配比和采集的外部流量计的流量，控制液体添加泵5的转速，实时监测液添排量，按照预设的配比将液体添加剂加入到管汇中；控制单元读取液体添加剂罐8液位信号，当罐内液位低于下限设定值时自动给液体添加剂罐8上液，当液位到达设定上限值时自动停止上液，实现装置全自动控制功能；

当对施工液体的输出排量进行校准时，控制单元控制液体添加泵5从液体添加剂罐8内抽吸施工液体进入计量标校罐6内，并标定计量标校罐6内施工液体的体积，然后液体添加泵5将计量标校罐6内的施工液体经质量流量计计量后泵送排入液体添加剂罐8内，控制单元再将标定计量标校罐6内施工液体的体积与质量流量计的计量值进行对比，通过相同时间内流量计的监控数据和标校罐内液体实际添加量相对比，通过对比实现质量流量计校准，解决压裂施工过程中入液体添加剂精确加入难度大的问题，确保配液过程中精细质量控制，达到严格按照配比添加的要求。

实施例2：

在实施例1的基础上，进一步的，所述发动机2、分动箱3、液压装置4、控制单元9的数量均为1个，液体添加泵5、计量标校罐6、液体添加剂罐8的数量均为4个，供液泵7的数量为3个，发动机2、分动箱3、液压装置4、液添单元、供液泵7和控制单元9均连于撬架1内部，控制单元9位于撬架1左部内侧，控制单元9右侧自前向后分布2个液体添加剂罐8，2个液体添加剂罐8的右侧上部自左向右依次分布4个计量标校罐6，2个供液泵7的右侧下部自左向右依次分布4个液体添加泵5，计量标校罐6和液体添加泵5的右侧自前向后依次分布另2个液体添加剂罐8，另2个液体添加剂罐8的右侧中部分布液压装置4，另2个液体添加剂罐8的右侧下部自前向后依次分布3个供液泵7，液压装置4和供液泵7的右侧自上向下依次分布分动箱3和发动机2；总重8T，外形尺寸8.5m(长)×2.30m(宽)×2.6m(高)，每个液体添加剂罐8容积均为350GAL(1.35m³)，材质为316材质不锈钢；结构简单紧凑，该结构为一体化集成设计，实现一体化吊装，有效避免施工过程中吊装、车辆移动、液体飞溅、人员摔伤等安全问题，安全环保施工水平显著提升。

所述发动机为柴油机；柴油机配套设备结构紧凑、安装地点灵活、发电机热效率高，燃油消耗低、起动迅速、并能很快达到安全功率只需几秒，应急1分钟内带到全负荷，停机过程短，可以频繁起停、发电机维护操作简单，人少，备用期间保养容易、建设与发电的综合成本最低。

进一步的，所述液体添加剂罐8的罐顶设有人孔、呼吸帽和下罐人梯。人孔和呼吸帽可避免因意外原因造成罐内急剧超压或真空时，损坏液体添加剂罐8而发生事故，又能起到安全防火作用，是保护液体添加剂罐8的安全装置，具有定压排放、定压吸入、开闭灵活、安全阻火、结构紧凑、密封性能好、安全可靠等优点；下罐人梯方便人员上下罐检查液体添加剂罐8的情况。

进一步的，所述液体添加剂罐8的底部开设有排残液口。方便排残液，保证零罐余。

进一步的，所述液体添加剂罐8内设有搅拌器。可以起到防止添加剂沉淀的作用。所述搅拌器为叶片式搅拌器，搅拌器由液压马达驱动进行搅拌，提高搅拌效率。

进一步的，所述4个液添单元的液体添加泵5均为转子泵，压力≥0.5MPa，排量分别为：5-50L/M、5-50L/M、15-150L/M、35-350L/M。转子泵不会对被输送物质造成污染，经其输送的物料保持原有的品质部变，不起任何理化反应，可直接水冲洗，耐高压，不易磨损，无泄漏，体积小，流量大，扬程压力高，低噪音，可靠性好，使用寿命长，节能降耗，结构紧凑，维护方便，运行的成本低。

进一步的，所述3个供液泵7均为齿轮泵，排量为100升/分或400升/分，排出压力为0.3MPa，很好的保证4个液体添加剂罐8的施工液量，结构简单，操作方便。齿轮泵结构简单紧凑、体积小、质量轻、工艺性好、价格便宜、自吸力强、对油液污染不敏感、转速范围大、能耐冲击性负载，维护方便、工作可靠。

进一步的，液添单元还包括质量流量计，液体添加泵5的出口通过质量流量计连接液体添加剂罐8的入口。质量流量计便于计量液体添加剂罐8的输出液量，方便进行液量的校准，结构简单，提高测量精度。

进一步的，所述计量标校罐6设有容积刻度。结构简单，用于质量流量计的校准，提高测量精度。计量标校罐6为细长型，计量标校罐6通过阀门分别与液体添加剂罐8和液体添加泵5连通；连接简单方便，操作可控，可以将液体添加剂罐8内的液体引入到计量标校罐6中去。当对质量流量计进行校准时，先将计量标校罐6引入液体，再关闭液体添加剂罐8出口阀门，液体通过计量标校罐6的出口进入液体添加泵5，被泵送后通过质量流量计计量后排入液体添加剂罐8；泵送计量标校罐6内定量容积的液体与质量流量计的计量值进行对比，对质量流量计进行初步校准。

进一步的，所述控制单元9对发动机2、分动箱3、液压装置4、液体添加泵5、计量标校罐6、供液泵7和液体添加剂罐8进行监控。控制单元9包括动力控制系统、泵调速控制系统、液面检测控制系统和流量检测控制系统；控制单元9可进行作业参数设置和施工监控，动力控制系统对发动机2进行控制，泵调速控制系统对液体添加泵5和供液泵7进行控制，液面检测控制系统对液体添加剂罐8内液体进行检测，流量检测控制系统对液压装置4、液体添加泵5、计量标校罐6、供液泵7、液体添加剂罐8和质量流量计的液体流量(瞬时,累计)进行采集和显示检测；控制单元9能够根据预设的配比和采集的流量计的流量，控制液体添加泵5的转速，实时监测液添排量，按照预设的配比将液体添加剂加入到管汇中；控制单元9可通过手动设置基准流量实现自动控制，控制单元9也可以全部实现手动控制与数据采集；提高压裂施工机械化、自动化程度，提高施工成功率。动力控制系统、泵调速控制系统、液面检测控制系统和流量检测控制系统均为现有技术，在此不对其结构及原理做详细介绍。

实施例3：

在实施例2的基础上，一种压裂施工全自动高精度液体添加校准方法，包括如下步骤：发动机2为分动箱3提供动力，分动箱3驱动液压装置4，液压装置4为供液泵7和液体添加泵5提供压力，供液泵7为液体添加剂罐8供应施工液体；当对施工液体的输出排量进行校准时，液体添加泵5从液体添加剂罐8内抽吸施工液体进入计量标校罐6内，并标定计量标校罐6内施工液体的体积，然后液体添加泵5将计量标校罐6内的施工液体经质量流量计计量后泵送排入液体添加剂罐8内，再将标定计量标校罐6内施工液体的体积与质量流量计的计量值进行对比，对质量流量计进行校准，实现施工液体的输出排量的校准；控制单元9对发动机2、分动箱3、液压装置4、液体添加泵5、计量标校罐6、供液泵7和液体添加剂罐8进行监控。

针对现场作业时，不同地层参数、不同井深等因素对压裂液的性能要求各不相同现状，可以存储适量液体添加剂，将液体添加剂自动按设定的配比加入压裂液中，连续调配出满足井况的压裂液；确保配液过程中精细质量控制，达到严格按照配比添加的要求，确保施工质量，提高HSE的管控能力及生产效率，解决压裂施工过程中入液体添加剂精确加入难度大且不连续的现状，提高压裂施工机械化、自动化程度，同时有效消除施工质量和安全隐患，提高施工成功率。

本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种压裂施工全自动液体添加装置，其特征在于：包括撬架(1)、发动机(2)、分动箱(3)、液压装置(4)、液添单元、供液泵(7)和控制单元(9)，液添单元的数量为多个，每个液添单元包括液体添加泵(5)、计量标校罐(6)、液体添加剂罐(8)；发动机(2)、分动箱(3)、液压装置(4)、液添单元、供液泵(7)和控制单元(9)均连接在撬架(1)上；发动机(2)、分动箱(3)和液压装置(4)的输入端依次连接，液压装置(4)的输出端分别连接供液泵(7)和每个液添单元的液体添加泵(5)，供液泵(7)连接每个液添单元的液体添加剂罐(8)的入口，每个液体添加剂罐(8)的出口依次连接该液添单元的计量标校罐(6)、液体添加泵(5)和液体添加剂罐(8)的入口；控制单元(9)分别电连接发动机(2)、分动箱(3)、液压装置(4)、液体添加泵(5)、计量标校罐(6)、供液泵(7)、液体添加剂罐(8)。

2.如权利要求1所述的压裂施工全自动液体添加装置，其特征在于：所述发动机(2)、分动箱(3)、液压装置(4)、控制单元(9)的数量均为1个，液体添加泵(5)、计量标校罐(6)、液体添加剂罐(8)的数量均为4个，供液泵(7)的数量为3个，发动机(2)、分动箱(3)、液压装置(4)、液添单元、供液泵(7)和控制单元(9)均连于撬架(1)内部，控制单元(9)位于撬架(1)左部内侧，控制单元(9)右侧自前向后分布2个液体添加剂罐(8)，2个液体添加剂罐(8)的右侧上部自左向右依次分布4个计量标校罐(6)，2个供液泵(7)的右侧下部自左向右依次分布4个液体添加泵(5)，计量标校罐(6)和液体添加泵(5)的右侧自前向后依次分布另2个液体添加剂罐(8)，另2个液体添加剂罐(8)的右侧中部分布液压装置(4)，另2个液体添加剂罐(8)的右侧下部自前向后依次分布3个供液泵(7)，液压装置(4)和供液泵(7)的右侧自上向下依次分布分动箱(3)和发动机(2)。

3.如权利要求1所述的压裂施工全自动液体添加装置，其特征在于：所述液体添加剂罐(8)的罐顶设有人孔、呼吸帽和下罐人梯。

4.如权利要求1所述的压裂施工全自动液体添加装置，其特征在于：所述液体添加剂罐(8)的底部开设有排残液口。

5.如权利要求1所述的压裂施工全自动液体添加装置，其特征在于：所述液体添加剂罐(8)内设有搅拌器。

6.如权利要求2所述的压裂施工全自动液体添加装置，其特征在于：所述4个液添单元的液体添加泵(5)均为转子泵，压力≥0.5MPa，排量分别为：5-50L/M、5-50L/M、15-150L/M、35-350L/M。

7.如权利要求1所述的压裂施工全自动液体添加装置，其特征在于：液添单元还包括质量流量计，液体添加泵(5)的出口通过质量流量计连接液体添加剂罐(8)的入口。

8.如权利要求1所述的压裂施工全自动液体添加装置，其特征在于：所述计量标校罐(6)设有容积刻度。

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