CN214532921U - 用于页岩气水平井压裂防砂的纤维自动加注系统 - Google Patents

Abstract

用于页岩气水平井压裂防砂的纤维自动加注系统，属于油气田水力压裂设备技术领域，包括控制单元，依次通过管道连接的纤维自动称重单元、纤维输送单元、纤维分散混合单元和混配液输出单元；所述控制单元包括：控制箱，安装在控制箱外表面的手动操控触摸屏或者手动操控按钮，安装在控制箱内的DSP控制器，以及人机界面HMI，人机界面HMI和控制箱分别与DSP控制器交互连接；DSP控制器与控制单元以外的其他单元交互连接。本实用新型能够按照压裂工艺参数设定的不同阶段纤维加入量，实现程序化自动加注，并且具有较高的纤维加注量计量精度；同时纤维和压裂砂混合均匀程度高，形成纤维网络与压裂砂交缠的状态，防砂效果好。

Description

用于页岩气水平井压裂防砂的纤维自动加注系统

技术领域

本实用新型属于油气田水力压裂设备技术领域，涉及一种用于页岩气水平井压裂防砂的纤维自动加注系统，尤其涉及一种能够按照压裂工艺参数设定的不同阶段纤维加入量、实现程序化自动加注的系统。

背景技术

随着国内页岩气开发技术不断进步，页岩气水力压裂工艺逐渐向大液量、大砂量转变，加砂强度逐渐增加，随之而来的是压后地层返砂情况严重，目前已经影响到连油钻塞施工与气井生产工作。支撑剂回流的主要原因是地应力发生变化，压裂施工过程中井筒附近地层破碎严重，裂缝已无法有效闭合，无法压实压裂砂；另一个原因是压裂时泵入了大量石英砂，其强度较低，破碎率较高，更容易返出地层。此外，钻塞施工和后期生产时使用的油嘴过大，地层气体的流速过快，造成拖曳力过大，将压裂砂携带出地层。井筒中压裂砂沉积不仅会影响连油钻塞进度，也影响后期气井生产工作，尤其是损坏地面生产流程，也能引起砂埋套管，造成停产。因此，页岩气水平井水力压裂施工中如何防砂是一个亟待解决的技术问题。

目前，直井常用的防砂工艺有机械防砂、化学防砂与纤维防砂三类。机械防砂是通过向井内下入绕丝筛管，在绕丝筛管与套管间的环空内充填砂层来阻止地层砂返出，其工艺复杂，容易出现井下复杂情况，风险较大。化学防砂工艺主要有人工胶结固砂方法与人工井壁防砂方法，施工后井筒内不留下任何机械装置，便于后期处理，缺点是有机化学剂材料成本高，对油藏温度的适应性较差，易老化，有效期短，固结后地层渗透率明显下降，产能损失大。纤维防砂是一种防砂效果好、不伤害油气层的防砂工艺，是将纤维与砂子混合后通过压裂液携带进入地层，纤维与砂子混合在一起，形成纤维网络与压裂砂交缠的状态，增加压裂砂返出时的摩擦力，从而达到防砂的目的。

随着页岩气水平井压裂工艺的发展，需要在压裂施工的不同阶段，往地层泵入不同排量、不同纤维含量的压裂液，要求按照压裂工艺参数设定的不同阶段纤维加入量，实现程序化自动加注，并且要求具有较高的纤维加注量计量精度；同时对纤维和压裂砂混合均匀程度提出较高要求，避免纤维在地层内出现成团现象，从而无法有效防砂。

公开号为CN106121615A的中国发明申请，公开了一种油田压裂用纤维加注装置，包括底盘、构架、液压泵、吸液管汇、喷射离心泵、喷射管汇、纤维输送混配器、排液管汇、操作平台、电气控制箱、喷射泵马达，底盘通过自带的取力器与液压泵连接，喷射离心泵的吸入口、排出口分别与吸液管汇、喷射管汇连接，喷射管汇的另一端连接纤维输送混配器的进液口，纤维输送混配器安装在整车尾部，下部与构架固定，上部镶嵌在操作平台中间，出口与排液管汇连接，电气控制箱安装在操作平台下方，用于控制加注装置的开启、关闭以及纤维计量、混配液的排出速度等；喷射泵马达与喷射离心泵相连。该发明申请公开的纤维加注装置，通过流量计计量纤维喷射流量的方式实现纤维加注量的计量，精确度较低，难以适应程序化自动准确加注的需要。

公开号为CN206008626U的中国实用新型专利，公开了一种用于在压裂液中添加纤维的装置，包括机架以及分别设置在机架上的搅拌模块、加纤维模块、输入液模块、输出液模块和电控模块，搅拌模块包括第一电控柜、搅拌筒和搅拌电机，搅拌筒内设置有与搅拌电机相连的搅拌器，第一电控柜与搅拌电机相连；加纤维模块包括送料斗、送料绞笼、送料电机、离心分散器、离心分散电机、第二电控柜。该实用新型专利公开的纤维加注装置，采用一次加料方式，无法满足不同压裂阶段加入不同排量、不同纤维含量的压裂液的工艺需要。

公开号为CN107090715A的中国发明申请，公开了一种压裂用纤维的混注装备，包括机架，所述机架内设有搅拌筒，所述搅拌筒内的中上部设有水平并镂空的隔板，搅拌筒的上口部设有盖板，所述盖板上侧的搅拌筒周向设有护栏，所述隔板和盖板之间设有纤维送料斗，所述纤维送料斗内设有料位检测单元，纤维送料斗的下部出口对应隔板的部位设有进料口，纤维送料斗上口对应盖板的部位设有投料口，所述纤维送料斗内设有输送绞笼，所述输送绞笼通过电机一驱动，隔板下侧对应进料口的部位设有离心分散器，所述离心分散器通过电机二驱动；所述搅拌筒内设有螺旋轴为水平方向的双螺带可调速搅拌器，所述搅拌器通过电机三驱动；所述搅拌筒还连接有压裂液输入系统和输出系统，所述输入系统包括通过管道连接的储液罐、输入泵、电动蝶阀和流计量，所述流量计与搅拌筒之间通过道管连接，所述输出系统包括与搅拌筒通过管道连接的输出泵。该发明申请也是采用一次加料方式，无法满足不同压裂阶段加入不同排量、不同纤维含量的压裂液的工艺需要。

综上所述，目前的防砂纤维加注设备还存在一些问题，无法完全满足页岩气水平井压裂施工需要。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种用于页岩气水平井压裂防砂的纤维自动加注系统，能够按照压裂工艺参数设定的不同阶段纤维加入量，实现程序化自动加注，并且具有较高的纤维加注量计量精度。为了实现这一目的，具体技术方案如下。

用于页岩气水平井压裂防砂的纤维自动加注系统，其特征在于，包括控制单元，依次通过管道连接的纤维自动称重单元、纤维输送单元、纤维分散混合单元和混配液输出单元；所述控制单元包括：控制箱，安装在控制箱外表面的手动操控触摸屏或者手动操控按钮，安装在控制箱内的DSP 控制器，以及人机界面HMI，人机界面HMI和控制箱分别与DSP 控制器交互连接；DSP控制器与控制单元以外的其他单元交互连接。

DSP 控制器、人机界面HMI、控制箱及手动操控触摸屏或者手动操控按钮均可以选用成熟的市售产品，本实用新型对此不作任何限制。

本实用新型相对于现有技术的防砂纤维加注设备创新、改进的关键之处是，通过控制单元和纤维自动称重单元，可以把按照压裂工艺参数设定的不同阶段纤维加入量，通过人机界面HMI输入到DSP 控制器，由DSP 控制器控制纤维自动称重单元按照设定的不同阶段纤维加入量准确称重纤维，实现防砂纤维的程序化、自动、准确加注。

进一步地，所述纤维自动称重单元包括储料罐及其下料口、受DSP控制器控制的称重控制系统。

进一步地，所述称重控制系统选自减重式定量控制系统、毛重式定量控制系统和净重式定量控制系统中的一种。

进一步地，所述称重控制系统为减重式定量控制系统。

进一步地，所述减重式定量控制系统为振动失重喂料秤或者螺杆失重喂料秤。

进一步地，所述纤维输送单元包括打散机、鼓风机和纤维运移管线。通过纤维自动称重单元称取的纤维，进入打散机打散，然后由鼓风机提供动力，通过纤维运移管线输送到纤维分散混合单元。

进一步地，所述纤维分散混合单元包括压裂液输送泵、压裂液输送管线、蝶阀、预混合装置、混合罐和超声分散装置。纤维和一部分压裂液进入预混合装置，纤维和压裂液在预混合装置中搅拌，纤维被压裂液充分浸润、预混合后进入混合罐，其余压裂液直接进入混合罐，在超声分散装置的超声分散作用下，纤维在压裂液中均匀分散。超声分散装置是本实用新型的又一关键创新和改进，通过超声分散装置可以使纤维在压裂液中均匀分散，使纤维和压裂砂混合更均匀，改善防砂效果。

进一步地，所述混配液输出单元包括纤维压裂液输送泵、混砂车搅拌罐和输出管线。纤维均匀分散的压裂液从纤维分散单元流出，通过纤维压裂液输送泵输送到混砂车搅拌罐，纤维均匀分散的压裂液、压裂砂在混砂车搅拌罐内搅拌均匀，然后通过输出管线输送到压裂设备。

本实用新型提供的用于页岩气水平井压裂防砂的纤维自动加注系统，具有以下优点：能够按照压裂工艺参数设定的不同阶段纤维加入量，实现程序化自动加注，并且具有较高的纤维加注量计量精度；同时纤维和压裂砂混合均匀程度高，形成纤维网络与压裂砂交缠的状态，防砂效果好。

附图说明

图1是实施例1的结构示意图。

附图标记：1-储料罐，2-下料口，3-振动失重喂料秤，4-振动失重喂料秤出料口，5-打散机，6-鼓风机，7-纤维运移管线，8-预混合装置，9-混合罐，10-超声分散装置，11-纤维压裂液输送泵，12-压裂液输送泵，13-压裂液输送管线，14-蝶阀，15-控制箱，16-混砂车搅拌罐。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型的保护范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或数量或位置。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

一种用于页岩气水平井压裂防砂的纤维自动加注系统，如图1所示，包括控制单元，依次通过管道连接的纤维自动称重单元、纤维输送单元、纤维分散混合单元和混配液输出单元。其中所述控制单元包括：控制箱15及手动操控触摸屏，安装在控制箱15内的DSP 控制器，以及人机界面HMI，人机界面HMI和控制箱15分别与DSP 控制器交互连接；DSP控制器与控制单元以外的其他单元交互连接。所述纤维自动称重单元包括储料罐1及其下料口2、受DSP控制器控制的振动失重喂料秤3。所述纤维输送单元包括打散机5、鼓风机6和纤维运移管线7。通过纤维自动称重单元称取的纤维，由振动失重喂料秤出料口4进入打散机5打散，然后由鼓风机6提供动力，通过纤维运移管线7输送到纤维分散混合单元。所述纤维分散混合单元包括压裂液输送泵12、压裂液输送管线13、蝶阀14、预混合装置8、混合罐9和超声分散装置10。纤维和一部分压裂液进入预混合装置8，纤维和压裂液在预混合装置8中搅拌，纤维被压裂液充分浸润、预混合后进入混合罐9，其余压裂液直接进入混合罐9，在超声分散装置10的超声分散作用下，纤维在压裂液中均匀分散。所述混配液输出单元包括纤维压裂液输送泵11、混砂车搅拌罐16和输出管线。纤维均匀分散的压裂液从纤维分散单元流出，通过纤维压裂液输送泵11输送到混砂车搅拌罐16，纤维均匀分散的压裂液、压裂砂在混砂车搅拌罐16内搅拌均匀，然后通过输出管线输送到压裂设备。

以下是运用上述纤维自动加注系统进行页岩气水平井纤维防砂压裂的工艺流程：

（1）前期准备：

根据压裂施工四个阶段各阶段的施工排量、时间和纤维加入比例，计算出各个阶段需要加入的纤维量和加入速度：其中第一、四个阶段不需要加入纤维，第二、三个阶段需要加入的纤维量分别为m₁、m₂（kg），需要的纤维加入速度分别为v₁、v₂（kg/min）。将足量的纤维放入储料罐1，并将纤维加入程序通过人机界面HMI输入到DSP 控制器。

（2）压裂施工：

1）第一阶段泵入前置压裂液：前置压裂液包括酸液与减阻水，按照施工工艺参数比例配制酸液和减阻水，此阶段无需加入压裂砂和防砂纤维。施工时混砂车将前置压裂液供给压裂泵车，压裂泵车将前置压裂液泵入地层，压开裂缝。

2）第二阶段泵入低纤维含量携砂液：携砂液由压裂液（主要为减阻水）、压裂砂和防砂纤维组成，压裂砂为70~140目石英砂，纤维含量较低。纤维自动加注系统按照设定程序，DSP控制器控制纤维加入、与压裂液充分分散后进入混砂车搅拌罐16，与压裂砂在混砂车搅拌罐16内搅拌均匀得到低纤维含量携砂液。混砂车将携砂液供给压裂泵车，压裂泵车将携砂液泵入地层，压开裂缝。

3）第三阶段泵入高纤维含量携砂液：携砂液由压裂液（主要为减阻水）、压裂砂和防砂纤维组成，压裂砂为40~70目石英砂，纤维含量较高。纤维自动加注系统按照设定程序，DSP控制器控制纤维加入、与压裂液充分分散后进入混砂车搅拌罐16，与压裂砂在混砂车搅拌罐16内搅拌均匀得到高纤维含量携砂液。混砂车将携砂液供给压裂泵车，压裂泵车将携砂液泵入地层，压开裂缝。

4）第四阶段顶替停泵：加完最后一段压裂砂与纤维后，顶替一个井筒压裂液，清理井筒中压裂砂与纤维，便于后续泵送桥塞射孔连作。

实施例2

一种用于页岩气水平井压裂防砂的纤维自动加注系统，包括控制单元，依次通过管道连接的纤维自动称重单元、纤维输送单元、纤维分散混合单元和混配液输出单元。其中所述控制单元包括：控制箱及手动操控按钮，安装在控制箱内的DSP 控制器，以及人机界面HMI，人机界面HMI和控制箱分别与DSP 控制器交互连接；DSP控制器与控制单元以外的其他单元交互连接。所述纤维自动称重单元包括储料罐及其下料口、受DSP控制器控制的螺杆失重喂料秤。所述纤维输送单元包括打散机、鼓风机和纤维运移管线。通过纤维自动称重单元称取的纤维，由螺杆失重喂料秤出料口进入打散机打散，然后由鼓风机提供动力，通过纤维运移管线输送到纤维分散混合单元。所述纤维分散混合单元包括压裂液输送泵、压裂液输送管线、蝶阀、预混合装置、混合罐和超声分散装置。纤维和一部分压裂液进入预混合装置，纤维和压裂液在预混合装置中搅拌，纤维被压裂液充分浸润、预混合后进入混合罐，其余压裂液直接进入混合罐，在超声分散装置的超声分散作用下，纤维在压裂液中均匀分散。所述混配液输出单元包括纤维压裂液输送泵、混砂车搅拌罐和输出管线。纤维均匀分散的压裂液从纤维分散单元流出，通过纤维压裂液输送泵输送到混砂车搅拌罐，纤维均匀分散的压裂液、压裂砂在混砂车搅拌罐内搅拌均匀，然后通过输出管线输送到压裂设备。

实施例3

一种用于页岩气水平井压裂防砂的纤维自动加注系统，包括控制单元，依次通过管道连接的纤维自动称重单元、纤维输送单元、纤维分散混合单元和混配液输出单元。其中所述控制单元包括：控制箱及手动操控触摸屏，安装在控制箱内的DSP 控制器，以及人机界面HMI，人机界面HMI和控制箱分别与DSP 控制器交互连接；DSP控制器与控制单元以外的其他单元交互连接。所述纤维自动称重单元包括储料罐及其下料口、受DSP控制器控制的毛重式定量控制系统。所述纤维输送单元包括打散机、鼓风机和纤维运移管线。通过纤维自动称重单元称取的纤维，由毛重式定量控制系统出料口进入打散机打散，然后由鼓风机提供动力，通过纤维运移管线输送到纤维分散混合单元。所述纤维分散混合单元包括压裂液输送泵、压裂液输送管线、蝶阀、预混合装置、混合罐和超声分散装置。纤维和一部分压裂液进入预混合装置，纤维和压裂液在预混合装置中搅拌，纤维被压裂液充分浸润、预混合后进入混合罐，其余压裂液直接进入混合罐，在超声分散装置的超声分散作用下，纤维在压裂液中均匀分散。所述混配液输出单元包括纤维压裂液输送泵、混砂车搅拌罐和输出管线。纤维均匀分散的压裂液从纤维分散单元流出，通过纤维压裂液输送泵输送到混砂车搅拌罐，纤维均匀分散的压裂液、压裂砂在混砂车搅拌罐内搅拌均匀，然后通过输出管线输送到压裂设备。

实施例4

一种用于页岩气水平井压裂防砂的纤维自动加注系统，包括控制单元，依次通过管道连接的纤维自动称重单元、纤维输送单元、纤维分散混合单元和混配液输出单元。其中所述控制单元包括：控制箱及手动操控按钮，安装在控制箱内的DSP 控制器，以及人机界面HMI，人机界面HMI和控制箱分别与DSP 控制器交互连接；DSP控制器与控制单元以外的其他单元交互连接。所述纤维自动称重单元包括储料罐及其下料口、受DSP控制器控制的净重式定量控制系统。所述纤维输送单元包括打散机、鼓风机和纤维运移管线。通过纤维自动称重单元称取的纤维，由净重式定量控制系统出料口进入打散机打散，然后由鼓风机提供动力，通过纤维运移管线输送到纤维分散混合单元。所述纤维分散混合单元包括压裂液输送泵、压裂液输送管线、蝶阀、预混合装置、混合罐和超声分散装置。纤维和一部分压裂液进入预混合装置，纤维和压裂液在预混合装置中搅拌，纤维被压裂液充分浸润、预混合后进入混合罐，其余压裂液直接进入混合罐，在超声分散装置的超声分散作用下，纤维在压裂液中均匀分散。所述混配液输出单元包括纤维压裂液输送泵、混砂车搅拌罐和输出管线。纤维均匀分散的压裂液从纤维分散单元流出，通过纤维压裂液输送泵输送到混砂车搅拌罐，纤维均匀分散的压裂液、压裂砂在混砂车搅拌罐内搅拌均匀，然后通过输出管线输送到压裂设备。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的部分实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。本实用新型的保护范围由权利要求书及其等同技术方案限定。

Claims (8)

1.用于页岩气水平井压裂防砂的纤维自动加注系统，其特征在于，包括控制单元，依次通过管道连接的纤维自动称重单元、纤维输送单元、纤维分散混合单元和混配液输出单元；所述控制单元包括：控制箱，安装在控制箱外表面的手动操控触摸屏或者手动操控按钮，安装在控制箱内的DSP 控制器，以及人机界面HMI，人机界面HMI和控制箱分别与DSP 控制器交互连接；DSP控制器与控制单元以外的其他单元交互连接。

2.根据权利要求1所述的纤维自动加注系统，其特征在于，所述纤维自动称重单元包括储料罐及其下料口、受DSP控制器控制的称重控制系统。

3.根据权利要求2所述的纤维自动加注系统，其特征在于，所述称重控制系统选自减重式定量控制系统、毛重式定量控制系统和净重式定量控制系统中的一种。

4.根据权利要求2所述的纤维自动加注系统，其特征在于，所述称重控制系统为减重式定量控制系统。

5.根据权利要求4所述的纤维自动加注系统，其特征在于，所述减重式定量控制系统为振动失重喂料秤或者螺杆失重喂料秤。

6.根据权利要求1所述的纤维自动加注系统，其特征在于，所述纤维输送单元包括打散机、鼓风机和纤维运移管线。

7.根据权利要求1所述的纤维自动加注系统，其特征在于，所述纤维分散混合单元包括压裂液输送泵、压裂液输送管线、蝶阀、预混合装置、混合罐和超声分散装置。

8.根据权利要求1所述的纤维自动加注系统，其特征在于，所述混配液输出单元包括纤维压裂液输送泵、混砂车搅拌罐和输出管线。

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