水力壓裂用壓裂液連續(xù)混配方法及設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水力壓裂用壓裂液連續(xù)混配方法，其步驟包括：配置第一混合液、配置第二混合液、發(fā)液、檢測；其中，氯化鉀與清水的質(zhì)量比為0.05-5:100；瓜爾膠干粉與第一混合液的質(zhì)量比為0.01-1:100；本發(fā)明還公開了一種水力壓裂用壓裂液連續(xù)混配設(shè)備，包括：供水單元、氯化鉀粉料進(jìn)料單元、瓜爾膠粉料進(jìn)料單元、液體添加劑進(jìn)料單元、第一混合單元、第二混合單元、發(fā)液單元、檢測單元和控制單元。本發(fā)明實現(xiàn)了壓裂液的連續(xù)完全配制，可滿足大型水力壓裂作業(yè)需求，裝置整體橇裝式設(shè)計，方便運輸，自帶柴油機組，無需外接動力，適用于野外壓裂作業(yè)現(xiàn)場使用。采用該方法和設(shè)備連續(xù)配制的壓裂液黏度均勻、無魚眼、無“水包粉”現(xiàn)象，壓裂液質(zhì)量高。
【專利說明】水力壓裂用壓裂液連續(xù)混配方法及設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水力壓裂用壓裂液連續(xù)混配領(lǐng)域，特別涉及一種水力壓裂用壓裂液連續(xù)混配方法及設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]水力壓裂是現(xiàn)階段國內(nèi)外油氣田增產(chǎn)過程中廣泛應(yīng)用的一種增產(chǎn)技術(shù)方法。通過壓裂能夠形成長度合宜、導(dǎo)流能力強的裂縫，進(jìn)而溝通與連接油氣的儲油空間以及滲流通道，從而實現(xiàn)油氣田的順利投產(chǎn)以及穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。
[0003]目前壓裂液配液采用方式主要有三種，即傳統(tǒng)方式、現(xiàn)場配液方式、自動化配液方式:
[0004](I)傳統(tǒng)方式:壓裂液由配液站配制完成后，由運輸罐車運至作業(yè)現(xiàn)場，這種方式壓裂運輸成本極高，而且僅適用于近井壓裂；
[0005](2)現(xiàn)場配液方式:將各類化學(xué)添加劑運至壓裂作業(yè)現(xiàn)場，依靠現(xiàn)場一些簡單設(shè)備和現(xiàn)場操作人員，實現(xiàn)單罐配液，但是這種單罐配液需要長時間配液，而且人工勞動強度較大，壓裂作業(yè)環(huán)境較差，而且批混批用的作業(yè)流程，容易導(dǎo)致液體腐敗、浪費；
[0006](3)自動化配液:油田服務(wù)提供商的哈里伯頓(Halliburton)公司和斯倫貝謝(Schlumberger)公司分別研制出不同類型的壓裂液連續(xù)混配裝置，但是，它們僅適合于濃縮液的輸送，不適合部分地區(qū)，例如中國的實際應(yīng)用。鑒于此，中國的四機賽瓦公司研制出一種能夠?qū)崿F(xiàn)水粉混合的連續(xù)混配裝置，但是該單元對稠化劑瓜爾膠粉料有特殊要求。另夕卜，其還不能實現(xiàn)所有氯化鉀及其他各種添加劑的同車添加，而且配液量較小，不能滿足大規(guī)模壓裂作業(yè)要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種水力壓裂用壓裂液連續(xù)混配方法及設(shè)備，實現(xiàn)了壓裂液的連續(xù)完全配制，人工勞動強度低，自動控制系統(tǒng)的實現(xiàn)可根據(jù)施工設(shè)計要求隨時調(diào)整物料配比及流量，避免壓裂液及化學(xué)添加劑的浪費，降低了壓裂作業(yè)成本。此外，壓裂液連續(xù)混配裝置的設(shè)計方法可實現(xiàn)大排量配液，裝置實現(xiàn)了壓裂液的連續(xù)配液，可滿足大型水力壓裂作業(yè)需求。裝置整體橇裝式設(shè)計，方便運輸，自帶柴油機組，無需外接動力，適用于野外壓裂作業(yè)現(xiàn)場使用。
[0008]為此，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0009]一種水力壓裂用壓裂液連續(xù)混配方法，包括以下步驟:
[0010](I)配置第一混合液:來自供水單元的清水與氯化鉀干粉在第一混合單元充分混合，得到第一混合液，所述氯化鉀與清水的質(zhì)量比為0.05-5:100 ；
[0011](2)配置第二混合液:所述第一混合液與瓜爾膠干粉進(jìn)入第二混合單元，同時加入第I液體添加劑，充分混合后得到第二混合液，所述瓜爾膠干粉與第一混合液的質(zhì)量比為 0.01-1:100 ；
[0012](3)發(fā)液:所述第二混合液進(jìn)入發(fā)液單元，同時添加第2液體添加劑，得到最終混合液；
[0013](4)檢測:最終混合液通過檢測單元，對其流量和粘度進(jìn)行在線檢測。
[0014]所述第I液體添加劑和第2液體添加劑具有不同配伍性。在配置壓裂液過程中，需要添加的化學(xué)添加劑種類較多，如:有機粘土穩(wěn)定劑、助排劑、殺菌劑、起泡劑、消泡劑、破乳齊?、降濾失劑、pH調(diào)節(jié)劑、溫度穩(wěn)定劑、低溫破膠激活劑等。根據(jù)化學(xué)液體配伍性原則，某些化學(xué)添加劑同時混合時會發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致添加劑失效，因此，根據(jù)化學(xué)添加劑配伍性的不同，將其分為第I液體添加劑和第2液體添加劑，分別進(jìn)行添加。
[0015]在本發(fā)明方案中，首先將氯化鉀干粉與清水按照質(zhì)量比為0.05-5:100混合為第一混合液，即鹽水；之后按照瓜爾膠干粉與鹽水的質(zhì)量比為0.01-1:100在第二混合單元進(jìn)行混合，得到第二混合溶液，即壓裂液基液。經(jīng)過發(fā)明人的多次實驗和對物料混合過程中混合物混合比例的調(diào)整，當(dāng)按照上述配置過程和上述質(zhì)量分?jǐn)?shù)配比的限定進(jìn)行配置時，所配得的壓裂基液粘度均勻、無魚眼現(xiàn)象。
[0016]一種水力壓裂用壓裂液連續(xù)混配方法的設(shè)備，其特征在于，包括:供水單元、氯化鉀粉料進(jìn)料單元、瓜爾膠粉料進(jìn)料單元、液體添加劑進(jìn)料單元、第一混合單元、第二混合單元、發(fā)液單元、檢測單元和控制單元。
[0017]所述第一混合單元為一混合罐，與供水單元和氯化鉀粉料進(jìn)料單元相連，其內(nèi)部設(shè)有錨框式攪拌裝置。當(dāng)清水與氯化鉀粉料進(jìn)入第一混合單元后，錨框式攪拌器快速旋轉(zhuǎn)攪拌，攪拌器葉片所帶動的液體把靜止層從罐壁上帶下來，防止氯化鉀粘附或堆積在罐壁及罐底。
[0018]所述第二混合單元與第一混合單元、瓜爾膠粉料進(jìn)料單元以及發(fā)液單元相連，所述第二混合單元為一混合罐，包括攪拌區(qū)和導(dǎo)流區(qū)。
[0019]所述攪拌區(qū)內(nèi)壁設(shè)有凸起結(jié)構(gòu)，能夠輔助攪拌，使混合效果更好，也就是液體的黏度更加均勻；混合罐進(jìn)液口位于罐體攪拌區(qū)下側(cè)，內(nèi)部設(shè)有斜槳式攪拌裝置，攪拌區(qū)容積使得第二混合溶液停留至少半分鐘再經(jīng)攪拌區(qū)上部出液口流入導(dǎo)流區(qū)。滿足這一時間條件與液體流量和罐體攪拌區(qū)容積相關(guān)，當(dāng)液體流量是8方/分鐘，則罐體攪拌區(qū)的容積需要達(dá)到4方以上。所述攪拌區(qū)實現(xiàn)瓜爾膠粉與第一混合溶液的均質(zhì)化溶解
[0020]所述導(dǎo)流區(qū)設(shè)有多塊固定在內(nèi)壁兩側(cè)的導(dǎo)流板，所述兩側(cè)導(dǎo)流板交錯排布。導(dǎo)流區(qū)導(dǎo)流板的設(shè)置便于混合液自上而下流經(jīng)導(dǎo)流板，進(jìn)行進(jìn)一步混合、溶脹。
[0021]所述液體添加劑進(jìn)料單元與第二混合單元和發(fā)液單元連接，連接管路交匯處設(shè)有三通轉(zhuǎn)向閥，通過在管路上設(shè)置三通轉(zhuǎn)向閥實現(xiàn)液體添加劑添加的方向，壓裂液連續(xù)混配裝置操作人員可根據(jù)壓裂液配方要求，選擇液體添加劑的添加時間、添加位置以及添加順序。
[0022]優(yōu)選地，所述液體添加劑進(jìn)料單元包括多個液添單元，所述多個液添單元并聯(lián)設(shè)置且至少分為兩組，不同液體添加劑通過各個液添單元進(jìn)行添加，根據(jù)液體添加劑添加順序和添加位置的不同將多個液添單元分成多組，各組之間連接管路上設(shè)有三通轉(zhuǎn)向閥，控制其添加位置、添加時間和添加順序。
[0023]所述檢測單元與發(fā)液單元連接，檢測單元內(nèi)部設(shè)有流量檢測裝置和粘度檢測裝置，完成混合液的在線流量及粘度檢測，確保混合液質(zhì)量。
[0024]所述供水單元和液體添加劑進(jìn)料單元均包括進(jìn)液泵、流量計和調(diào)節(jié)閥，實現(xiàn)定量按配比添加。
[0025]所述氯化鉀粉料進(jìn)料單元和瓜爾膠粉料進(jìn)料單元內(nèi)部均設(shè)有容積式計量秤，為計量加運輸?shù)脑O(shè)備，控制并計量氯化鉀干粉和瓜爾膠干粉進(jìn)料量，實現(xiàn)氯化鉀干粉和瓜爾膠干粉連續(xù)輸料。
[0026]所述斜槳式攪拌裝置為三級3*45°葉輪，即每一級由3片與軸向成45°角的槳葉構(gòu)成，共有三級。此設(shè)計的斜槳式攪拌器產(chǎn)生的是軸向力，適用于低粘度、懸浮液及溶膠液攪拌，三級槳片設(shè)計防止液液混合分層，促進(jìn)流體的上下交換，此種攪拌器機構(gòu)簡單，制作成本低，可代替價格高的葉輪攪拌器，能獲得良好的效果，即黏度均勻、無魚眼、無“水包粉”現(xiàn)象。
[0027]所述控制單元為PLC控制單元，用于控制所述其他單元，無需按比例每次稱量間歇配液，人工勞動強度低。
[0028]所述設(shè)備還包括柴油機組，該柴油機組與供水單元、氯化鉀粉料進(jìn)料單元、瓜爾膠粉料進(jìn)料單元、液體添加劑進(jìn)料單元、第一混合單元、第二混合單元、發(fā)液單元、檢測單元和控制元共同撬裝式安裝于一可運輸廂體，裝置整體橇裝式設(shè)計，方便運輸，自帶柴油機組，無需外接動力，適用于野外壓裂作業(yè)現(xiàn)場使用。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實現(xiàn)了壓裂液的連續(xù)完全配制，可滿足大型水力壓裂作業(yè)需求，自動控制系統(tǒng)的實現(xiàn)可根據(jù)施工設(shè)計要求隨時調(diào)整物料配比及流量，避免壓裂液及化學(xué)添加劑的浪費，降低了壓裂作業(yè)成本，包括清水、氯化鉀干粉、瓜爾膠干粉、各種化學(xué)添加劑定時、定量添加；水粉與化學(xué)添加劑按設(shè)計比例連續(xù)配液，無需按比例每次稱量間歇配液，人工勞動強度低；裝置整體橇裝式設(shè)計，方便運輸，自帶柴油機組，無需外接動力，適用于野外壓裂作業(yè)現(xiàn)場使用。采用該方法和設(shè)備連續(xù)配制的壓裂液黏度均勻、無魚眼、無“水包粉”現(xiàn)象。壓裂液質(zhì)量高。
[0030]說明書附圖
[0031]圖1是本發(fā)明的水力壓裂用壓裂液連續(xù)混配設(shè)備的示意圖；
[0032]圖2是本發(fā)明的第一混合單元混合罐示意圖；
[0033]圖3是本發(fā)明的第二混合單元混合罐示意圖。

【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一種水力壓裂用壓裂液連續(xù)混配方法及設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0035]該水力壓裂用壓裂液連續(xù)混配方法，包括以下步驟:
[0036](I)配置第一混合液:來自供水單元的清水與氯化鉀干粉在第一混合單元充分混合，得到第一混合液，所述氯化鉀與清水的質(zhì)量比為0.05-5:100 ；
[0037](2)配置第二混合液:所述第一混合液與瓜爾膠干粉進(jìn)入第二混合單元，同時加入第I液體添加劑，充分混合后得到第二混合液，所述瓜爾膠干粉與第一混合液的質(zhì)量比為 0.01-1:100 ；
[0038](3)發(fā)液:所述第二混合液進(jìn)入發(fā)液單元，同時添加第2液體添加劑，得到最終混合液；
[0039](4)檢測:最終混合液通過檢測單元，對其流量和粘度進(jìn)行在線檢測。
[0040]如圖1-3所示，該水力壓裂用壓裂液連續(xù)混配的設(shè)備包括:供水單元、氯化鉀粉料進(jìn)料單元、瓜爾膠粉料進(jìn)料單元、液體添加劑進(jìn)料單元、第一混合單元、第二混合單元、發(fā)液單元、檢測單元和控制單元?？刂茊卧糜诳刂粕鲜銎渌鲉卧?。
[0041]第一混合單元為一混合罐，與供水單元和氯化鉀粉料進(jìn)料單元相連，其內(nèi)部設(shè)有錨框式攪拌裝置；第二混合單元與第一混合單元、瓜爾膠粉料進(jìn)料單元以及發(fā)液單元相連，第二混合單元為一混合罐，包括攪拌區(qū)和導(dǎo)流區(qū)，攪拌區(qū)內(nèi)壁設(shè)有凸起結(jié)構(gòu)，混合罐進(jìn)液口位于罐體攪拌區(qū)下側(cè)，內(nèi)部設(shè)有斜槳式攪拌裝置，攪拌區(qū)容積使得第二混合溶液停留至少半分鐘再經(jīng)攪拌區(qū)上部出液口流入導(dǎo)流區(qū)，導(dǎo)流區(qū)設(shè)有多塊固定在內(nèi)壁兩側(cè)的導(dǎo)流板，所述兩側(cè)導(dǎo)流板交錯排布；液體添加劑進(jìn)料單元與第二混合單元和發(fā)液單元連接，連接管路交匯處設(shè)有三通轉(zhuǎn)向閥，以改變液體添加劑的添加方向；檢測單元與發(fā)液單元連接，檢測單元內(nèi)部設(shè)有流量檢測裝置和粘度檢測裝置。
[0042]該混配設(shè)備過濾裝置的工作原理如下:
[0043]供水單元供應(yīng)的清水和氯化鉀粉料進(jìn)料單元供應(yīng)的氯化鉀干粉經(jīng)各自的容積式計量秤按一定質(zhì)量比進(jìn)入第一混合單元后，內(nèi)部錨框式攪拌裝置對其進(jìn)行攪拌，氯化鉀干粉充分溶解與清水中，得到第一混合溶液，即鹽水。第一混合液通過進(jìn)液泵進(jìn)入第二混合單元與瓜爾膠干粉按一定比例從下側(cè)進(jìn)液口進(jìn)入第二混合單元攪拌區(qū)，同時，第I液體添加劑通過三通轉(zhuǎn)向閥定時定量添加，其內(nèi)部設(shè)置的的三級3*45°葉輪對其進(jìn)行攪拌，攪拌區(qū)容積使得第二混合溶液停留至少半分鐘再經(jīng)攪拌區(qū)上部出液口流入導(dǎo)流區(qū)?；旌虾蟮娜芤河缮喜砍鲆嚎诹魅雽?dǎo)流區(qū)，混合溶液自上而下沖刷經(jīng)過內(nèi)壁兩側(cè)交錯排布的導(dǎo)流板，進(jìn)一步的混合、溶脹，之后進(jìn)入發(fā)液單元。
[0044]壓裂液連續(xù)混配裝置操作人員可根據(jù)壓裂液配方要求，改變?nèi)ㄞD(zhuǎn)向閥方向，選定添加時間、添加位置以及添加順序，向發(fā)液單元添加第2液體添加劑，與發(fā)液單元中的第二混合溶液混合，形成最終混合溶液。最終混合溶液通過管匯進(jìn)入檢測單元，檢測單元內(nèi)部設(shè)有的流量檢測裝置和粘度檢測裝置對最終混合溶液對流量進(jìn)行檢測和控制，同時對其粘度進(jìn)行檢測，保證所供應(yīng)的壓裂液的質(zhì)量。上述整個過程均有PLC控制單元進(jìn)行控制。
[0045]此外，所述設(shè)備還包括柴油機組，該柴油機組與供水單元、氯化鉀粉料進(jìn)料單元、瓜爾膠粉料進(jìn)料單元、液體添加劑進(jìn)料單元、第一混合單元、第二混合單元、發(fā)液單元、檢測單元和控制元共同撬裝式安裝于一可運輸廂體，自帶柴油機組，無需外接動力，方便運輸，適用于野外壓裂作業(yè)現(xiàn)場使用。
[0046]上述的實施例僅例示性說明本發(fā)明創(chuàng)造的原理及其功效，以及部分運用的實施例，而非用于限制本發(fā)明；應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種水力壓裂用壓裂液連續(xù)混配方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)配置第一混合液:來自供水單元的清水與氯化鉀干粉在第一混合單元充分混合，得到第一混合液，其中，所述氯化鉀與清水的質(zhì)量比為0.05-5:100 ； (2)配置第二混合液:所述第一混合液與瓜爾膠干粉進(jìn)入第二混合單元，同時加入第I液體添加劑，充分混合后得到第二混合液，其中，所述瓜爾膠干粉與第一混合液的質(zhì)量比為0.01-1:100 ； (3)發(fā)液:所述第二混合液進(jìn)入發(fā)液單元，同時添加第2液體添加劑，得到最終混合液； (4)檢測:最終混合液通過檢測單元，對其流量和粘度進(jìn)行在線檢測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力壓裂用壓裂液連續(xù)混配方法，其特征在于，所述第I液體添加劑和第2液體添加劑具有不同配伍性。
3.一種實現(xiàn)權(quán)利要求1所述的水力壓裂用壓裂液連續(xù)混配方法的設(shè)備，其特征在于，包括:供水單元、氯化鉀粉料進(jìn)料單元、瓜爾膠粉料進(jìn)料單元、液體添加劑進(jìn)料單元、第一混合單元、第二混合單元、發(fā)液單元、檢測單元和控制單元； 所述第一混合單元為一混合罐，與供水單元和氯化鉀粉料進(jìn)料單元相連，其內(nèi)部設(shè)有錨框式攪拌裝置； 所述第二混合單元與第一混合單元、瓜爾膠粉料進(jìn)料單元以及發(fā)液單元相連，所述第二混合單元為一混合罐，包括攪拌區(qū)和導(dǎo)流區(qū)，所述攪拌區(qū)內(nèi)壁設(shè)有凸起結(jié)構(gòu)，混合罐進(jìn)液口位于罐體攪拌區(qū)下側(cè)，內(nèi)部設(shè)有斜槳式攪拌裝置，攪拌區(qū)容積使得第二混合溶液停留至少半分鐘再經(jīng)攪拌區(qū)上部出液口流入導(dǎo)流區(qū)，所述導(dǎo)流區(qū)設(shè)有多塊固定在內(nèi)壁兩側(cè)的導(dǎo)流板，所述兩側(cè)導(dǎo)流板交錯排布； 所述液體添加劑進(jìn)料單元與第二混合單元和發(fā)液單元連接，連接管路交匯處設(shè)有三通轉(zhuǎn)向閥，以改變液體添加劑的添加方向； 所述檢測單元與發(fā)液單元連接，檢測單元內(nèi)部設(shè)有流量檢測裝置和粘度檢測裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水力壓裂用壓裂液連續(xù)混配方法的設(shè)備，其特征在于，所述供水單元和液體添加劑進(jìn)料單元均包括進(jìn)液泵、流量計和調(diào)節(jié)閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水力壓裂用壓裂液連續(xù)混配方法的設(shè)備，其特征在于，所述氯化鉀粉料進(jìn)料單元和瓜爾膠粉料進(jìn)料單元內(nèi)部均設(shè)有容積式計量秤。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水力壓裂用壓裂液連續(xù)混配方法的設(shè)備，其特征在于，所述斜槳式攪拌裝置為三級3*45°葉輪。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水力壓裂用壓裂液連續(xù)混配方法的設(shè)備，其特征在于，所述液體添加劑進(jìn)料單元包括多個液添單元，所述多個液添單元并聯(lián)設(shè)置且至少分為兩組。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水力壓裂用壓裂液連續(xù)混配方法的設(shè)備，其特征在于，所述控制單元為PLC控制單元，用于自動控制所述其他單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水力壓裂用壓裂液連續(xù)混配方法的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括柴油機組，該柴油機組與供水單元、氯化鉀粉料進(jìn)料單元、瓜爾膠粉料進(jìn)料單元、液體添加劑進(jìn)料單元、第一混合單元、第二混合單元、發(fā)液單元、檢測單元和控制元共同撬裝式安裝于一可運輸廂體內(nèi)。
【文檔編號】B01F15/02GK104147951SQ201410353969
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月23日
【發(fā)明者】徐克彬, 李磊, 曾昊, 馮曉寧, 胡朝朝, 楊小濤, 提云, 王燕聲, 李軍 申請人:中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司