水力压裂用压裂液连续混配方法及设备的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种水力压裂用压裂液连续混配方法，其步骤包括：配置第一混合液、配置第二混合液、发液、检测；其中，氯化钾与清水的质量比为0.05-5:100；瓜尔胶干粉与第一混合液的质量比为0.01-1:100；本发明还公开了一种水力压裂用压裂液连续混配设备，包括：供水单元、氯化钾粉料进料单元、瓜尔胶粉料进料单元、液体添加剂进料单元、第一混合单元、第二混合单元、发液单元、检测单元和控制单元。本发明实现了压裂液的连续完全配制，可满足大型水力压裂作业需求，装置整体橇装式设计，方便运输，自带柴油机组，无需外接动力，适用于野外压裂作业现场使用。采用该方法和设备连续配制的压裂液黏度均匀、无鱼眼、无“水包粉”现象，压裂液质量高。
【专利说明】水力压裂用压裂液连续混配方法及设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及水力压裂用压裂液连续混配领域，特别涉及一种水力压裂用压裂液连续混配方法及设备。
【背景技术】
[0002]水力压裂是现阶段国内外油气田增产过程中广泛应用的一种增产技术方法。通过压裂能够形成长度合宜、导流能力强的裂缝，进而沟通与连接油气的储油空间以及渗流通道，从而实现油气田的顺利投产以及稳产高产。
[0003]目前压裂液配液采用方式主要有三种，即传统方式、现场配液方式、自动化配液方式:
[0004](I)传统方式:压裂液由配液站配制完成后，由运输罐车运至作业现场，这种方式压裂运输成本极高，而且仅适用于近井压裂；
[0005](2)现场配液方式:将各类化学添加剂运至压裂作业现场，依靠现场一些简单设备和现场操作人员，实现单罐配液，但是这种单罐配液需要长时间配液，而且人工劳动强度较大，压裂作业环境较差，而且批混批用的作业流程，容易导致液体腐败、浪费；
[0006](3)自动化配液:油田服务提供商的哈里伯顿(Halliburton)公司和斯伦贝谢(Schlumberger)公司分别研制出不同类型的压裂液连续混配装置，但是，它们仅适合于浓缩液的输送，不适合部分地区，例如中国的实际应用。鉴于此，中国的四机赛瓦公司研制出一种能够实现水粉混合的连续混配装置，但是该单元对稠化剂瓜尔胶粉料有特殊要求。另夕卜，其还不能实现所有氯化钾及其他各种添加剂的同车添加，而且配液量较小，不能满足大规模压裂作业要求。
【发明内容】
[0007]针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种水力压裂用压裂液连续混配方法及设备，实现了压裂液的连续完全配制，人工劳动强度低，自动控制系统的实现可根据施工设计要求随时调整物料配比及流量，避免压裂液及化学添加剂的浪费，降低了压裂作业成本。此外，压裂液连续混配装置的设计方法可实现大排量配液，装置实现了压裂液的连续配液，可满足大型水力压裂作业需求。装置整体橇装式设计，方便运输，自带柴油机组，无需外接动力，适用于野外压裂作业现场使用。
[0008]为此，本发明的技术方案如下:
[0009]一种水力压裂用压裂液连续混配方法，包括以下步骤:
[0010](I)配置第一混合液:来自供水单元的清水与氯化钾干粉在第一混合单元充分混合，得到第一混合液，所述氯化钾与清水的质量比为0.05-5:100 ；
[0011](2)配置第二混合液:所述第一混合液与瓜尔胶干粉进入第二混合单元，同时加入第I液体添加剂，充分混合后得到第二混合液，所述瓜尔胶干粉与第一混合液的质量比为 0.01-1:100 ；
[0012](3)发液:所述第二混合液进入发液单元，同时添加第2液体添加剂，得到最终混合液；
[0013](4)检测:最终混合液通过检测单元，对其流量和粘度进行在线检测。
[0014]所述第I液体添加剂和第2液体添加剂具有不同配伍性。在配置压裂液过程中，需要添加的化学添加剂种类较多，如:有机粘土稳定剂、助排剂、杀菌剂、起泡剂、消泡剂、破乳齐?、降滤失剂、pH调节剂、温度稳定剂、低温破胶激活剂等。根据化学液体配伍性原则，某些化学添加剂同时混合时会发生反应导致添加剂失效，因此，根据化学添加剂配伍性的不同，将其分为第I液体添加剂和第2液体添加剂，分别进行添加。
[0015]在本发明方案中，首先将氯化钾干粉与清水按照质量比为0.05-5:100混合为第一混合液，即盐水；之后按照瓜尔胶干粉与盐水的质量比为0.01-1:100在第二混合单元进行混合，得到第二混合溶液，即压裂液基液。经过发明人的多次实验和对物料混合过程中混合物混合比例的调整，当按照上述配置过程和上述质量分数配比的限定进行配置时，所配得的压裂基液粘度均匀、无鱼眼现象。
[0016]一种水力压裂用压裂液连续混配方法的设备，其特征在于，包括:供水单元、氯化钾粉料进料单元、瓜尔胶粉料进料单元、液体添加剂进料单元、第一混合单元、第二混合单元、发液单元、检测单元和控制单元。
[0017]所述第一混合单元为一混合罐，与供水单元和氯化钾粉料进料单元相连，其内部设有锚框式搅拌装置。当清水与氯化钾粉料进入第一混合单元后，锚框式搅拌器快速旋转搅拌，搅拌器叶片所带动的液体把静止层从罐壁上带下来，防止氯化钾粘附或堆积在罐壁及罐底。
[0018]所述第二混合单元与第一混合单元、瓜尔胶粉料进料单元以及发液单元相连，所述第二混合单元为一混合罐，包括搅拌区和导流区。
[0019]所述搅拌区内壁设有凸起结构，能够辅助搅拌，使混合效果更好，也就是液体的黏度更加均匀；混合罐进液口位于罐体搅拌区下侧，内部设有斜桨式搅拌装置，搅拌区容积使得第二混合溶液停留至少半分钟再经搅拌区上部出液口流入导流区。满足这一时间条件与液体流量和罐体搅拌区容积相关，当液体流量是8方/分钟，则罐体搅拌区的容积需要达到4方以上。所述搅拌区实现瓜尔胶粉与第一混合溶液的均质化溶解
[0020]所述导流区设有多块固定在内壁两侧的导流板，所述两侧导流板交错排布。导流区导流板的设置便于混合液自上而下流经导流板，进行进一步混合、溶胀。
[0021]所述液体添加剂进料单元与第二混合单元和发液单元连接，连接管路交汇处设有三通转向阀，通过在管路上设置三通转向阀实现液体添加剂添加的方向，压裂液连续混配装置操作人员可根据压裂液配方要求，选择液体添加剂的添加时间、添加位置以及添加顺序。
[0022]优选地，所述液体添加剂进料单元包括多个液添单元，所述多个液添单元并联设置且至少分为两组，不同液体添加剂通过各个液添单元进行添加，根据液体添加剂添加顺序和添加位置的不同将多个液添单元分成多组，各组之间连接管路上设有三通转向阀，控制其添加位置、添加时间和添加顺序。
[0023]所述检测单元与发液单元连接，检测单元内部设有流量检测装置和粘度检测装置，完成混合液的在线流量及粘度检测，确保混合液质量。
[0024]所述供水单元和液体添加剂进料单元均包括进液泵、流量计和调节阀，实现定量按配比添加。
[0025]所述氯化钾粉料进料单元和瓜尔胶粉料进料单元内部均设有容积式计量秤，为计量加运输的设备，控制并计量氯化钾干粉和瓜尔胶干粉进料量，实现氯化钾干粉和瓜尔胶干粉连续输料。
[0026]所述斜桨式搅拌装置为三级3*45°叶轮，即每一级由3片与轴向成45°角的桨叶构成，共有三级。此设计的斜桨式搅拌器产生的是轴向力，适用于低粘度、悬浮液及溶胶液搅拌，三级桨片设计防止液液混合分层，促进流体的上下交换，此种搅拌器机构简单，制作成本低，可代替价格高的叶轮搅拌器，能获得良好的效果，即黏度均匀、无鱼眼、无“水包粉”现象。
[0027]所述控制单元为PLC控制单元，用于控制所述其他单元，无需按比例每次称量间歇配液，人工劳动强度低。
[0028]所述设备还包括柴油机组，该柴油机组与供水单元、氯化钾粉料进料单元、瓜尔胶粉料进料单元、液体添加剂进料单元、第一混合单元、第二混合单元、发液单元、检测单元和控制元共同撬装式安装于一可运输厢体，装置整体橇装式设计，方便运输，自带柴油机组，无需外接动力，适用于野外压裂作业现场使用。
[0029]与现有技术相比，本发明实现了压裂液的连续完全配制，可满足大型水力压裂作业需求，自动控制系统的实现可根据施工设计要求随时调整物料配比及流量，避免压裂液及化学添加剂的浪费，降低了压裂作业成本，包括清水、氯化钾干粉、瓜尔胶干粉、各种化学添加剂定时、定量添加；水粉与化学添加剂按设计比例连续配液，无需按比例每次称量间歇配液，人工劳动强度低；装置整体橇装式设计，方便运输，自带柴油机组，无需外接动力，适用于野外压裂作业现场使用。采用该方法和设备连续配制的压裂液黏度均匀、无鱼眼、无“水包粉”现象。压裂液质量高。
[0030]说明书附图
[0031]图1是本发明的水力压裂用压裂液连续混配设备的示意图；
[0032]图2是本发明的第一混合单元混合罐示意图；
[0033]图3是本发明的第二混合单元混合罐示意图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图对本发明的一种水力压裂用压裂液连续混配方法及设备进行详细说明。
[0035]该水力压裂用压裂液连续混配方法，包括以下步骤:
[0036](I)配置第一混合液:来自供水单元的清水与氯化钾干粉在第一混合单元充分混合，得到第一混合液，所述氯化钾与清水的质量比为0.05-5:100 ；
[0037](2)配置第二混合液:所述第一混合液与瓜尔胶干粉进入第二混合单元，同时加入第I液体添加剂，充分混合后得到第二混合液，所述瓜尔胶干粉与第一混合液的质量比为 0.01-1:100 ；
[0038](3)发液:所述第二混合液进入发液单元，同时添加第2液体添加剂，得到最终混合液；
[0039](4)检测:最终混合液通过检测单元，对其流量和粘度进行在线检测。
[0040]如图1-3所示，该水力压裂用压裂液连续混配的设备包括:供水单元、氯化钾粉料进料单元、瓜尔胶粉料进料单元、液体添加剂进料单元、第一混合单元、第二混合单元、发液单元、检测单元和控制单元。控制单元用于控制上述其他各单元。
[0041]第一混合单元为一混合罐，与供水单元和氯化钾粉料进料单元相连，其内部设有锚框式搅拌装置；第二混合单元与第一混合单元、瓜尔胶粉料进料单元以及发液单元相连，第二混合单元为一混合罐，包括搅拌区和导流区，搅拌区内壁设有凸起结构，混合罐进液口位于罐体搅拌区下侧，内部设有斜桨式搅拌装置，搅拌区容积使得第二混合溶液停留至少半分钟再经搅拌区上部出液口流入导流区，导流区设有多块固定在内壁两侧的导流板，所述两侧导流板交错排布；液体添加剂进料单元与第二混合单元和发液单元连接，连接管路交汇处设有三通转向阀，以改变液体添加剂的添加方向；检测单元与发液单元连接，检测单元内部设有流量检测装置和粘度检测装置。
[0042]该混配设备过滤装置的工作原理如下:
[0043]供水单元供应的清水和氯化钾粉料进料单元供应的氯化钾干粉经各自的容积式计量秤按一定质量比进入第一混合单元后，内部锚框式搅拌装置对其进行搅拌，氯化钾干粉充分溶解与清水中，得到第一混合溶液，即盐水。第一混合液通过进液泵进入第二混合单元与瓜尔胶干粉按一定比例从下侧进液口进入第二混合单元搅拌区，同时，第I液体添加剂通过三通转向阀定时定量添加，其内部设置的的三级3*45°叶轮对其进行搅拌，搅拌区容积使得第二混合溶液停留至少半分钟再经搅拌区上部出液口流入导流区。混合后的溶液由上部出液口流入导流区，混合溶液自上而下冲刷经过内壁两侧交错排布的导流板，进一步的混合、溶胀，之后进入发液单元。
[0044]压裂液连续混配装置操作人员可根据压裂液配方要求，改变三通转向阀方向，选定添加时间、添加位置以及添加顺序，向发液单元添加第2液体添加剂，与发液单元中的第二混合溶液混合，形成最终混合溶液。最终混合溶液通过管汇进入检测单元，检测单元内部设有的流量检测装置和粘度检测装置对最终混合溶液对流量进行检测和控制，同时对其粘度进行检测，保证所供应的压裂液的质量。上述整个过程均有PLC控制单元进行控制。
[0045]此外，所述设备还包括柴油机组，该柴油机组与供水单元、氯化钾粉料进料单元、瓜尔胶粉料进料单元、液体添加剂进料单元、第一混合单元、第二混合单元、发液单元、检测单元和控制元共同撬装式安装于一可运输厢体，自带柴油机组，无需外接动力，方便运输，适用于野外压裂作业现场使用。
[0046]上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种水力压裂用压裂液连续混配方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)配置第一混合液:来自供水单元的清水与氯化钾干粉在第一混合单元充分混合，得到第一混合液，其中，所述氯化钾与清水的质量比为0.05-5:100 ； (2)配置第二混合液:所述第一混合液与瓜尔胶干粉进入第二混合单元，同时加入第I液体添加剂，充分混合后得到第二混合液，其中，所述瓜尔胶干粉与第一混合液的质量比为0.01-1:100 ； (3)发液:所述第二混合液进入发液单元，同时添加第2液体添加剂，得到最终混合液； (4)检测:最终混合液通过检测单元，对其流量和粘度进行在线检测。
2.根据权利要求1所述的水力压裂用压裂液连续混配方法，其特征在于，所述第I液体添加剂和第2液体添加剂具有不同配伍性。
3.一种实现权利要求1所述的水力压裂用压裂液连续混配方法的设备，其特征在于，包括:供水单元、氯化钾粉料进料单元、瓜尔胶粉料进料单元、液体添加剂进料单元、第一混合单元、第二混合单元、发液单元、检测单元和控制单元； 所述第一混合单元为一混合罐，与供水单元和氯化钾粉料进料单元相连，其内部设有锚框式搅拌装置； 所述第二混合单元与第一混合单元、瓜尔胶粉料进料单元以及发液单元相连，所述第二混合单元为一混合罐，包括搅拌区和导流区，所述搅拌区内壁设有凸起结构，混合罐进液口位于罐体搅拌区下侧，内部设有斜桨式搅拌装置，搅拌区容积使得第二混合溶液停留至少半分钟再经搅拌区上部出液口流入导流区，所述导流区设有多块固定在内壁两侧的导流板，所述两侧导流板交错排布； 所述液体添加剂进料单元与第二混合单元和发液单元连接，连接管路交汇处设有三通转向阀，以改变液体添加剂的添加方向； 所述检测单元与发液单元连接，检测单元内部设有流量检测装置和粘度检测装置。
4.根据权利要求3所述的水力压裂用压裂液连续混配方法的设备，其特征在于，所述供水单元和液体添加剂进料单元均包括进液泵、流量计和调节阀。
5.根据权利要求3所述的水力压裂用压裂液连续混配方法的设备，其特征在于，所述氯化钾粉料进料单元和瓜尔胶粉料进料单元内部均设有容积式计量秤。
6.根据权利要求3所述的水力压裂用压裂液连续混配方法的设备，其特征在于，所述斜桨式搅拌装置为三级3*45°叶轮。
7.根据权利要求3所述的水力压裂用压裂液连续混配方法的设备，其特征在于，所述液体添加剂进料单元包括多个液添单元，所述多个液添单元并联设置且至少分为两组。
8.根据权利要求3所述的水力压裂用压裂液连续混配方法的设备，其特征在于，所述控制单元为PLC控制单元，用于自动控制所述其他单元。
9.根据权利要求3所述的水力压裂用压裂液连续混配方法的设备，其特征在于，所述设备还包括柴油机组，该柴油机组与供水单元、氯化钾粉料进料单元、瓜尔胶粉料进料单元、液体添加剂进料单元、第一混合单元、第二混合单元、发液单元、检测单元和控制元共同撬装式安装于一可运输厢体内。
【文档编号】B01F15/02GK104147951SQ201410353969
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月23日 优先权日:2014年7月23日
【发明者】徐克彬, 李磊, 曾昊, 冯晓宁, 胡朝朝, 杨小涛, 提云, 王燕声, 李军 申请人:中国石油集团渤海钻探工程有限公司