水力压裂用的压裂液大流量连续配液系统及其配液工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油开采技术领域，具体涉及一种水力压裂用压裂液大流量连续配液系统及配液方法。
【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生产方式主要有三种，即传统方式、现场配液方式、自动化配液方式:
[0004](I)传统方式:在配液站中完成压裂液的配制之后，由运输罐车将压裂液运至作业现场，该方式运输成本极高，仅适用于近井压裂配液。
[0005](2)现场配液方式:即依靠压裂作业现场的一些简单设备和操作人员进行单罐配液，这种配液方式具有人工劳动强度大、配液时间长的缺点，该配液方式的作业环境较差，批混批用的作业流程也容易导致压裂液的腐败变质和浪费。
[0006](3)自动化配液:近年来，哈里伯顿(Halliburton)公司和斯伦贝谢(Schlumberger)公司分别研制出了不同类型的压裂液连续混配装置，但是它们仅适于以浓缩液为基础的压裂液混配方式，不适合中国地区的推广应用。鉴于此，四机赛瓦公司研制出了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；此外，该装置还不能实现氯化钾及其他各种添加剂的同车添加，且单批次配液量较小，不能满足大规模压裂作业要求。
[0007]此外，当前普遍采用的离心栗一一射流栗的连续混配方式直接将瓜尔胶粉抽入到水中混合，很难实现对瓜尔胶的稳定输送和与其它物料的有效混合，该方法易于出现水包粉的现象，影响压裂效果。
[0008]基于以上现状，需要研究开发一种能够真正意义上满足油田大规模压裂施工作业需求的大排量压裂液连续配液系统及其配液工艺。
【发明内容】
[0009]针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种实现压裂液的连续完全配制和对瓜尔胶进行稳定均匀的输送和添加，自动控制系统的实现可根据施工设计要求实时在线调整物料配比及流量，避免压裂液及化学添加剂的浪费，具有物料混合稳定、人工劳动强度低、配液质量高的特点，降低了压裂作业成本水力压裂用压裂液大流量连续配液系统。
[0010]本发明的另一目的是利用该水力压裂用压裂液大流量连续配液系统实现大大流量连续配液的配液工艺。
[0011]为此，本发明技术方案如下:
[0012]一种水力压裂用的压裂液大流量连续配液系统，包括依次通过管道连通的供水单元、配液单元、液体化学添加剂添加单元和缓冲罐，动力驱动系统和控制系统，电信号和数据信号，在所述配液单元和所述液体化学添加剂添加单元之间的连接管道上设置有流量计，所述配液单元包括多个物料输送计量装置、在线粘度计、与所述物料输送计量装置出料口通过连接管道连通的高剪切均质栗和设置在所述物料输送计量装置出料口处的电子计量阀；所述液体化学添加剂添加单元包括多个稳定剂输送计量装置、与所述稳定剂输送计量装置出料口通过连接管道连通的离心栗和设置在所述稳定剂输送计量装置出料口处的电子计量阀；所述高剪切均质栗、所述在线粘度计、所述流量计、所述离心栗和所述缓冲罐通过连接管道依次连通；所述动力驱动系统和控制系统是基于PLC的实时在线控制系统；所述电信号是通过动力电缆进行传输，所述数据信号是通过连接的通讯控制电缆进行传输。
[0013]进一步地，所述配液单元包括氯化钾溶液输送计量装置、瓜尔胶粉料流化计量装置、高剪切均质栗和在线粘度计，所述氯化钾溶液输送计量装置包括氯化钾溶液进料装置，所述瓜尔胶粉料流化计量装置包括瓜尔胶粉料进料装置和与通过连接管道与所述瓜尔胶粉料进料装置连接的流化罐，所述供水单元、氯化钾溶液进料装置和流化罐均与所述高剪切均质栗入料口通过连接管道连通且在所述氯化钾溶液进料装置与所述高剪切均质栗之间的连接管道上、所述流化罐与所述高剪切均质栗之间的连接管道上分别设置有第一电子计量阀和第二电子计量阀。
[0014]所述高剪切均质栗能够使水、氯化钾溶液、瓜尔胶粉充分混合并粉碎细化，使细化度达到0.5 μ m，形成压裂液基液。
[0015]进一步地，所述流化罐罐体的顶部沿圆周方向设置有多个进料口，在所述流化罐的底部设置有压缩空气进气管，在所述流化罐罐体内设置有流态化床，在所述流态化床的上方设置有一出料口，所述出料口通过连接管道与所述高剪切均质栗入料口连通。
[0016]具体地，所述硫化罐所需要的压缩空气通过连接管道送入密封罐体下部的气室，使气室液态化床上的瓜尔胶粉粒体悬浮成流态状，当罐内压力达到额定值时，打开卸料阀，流动化的瓜尔胶粉粒体物料通过管道而进行均匀的吹送供给高剪切均质栗；所述硫化罐所需的压缩空气通过所述动力驱动系统提供动力的小型空气压缩机提供。
[0017]瓜尔胶粉在所述流化罐的流化处理后，整体悬浮成流态状，有利于后续在高剪切均质栗的作用下的与氯化钾溶液、水的充分混合，可以保证连续配制的压裂液无“水包粉”现象，溶液粘度上升快、混配均匀，压裂液质量高
[0018]进一步地，所述液体化学添加剂添加单元包括粘土稳定剂输送计量装置、离心栗和稳定剂输送计量装置，所述粘土稳定剂输送计量装置包括粘土稳定剂进料装置，所述稳定剂输送计量装置包括稳定剂进料装置，所述高剪切均质栗的出料口、粘土稳定剂进料装置和所述稳定剂输送计量装置均与所述离心栗入料口通过连接管道连通且所述粘土稳定剂进料装置与所述离心栗之间的连接管道上、所述稳定剂进料装置与所述离心栗之间的连接管道上分别设置有第三电子计量阀和第四电子计量阀。
[0019]进一步地，所述供水单元包括水栗和流量控制计量装置，所述流量控制计量装置安装在所述水栗与所述高剪切均质栗之间的连接管道上。
[0020]进一步地，所述供水单元、所述氯化钾溶液输送计量装置、所述瓜尔胶粉料流化计量装置、所述在线粘度计、所述粘土稳定剂输送计量装置和所述剂输送计量装置均通过电信号和数据信号与动力驱动系统和控制系统连接，所述流量计通过数据信号与控制系统连接，所述离心栗通过电信号和数据信号与动力驱动系统和控制系统连接；
[0021]进一步地，所述动力驱动系统包括自带柴油发电机组和由柴油发电机提供动力的小型空气压缩机。所述小型空气压缩机用于提供硫化罐所需要的压缩空气。
[0022]该水力压裂用的压裂液大流量连续配液系统优选为整体橇装式设计，其内设的自带柴油发电机组，无需外接动力，适用于野外压裂作业现场使用。
[0023]一种水力压裂用的压裂液大流量连续配液系统的混配方法，包括以下步骤:
[0024]S1、将所需要的压裂液的配方输入动力及控制系统中，控制系统控制压裂液连续配液系统启动，供水流量通过供水单元连接管道上的流量控制计量装置自动供水，配液单元中的氯化钾溶液输送计量装置和瓜尔胶粉流量控制装置根据收到的信号分别向高剪切均质栗中输送氯化钾溶液和瓜尔胶粉，并通过高剪切均质栗将水、氯化钾溶液和瓜尔胶粉混合，形成基液；
[0025]S2、由步骤SI得到的基液流经所述在线粘度计检测，并将粘度结果通过控制线路反馈给控制系统，控制系统通过计算后调节瓜尔胶粉料流化计量装置的第二电子计量阀的流量，调节瓜尔胶的添加比例，若已经达到所需粘度指标，则继续保持现有瓜尔胶粉的添加比例；若低于所需粘度指标，则根据比例加大瓜尔胶粉的添加比例；若超过所需粘度指标，则根据比例减小瓜尔胶粉的添加比例，使基液保持在设定好的工艺要求的粘度范围内；
[0026]S3、当基液流出配液单元进入液体化学添加剂添加单元之前，流经流量计检测，流量计将检测到的流量通过控制线路反馈给控制系统，控制系统通过清水单元的流量控制计量装置以及配液单元的第一电子计量阀和第二电子计量阀调节送料量:若达到所需流量指标，则继续保持现有的水、氯化钾溶液和瓜尔胶