一种用于支撑剂蚓孔式铺置压裂过程的现场设备及其工作方法
【专利摘要】一种用于支撑剂蚓孔式铺置压裂过程的现场设备，包括压裂材料搅拌罐、在所述压裂材料搅拌罐的轴向两端分别设置有进料口和出料口、纤维计量输送装置、水溶性支撑剂输料腔、在所述进料口设置有进液泵，所述进液泵通过第一电磁流量计和压裂液输送管道与所述进料口相连；在所述出料口设置有输出泵，所述输出泵通过第二电磁流量计与外部混砂车相连。本发明所述的一种用于支撑剂蚓孔式铺置压裂过程的现场设备可系统地、安全地完成“支撑剂蚓孔式铺置压裂技术”的现场施工，有利于该种新型压裂技术的推广；奔发明基本上实现了自动化操作，可在一定程度上减少压裂施工人员以及降低施工的危险性。
【专利说明】一种用于支撑剂蚓孔式铺置压裂过程的现场设备及其工作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于支撑剂蚓孔式铺置压裂过程的现场设备及其工作方法，属于石油开米的【技术领域】。
【背景技术】
[0002]我国的低渗透、特低渗透、非常规油气藏分布广泛，拥有较大的开发潜力。但由于其低孔、低渗等特征，油、气在储层基质中的渗流阻力极大，通常使用常规的压裂增产改造技术并不能达到令人满意的生产状态，必须探索研究新型的压裂改造工艺，增加油气渗流通道、减小渗流阻力以实现低渗油气藏的经济有效开采。
[0003]针对上述情况，国内近几年分别研制出通道压裂技术:如中国专利CN103306659A公开的一种实现超高导流能力的压裂工艺、中国专利CN102865061A公开支撑剂的蜂窝式铺置方法及应用、以及支撑剂蚓孔式铺置压裂技术。
[0004]其中所述支撑剂蚓孔式铺置压裂技术，其综合应用通道压裂技术、纤维材料及水溶性材料形成多条错综复杂的束状孔道作为油气流动的主要通道，其中纤维材料的使用有助于提高压裂液的携砂作用，而水溶性支撑剂在裂缝内部遇水溶解后有利于缝内束状孔道的形成，束状通道可大幅度提高裂缝导流能力，减小油气渗流阻力，也有助于压裂液以及压碎支撑剂颗粒的有效返排，从而是一种有效地开采低孔(特)低渗透油气藏的新型压裂技术。
[0005]但是目前，我国市场上并没有一种专门针对于“支撑剂蚓孔式铺置压裂技术”的压裂施工设备，这将对今后该种新型的压裂技术的现场施工及推广带来诸多不便。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的不足，本发明提供一种用于支撑剂蚓孔式铺置压裂过程的现场设备。该设备可系统地完成以下操作:①纤维材料的计量与分散、②水溶性支撑剂的计量与自动添加、③压裂液的计量与输送、④常规支撑剂的计量与添加、⑤压裂材料全部混合入井、⑥同步远程自动操控作业。
[0007]本发明还提供一种上述设备的工作方法。
[0008]本发明的技术方案在于:
[0009]一种用于支撑剂蚓孔式铺置压裂过程的现场设备，包括压裂材料搅拌罐、在所述压裂材料搅拌罐的轴向两端分别设置有进料口和出料口 ；在所述压裂材料搅拌罐的顶部、且靠近进料口的一侧设置有纤维计量输送装置；在所述压裂材料搅拌罐的顶部、且靠近出料口的一侧设置有水溶性支撑剂输料腔；
[0010]在所述进料口设置有进液泵，所述进液泵通过第一电磁流量计和压裂液输送管道与所述进料口相连；
[0011]在所述出料口设置有输出泵，所述输出泵通过第二电磁流量计与外部混砂车相连；
[0012]所述压裂材料搅拌罐中垂直于轴向方向设置有由第一电机驱动的第一搅拌轴；
[0013]在所述第一搅拌轴上均匀分布有多条搅拌斜杆，所述搅拌斜杆与所述第一搅拌轴之间的夹角90° ;
[0014]所述纤维计量输送装置为中国专利CN102536188B所公开的一种应用在油气井纤维辅助压裂过程中的纤维输送装置；
[0015]在所述纤维计量输送装置和水溶性支撑剂输料腔内分别设置有控制开关和光电传感器，用于控制向所述压裂材料搅拌罐内注入物料的量。
[0016]根据本发明优选的，在所述压裂材料搅拌罐中固定设置有漏斗，所述漏斗的上边缘与所述压裂材料搅拌罐的上端相连，所述漏斗的底部通孔套设在所述第一搅拌轴上部的搅拌斜杆的外径。此处设计的优点在于，采用漏斗引导纤维和水溶性支撑剂在漏斗内混合，并在漏斗的底部经搅拌斜杆充分搅拌混合后再经漏斗与搅拌罐内的压裂液材料混合，提高压裂物料混合的均匀度。
[0017]根据本发明优选的，所述漏斗为圆锥形状；在所述漏斗的上端设置有一圈倾斜沿，该倾斜沿围城所述漏斗上方的喇叭状开口 ；在所述漏斗与压裂材料搅拌罐侧壁之间设置有多个支撑块。此处设计的优点在于，所述支撑块有利于实现对漏斗的固定，提高设备运行的稳定性；所述倾斜沿的优点在于喇叭状开口的设计更易于搅拌罐上方的纤维材料和水溶性材料落入漏斗内部完成首先混合。
[0018]根据本发明优选的，所述漏斗的高度0.3-0.8m，厚度0.5-3.0cm ;所述倾斜沿与水平方向夹角10-40°，高度0.1-0.4m ;在所述漏斗与压裂材料搅拌罐侧壁之间设置有4个支撑块，所述支撑块长度0.2-0.4m,宽度3-lOcm。
[0019]根据本发明优选的，所述设备还包括远程控制面板，该控制面板通过无线网络实时采集第一电磁流量计和第二电磁流量计的流量数据、实时控制所述纤维计量输送装置向压裂材料搅拌罐内输入纤维速度和总量、实时控制所述水溶性支撑剂输料腔向压裂材料搅拌罐内输入水溶性支撑剂速度和总量；所述控制面板还用于远程启动或停止进液泵和输出栗。
[0020]根据本发明优选的，在所述纤维计量输送装置内设置有第一控制开关和光电传感器，所述第一控制开关受控于所述远程控制面板，用于实时控制所述纤维计量输送装置向压裂材料搅拌罐内输入纤维；所述光电传感器向所述远程控制面板实时传输纤维的速度和总量。
[0021 ] 根据本发明优选的，在所述水溶性支撑剂输料腔内设置有第二控制开关和光电传感器，所述第二控制开关受控于所述远程控制面板，用于实时控制所述水溶性支撑剂输送装置向压裂材料搅拌罐内输入水溶性支撑剂；所述光电传感器向所述远程控制面板实时传输水溶性支撑剂的速度和总量。
[0022]根据本发明优选的，所述远程控制面板还用于远程设定施工泵入程序，进而控制施工时泵入顺序、泵入物料及控制泵入物料用量。
[0023]根据本发明优选的，所述纤维计量输送装置和水溶性支撑剂输料腔均为圆台形腔体结构；在所述纤维计量输送装置的底部设置有用于在压裂材料搅拌罐内产生负压的装置。
[0024]根据本发明优选的，所述纤维计量输送装置上设置有纤维质量计量刻度尺；在所述水溶性支撑剂输料腔上设置有水溶性支撑剂体积计量刻度尺；在所述压裂材料搅拌罐上分别设置有红外线液位计、清洗口和底部支撑架。施工完毕后可打开清洗口，清理残余的压裂液及支撑剂，以保证罐内清洁；该搅拌罐壁面安装液位计红外线装置，可清晰地观察搅拌罐内部液位；此外所述搅拌罐左右两端分别与压裂液输送管线相连，顶部与纤维材料输料腔和水溶性支撑剂输料腔分别相通，底部由两根圆柱形支架支撑。
[0025]一种上述设备的工作方法，包括步骤如下:
[0026]I)布置压裂施工现场，连接所述设备的所有施工管线；
[0027]2)启动所述纤维计量输送装置，纤维在负压的作用下流入所述压裂材料搅拌罐，纤维流入的速度范围是0.l-20000g/min ；
[0028]3)启动水溶性支撑剂地面螺旋输送装置，将水溶性支撑剂沿进料口加入所述压裂材料搅拌罐内，加入速度范围是0.1-1OmVmin ；
[0029]4)通过所述远程控制面板设定纤维和水溶性支撑剂的添加速度和总量；通过所述纤维质量计量刻度尺和水溶性支撑剂体积计量刻度尺观察物理的添加状态，同时利用光电传感器将添加物料的速度与添加总量返回至所述远程控制面板，最终与所述设定的添加速度和总量进行实时比较、调整，直至与设定的添加速度和总量一致；
[0030]5)在远程控制面板上的启动进液泵，压裂液流经第一电磁流量计进入压裂材料搅拌罐内，远程控制面板上实时显示压裂液的流入速度；
[0031]6)启动第一电机，带动第一搅拌轴和搅拌斜杆高速旋转，使压裂材料搅拌罐内的压裂液与纤维和水溶性支撑剂混合；
[0032]7)观察红外线液位计，当压裂材料搅拌罐中充满适量的压裂液后，通过远程控制面板启动输出泵，使压裂材料搅拌罐内的混合物料经第二电磁流量计流入混砂车并泵入井内，在所述远程控制面板上实时显示压裂液的输出速度；
[0033]8)重复步骤I)-7)完成多个脉冲加砂，直到施工全部完成后，通过远程控制面板远程停止进液泵和输出泵工作，关闭纤维计量输送装置和水溶性支撑剂输料腔，压裂施工完成。
[0034]本发明的优点在于:
[0035]本发明所述的一种用于支撑剂蚓孔式铺置压裂过程的现场设备可系统地、安全地完成“支撑剂蚓孔式铺置压裂技术”的现场施工，有利于该种新型压裂技术的推广；奔发明基本上实现了自动化操作，可在一定程度上减少压裂施工人员以及降低施工的危险性。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]图1是本发明所述设备的整体结构示意图；
[0037]在图1中，I纤维计量输送装置；2纤维质量计量刻度尺；3第一控制开关；4水溶性支撑剂输料腔；5水溶性支撑剂体积计量刻度尺；6水溶性的进料口 ；7第二控制开关；8压裂材料搅拌罐；9第一搅拌轴；10搅拌斜杆；11红外线液位计；12第一电机；13清洗口 ；14底部支撑架；15进液泵；16压裂液输送管道；17第一电磁流量计；18输出泵；19第二电磁流量计；20混砂车；21光电传感器；22用于在压裂材料搅拌罐内产生负压的装置；23纤维地面螺旋输送装置；24水溶性支撑剂地面螺旋输送装置；25、漏斗；26、倾斜沿；27、支撑块。其中，纤维计量输送装置内部详细结构见中国专利文献CN 102536188B。
[0038]图2是压裂材料搅拌罐内漏斗的俯视图；
[0039]图3是远程控制面板示意图。
【具体实施方式】
[0040]下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。
[0041]以下实施例中所选用的纤维，其直径范围是1-200 μ m，其长度范围是l_30mm ;所用水溶性支撑剂粒径0.4?0.9mm ;普通支撑剂粒径20?100目；压裂液采用现有技术的胍胶压裂液。
[0042]实施例1、
[0043]一种用于支撑剂蚓孔式铺置压裂过程的现场设备，包括压裂材料搅拌罐8、在所述压裂材料搅拌罐8的轴向两端分别设置有进料口和出料口 ；在所述压裂材料搅拌罐8的顶部、且靠近进料口的一侧设置有纤维计量输送装置I ;在所述压裂材料搅拌罐8的顶部、且靠近出料口的一侧设置有水溶性支撑剂输料腔4 ;
[0044]在所述进料口设置有进液泵15，所述进液泵15通过第一电磁流量计17和压裂液输送管道与所述进料口相连；
[0045]在所述出料口设置有输出泵18，所述输出泵18通过第二电磁流量计17与外部混砂车20相连；
[0046]所述压裂材料搅拌罐8中垂直于轴向方向设置有由第一电机12驱动的第一搅拌轴9 ;
[0047]在所述第一搅拌轴9上均匀分布有多条搅拌斜杆10，所述搅拌斜杆10与所述第一搅拌轴9之间的夹角90° ;
[0048]在所述压裂材料搅拌罐8中固定设置有漏斗25，所述漏斗25的上边缘与所述压裂材料搅拌罐8的上端相连，所述漏斗25的底部通孔套设在所述第一搅拌轴9上部的搅拌斜杆10的外径。
[0049]所述漏斗25为圆锥形状；在所述漏斗25的上端设置有一圈倾斜沿26，该倾斜沿26围城所述漏斗上方的喇叭状开口 ；在所述漏斗25与压裂材料搅拌罐8侧壁之间设置有多个支撑块27。
[0050]所述漏斗25的高度0.3-0.8m，厚度0.5-3.0cm ;所述倾斜沿26与水平方向夹角10-40°，高度0.1-0.4m ;在所述漏斗25与压裂材料搅拌罐8侧壁之间设置有4个支撑块27，所述支撑块27长度0.2-0.4m,宽度3-lOcm。
[0051]所述纤维计量输送装置I为中国专利CN102536188B所公开的一种应用在油气井纤维辅助压裂过程中的纤维输送装置；
[0052]在所述纤维计量输送装置I和水溶性支撑剂输料腔4内分别设置有控制开关和光电传感器，用于控制向所述压裂材料搅拌罐内注入物料的量。
[0053]所述第一搅拌轴的转速为300转/min-1000转/min ；
[0054]所述压裂材料搅拌罐的半径为0.5-1.0m。
[0055]所述搅拌斜杆的数量为6-12个，搅拌斜杆的长度范围是15-45cm。
[0056]所述进液口与所述压裂材料搅拌罐底部的垂直高度为0.5-1.75m，所述输出口距压裂材料搅拌罐底部的垂直高度为0.01-0.5m。
[0057]实施例2、
[0058]如实施例1所述的设备还包括远程控制面板，该控制面板通过无线网络实时采集第一电磁流量计17和第二电磁流量计19的流量数据、实时控制所述纤维计量输送装置I向压裂材料搅拌罐8内输入纤维速度和总量、实时控制所述水溶性支撑剂输料腔4向压裂材料搅拌罐8内输入水溶性支撑剂速度和总量；所述控制面板还用于远程启动或停止进液泵15和输出泵18。
[0059]在所述纤维计量输送装置I内设置有第一控制开关3和光电传感器，所述第一控制开关3受控于所述远程控制面板，用于实时控制所述纤维计量输送装置I向压裂材料搅拌罐8内输入纤维；所述光电传感器向所述远程控制面板实时传输纤维的速度和总量。
[0060]在所述水溶性支撑剂输料腔4内设置有第二控制开关7和光电传感器，所述第二控制开关7受控于所述远程控制面板，用于实时控制所述水溶性支撑剂输送装置向压裂材料搅拌罐8内输入水溶性支撑剂；所述光电传感器向所述远程控制面板实时传输水溶性支撑剂的速度和总量。
[0061]所述远程控制面板还用于远程设定施工泵入程序，进而控制施工时泵入顺序、泵入物料及控制泵入物料用量。
[0062]所述纤维计量输送装置I和水溶性支撑剂输料腔4均为圆台形腔体结构；在所述纤维计量输送装置的底部设置有用于在压裂材料搅拌罐内产生负压的装置22。所述圆台形腔体结构的小端直径10_30cm、大端直径30_75cm、高度是50_80cm。
[0063]所述纤维计量输送装置I上设置有纤维质量计量刻度尺2 ;在所述水溶性支撑剂输料腔4上设置有水溶性支撑剂体积计量刻度尺5 ;在所述压裂材料搅拌罐8上分别设置有红外线液位计11、清洗口 13和底部支撑架14。
[0064]实施例3、
[0065]一种如实施例2所述设备的工作方法，包括步骤如下:
[0066]I)布置压裂施工现场，连接所述设备的所有施工管线；
[0067]2)启动所述纤维计量输送装置1，纤维在负压的作用下流入所述压裂材料搅拌罐8，纤维流入的速度范围是0.l-20000g/min ；
[0068]3)启动水溶性支撑剂地面螺旋输送装置，将水溶性支撑剂沿进料口加入所述压裂材料搅拌罐8内，加入速度范围是0.1-1OmVmin ；
[0069]4)通过所述远程控制面板设定纤维和水溶性支撑剂的添加速度和总量；通过所述纤维质量计量刻度尺2和水溶性支撑剂体积计量刻度尺5观察物理的添加状态，同时利用光电传感器将添加物料的速度与添加总量返回至所述远程控制面板，最终与所述设定的添加速度和总量进行实时比较、调整，直至与设定的添加速度和总量一致；
[0070]5)在远程控制面板上的启动进液泵，压裂液流经第一电磁流量计17进入压裂材料搅拌罐8内，远程控制面板上实时显示压裂液的流入速度；
[0071]6)启动第一电机12，带动第一搅拌轴9和搅拌斜杆10高速旋转，使压裂材料搅拌罐8内的压裂液与纤维和水溶性支撑剂混合；
[0072]7)观察红外线液位计11，当压裂材料搅拌罐8中充满适量的压裂液后，通过远程控制面板启动输出泵18，使压裂材料搅拌罐8内的混合物料经第二电磁流量计19流入混砂车20并泵入井内，在所述远程控制面板上实时显示压裂液的输出速度；
[0073]8)重复步骤I)-7)完成多个脉冲加砂，直到施工全部完成后，通过远程控制面板远程停止进液泵和输出泵工作，关闭纤维计量输送装置和水溶性支撑剂输料腔，压裂施工完成。
【权利要求】
1.一种用于支撑剂蚓孔式铺置压裂过程的现场设备，其特征在于，该设备包括压裂材料搅拌罐、在所述压裂材料搅拌罐的轴向两端分别设置有进料口和出料口 ；在所述压裂材料搅拌罐的顶部、且靠近进料口的一侧设置有纤维计量输送装置；在所述压裂材料搅拌罐的顶部、且靠近出料口的一侧设置有水溶性支撑剂输料腔； 在所述进料口设置有进液泵，所述进液泵通过第一电磁流量计和压裂液输送管道与所述进料口相连； 在所述出料口设置有输出泵，所述输出泵通过第二电磁流量计与外部混砂车相连； 所述压裂材料搅拌罐中垂直于轴向方向设置有由第一电机驱动的第一搅拌轴； 在所述第一搅拌轴上均匀分布有多条搅拌斜杆，所述搅拌斜杆与所述第一搅拌轴之间的夹角90° ; 所述纤维计量输送装置为中国专利CN102536188B所公开的一种应用在油气井纤维辅助压裂过程中的纤维输送装置； 在所述纤维计量输送装置和水溶性支撑剂输料腔内分别设置有控制开关和光电传感器，用于控制向所述压裂材料搅拌罐内注入物料的量。
2.根据权利要求1所述的一种用于支撑剂蚓孔式铺置压裂过程的现场设备，其特征在于，在所述压裂材料搅拌罐中固定设置有漏斗，所述漏斗的上边缘与所述压裂材料搅拌罐的上端相连，所述漏斗的底部通孔套设在所述第一搅拌轴上部的搅拌斜杆的外径。
3.根据权利要求2所述的一种用于支撑剂蚓孔式铺置压裂过程的现场设备，其特征在于，所述漏斗为圆锥形状；在所述漏斗的上端设置有一圈倾斜沿，该倾斜沿围城所述漏斗上方的喇叭状开口 ；在所述漏斗与压裂材料搅拌罐侧壁之间设置有多个支撑块。
4.根据权利要求3所述的一种用于支撑剂蚓孔式铺置压裂过程的现场设备，其特征在于，所述漏斗的高度0.3-0.8m，厚度0.5-3.0cm;所述倾斜沿与水平方向夹角10-40°，高度0.1-0.4m ;在所述漏斗与压裂材料搅拌罐侧壁之间设置有4个支撑块，所述支撑块长度0.2~0.4m,宽度 3_10cm。
5.根据权利要求1所述的一种用于支撑剂蚓孔式铺置压裂过程的现场设备，其特征在于，所述设备还包括远程控制面板，该控制面板通过无线网络实时采集第一电磁流量计和第二电磁流量计的流量数据、实时控制所述纤维计量输送装置向压裂材料搅拌罐内输入纤维速度和总量、实时控制所述水溶性支撑剂输料腔向压裂材料搅拌罐内输入水溶性支撑剂速度和总量；所述控制面板还用于远程启动或停止进液泵和输出泵。
6.根据权利要求5所述的一种用于支撑剂蚓孔式铺置压裂过程的现场设备，其特征在于，在所述纤维计量输送装置内设置有第一控制开关和光电传感器，所述第一控制开关受控于所述远程控制面板，用于实时控制所述纤维计量输送装置向压裂材料搅拌罐内输入纤维；所述光电传感器向所述远程控制面板实时传输纤维的速度和总量。
7.根据权利要求6所述的一种用于支撑剂蚓孔式铺置压裂过程的现场设备，其特征在于，在所述水溶性支撑剂输料腔内设置有第二控制开关和光电传感器，所述第二控制开关受控于所述远程控制面板，用于实时控制所述水溶性支撑剂输送装置向压裂材料搅拌罐内输入水溶性支撑剂；所述光电传感器向所述远程控制面板实时传输水溶性支撑剂的速度和总量；所述远程控制面板还用于远程设定施工泵入程序，进而控制施工时泵入顺序、泵入物料及控制泵入物料用量。
8.根据权利要求1所述的一种用于支撑剂蚓孔式铺置压裂过程的现场设备，其特征在于，所述纤维计量输送装置和水溶性支撑剂输料腔均为圆台形腔体结构；在所述纤维计量输送装置的底部设置有用于在压裂材料搅拌罐内产生负压的装置。
9.根据权利要求1所述的一种用于支撑剂蚓孔式铺置压裂过程的现场设备，其特征在于，所述纤维计量输送装置上设置有纤维质量计量刻度尺；在所述水溶性支撑剂输料腔上设置有水溶性支撑剂体积计量刻度尺；在所述压裂材料搅拌罐上分别设置有红外线液位计、清洗口和底部支撑架。
10.一种如权利要求1-9任意一项所述设备的工作方法，包括步骤如下: 1)布置压裂施工现场，连接所述设备的所有施工管线； 2)启动所述纤维计量输送装置，纤维在负压的作用下流入所述压裂材料搅拌罐，纤维流入的速度范围是0.l-20000g/min ； 3)启动水溶性支撑剂地面螺旋输送装置，将水溶性支撑剂沿进料口加入所述压裂材料搅拌罐内，加入速度范围是0.1-1OmVmin ； 4)通过所述远程控制面板设定纤维和水溶性支撑剂的添加速度和总量；通过所述纤维质量计量刻度尺和水溶性支撑剂体积计量刻度尺观察物理的添加状态，同时利用光电传感器将添加物料的速度与添加总量返回至所述远程控制面板，最终与所述设定的添加速度和总量进行实时比较、调整，直至与设定的添加速度和总量一致； 5)在远程控制面板上的启动进液泵，压裂液流经第一电磁流量计进入压裂材料搅拌罐内，远程控制面板上实时显示压裂液的流入速度； 6)启动第一电机，带动第一搅拌轴和搅拌斜杆高速旋转，使压裂材料搅拌罐内的压裂液与纤维和水溶性支撑剂混合； 7)观察红外线液位计，当压裂材料搅拌罐中充满适量的压裂液后，通过远程控制面板启动输出泵，使压裂材料搅拌罐内的混合物料经第二电磁流量计流入混砂车并泵入井内，在所述远程控制面板上实时显示压裂液的输出速度； 8)重复步骤1)-7)完成多个脉冲加砂，直到施工全部完成后，通过远程控制面板远程停止进液泵和输出泵工作，关闭纤维计量输送装置和水溶性支撑剂输料腔，压裂施工完成。
【文档编号】E21B43/267GK104389576SQ201410632824
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月11日 优先权日:2014年11月11日
【发明者】许大星, 刘欣佳, 温庆志 申请人:山东索普威石油技术有限责任公司, 中国石油大学(华东)