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CN113083044B - 一种固体降阻剂连续混配装置及方法 - Google Patents

一种固体降阻剂连续混配装置及方法 Download PDF

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CN113083044B CN202010017709.8A CN202010017709A CN113083044B CN 113083044 B CN113083044 B CN 113083044B CN 202010017709 A CN202010017709 A CN 202010017709A CN 113083044 B CN113083044 B CN 113083044B
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Abstract

本发明公开了一种固体降阻剂连续混配装置及方法。本发明提供了一种固体降阻剂连续混配装置，包括原料储存装置、气动原料输送装置、动力装置、流量测试装置以及溶解装置；其中，所述气动原料输送装置分别连接所述原料储存装置、所述动力装置和所述流量测试装置；所述溶解装置连接所述流量测试装置；所述流量测试装置设于所述原料输送装置和所述溶解装置之间。本发明还提供了使用该固体降阻剂连续混配装置的固体降阻剂连续混配方法。使用本发明提供的固体降阻剂连续混配装置在大规模体积压裂时可实现固体降阻剂连续混配，连接简便且易操作，使用成本低。

Description

一种固体降阻剂连续混配装置及方法
技术领域
本发明涉及压裂液及压裂液配制技术领域。更具体地，涉及一种固体降阻剂连续混配装置及方法。
背景技术
随着以页岩气为代表的非常规油气的开发，大液量、大排量体积压裂日益成为非常规油气压裂增产的主要方式，一般页岩气水平井单井压裂用液量约3万方，施工排量约14方/分钟，传统采用液灌配液方式无法满足现场施工要求，可连续混配压裂液及技术成为非常规油气田开发中的关键核心技术之一。
目前，页岩气压裂用降阻剂以聚丙酰胺类为主，该类降阻剂遇水、遇热粘度增加，加注困难。现场作业一般使用连续混配车加注或压裂作业前配制成降阻剂浓缩液，使用连续混配车时施工管线连接复杂，成本高；压裂作业前配制浓缩液规模较大时无法满足现场作业要求，且提前配制工作量增加，浓缩液中降阻剂溶解性能不佳，易成团。
因此，本发明提出了一种固体降阻剂连续混配装置及方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种固体降阻剂连续混配装置及方法，以解决现有降阻剂无法连续混配，采用连续混配车时施工成本高，管线复杂，压裂作业前配制浓缩液局限性太大的问题。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种固体降阻剂连续混配装置，包括原料储存装置、气动原料输送装置、动力装置、流量测试装置以及溶解装置；
其中，所述原料储存装置连接所述气动原料输送装置，用于向气动原料输送装置提供固体降阻剂；
所述气动原料输送装置分别连接所述原料储存装置、所述动力装置和所述流量测试装置，用于以压缩空气为动力源将原料储存装置中的固体降阻剂输送至所述溶解装置；
所述溶解装置连接所述流量测试装置，用于溶解固体降阻剂；
所述动力装置连接所述气动原料输送装置，用于向气动原料输送装置提供作为动力源的压缩空气；
所述流量测试装置设于所述气动原料输送装置和所述溶解装置之间，用于测量由气动原料输送装置输送至溶解装置的固体降阻剂的流量，根据该流量调整所述气动原料输送装置的原料输送速率。
优选地，所述固体降阻剂连续混配装置还包括与所述溶解装置连接的混砂装置，该混砂装置用于将溶解装置溶解的固体降阻剂加注至压裂储层。
优选地，所述固体降阻剂连续混配装置还包括与所述溶解装置连接的供水装置，该供水装置用于为溶解装置提供用于溶解固体降阻剂的水。
优选地，所述气动原料输送装置与所述原料储存装置通过第一管线连接；所述气动原料输送装置与所述动力装置通过第二管线连接；所述气动原料输送装置与所述流量测试装置通过第三管线连接；所述溶解装置与所述流量测试装置通过第四管线连接。
优选地，所述第一管线、第二管线、第三管线和第四管线的材质均为透明塑料。
优选地，所述混砂装置与所述溶解装置通过第五管线连接，第五管线的材质优选为不锈钢。
优选地，所述溶解装置与所述供水装置通过第六管线连接，第六管线的材质优选为不锈钢。
优选地，所述第一管线的管长为0.2m～0.5m，管径为4mm～8mm，优选管径为5mm。
优选地，所述第二管线的管长为1m～3m，管径为1mm～5mm，优选管径为3mm。
优选地，所述第三管线的管长为1m～2m，管径为8mm～15mm，优选管径为10mm。
优选地，所述第四管线的管长为2m～3m，管径为8mm～15mm，优选管径为10mm。
优选地，所述第五管线的管长为10m～20m，管径为15mm～25mm，优选管径为20mm。
优选地，所述第六管线的管长为1m～10m，管径为10mm～20mm。
本发明提供的上述管线的管长及管径均为通过空气动力学计算得到的最优范围，管线太长或者管径太小容易出现在管路输送中固体降阻剂的堵塞的问题，管线太短或管径太大容易导致固体降阻剂的输送速率难以调整，造成原料的浪费等问题。
优选地，所述气动原料输送装置为离心通风机、离心鼓风机、涡轮式空压机或气动隔膜泵，更优选为气动隔膜泵。
优选地，所述气动原料输送装置的材质为不锈钢，从而避免铁锈的产生，铁锈会降低降阻剂性能，导致施工失败。
优选地，所述流量测试装置包括测试装置和显示装置。
优选地，所述动力装置包括空气压缩机。
优选地，所述溶解装置为齿轮泵、柱塞泵、柱塞泵或乳化泵；更优选为乳化泵。
优选地，所述溶解装置的腔体内壁材质为不锈钢。
优选地，所述原料储存装置包括锥形漏斗。
优选地，所述混砂装置包括混砂车。
本发明还提供了一种使用上述装置的固体降阻剂连续混配方法，包括如下步骤：
将固体降阻剂加入原料储存装置中，启动动力装置带动气动原料输送装置运转，固体降阻剂由原料储存装置经气动原料输送装置输送至溶解装置，通过流量测试装置测量气动原料输送装置和溶解装置之间固体降阻剂输送的流量，并根据该流量调整气动原料输送装置的原料输送速率，固体降阻剂进入溶解装置进行溶解，完成固体降阻剂的配制。
优选地，所述原料储存装置的最大容积为50升。
优选地，所述气动原料输送装置提供的原料输送速率为1kg/min～10kg/min。
优选地，所述动力装置提供的压力为5KPa～100Kpa；该动力装置提供的压力过小时，不足以启动气动原料输送装置，导致气动原料输送装置不能运转，如果动力装置提供的压力过大时，也会导致气动原料输送装置的使用寿命缩短。
优选地，所述流量测试装置的量程为0kg/min～25kg/min，该流量测试装置在线监测固体降阻剂的输送流量是否满足设计要求，如果流量小，可能导致降阻性能不佳，导致施工摩阻大，甚至施工失败，如果流量过大，导致降阻剂用量超过设计，进而浪费原材料，导致成本增高。
优选地，所述溶解装置的转速为2000r/min～4000r/min；该溶解装置的转速如果过小，将会导致溶解速度不够，不能满足现场作业的需求，同时固体降阻剂也会在溶解装置的腔体内沉积，导致堵塞，同时转速如果过小，溶解装置的离心力较小，导致溶解装置对固体降阻剂的吸力较小，导致固体降阻剂易在泵口沉积堵塞。
优选地，所述溶解装置的最大容量为5L。
优选地，所述固体降阻剂为聚丙酰胺类降阻剂。
优选地，所述固体降阻剂为阴离子聚丙酰胺类降阻剂、阳离子聚丙酰胺类降阻剂、非离子聚丙酰胺类降阻剂或两性聚丙酰胺类降阻剂。
优选地，所述固体降阻剂的颗粒大小为60目～100目。
优选地，所述溶解装置中固体降阻剂的溶解时间为不超过60s。
另外，如无特殊说明，本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
本发明的有益效果如下：
本发明提供了一种固体降阻剂连续混配装置，使用该装置在大规模体积压裂时可实现固体降阻剂连续混配，没有鱼眼；该装置为撬装装置现场运输，连接简便且易操作，使用成本低；该装置可实现固体降阻剂输送的精确控制，满足现场不同排量的需求；该装置可以连续工作3小时～8小时，满足不同施工时间的需求，解决了常规采用螺杆泵输送发热导致降阻剂板结，输送不能连续输送的问题；该装置可实时精确控制固体降阻剂的输送浓度，浓度范围为2kg/min～9kg/min，控制精度为±0.1kg/min；使用该装置制得的固体降阻剂可以实现连续混配。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明实施例1提供的固体降阻剂连续混配装置的示意图；
其中，1-原料储存装置，2-气动原料输送装置，3-动力装置，4-流量测试装置，5-溶解装置，6-混砂装置，7-供水装置，8-第一管线，9-第二管线，10-第三管线，11-第四管线，12-第五管线，13-第六管线。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
针对现有降阻剂无法连续混配，采用连续混配车时施工成本高，管线复杂，压裂作业前配制浓缩液局限性太大等问题，本发明提供了一种设计合理、工作性能可靠的固体降阻剂连续混配装置。
具体地，结合图1，一种固体降阻剂连续混配装置，包括原料储存装置1、气动原料输送装置2、动力装置3、流量测试装置4以及溶解装置5；
其中，所述原料储存装置1连接所述气动原料输送装置2，用于向气动原料输送装置2提供固体降阻剂；
所述气动原料输送装置2分别连接所述原料储存装置1、所述动力装置3和所述流量测试装置4，用于以压缩空气为动力源将原料储存装置1中的固体降阻剂输送至所述溶解装置5；
所述溶解装置5连接所述流量测试装置4，用于溶解固体降阻剂；
所述动力装置3连接所述气动原料输送装置2，用于向气动原料输送装置2提供作为动力源的压缩空气；
所述流量测试装置4设于所述气动原料输送装置2和所述溶解装置5之间，用于测量由气动原料输送装置2输送至溶解装置5的固体降阻剂的流量，根据该流量调整所述气动原料输送装置2的原料输送速率。
本发明中的气动原料输送装置以动力装置提供的压缩空气为动力，无热量产生，避免了在输送固体降阻剂过程导致其溶解；流量测试装置通过在线监测固体降阻剂的输送流量，可根据该输送流量调整气动原料输送装置的原料输送速率，避免了流量过大造成的原料浪费，以及流量过小造成的降阻性能不佳等问题。
此外，所述固体降阻剂连续混配装置还包括与所述溶解装置5连接的混砂装置6，该混砂装置用于将溶解的固体降阻剂加注至油气田。
进一步地，所述固体降阻剂连续混配装置还包括与所述溶解装置5连接的供水装置7，该供水装置7用于为溶解装置5提供用于溶解固体降阻剂的水。
具体地，所述原料储存装置1包括锥形漏斗；所述气动原料输送装置2为离心通风机、离心鼓风机、涡轮式空压机或气动隔膜泵，更优选为气动隔膜泵；所述动力装置3包括空气压缩机；所述流量测试装置4包括测试装置和显示装置；所述溶解装置5为齿轮泵、柱塞泵、柱塞泵或乳化泵，更优选为乳化泵；所述混砂装置6包括混砂车。
为避免产生铁锈，造成降阻剂性能降低，导致施工失败，作为本发明一个优选地实施方式，所述气动原料输送装置2的材质为不锈钢，所述溶解装置5的腔体内壁材质为不锈钢。
作为本发明一个优选地实施方式，所述原料储存装置1的最大容积为50升；其中，该原料储存装置容积如果过小，在施工过程中则需要不断的补加固体降阻剂，导致施工可能间断，如果过大，原料储存装置的体积较大，不利于现场作业和运输，相应的会增加生产成本。
作为本发明一个优选地实施方式，所述流量测试装置4的量程为0kg/min～25kg/min；该流量测试装置在线监测固体降阻剂的输送流量是否满足设计要求，如果流量小，可能导致降阻性能不佳，导致施工摩阻大，甚至施工失败，如果流量过大，导致降阻剂用量超过设计，进而浪费原材料，导致成本增高。
作为本发明一个优选地实施方式，所述溶解装置5的最大容量为5L；如果溶解装置容量较小，会导致不断往装置中加注固体降阻剂，人工劳动强度大，需要人员多，成本高。如果装置容量大，会导致撬装装置体积大，运输、安装占地大，运输不方便，成本高。
作为本发明一个优选地实施方式，如图1所示：所述气动原料输送装置2与所述原料储存装置1通过第一管线8连接，该第一管线8的材质优选为透明塑料，管长为0.2m～0.5m，管径为4mm～8mm，优选管径为5mm；
所述气动原料输送装置2与所述动力装置3通过第二管线9连接，该第二管线9的材质优选为透明塑料，管长为1m～3m，管径为1mm～5mm，优选管径为3mm；
所述气动原料输送装置2与所述流量测试装置4通过第三管线10连接，该第三管线10的材质优选为透明塑料，管长为1m～2m，管径为8mm～15mm，优选管径为10mm；
所述溶解装置5与所述流量测试装置4通过第四管线11连接，该第四管线11的材质优选为透明塑料，管长为2m～3m，管径为8mm～15mm，优选管径为10mm。
进一步地，所述混砂装置6与所述溶解装置5通过第五管线12连接，该第五管线12的材质为塑料，管长为10m～20m，管径为15mm～25mm，优选管径为20mm。
进一步地，所述溶解装置5与所述供水装置7通过第六管线13连接。该第六管线13的材质为不锈钢，管长为1m～20m，管径为10mm～20mm，优选管径为15mm。
上述管线的管长及管径均为通过空气动力学计算得到的最优范围，解决了在管路输送中造成固体降阻剂的堵塞，无法连续混配的问题；在上述管线中，第一管线、第二管线、第三管线和第四管线优选材质为透明塑料，不仅便于拆卸，并且方便观察固体降阻剂的流动状态；此外，应当理解的是，本领域技术人员可根据实际需要在各个管线上设置阀门。
作为本发明的另一方面，本发明还利用图1提供的固体降阻剂连续混配装置进行固体降阻剂连续混配，具体过程包括：
将固体降阻剂加入原料储存装置1中，启动动力装置3带动气动原料输送装置2运转，固体降阻剂由原料储存装置1经气动原料输送装置2输送至溶解装置5，通过流量测试装置4测量气动原料输送装置2和溶解装置5之间固体降阻剂输送的流量，并根据该流量调整气动原料输送装置2的原料输送速率，固体降阻剂进入溶解装置5进行溶解，完成固体降阻剂的混配。
在上述固体降阻剂连续混配过程中，为满足现场作业需要，作为本发明一个优选地实施方式，所述气动原料输送装置2提供的原料输送速率为1kg/min～10kg/min；在输送过程中该原料输送速率能够满足现场作业需要，速率过大或过小均导致无法满足混配要求。
在上述固体降阻剂连续混配过程中，作为本发明一个优选地实施方式，所述动力装置3提供的压力为5KPa～100Kpa；该动力装置提供的压力过小时，不足以启动气动原料输送装置，导致气动原料输送装置不能运转，如果动力装置提供的压力过大时，也会导致气动原料输送装置的使用寿命缩短。
在上述固体降阻剂连续混配过程中，作为本发明一个优选地实施方式，所述溶解装置5的转速为2000r/min～4000r/min；此外，在该溶解装置5中，固体降阻剂的溶解时间为不超过60s；该溶解装置的转速如果过小，将会导致溶解速度不够，不能满足现场作业的需求，同时固体降阻剂也会在溶解装置的腔体内沉积，导致堵塞，同时转速如果过小，溶解装置的离心力较小，导致溶解装置对固体降阻剂的吸力较小，导致固体降阻剂易在泵口沉积堵塞。
在上述固体降阻剂连续混配过程中，作为本发明一个优选地实施方式，所述固体降阻剂为聚丙酰胺类降阻剂；进一步优选为阴离子聚丙酰胺类降阻剂、阳离子聚丙酰胺类降阻剂、非离子聚丙酰胺类降阻剂或两性聚丙酰胺类降阻剂；该所述固体降阻剂的颗粒大小优选为60目～100目。
综上所述，本发明提供的固体降阻剂连续混配装置可不间断运行达8小时，解决了现有技术中现有固体降阻剂无法连续混配，采用连续混配车时施工成本高，管线复杂，压裂作业前配制浓缩液局限性太大的问题。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (16)

1.一种固体降阻剂连续混配装置，其特征在于，所述固体降阻剂连续混配装置包括原料储存装置、气动原料输送装置、动力装置、流量测试装置、溶解装置、供水装置；
其中，所述原料储存装置连接所述气动原料输送装置，用于向气动原料输送装置提供固体降阻剂；
所述气动原料输送装置分别连接所述原料储存装置、所述动力装置和所述流量测试装置，用于以压缩空气为动力源将原料储存装置中的固体降阻剂输送至所述溶解装置；
所述溶解装置连接所述流量测试装置，用于溶解固体降阻剂；其中，所述溶解装置为齿轮泵、柱塞泵、柱塞泵或乳化泵；
所述供水装置与所述溶解装置连接，该供水装置用于为溶解装置提供用于溶解固体降阻剂的水；
所述动力装置连接所述气动原料输送装置，用于向气动原料输送装置提供作为动力源的压缩空气；
所述流量测试装置设于所述气动原料输送装置和所述溶解装置之间，用于测量由气动原料输送装置输送至溶解装置的固体降阻剂的流量，根据该流量调整所述气动原料输送装置的原料输送速率；所述气动原料输送装置与所述原料储存装置通过第一管线连接；所述气动原料输送装置与所述动力装置通过第二管线连接；所述气动原料输送装置与所述流量测试装置通过第三管线连接；所述溶解装置与所述流量测试装置通过第四管线连接，所述供水装置与所述溶解装置通过第六管线连接；其中，所述第一管线的管长为0.2m～0.5m，所述第一管线的管径为4mm～8mm；所述第二管线的管长为1m～3m，所述第二管线的管径为1mm～5mm；所述第三管线的管长为1m～2m，所述第三管线的管径为8mm～15mm；所述第四管线的管长为2m～3m，所述第四管线的管径为8mm～15mm，所述第六管线的管长为1m～10m，管径为10mm～20mm。
2.根据权利要求1所述的固体降阻剂连续混配装置，其特征在于，所述第一管线、第二管线、第三管线和第四管线的材质均为透明塑料。
3.根据权利要求1或2所述的固体降阻剂连续混配装置，其特征在于，所述固体降阻剂连续混配装置还包括与所述溶解装置连接的混砂装置，该混砂装置用于将溶解装置溶解的固体降阻剂加注至压裂储层。
4.根据权利要求3所述的固体降阻剂连续混配装置，其特征在于，所述混砂装置与所述溶解装置通过第五管线连接；所述第五管线的管长为10m～20m，管径为15mm～25mm。
5.根据权利要求4所述的固体降阻剂连续混配装置，其特征在于，所述第五管线的材质为不锈钢。
6.根据权利要求1所述的固体降阻剂连续混配装置，其特征在于，所述第六管线的材质为不锈钢。
7.根据权利要求1所述的固体降阻剂连续混配装置，其特征在于，所述原料储存装置的最大容积为50升。
8.根据权利要求1所述的固体降阻剂连续混配装置，其特征在于，所述流量测试装置的量程为0kg/min～25kg/min。
9.根据权利要求1所述的固体降阻剂连续混配装置，其特征在于，所述溶解装置的最大容量为5L。
10.根据权利要求1所述的固体降阻剂连续混配装置，其特征在于，所述气动原料输送装置为离心通风机、离心鼓风机、涡轮式空压机或气动隔膜泵；所述气动原料输送装置的材质为不锈钢。
11.根据权利要求1所述的固体降阻剂连续混配装置，其特征在于，所述动力装置包括空气压缩机。
12.根据权利要求1所述的固体降阻剂连续混配装置，其特征在于，所述溶解装置的腔体内壁材质为不锈钢。
13.一种固体降阻剂连续混配方法，其特征在于，所述固体降阻剂连续混配方法使用如权利要求1～12任一项所述的固体降阻剂连续混配装置，包括如下步骤：
将固体降阻剂加入原料储存装置中，启动动力装置带动气动原料输送装置运转，固体降阻剂由原料储存装置经气动原料输送装置输送至溶解装置，通过流量测试装置测量气动原料输送装置和溶解装置之间固体降阻剂输送的流量，并根据该流量调整气动原料输送装置的原料输送速率，固体降阻剂进入溶解装置进行溶解，完成固体降阻剂的混配；
所述气动原料输送装置的原料输送速率为1kg/min～10kg/min；
所述动力装置提供的压力为5KPa～100KPa；
所述溶解装置的转速为2000r/min～4000r/min。
14.根据权利要求13所述的固体降阻剂连续混配方法，其特征在于，所述溶解装置中固体降阻剂的溶解时间为不超过60s。
15.根据权利要求13所述的固体降阻剂连续混配方法，其特征在于，所述固体降阻剂为聚丙酰胺类降阻剂。
16.根据权利要求13所述的固体降阻剂连续混配方法，其特征在于，所述固体降阻剂的颗粒大小为60目～100目。
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