CN107288608B - 一种用于油田压裂的带压混砂装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于油田压裂的带压混砂装置，第一液体添加管线的冲洗支路将加砂装置储砂腔中的支撑剂冲洗到外罐中，液体添加支路向外罐中添加二氧化碳液体，外罐中的二氧化碳液体通过径向孔流入内罐，内罐中的二氧化碳液体在第二液体添加管线的冲洗下在内罐中进行切向流动并透过径向孔再次流入到外罐中从而冲洗外罐底部沉积的支撑剂，外罐的搅拌装置搅拌外罐中由二氧化碳液体和支撑剂混合而成的携砂液，搅拌均匀后从外罐底部的排出管线排出，混合效果好，罐体底部不易结冰，可实现连续加砂作业，效率高；可对混合罐的工作状态进行监测，异常情况时会发出报警，自动采取应急措施，安全性高，可进行精确电控操作，使用方便，节省人工。
Description
技术领域
本发明涉及油田压裂技术领域，尤其是涉及一种用于油田压裂的带压混砂装置。
背景技术
压裂施工作业是改造油气藏，实现油气井增产增效的重要手段之一。通过压裂，使地层产生裂缝，改善油在地下的流动环境，使油井产量增加，对改善油井井底流动条件、减缓层间和改善油层动用状况可起到重要的作用。
目前国内外最常用的油气层改造技术是水力压裂技术，即采用水基压裂液对油气层进行改造。但水基压裂液体系存在水资源大量浪费、黏土膨胀和压裂液残渣伤害油气层、返排不完全造成地下水污染以及污水处理费用高昂等缺点。
二氧化碳无水蓄能压裂技术源于北美，是一种采用液态二氧化碳作为压裂液来代替水的技术，主要针对煤层气、水敏性储层、含原油较稠储层、低压储层的油气开发而设计。与常规的水力压裂相比，二氧化碳无水蓄能压裂增产效果显著，是水力压裂效果的5到6倍、氮气泡沫压裂的4倍，且几乎无需添加剂，成本相对较低；液态二氧化碳在汽化后，无水相、无残渣，仅有支撑剂留在地层，不会对储层造成伤害，可实现快速排液投产；此外，二氧化碳具备比甲烷更强的吸附力，可置换出吸附于母岩的甲烷，从而提高天然气或煤层气的产量，并实现部分二氧化碳的永久埋存。
目前，国内现有的二氧化碳混砂装置，主要包括固体输送装置及与其导通的压力容器，该压力容器上，有支撑剂的充装口及固体的排出口。在实际使用过程中，需提前三天通过外部装置，往压力容器中，充装支撑剂，之后再对压力容器进行加压，将罐体内压力添加至2.3MPa。施工完成后，对设备加注低温二氧化碳，并对内部支撑剂进行降温处理。工序全部准备完毕，设备才可以满足施工条件。现场施工过程中，将外接低温液体于压力容器顶部连接，从上往下加注低温C02，通过这种加压的方式，将支撑剂带出压力储罐，实现二氧化碳液体携砂压裂的工艺。
然而，在实际施工过程中，容易造成以下几个问题：1、前期低温二氧化碳液体加注过程中容易出现罐体结冰现象，导致压力容器底部输出管道堵塞，从而造成整个设备，甚至于整个施工队伍无法完成正常的施工作业；2、由于压力容器采用的是车载式工艺，设备自身施工准备周期较长，导致罐体固体加注完成后，无法再补加支撑剂，造成无法满足大型施工的连续性操作工况。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种用于油田压裂的带压混砂装置，解决现有技术中的上述技术问题。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种用于油田压裂的带压混砂装置，包括：一混合罐、若干加砂装置、一控制器；所述混合罐包括罐体、第一液体添加管线、第二液体添加管线、排出管线、搅拌装置；所述加砂装置包括驱动油缸、推杆、加砂活塞、密封缸套、密封盘根、应急关断阀；在所述罐体底部设有一隔仓板，所述隔仓板将所述罐体分为内罐、外罐，所述外罐为隔仓板以上的罐体，所述内罐为隔仓板以下的罐体，所述隔仓板上设有若干贯通的径向孔；第一液体添加管线包括冲洗支路、液体添加支路，所述第一液体添加管线、所述第二液体添加管线同时连接一进液泵，所述进液泵通过所述第一液体添加管线、所述第二液体添加管线从所述罐体外部引入高压二氧化碳液体到所述罐体内，所述冲洗支路的出液口设置在所述加砂装置上方，所述液体添加支路的出液口设置于外罐中，所述第二液体添加管线的出液口设置在所述内罐底部；所述排出管线连接一排出沙泵，所述排出管线设置在所述外罐底部，所述排出沙泵通过所述排出管线排出所述外罐中混合均匀的携砂液到罐体外部；所述搅拌装置安装在外罐中心，所述搅拌装置搅拌外罐中的携砂液；所述加砂装置设置在所述罐体侧壁，所述加砂装置的前端伸入所述罐体；所述驱动油缸连接所述推杆，所述推杆连接所述加砂活塞，所述加砂活塞设于所述密封缸套内，所述密封盘根套设于所述加砂活塞；所述加砂活塞内部设有上下均开口的储砂腔，所述储砂腔内存放有支撑剂，径向孔的直径小于支撑剂颗粒的直径；所述应急关断阀设置在所述加砂装置的末端，所述应急关断阀关闭后封闭所述加砂装置的末端；所述驱动油缸驱动所述推杆推动所述加砂活塞沿着所述密封缸套做往复运动，所述冲洗支路的出液口喷出高压二氧化碳液体将所述储砂腔中的支撑剂冲洗到所述外罐中；所述控制器与所述进液泵、所述排出沙泵、所述搅拌装置、所述驱动油缸、所述应急关断阀电性连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：第一液体添加管线的冲洗支路的出液口喷出高压二氧化碳液体将加砂装置储砂腔中的支撑剂冲洗到外罐中，第一液体添加管线的液体添加支路向外罐中添加二氧化碳液体，外罐中的二氧化碳液体通过径向孔流入内罐，内罐中的二氧化碳液体在第二液体添加管线的冲洗下在内罐中进行切向流动并透过径向孔再次流入到外罐中从而冲洗外罐底部沉积的支撑剂，外罐的搅拌装置搅拌外罐中由二氧化碳液体和支撑剂混合而成的携砂液，外罐的携砂液搅拌均匀后从外罐底部的排出管线排出，用于油田压裂，罐体中的携砂液不易产生堆积，混合均匀、混合效果好，不易产生气泡，罐体中的携砂液处于流动状态，罐体底部不易结冰，可实现连续加砂作业，效率高；同时，控制器与进液泵、排出沙泵、搅拌装置、驱动油缸、应急关断阀、紧急排空装置、自动排压阀、压力检测装置、液位检测装置、报警装置电性连接，可以对混合罐的工作状态进行监测，发生异常情况时，会发出报警，自动采取应急措施，安全性高；控制器、控制器电性连接的器件形成电控***，可以对本发明的带压混砂装置进行精确电控操作，使用方便，节省人工。
附图说明
图1是本发明提供的用于油田压裂的带压混砂装置主视图；
图2是图1中加砂装置的剖视图；
图3是用于油田压裂的带压混砂装置的控制图。
附图中：1、混合罐，2、加砂装置，3、控制器，11、罐体，111、外罐，112、内罐，113、径向孔，12、第一液体添加管线，121、冲洗支路，122、液体添加支路，123、进液泵，13、第二液体添加管线，14、紧急排空装置，15、排出管线，151、排出沙泵，16、搅拌装置，161、驱动装置，162、搅拌轴,163、搅拌叶片，17、排压阀，171、自动排压阀，172、手动排压阀，18、测量装置，181、压力检测装置，182、液位检测装置，19、报警装置，21、驱动油缸，22、推杆，23、加砂活塞，24、密封缸套，25、密封盘根，26、应急关断阀，231、储砂腔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种用于油田压裂的带压混砂装置，包括：一混合罐1、若干加砂装置2、一控制器3；混合罐1包括罐体11、第一液体添加管线12、第二液体添加管线13、排出管线15、搅拌装置16、紧急排空装置14、排压阀17、测量装置18、报警装置19；加砂装置2包括驱动油缸21、推杆22、加砂活塞23、密封缸套24、密封盘根25、应急关断阀26；排压阀17包括自动排压阀171、手动排压阀172，测量装置18包括压力检测装置181、液位检测装置182。
上述技术方案中，在罐体11底部设有一隔仓板，隔仓板将罐体11分为内罐112、外罐111，外罐111为隔仓板以上的罐体，内罐112为隔仓板以下的罐体，隔仓板上设有若干贯通的径向孔113；第一液体添加管线12包括冲洗支路121、液体添加支路122，第一液体添加管线12、第二液体添加管线13同时连接一进液泵123，进液泵123通过第一液体添加管线12、第二液体添加管线13从罐体11外部引入高压二氧化碳液体到罐体11内，冲洗支路121的出液口设置在加砂装置2上方，每一个加砂装置2配套有一个冲洗支路121用于冲洗加砂装置2储砂腔231中的支撑剂，液体添加支路122的出液口设置于外罐中，液体添加支路122用于向外罐中添加需要的二氧化碳液体，罐体中大部分二氧化碳液体来自于液体添加支路122；第二液体添加管线13的出液口设置在内罐112底部；排出管线15连接一排出沙泵151，排出管线15设置在外罐111底部，排出沙泵151通过排出管线15排出外罐111中混合均匀的携砂液到罐体11外部；搅拌装置16安装在外罐111中心，搅拌装置16搅拌外罐111中的携砂液；紧急排空装置14设置在内罐112底部，紧急排空装置14开启后排空罐体11内携砂液，自动排压阀171、手动排压阀172设置在罐体11上，压力检测装置181设置在罐体11上并测量罐体11内部压力，液位检测装置182***罐体11中并测量罐体11内部液位，报警装置19设置在罐体11上。
上述技术方案中，加砂装置2设置在罐体11侧壁，加砂装置2的前端伸入罐体11；驱动油缸21连接推杆22，推杆22连接加砂活塞23，加砂活塞23设于密封缸套24内，密封盘根25套设于加砂活塞23，密封盘根25用于在加砂活塞23和密封缸套24间起到密封作用；加砂活塞23内部设有上下均开口的储砂腔231，储砂腔231的上开口为进砂口，储砂腔231的下开口为出砂口，储砂腔231的进砂口和出砂口错开设置，储砂腔231内存放有支撑剂，优选的，支撑剂为陶粒砂；应急关断阀26设置在加砂装置2的末端，在混合罐1发生低温二氧化碳泄露后，关闭应急关断阀26，从而封闭加砂装置2的末端，防止进一步发生泄露。
上述技术方案中，驱动油缸21驱动推杆22推动加砂活塞23沿着密封缸套24做往复运动，当加砂活塞23向罐体11外运动，加砂活塞23储砂腔231的进砂口脱离密封缸套24的范围时，往储砂腔231的进砂口中添加支撑剂，实现物料装填；当加砂活塞23向罐体11内运动，加砂活塞23的储砂腔231脱离密封缸套24的范围并处于冲洗支路121的出液口下方时，冲洗支路121的出液口喷出高压二氧化碳液体将储砂腔231中的支撑剂冲洗到外罐111中，实现支撑剂添加到罐体11中；当驱动油缸21不作业时，使加砂活塞23处于密封缸套24中间，储砂腔231的进砂口和出砂口均被密封缸套24封闭；当混合罐1发生低温二氧化碳泄露后，例如密封盘根25损坏后会产生二氧化碳泄露，此时，驱动油缸21往前推推杆22，加砂活塞23向罐体11内部移动，关闭应急关断阀26，从而封闭加砂装置2的末端，防止进一步发生泄露。
上述技术方案中，优选的，罐体11侧壁安装有4个加砂装置2，通过调节各加砂装置2的驱动油缸21的运动间隙，实现本发明的带压混砂装置的连续加砂工况需求。
上述技术方案中，控制器3与进液泵123、排出沙泵151、搅拌装置16、驱动油缸21、应急关断阀26、紧急排空装置14、自动排压阀171、压力检测装置181、液位检测装置182、报警装置19电性连接；控制器3控制进液泵123、排出沙泵151的开/关、排量、输送速度，控制器3控制搅拌装置16的开/关、转速，控制器3控制驱动油缸21的开/关、运转速度，控制器3控制应急关断阀26、紧急排空装置14的开关；控制器3控制自动排压阀171的开度，自动排压阀171打开后可进行罐体11排压；液位检测装置182测量罐体11中液位并将液位信息发送给控制器3，压力检测装置181测量罐体11中压力并将压力测量信息发送给控制器3，当压力测量信息、液位信息异常时，控制器3控制报警器发出报警；控制器3根据压力测量信息、液位信息控制进液泵123、排出沙泵151、搅拌装置16、驱动油缸21、应急关断阀26、紧急排空装置14、自动排压阀171。
上述技术方案中，自动排压阀171包括一机械排压阀，当自动排压阀171承受的压力达到一定数值时，机械排压阀自动打开进行排压。
上述技术方案中，搅拌装置16包括一驱动装置161、一搅拌轴162、若干搅拌叶片163，驱动装置161与搅拌轴162连接并驱动搅拌轴162转动，若干搅拌叶片163设置于搅拌轴162上；优选的，驱动装置161为液压马达或电机。搅拌装置16不断地将外罐111的携砂液搅拌成均质的混合液，减少气体的产生，增加携砂液流动性，防止罐体11底部结冰。
上述技术方案中，混合罐1的罐体11设计采用压力容器的方式，可以满足设备的带压作业，并能满足低温工况需求，具体地，罐体11设计正常工作压力为3.0MPa，罐体11直径1800mm，高度2200mm。罐体11工作压力及尺寸可以根据业务需求进行灵活调整。混合罐1的罐体11采用“罐中套罐”的结构，设置外罐111、内罐112，冲洗支路121的出液口喷出高压二氧化碳液体将加砂装置2储砂腔231中的支撑剂冲洗到外罐111中，液体添加支路122向外罐中添加二氧化碳液体，外罐中的二氧化碳液体通过径向孔流入内罐(径向孔的大小设置为不允许支撑剂通过)，内罐中的二氧化碳液体在第二液体添加管线的冲洗下在内罐中进行切向流动并透过径向孔再次流入到外罐中从而冲洗外罐底部沉积的支撑剂，外罐的搅拌装置搅拌外罐中由二氧化碳液体和支撑剂混合而成的携砂液，外罐的携砂液搅拌均匀后从外罐底部的排出管线15排出，混合罐1的结构设计使得本发明的带压混砂装置在大砂比携砂液的情况下能完全、连续地混合二氧化碳液体、支撑剂，混合罐1直径大、表面积大，从而不易产生气泡，不堆积，不结块，混合效果好，在小砂比和小排量时亦可以均匀地混合二氧化碳液体、支撑剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：第一液体添加管线的冲洗支路的出液口喷出高压二氧化碳液体将加砂装置储砂腔中的支撑剂冲洗到外罐中，第一液体添加管线的液体添加支路向外罐中添加二氧化碳液体，外罐中的二氧化碳液体通过径向孔流入内罐，内罐中的二氧化碳液体在第二液体添加管线的冲洗下在内罐中进行切向流动并透过径向孔再次流入到外罐中从而冲洗外罐底部沉积的支撑剂，外罐的搅拌装置搅拌外罐中由二氧化碳液体和支撑剂混合而成的携砂液，外罐的携砂液搅拌均匀后从外罐底部的排出管线排出，用于油田压裂，罐体中的携砂液不易产生堆积，混合均匀、混合效果好，不易产生气泡，罐体中的携砂液处于流动状态，罐体底部不易结冰，可实现连续加砂作业，效率高；同时，控制器与进液泵、排出沙泵、搅拌装置、驱动油缸、应急关断阀、紧急排空装置、自动排压阀、压力检测装置、液位检测装置、报警装置电性连接，可以对混合罐的工作状态进行监测，发生异常情况时，会发出报警，自动采取应急措施，安全性高；控制器、控制器电性连接的器件形成电控***，可以对本发明的带压混砂装置进行精确电控操作，使用方便，节省人工；使用二氧化碳和支撑剂混合的携砂液进行油田压裂，压裂效果好，几乎无需添加剂，成本相对较低，液态二氧化碳在汽化后，无水相、无残渣，仅有支撑剂留在地层，不会对储层造成伤害，可实现快速排液投产。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (5)
1.一种用于油田压裂的带压混砂装置，其特征在于，包括：一混合罐、若干加砂装置、一控制器；所述混合罐包括罐体、第一液体添加管线、第二液体添加管线、排出管线、搅拌装置； 所述加砂装置包括驱动油缸、推杆、加砂活塞、密封缸套、密封盘根、应急关断阀；在所述罐体底部设有一隔仓板，所述隔仓板将所述罐体分为内罐、外罐，所述外罐为隔仓板以上的罐体，所述内罐为隔仓板以下的罐体，所述隔仓板上设有若干贯通的径向孔；第一液体添加管线包括冲洗支路、液体添加支路，所述第一液体添加管线、所述第二液体添加管线同时连接一进液泵，所述进液泵通过所述第一液体添加管线、所述第二液体添加管线从所述罐体外部引入高压二氧化碳液体到所述罐体内，所述冲洗 支路的出液口设置在所述加砂装置上方，所述液体添加支路的出液口设置于外罐中，所述第二液体添加管线的出液口设置在所述内罐底部；所述排出管线连接一排出沙泵，所述排出管线设置在所述外罐底部， 所述排出沙泵通过所述排出管线排出所述外罐中混合均匀的携砂液到罐体外部； 所述搅拌装置安装在外罐中心，所述搅拌装置搅拌外罐中的携砂液；所述加砂装置设置在所述罐体侧壁，所述加砂装置的前端伸入所述罐体；所述驱动油缸连接所述推杆，所述推杆连接所述加砂活塞，所述加砂活塞设于所述密封缸套内，所述密封盘根套设于所述加砂活塞；所述加砂活塞内部设有上下均开口的储砂腔，所述储砂腔内存放有支撑剂，径向孔的直径小于支撑剂颗粒的直径；所述应急关断阀设置在所述加砂装置的末端，所述应急关断阀关闭后封闭所述加砂装置的末端；所述驱动油缸驱动所述推杆推动所述加砂活塞沿着所述密封缸套做往复运动，所述冲洗支路的出液口喷出高压二氧化碳液体将所述储砂腔中的支撑剂冲洗到所述外罐中；所述控制器与所述进液泵、所述排出沙泵、所述搅拌装置、所述驱动油缸、所述应急关断阀电性连接，罐体侧壁安装有4个加砂装置。
2.如权利要求 1 所述的用于油田压裂的带压混砂装置，其特征在于，所述混合罐还包括紧急排空装置、自动排压阀、手动排压阀、压力检测装置、液位检测装置、报警 装置； 所述紧急排空装置设置在所述内罐底部，所述紧急排空装置开启后排空所述罐体内携砂液，所述自动排压阀、所述手动排压阀设置在所述罐体上，所述压力检测装置设 置在所述罐体上并测量所述罐体内部压力， 所述液位检测装置***所述罐体中并测量所述罐体内部液位，所述报警装置设置在所述罐体上。
3.如权利要求 2 所述的用于油田压裂的带压混砂装置，其特征在于，所述控制器还与所述紧急排空装置、所述自动排压阀、所述压力检测装置、所述液位检测装置、所述报警装置电性连接。
4.如权利要求 1 所述的用于油田压裂的带压混砂装置，其特征在于，所述搅拌装置包括一驱动装置、一搅拌轴、若干搅拌叶片，所述驱动装置与所述搅拌轴连接并驱动所述搅拌轴转动，若干所述搅拌叶片设置于所述搅拌轴上。
5.如权利要求 4 所述的用于油田压裂的带压混砂装置，其特征在于，所述驱动装置为液压马达或电机。
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