CN114130233A - 固液混配连续泵送***及其工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种固液混配连续泵送***，包括配液***、干添***、液添***和泵送***，配液***包括混合罐、文丘里混合器和射流泵，射流泵通过文丘里混合器与混合罐连通，混合罐与泵送***连通，液添***与混合罐连通，干添***包括带称重秤的储料罐和粉料输送器，储料罐、粉料输送器和文丘里混合器依次连通；通过干添***、液添***、配液***、泵送***集成控制的工作流程可实现固液添加剂精确添加、工艺液连续混配泵送的功能。
Description
技术领域
本发明涉及石油机械和修井与完井作业设备领域，尤其是涉及一种固液混配连续泵送***及其工艺方法。
背景技术
页岩气藏属于典型的低孔隙度、低渗透率非常规天然气藏，在世界油气资源里占有很大的比重。其特殊的储层特征决定了开发这类储层必须采用储层压裂改造技术以改善油气流渗流条件，从而达到可靠高效开发的目的。由于水平井分段压裂技术能够最大限度地暴露产层，沟通更多的缝网***，获得较好的经济效益，现已成为合理解决页岩气藏开发问题的主要途径。可钻式桥塞分段射孔加砂压裂技术已经在页岩气等水平作业井中普遍采用，钻铣桥塞是解决水平井分段压裂后续问题的关键技术。钻塞液是钻铣桥塞作业过程中重要的组成部分，常以滑溜水作为基液，根据作业需要添加多种添加剂混合后泵送至井下使用，其用量、配液效率、配液质量、泵送及时性等方面都有很高的要求。
目前，井场配制钻塞液普遍使用批混***，先将混配完成后的钻塞液存储于储料罐中，再使用压裂车将钻塞液加压泵入连续油管中，完成钻塞液的循环泵送作业。从工作流程可知，现场采用配混***配液存在如下问题：人工加入化学品计量不准确，作业条件恶劣，操作强度大，存在一定的环境污染，易导致人力物力浪费；配液和泵送环节单一分开，供水***、搅拌***、混浆***和注入***相对独立，无法实现联动协同调整、连续混配和即混即注功能，无形中增加了操作强度和作业成本，影响作业速度和质量。随着页岩气开发规模的逐渐扩大，这种人工配液后使用压裂设备泵送的钻塞液循环泵送模式的局限性和不足日益明显，越发难以适应现场作业的要求；有必要提出一种可实现多种添加剂精确添加、钻塞液连续混配、钻塞液即混即注的钻塞液循环泵送工作流程，以满足日趋严苛的工程需求，助力页岩气高效、安全、优质开发。
发明内容
本发明提供了一种固液混配连续泵送***及其工艺方法，解决了钻塞液配置时多种添加剂精确添加、钻塞液连续混配问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种固液混配连续泵送***，包括配液***、干添***、液添***和泵送***，配液***包括混合罐、文丘里混合器和射流泵，射流泵通过文丘里混合器与混合罐连通，混合罐与泵送***连通，液添***与混合罐连通，干添***包括带称重秤的储料罐和粉料输送器，储料罐、粉料输送器和文丘里混合器依次连通。
优选的方案中，液添***包括液添罐和液添泵，液添罐、液添泵和混合罐依次连通。
优选的方案中，泵送***包括灌注泵、第一柱塞泵和第二柱塞泵，第一柱塞泵和第二柱塞泵并联，第一柱塞泵和第二柱塞泵一端通过灌注泵与混合罐连通，第一柱塞泵和第二柱塞泵另一端连通井下。
优选的方案中，射流泵与文丘里混合器之间还依次连通有调节阀和第一流量计，第一柱塞泵和第二柱塞泵入口分别设有第五阀门和第六阀门，灌注泵出口设有第二流量计。
优选的方案中，还包括补偿***，补偿***包括回收罐和补偿器，混合罐内部设有通过液泵连通的第一腔室和第二腔室，第一腔室和第二腔室分别设有第一搅拌器和第二搅拌器，文丘里混合器与第一腔室连通，回收罐与补偿器连通，补偿器和第二腔室连通，第二腔室出口与泵送***连通，第二腔室内还设有液位计与密度计。
优选的方案中，补偿器内设有矩阵分割器，矩阵分割器设有多个行列布置的单元腔，单元腔上下贯通，矩阵分割器上方设有原料腔，矩阵分割器下方设有缓存腔，缓存腔下端设有出料口和回收口，出料口与第二腔室连通，回收口与回收罐连通，矩阵分割器上下两端分别设有可开闭的上滑门和下滑门， 上滑门和下滑门滑动方向垂直。
优选的方案中，缓存腔上端设有进气口，进气口与气源连通。
包括工艺方法，
S1、作业准备阶段：在控制***中输入工艺液泵送排量、干添比例和液添比例三种参数，将除调节阀、第二阀门以外所有阀门关闭，调节阀设置为全开状态；开启第二电机带动射流泵开始工作，此时调节阀根据控制***设定的排量参数结合第一流量计所测定的流量值调节开度，确保第一流量计所测定的流量值和控制***设定的排量参数保持一致；
S2、混配泵送阶段：根据实际作业需要独立开启或关闭干添***和液添***相关设备，按照控制***设定的干添比例和液添比例进行添加剂添加；同时，开启泵送***相应设备和阀门将工艺液泵送至井下，此时由第二流量计反馈的流量值调整调节阀的开度，使第一流量计和第二流量计所测定的流量值一致，以保证射流泵出口流量与灌注泵出口流量一致；
S3、作业结束阶段：作业结束后关闭干添***、液添***及配液***所有电机、阀门、搅拌器，待混合罐中工艺液泵送至无残余后关闭泵送***的所有设备和阀门，最后关闭控制***电源。
优选的方案中，S2还包括针对于粉料的补偿式泵送方法：
S21、固、液添加剂与水经文丘里混合气器初步混合后进入第一腔室中，第一搅拌器工作使混合液再次搅拌混合；
S22、液泵将第一腔室中的混合液泵送至第二腔室中储存，第二搅拌器工作防止混合液固液分层；
S23、密度计检测混合液密度，若密度达标则开启泵送***将混合液送至井下，此时，通过液位计监测第二腔室中的液面高度，若液面超过高液位，则液泵停止向第二腔室输送混合液，若液面低于低液位则泵送***停止；若密度计检测密度低于设定值，则开启补偿器，向第二腔室中补偿粉料，第二搅拌器搅拌使粉料混合均匀。
优选的方案中，S23还包括粉料补偿方法：
S231、补偿器单元腔数量推算：根据密度计反馈，计算出粉料缺少总量M，已知单个单元腔容量为V，因此计算需要的单元腔数量为S=M/V；
S232、上下滑门开度推算：将S分解为单元腔行数H与列数L相乘，即S=H*L，H即为下滑门的开度，L即为上滑门的开度；
S233、补偿器工作：初始时，上滑门和下滑门处于完全关闭状态，按照开度L打开上滑门，原料腔中的粉料落入各单元腔中，关闭上滑门，按照开度H打开下滑门，部分单元腔中的粉料落入缓存腔中，打开出料口，将缓存腔内的粉料输送至第二腔室中；
S234、粉料回收：关闭出料口，将下滑门全部打开，剩余粉料落入缓存腔内，打开回收口，将剩余粉料输送至回收罐中。
本发明的有益效果为：通过干添***、液添***、配液***、泵送***集成控制的工作流程可实现固液添加剂精确添加、工艺液连续混配泵送的功能；优选方案中，通过灌注泵出口处的流量计测定的流量调整调节阀开度从而控制射流泵流量，可保证工艺液混配量与泵送量一致，避免柱塞泵吸空或混合罐溢罐情况发生；优选方案中，通过射流泵出口处流量计测定的流量，配合干添、液添***电机以及储料罐底座上的称重秤，可实现固液添加剂按比例精确添加；优选方案中，通过补偿***实时补偿干料配入量，进一步提高配比精确度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的示意图。
图2是本发明的增加补偿***的示意图。
图3是本发明的部分***图。
图4是本发明的矩阵分割器结构图。
图5是本发明的补偿器工作示意图一。
图6是本发明的补偿器工作示意图二。
图7是本发明的补偿器工作俯视图。
图8是本发明的补偿器工作示意图三
图中：矩阵分割器1；单元腔101；上滑门2；下滑门3；原料腔4；缓存腔5；进气口501；出料口502；回收口503；第一驱动机构6；第二驱动机构7。
具体实施方式
如图1-8中，一种固液混配连续泵送***，包括配液***、干添***、液添***和泵送***，配液***包括混合罐、文丘里混合器和射流泵，射流泵通过文丘里混合器与混合罐连通，混合罐与泵送***连通，液添***与混合罐连通，干添***包括带称重秤的储料罐和粉料输送器，储料罐的出料量通过电子称重秤计量，粉料输送器可选用螺旋输送器，保证连续大量输送，储料罐、粉料输送器和文丘里混合器依次连通，还包括控制***，控制***统筹控制各其他***，外部水源通过射流泵高速通入文丘里混合器与干添***中的干料（粉料）在文丘里混合器中进行初次混合，然后和液添***中的液体添加剂分别通入混合罐中混合成所需要的工艺液。
优选的方案中，液添***包括液添罐和液添泵，液添罐、液添泵和混合罐依次连通。
优选的方案中，泵送***包括灌注泵、第一柱塞泵和第二柱塞泵，第一柱塞泵和第二柱塞泵并联，第一柱塞泵和第二柱塞泵一端通过灌注泵与混合罐连通，第一柱塞泵和第二柱塞泵另一端连通井下，混合罐中的工艺液通过灌注泵加压和通入第一柱塞泵和第二柱塞泵，第一柱塞泵和第二柱塞泵择一工作，将工艺液再次加压后通入井下。
优选的方案中，射流泵与文丘里混合器之间还依次连通有调节阀和第一流量计，用于反馈控制输入水的流量，第一柱塞泵和第二柱塞泵入口分别设有第五阀门和第六阀门，灌注泵出口设有第二流量计，用于监测以及调节输出的工艺液的流量。
此种泵送工艺中固、液添加剂高精度添加、连续混配的工作流程包含以下特点：
（1）在混配泵送阶段可根据实际作业需要在控制***中调整泵送排量、干添比例、液添比例三种参数。
（2）泵送***中的第一、第二柱塞泵可根据作业需要进行切换使用。
（3）干添***根据第一流量计反馈的流量值结合控制***设定的干添比例确定固体添加剂添加量，通过储料罐下部安装的电子秤反馈信号第一电机转速，改变螺旋输送器输送量，实现固体添加剂精确添加。
（4）液添***根据第一流量计反馈的流量值结合控制***设定的液添比例确定液体添加剂添加量，根据液体添加剂添加量第三电机转速，实现液体添加剂精确添加。
优选的方案中，还包括补偿***，补偿***包括回收罐和补偿器，混合罐内部设有通过液泵连通的第一腔室和第二腔室，第一腔室和第二腔室分别设有第一搅拌器和第二搅拌器，文丘里混合器与第一腔室连通，回收罐与补偿器连通，补偿器和第二腔室连通，第二腔室出口与泵送***连通，第二腔室内还设有液位计与密度计，由于粉料量较大，单单经过文丘里混合器并不能混合完全，因此第一腔室的主要功能为粉料的二次搅拌式混合，保证混合充分，第二腔室主要作用为缓存混合好的混合液，第二搅拌器持续搅动保持工艺液密度均匀不出现分层或沉淀，容积比第一腔室大，泵送***可源源不断的从第二腔室中吸入液体，并通过液位计示警高低液位极值，密度计实时监测工艺液的密度，反馈给控制***，及时调整各阀门开度或各执行泵的电机转速。
由于粉料需求量较大，通过螺旋输送器等类似机构输送，粉料难免残留在在各输送结构上，导致实际送至混合罐中的量总是小于储料罐的理论出料量，因此在第二腔室增加了检测用的密度计，形成闭环反馈机制，当出现粉料配入不足导致密度减小时，通过将补偿器中储存的粉料快速补充到第二腔室，进一步提高粉料的配入精度，由于补偿的粉料量较少，在第二搅拌器搅动下能快速混合均匀，并不影响泵送***的连续运行。
优选的方案中，补偿器内设有矩阵分割器1，矩阵分割器1主要起细分、均分粉料的作用，矩阵分割器1设有多个行列布置的单元腔101，各单元腔101容积相等，单元腔101上下贯通且内壁光滑，粉料受自重会从一端进入，另一端滑出，单元腔101数量尽可能多使单份粉料量尽可能少，提高细分精度，矩阵分割器1上方设有原料腔4，矩阵分割器1下方设有缓存腔5，缓存腔5下端设有出料口502和回收口503，出料口502与第二腔室连通，回收口503与回收罐连通，矩阵分割器1上下两端分别设有可开闭的上滑门2和下滑门3， 上滑门2和下滑门3滑动方向垂直。
还包括第一驱动机构6和第二驱动机构7，第一驱动机构6和第二驱动机构7结构相同，均包括伺服电机，齿轮齿条机构，第二驱动机构7的齿条与上滑门2连接，第一驱动机构6的齿条与下滑门3连接，两个齿条安装方向空间上垂直，两个伺服电机通过控制***控制。
优选的方案中，缓存腔5上端设有进气口501，进气口501与气源连通，气源起辅助作用，气源可通过脉冲阀控制，冲击残留在缓存腔5中的粉料，使粉料被喷入第二腔室或回收罐。
工艺方法如下，
S1、作业准备阶段：在控制***中输入工艺液泵送排量、干添比例和液添比例三种参数，将除调节阀、第二阀门以外所有阀门关闭，调节阀设置为全开状态；开启第二电机带动射流泵开始工作，此时调节阀根据控制***设定的排量参数结合第一流量计所测定的流量值调节开度，确保第一流量计所测定的流量值和控制***设定的排量参数保持一致；
S2、混配泵送阶段：根据实际作业需要独立开启或关闭干添***和液添***相关设备，按照控制***设定的干添比例和液添比例进行添加剂添加；同时，开启泵送***相应设备和阀门将工艺液泵送至井下，开启第二阀门、第四电机，同时根据实际使用需要开启第五阀门、第五电机或第六阀门、第六电机以驱动第一柱塞泵或第二柱塞泵将工艺液泵送至井下，此时由第二流量计反馈的流量值调整调节阀的开度，使第一流量计和第二流量计所测定的流量值一致，以保证射流泵出口流量与灌注泵出口流量一致；
a）干添***工作流程如下：
开启第一阀门、第一电机，使固体添加剂通过螺旋输送器经过文丘里混合器混合，然后混合罐中进行搅拌；在不需要进行固体添加剂添加的情况下，关闭第一阀门、第一电机结束干添作业。
干添***根据第一流量计反馈的流量值结合控制***设定的干添比例确定固体添加剂添加量，通过储料罐下部安装的电子秤反馈信号调整第一电机转速，以改变螺旋输送器输送量，实现固体添加剂精确添加。
b）液添***工作流程如下：
开启第三阀门、第三电机，使液体添加剂通过液添泵泵送至混合罐中进行混合；在不需要进行液体添加剂添加的情况下，关闭第三阀门、第三电机结束液添作业。
液添***根据第一流量计反馈的流量值结合控制***设定的液添比例确定液体添加剂添加量，根据液体添加剂添加量调整第三电机转速，以改变液添泵泵送量，实现液体添加剂精确添加。
S3、作业结束阶段：作业结束后关闭干添***、液添***及配液***所有电机、阀门、搅拌器，待混合罐中工艺液泵送至无残余后关闭泵送***的所有设备和阀门，最后关闭控制***电源。
水源及液体添加剂的配入量可根据密度计的检测，通过调整各阀门及电机反馈控制，在***调试阶段可逐渐降低液体配入误差，达到不影响使用的程度，因此密度计检测的密度误差主要来源于粉料量的误差。
优选的方案中，S2还包括补偿式泵送方法：
S21、固、液添加剂与水经文丘里混合气器初步混合后进入第一腔室中，第一搅拌器工作使混合液再次搅拌混合，达到可以使用的程度；
S22、液泵将第一腔室中的混合液泵送至第二腔室中储存，第二搅拌器工作防止混合液固液分层或产生沉淀；
S23、密度计检测混合液密度，若密度达标则开启泵送***将混合液送至井下，此时，通过液位计监测第二腔室中的液面高度，若液面超过高液位，则液泵停止向第二腔室输送混合液，若液面低于低液位则泵送***停止；若密度计检测密度低于设定值，此时泵送***不停止，开启补偿器，向第二腔室中补偿粉料，第二搅拌器的持续搅拌使粉料快速混合均匀，实现边补偿边泵送。
优选的方案中，S23还包括粉料补偿方法：
S231、补偿器单元腔数量推算：根据密度计反馈，计算出粉料在单位时间内缺少总量M，已知单个单元腔101容量为V，因此计算需要的单元腔101数量为S=M/V，例如1min内缺少的粉料量为100g，每个单元腔的容量为10克，因此需要的单元腔数量为10个；
S232、上下滑门开度推算：将S分解为单元腔101行数H与列数L相乘，即S=H*L，H即为下滑门3的开度，L即为上滑门2的开度，由于S=10，可令H=2，L=5；
S233、补偿器工作：初始时，上滑门2和下滑门3处于完全关闭状态，按照开度L打开上滑门2，即打开5格的宽度，原料腔4中的粉料落入各单元腔101中，关闭上滑门2，按照开度H打开下滑门3，即打开2格的宽度，部分单元腔101中的粉料落入缓存腔5中，打开出料口502，通过气吹或受重力下落的方式将缓存腔5内的粉料输送至第二腔室中；
S234、粉料回收：关闭出料口502，将下滑门3全部打开，剩余粉料落入缓存腔5内，打开回收口503，通过气吹或受重力下落的方式将剩余粉料输送至回收罐中。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种固液混配连续泵送***，其特征是：包括配液***、干添***、液添***和泵送***，配液***包括混合罐、文丘里混合器和射流泵，射流泵通过文丘里混合器与混合罐连通，混合罐与泵送***连通，液添***与混合罐连通，干添***包括带称重秤的储料罐和粉料输送器，储料罐、粉料输送器和文丘里混合器依次连通。
2.根据权利要求1所述固液混配连续泵送***，其特征是：液添***包括液添罐和液添泵，液添罐、液添泵和混合罐依次连通。
3.根据权利要求1所述固液混配连续泵送***，其特征是：泵送***包括灌注泵、第一柱塞泵和第二柱塞泵，第一柱塞泵和第二柱塞泵并联，第一柱塞泵和第二柱塞泵一端通过灌注泵与混合罐连通，第一柱塞泵和第二柱塞泵另一端连通井下。
4.根据权利要求3所述固液混配连续泵送***，其特征是：射流泵与文丘里混合器之间还依次连通有调节阀和第一流量计，第一柱塞泵和第二柱塞泵入口分别设有第五阀门和第六阀门，灌注泵出口设有第二流量计。
5.根据权利要求1所述固液混配连续泵送***，其特征是：还包括补偿***，补偿***包括回收罐和补偿器，混合罐内部设有通过液泵连通的第一腔室和第二腔室，第一腔室和第二腔室分别设有第一搅拌器和第二搅拌器，文丘里混合器与第一腔室连通，回收罐与补偿器连通，补偿器和第二腔室连通，第二腔室出口与泵送***连通，第二腔室内还设有液位计与密度计。
6.根据权利要求5所述固液混配连续泵送***，其特征是：补偿器内设有矩阵分割器（1），矩阵分割器（1）设有多个行列布置的单元腔（101），单元腔（101）上下贯通，矩阵分割器（1）上方设有原料腔（4），矩阵分割器（1）下方设有缓存腔（5），缓存腔（5）下端设有出料口（502）和回收口（503），出料口（502）与第二腔室连通，回收口（503）与回收罐连通，矩阵分割器（1）上下两端分别设有可开闭的上滑门（2）和下滑门（3）， 上滑门（2）和下滑门（3）滑动方向垂直。
7.根据权利要求6所述固液混配连续泵送***，其特征是：缓存腔（5）上端设有进气口（501），进气口（501）与气源连通。
8.根据权利要求1~7任意一项所述固液混配连续泵送***的工艺方法，其特征是：
S1、作业准备阶段：在控制***中输入工艺液泵送排量、干添比例和液添比例三种参数，将除调节阀、第二阀门以外所有阀门关闭，调节阀设置为全开状态；开启第二电机带动射流泵开始工作，此时调节阀根据控制***设定的排量参数结合第一流量计所测定的流量值调节开度，确保第一流量计所测定的流量值和控制***设定的排量参数保持一致；
S2、混配泵送阶段：根据实际作业需要独立开启或关闭干添***和液添***相关设备，按照控制***设定的干添比例和液添比例进行添加剂添加；同时，开启泵送***相应设备和阀门将工艺液泵送至井下，此时由第二流量计反馈的流量值调整调节阀的开度，使第一流量计和第二流量计所测定的流量值一致，以保证射流泵出口流量与灌注泵出口流量一致；
S3、作业结束阶段：作业结束后关闭干添***、液添***及配液***所有电机、阀门、搅拌器，待混合罐中工艺液泵送至无残余后关闭泵送***的所有设备和阀门，最后关闭控制***电源。
9.根据权利要求8所述固液混配连续泵送***的工艺方法，其特征是：S2还包括补偿式泵送方法：
S21、固、液添加剂与水经文丘里混合气器初步混合后进入第一腔室中，第一搅拌器工作使混合液再次搅拌混合；
S22、液泵将第一腔室中的混合液泵送至第二腔室中储存，第二搅拌器工作防止混合液固液分层；
S23、密度计检测混合液密度，若密度达标则开启泵送***将混合液送至井下，此时，通过液位计监测第二腔室中的液面高度，若液面超过高液位，则液泵停止向第二腔室输送混合液，若液面低于低液位则泵送***停止；若密度计检测密度低于设定值，则开启补偿器，向第二腔室中补偿粉料，第二搅拌器搅拌使粉料混合均匀。
10.根据权利要求9所述固液混配连续泵送***的工艺方法，其特征是：S23还包括粉料补偿方法：
S231、补偿器单元腔数量推算：根据密度计反馈，计算出粉料缺少总量M，已知单个单元腔（101）容量为V，因此计算需要的单元腔（101）数量为S=M/V；
S232、上下滑门开度推算：将S分解为单元腔（101）行数H与列数L相乘，即S=H*L，H即为下滑门（3）的开度，L即为上滑门（2）的开度；
S233、补偿器工作：初始时，上滑门（2）和下滑门（3）处于完全关闭状态，按照开度L打开上滑门（2），原料腔（4）中的粉料落入各单元腔（101）中，关闭上滑门（2），按照开度H打开下滑门（3），部分单元腔（101）中的粉料落入缓存腔（5）中，打开出料口（502），将缓存腔（5）内的粉料输送至第二腔室中；
S234、粉料回收：关闭出料口（502），将下滑门（3）全部打开，剩余粉料落入缓存腔（5）内，打开回收口（503），将剩余粉料输送至回收罐中。
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