一種用於油田壓裂的帶壓混砂裝置的製作方法

2023-06-01 01:59:21

本發明涉及油田壓裂技術領域，尤其是涉及一種用於油田壓裂的帶壓混砂裝置。

背景技術：

壓裂施工作業是改造油氣藏，實現油氣井增產增效的重要手段之一。通過壓裂，使地層產生裂縫，改善油在地下的流動環境，使油井產量增加，對改善油井井底流動條件、減緩層間和改善油層動用狀況可起到重要的作用。

目前國內外最常用的油氣層改造技術是水力壓裂技術，即採用水基壓裂液對油氣層進行改造。但水基壓裂液體系存在水資源大量浪費、黏土膨脹和壓裂液殘渣傷害油氣層、返排不完全造成地下水汙染以及汙水處理費用高昂等缺點。

二氧化碳無水蓄能壓裂技術源於北美，是一種採用液態二氧化碳作為壓裂液來代替水的技術，主要針對煤層氣、水敏性儲層、含原油較稠儲層、低壓儲層的油氣開發而設計。與常規的水力壓裂相比，二氧化碳無水蓄能壓裂增產效果顯著，是水力壓裂效果的5到6倍、氮氣泡沫壓裂的4倍，且幾乎無需添加劑，成本相對較低；液態二氧化碳在汽化後，無水相、無殘渣，僅有支撐劑留在地層，不會對儲層造成傷害，可實現快速排液投產；此外，二氧化碳具備比甲烷更強的吸附力，可置換出吸附於母巖的甲烷，從而提高天然氣或煤層氣的產量，並實現部分二氧化碳的永久埋存。

目前，國內現有的二氧化碳混砂裝置，主要包括固體輸送裝置及與其導通的壓力容器，該壓力容器上，有支撐劑的充裝口及固體的排出口。在實際使用過程中，需提前三天通過外部裝置，往壓力容器中，充裝支撐劑，之後再對壓力容器進行加壓，將罐體內壓力添加至2.3mpa。施工完成後，對設備加注低溫二氧化碳，並對內部支撐劑進行降溫處理。工序全部準備完畢，設備才可以滿足施工條件。現場施工過程中，將外接低溫液體於壓力容器頂部連接，從上往下加注低溫c02，通過這種加壓的方式，將支撐劑帶出壓力儲罐，實現二氧化碳液體攜砂壓裂的工藝。

然而，在實際施工過程中，容易造成以下幾個問題：1、前期低溫二氧化碳液體加注過程中容易出現罐體結冰現象，導致壓力容器底部輸出管道堵塞，從而造成整個設備，甚至於整個施工隊伍無法完成正常的施工作業；2、由於壓力容器採用的是車載式工藝，設備自身施工準備周期較長，導致罐體固體加注完成後，無法再補加支撐劑，造成無法滿足大型施工的連續性操作工況。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服上述技術不足，提出一種用於油田壓裂的帶壓混砂裝置，解決現有技術中的上述技術問題。

為達到上述技術目的，本發明的技術方案提供一種用於油田壓裂的帶壓混砂裝置，包括：一混合罐、若干加砂裝置、一控制器；所述混合罐包括罐體、第一液體添加管線、第二液體添加管線、排出管線、攪拌裝置；所述加砂裝置包括驅動油缸、推桿、加砂活塞、密封缸套、密封盤根、應急關斷閥；在所述罐體底部設有一隔倉板，所述隔倉板將所述罐體分為內罐、外罐，所述外罐為隔倉板以上的罐體，所述內罐為隔倉板以下的罐體，所述隔倉板上設有若干貫通的徑向孔；第一液體添加管線包括衝洗支路、液體添加支路，所述第一液體添加管線、所述第二液體添加管線同時連接一進液泵，所述進液泵通過所述第一液體添加管線、所述第二液體添加管線從所述罐體外部引入高壓二氧化碳液體到所述罐體內，所述衝洗支路的出液口設置在所述加砂裝置上方，所述液體添加支路的出液口設置於外罐中，所述第二液體添加管線的出液口設置在所述內罐底部；所述排出管線連接一排出沙泵，所述排出管線設置在所述外罐底部，所述排出沙泵通過所述排出管線排出所述外罐中混合均勻的攜砂液到罐體外部；所述攪拌裝置安裝在外罐中心，所述攪拌裝置攪拌外罐中的攜砂液；所述加砂裝置設置在所述罐體側壁，所述加砂裝置的前端伸入所述罐體；所述驅動油缸連接所述推桿，所述推桿連接所述加砂活塞，所述加砂活塞設於所述密封缸套內，所述密封盤根套設於所述加砂活塞；所述加砂活塞內部設有上下均開口的儲砂腔，所述儲砂腔內存放有支撐劑，徑向孔的直徑小於支撐劑顆粒的直徑；所述應急關斷閥設置在所述加砂裝置的末端，所述應急關斷閥關閉後封閉所述加砂裝置的末端；所述驅動油缸驅動所述推桿推動所述加砂活塞沿著所述密封缸套做往復運動，所述衝洗支路的出液口噴出高壓二氧化碳液體將所述儲砂腔中的支撐劑衝洗到所述外罐中；所述控制器與所述進液泵、所述排出沙泵、所述攪拌裝置、所述驅動油缸、所述應急關斷閥電性連接。

與現有技術相比，本發明的有益效果包括：第一液體添加管線的衝洗支路的出液口噴出高壓二氧化碳液體將加砂裝置儲砂腔中的支撐劑衝洗到外罐中，第一液體添加管線的液體添加支路向外罐中添加二氧化碳液體，外罐中的二氧化碳液體通過徑向孔流入內罐，內罐中的二氧化碳液體在第二液體添加管線的衝洗下在內罐中進行切向流動並透過徑向孔再次流入到外罐中從而衝洗外罐底部沉積的支撐劑，外罐的攪拌裝置攪拌外罐中由二氧化碳液體和支撐劑混合而成的攜砂液，外罐的攜砂液攪拌均勻後從外罐底部的排出管線排出，用於油田壓裂，罐體中的攜砂液不易產生堆積，混合均勻、混合效果好，不易產生氣泡，罐體中的攜砂液處於流動狀態，罐體底部不易結冰，可實現連續加砂作業，效率高；同時，控制器與進液泵、排出沙泵、攪拌裝置、驅動油缸、應急關斷閥、緊急排空裝置、自動排壓閥、壓力檢測裝置、液位檢測裝置、報警裝置電性連接，可以對混合罐的工作狀態進行監測，發生異常情況時，會發出報警，自動採取應急措施，安全性高；控制器、控制器電性連接的器件形成電控系統，可以對本發明的帶壓混砂裝置進行精確電控操作，使用方便，節省人工。

附圖說明

圖1是本發明提供的用於油田壓裂的帶壓混砂裝置主視圖；

圖2是圖1中加砂裝置的剖視圖；

圖3是用於油田壓裂的帶壓混砂裝置的控制圖。

附圖中：1、混合罐，2、加砂裝置，3、控制器，11、罐體，111、外罐，112、內罐，113、徑向孔，12、第一液體添加管線，121、衝洗支路，122、液體添加支路，123、進液泵，13、第二液體添加管線，14、緊急排空裝置，15、排出管線，151、排出沙泵，16、攪拌裝置，161、驅動裝置，162、攪拌軸,163、攪拌葉片，17、排壓閥，171、自動排壓閥，172、手動排壓閥，18、測量裝置，181、壓力檢測裝置，182、液位檢測裝置，19、報警裝置，21、驅動油缸，22、推桿，23、加砂活塞，24、密封缸套，25、密封盤根，26、應急關斷閥，231、儲砂腔。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。

本發明提供了一種用於油田壓裂的帶壓混砂裝置，包括：一混合罐1、若干加砂裝置2、一控制器3；混合罐1包括罐體11、第一液體添加管線12、第二液體添加管線13、排出管線15、攪拌裝置16、緊急排空裝置14、排壓閥17、測量裝置18、報警裝置19；加砂裝置2包括驅動油缸21、推桿22、加砂活塞23、密封缸套24、密封盤根25、應急關斷閥26；排壓閥17包括自動排壓閥171、手動排壓閥172，測量裝置18包括壓力檢測裝置181、液位檢測裝置182。

上述技術方案中，在罐體11底部設有一隔倉板，隔倉板將罐體11分為內罐112、外罐111，外罐111為隔倉板以上的罐體，內罐112為隔倉板以下的罐體，隔倉板上設有若干貫通的徑向孔113；第一液體添加管線12包括衝洗支路121、液體添加支路122，第一液體添加管線12、第二液體添加管線13同時連接一進液泵123，進液泵123通過第一液體添加管線12、第二液體添加管線13從罐體11外部引入高壓二氧化碳液體到罐體11內，衝洗支路121的出液口設置在加砂裝置2上方，每一個加砂裝置2配套有一個衝洗支路121用於衝洗加砂裝置2儲砂腔231中的支撐劑，液體添加支路122的出液口設置於外罐中，液體添加支路122用於向外罐中添加需要的二氧化碳液體，罐體中大部分二氧化碳液體來自於液體添加支路122；第二液體添加管線13的出液口設置在內罐112底部；排出管線15連接一排出沙泵151，排出管線15設置在外罐111底部，排出沙泵151通過排出管線15排出外罐111中混合均勻的攜砂液到罐體11外部；攪拌裝置16安裝在外罐111中心，攪拌裝置16攪拌外罐111中的攜砂液；緊急排空裝置14設置在內罐112底部，緊急排空裝置14開啟後排空罐體11內攜砂液，自動排壓閥171、手動排壓閥172設置在罐體11上，壓力檢測裝置181設置在罐體11上並測量罐體11內部壓力，液位檢測裝置182插入罐體11中並測量罐體11內部液位，報警裝置19設置在罐體11上。

上述技術方案中，加砂裝置2設置在罐體11側壁，加砂裝置2的前端伸入罐體11；驅動油缸21連接推桿22，推桿22連接加砂活塞23，加砂活塞23設於密封缸套24內，密封盤根25套設於加砂活塞23，密封盤根25用於在加砂活塞23和密封缸套24間起到密封作用；加砂活塞23內部設有上下均開口的儲砂腔231，儲砂腔231的上開口為進砂口，儲砂腔231的下開口為出砂口，儲砂腔231的進砂口和出砂口錯開設置，儲砂腔231內存放有支撐劑，優選的，支撐劑為陶粒砂；應急關斷閥26設置在加砂裝置2的末端，在混合罐1發生低溫二氧化碳洩露後，關閉應急關斷閥26，從而封閉加砂裝置2的末端，防止進一步發生洩露。

上述技術方案中，驅動油缸21驅動推桿22推動加砂活塞23沿著密封缸套24做往復運動，當加砂活塞23向罐體11外運動，加砂活塞23儲砂腔231的進砂口脫離密封缸套24的範圍時，往儲砂腔231的進砂口中添加支撐劑，實現物料裝填；當加砂活塞23向罐體11內運動，加砂活塞23的儲砂腔231脫離密封缸套24的範圍並處於衝洗支路121的出液口下方時，衝洗支路121的出液口噴出高壓二氧化碳液體將儲砂腔231中的支撐劑衝洗到外罐111中，實現支撐劑添加到罐體11中；當驅動油缸21不作業時，使加砂活塞23處於密封缸套24中間，儲砂腔231的進砂口和出砂口均被密封缸套24封閉；當混合罐1發生低溫二氧化碳洩露後，例如密封盤根25損壞後會產生二氧化碳洩露，此時，驅動油缸21往前推推桿22，加砂活塞23向罐體11內部移動，關閉應急關斷閥26，從而封閉加砂裝置2的末端，防止進一步發生洩露。

上述技術方案中，優選的，罐體11側壁安裝有4個加砂裝置2，通過調節各加砂裝置2的驅動油缸21的運動間隙，實現本發明的帶壓混砂裝置的連續加砂工況需求。

上述技術方案中，控制器3與進液泵123、排出沙泵151、攪拌裝置16、驅動油缸21、應急關斷閥26、緊急排空裝置14、自動排壓閥171、壓力檢測裝置181、液位檢測裝置182、報警裝置19電性連接；控制器3控制進液泵123、排出沙泵151的開/關、排量、輸送速度，控制器3控制攪拌裝置16的開/關、轉速，控制器3控制驅動油缸21的開/關、運轉速度，控制器3控制應急關斷閥26、緊急排空裝置14的開關；控制器3控制自動排壓閥171的開度，自動排壓閥171打開後可進行罐體11排壓；液位檢測裝置182測量罐體11中液位並將液位信息發送給控制器3，壓力檢測裝置181測量罐體11中壓力並將壓力測量信息發送給控制器3，當壓力測量信息、液位信息異常時，控制器3控制報警器發出報警；控制器3根據壓力測量信息、液位信息控制進液泵123、排出沙泵151、攪拌裝置16、驅動油缸21、應急關斷閥26、緊急排空裝置14、自動排壓閥171。

上述技術方案中，自動排壓閥171包括一機械排壓閥，當自動排壓閥171承受的壓力達到一定數值時，機械排壓閥自動打開進行排壓。

上述技術方案中，攪拌裝置16包括一驅動裝置161、一攪拌軸162、若干攪拌葉片163，驅動裝置161與攪拌軸162連接並驅動攪拌軸162轉動，若干攪拌葉片163設置於攪拌軸162上；優選的，驅動裝置161為液壓馬達或電機。攪拌裝置16不斷地將外罐111的攜砂液攪拌成均質的混合液，減少氣體的產生，增加攜砂液流動性，防止罐體11底部結冰。

上述技術方案中，混合罐1的罐體11設計採用壓力容器的方式，可以滿足設備的帶壓作業，並能滿足低溫工況需求，具體地，罐體11設計正常工作壓力為3.0mpa，罐體11直徑1800mm，高度2200mm。罐體11工作壓力及尺寸可以根據業務需求進行靈活調整。混合罐1的罐體11採用「罐中套罐」的結構，設置外罐111、內罐112，衝洗支路121的出液口噴出高壓二氧化碳液體將加砂裝置2儲砂腔231中的支撐劑衝洗到外罐111中，液體添加支路122向外罐中添加二氧化碳液體，外罐中的二氧化碳液體通過徑向孔流入內罐(徑向孔的大小設置為不允許支撐劑通過)，內罐中的二氧化碳液體在第二液體添加管線的衝洗下在內罐中進行切向流動並透過徑向孔再次流入到外罐中從而衝洗外罐底部沉積的支撐劑，外罐的攪拌裝置攪拌外罐中由二氧化碳液體和支撐劑混合而成的攜砂液，外罐的攜砂液攪拌均勻後從外罐底部的排出管線15排出，混合罐1的結構設計使得本發明的帶壓混砂裝置在大砂比攜砂液的情況下能完全、連續地混合二氧化碳液體、支撐劑，混合罐1直徑大、表面積大，從而不易產生氣泡，不堆積，不結塊，混合效果好，在小砂比和小排量時亦可以均勻地混合二氧化碳液體、支撐劑。

與現有技術相比，本發明的有益效果包括：第一液體添加管線的衝洗支路的出液口噴出高壓二氧化碳液體將加砂裝置儲砂腔中的支撐劑衝洗到外罐中，第一液體添加管線的液體添加支路向外罐中添加二氧化碳液體，外罐中的二氧化碳液體通過徑向孔流入內罐，內罐中的二氧化碳液體在第二液體添加管線的衝洗下在內罐中進行切向流動並透過徑向孔再次流入到外罐中從而衝洗外罐底部沉積的支撐劑，外罐的攪拌裝置攪拌外罐中由二氧化碳液體和支撐劑混合而成的攜砂液，外罐的攜砂液攪拌均勻後從外罐底部的排出管線排出，用於油田壓裂，罐體中的攜砂液不易產生堆積，混合均勻、混合效果好，不易產生氣泡，罐體中的攜砂液處於流動狀態，罐體底部不易結冰，可實現連續加砂作業，效率高；同時，控制器與進液泵、排出沙泵、攪拌裝置、驅動油缸、應急關斷閥、緊急排空裝置、自動排壓閥、壓力檢測裝置、液位檢測裝置、報警裝置電性連接，可以對混合罐的工作狀態進行監測，發生異常情況時，會發出報警，自動採取應急措施，安全性高；控制器、控制器電性連接的器件形成電控系統，可以對本發明的帶壓混砂裝置進行精確電控操作，使用方便，節省人工；使用二氧化碳和支撐劑混合的攜砂液進行油田壓裂，壓裂效果好，幾乎無需添加劑，成本相對較低，液態二氧化碳在汽化後，無水相、無殘渣，僅有支撐劑留在地層，不會對儲層造成傷害，可實現快速排液投產。

以上所述本發明的具體實施方式，並不構成對本發明保護範圍的限定。任何根據本發明的技術構思所做出的各種其他相應的改變與變形，均應包含在本發明權利要求的保護範圍內。