一種密閉混砂裝置及方法與流程

2024-02-25 07:21:15

本發明屬於井下作業壓裂技術領域，具體涉及一種密閉混砂裝置及方法。

背景技術：

低滲透油氣藏具有低孔、低滲透、低豐度、孔喉細小，強水鎖傷害的特點，目前採用的水基壓裂液大規模水力壓裂技術的水鎖傷害大、返排較困難。二氧化碳幹法加砂壓裂技術作為無水壓裂技術的一種，對低滲透、低壓油氣藏具有較好的適用性。該技術能夠實現「無水壓裂」，消除儲層水敏和水鎖傷害，提高壓裂改造效果；壓裂液無殘渣，能夠保護儲層和支撐裂縫；實現自主快速返排。可以大幅縮短返排周期；用於頁巖氣、煤層氣壓裂可促進吸附天然氣的解析。此外，通過對二氧化碳氣體的回收利用，可大量節約壓裂作業用水，減少常規壓裂作業返排液處理工作量；壓後返排無廢液產出，消除了廢液處理環節，降低了成本；二氧化碳廢氣的綜合利用，可實現循環經濟。尤其是目前用於緻密氣、頁巖氣的「體積壓裂」，通常壓裂規模達到「千方砂、萬方液」，其節水效果與減少廢液處理意義重大。

二氧化碳幹法加砂壓裂技術中的核心技術就是在密閉帶壓的條件下將液態二氧化碳與固體顆粒（如下稱支撐劑）按一定比例混合後輸出，因此，解決好這一問題是二氧化碳幹法加砂壓裂技術能否成功的關鍵所在。

技術實現要素：

本發明的目的是提供了一種密閉混砂裝置，其能夠在密閉帶壓的條件下將液態二氧化碳或其他液化氣體與支撐劑按一定比例混合後輸出，為壓裂車提供一定砂比的混砂液。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種密閉混砂裝置，包括框架、設於框架內的罐體和設於罐體下方的主管匯，所述罐體為臥式壓力罐，所述罐體頂部設有氣相通道，頂部上設有多個裝砂口，底部設有液相通道，底部上設有多個出砂口，所述罐體內底面上設有多個輸砂裝置，所述出砂口和輸砂裝置一一對應，所述出砂口一端與輸砂裝置的出口相連通，另一端與主管匯相連通，所述輸砂裝置連接有電控櫃，所述罐體上部設有氣相排放管匯，該氣相排放管匯上設有氣相排放閥。

所述主管匯的進液口沿液體流動方向依次設有補液管匯、流量計和差壓閥，所述補液管匯與罐體中部連通，該補液管匯上設有補液閥，所述流量計、補液管匯均與電控櫃電連接。

所述罐體為可移動臥式壓力罐，所述罐體上設有壓力傳感器和溫度傳感器，所述罐體外設有保溫層，所述壓力傳感器和溫度傳感器均與電控櫃電連接。

所述罐體上部設有氮氣增壓管匯，所述氮氣增壓管匯上設有氮氣增壓閥，所述罐體底部設有液相排放管匯，該液相排放管匯上設有液相排放閥，所述氮氣增壓閥、液相排放閥均與電控櫃電連接。

所述氣相排放管匯、氮氣增壓管匯、液相排放管匯、補液管匯與罐體相連通部分均設有過濾裝置。

所述輸砂裝置為輸砂螺旋，所述輸砂螺旋包括螺旋軸和電機，所述螺旋軸的螺旋由正旋向螺旋部分和反旋向螺旋部分組成，所述正旋向螺旋部分和反旋向螺旋部分之間的光軸與所述出砂口對準，所述電機與電控櫃電連接。

本發明還提供了一種密閉混砂方法，採用密閉混砂裝置，包括以下步驟：

步驟1）充壓：通過裝砂口在罐體內裝入支撐劑，將罐體的氣相通道與二氧化碳或其他氣體的儲液罐相通，進行充壓，使罐體的壓力與儲液罐壓力一致；

步驟2）冷卻：待罐體的壓力與儲液罐壓力一致後，關閉罐體的氣相通道，打開罐體的液相通道，使二氧化碳或其他氣體液相進入，開啟氣相排放閥進行排氣，對罐體和支撐劑進行冷卻；

步驟3）充液：保持氣相排放閥進行排氣，待罐體和支撐劑冷卻完成後，液位逐漸上升，液位上升至高於砂面高度時停止充液，關閉氣相排放閥；

步驟4）混砂：同時開啟多個輸砂裝置，按施工砂比設定輸砂裝置的輸砂速度，根據輸砂速度，電控櫃調節補液閥開度，使通過補液管匯進入罐體的二氧化碳或其他氣體液相容積與輸出罐體的混砂液容積一致，混砂液通過主管匯的出液口進入壓裂車。

本發明的有益效果是：

1．本發明提供的這種密閉混砂裝置，採用臥式布局，在同等容積，達到同等輸砂能力條件下，可通過增設輸砂螺旋數量，減小螺旋轉速的方式提高輸砂速度，降低因螺旋轉速過高造成的密封失效；

2．輸砂螺旋採用電機驅動，在低轉速條件下、大扭矩輸出，可實現無級調速功能，在充分保證裝置容積的條件下，較液壓站佔用空間小；

3．主管匯進液口端設置補液管匯，可實現罐體由內向外輸砂的同時進行補液，差壓閥可調節開度大小，使閥前與閥後產生一定壓差，進而在主管匯上產生一定摩阻，使主管匯的一部分液體通過補液管匯進入罐體，達到補液的目的，根據螺旋輸砂量調節補液閥開度，使補液量與輸砂量基本平衡，實現穩定砂比。

下面將結合附圖做進一步詳細說明。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

圖中：1、框架；2、罐體；3、裝砂口；4、保溫層；5、氣相排放管匯；6、氣相排放閥；7、氣、液相排放口；8、電控櫃；9、b電機；10、液相排放閥；11、出液口；12、b輸砂螺旋；13、液相排放管匯；14、b出砂口；15、主管匯；16、a出砂口；17、a輸砂螺旋；18、差壓閥；19、流量計； 20、進液口；21、補液閥；22、氮氣增壓接口；23、氮氣增壓管匯；24、a電機；25、補液管匯；26、溫度傳感器；27、壓力傳感器；28、氮氣增壓閥。

具體實施方式

實施例1：

本實施例提供了一種密閉混砂裝置，包括框架1、設於框架1內的罐體2和設於罐體2下方的主管匯15，所述罐體2為臥式壓力罐，所述罐體2頂部設有氣相通道，頂部上設有多個裝砂口3，底部設有液相通道，底部上設有多個出砂口，所述罐體2內底面上設有多個輸砂裝置，所述出砂口和輸砂裝置一一對應，所述出砂口一端與輸砂裝置的出口相連通，另一端與主管匯15相連通，所述輸砂裝置連接有電控櫃8，所述罐體2上部設有氣相排放管匯5，該氣相排放管匯5上設有氣相排放閥6。

密閉混砂裝置連接在二氧化碳儲液罐與壓裂車之間，通過裝砂口3在罐體2內裝入支撐劑，液相二氧化碳通過液相通道進入罐體2，形成混砂液後通過輸砂裝置由出砂口進入主管匯15，再由主管匯15出液口11進入壓裂車。

實施例2：

在實施例1的基礎上，本實施例提供了一種密閉混砂裝置，所述主管匯15的進液口20沿液體流動方向依次設有補液管匯25、流量計19和差壓閥18，所述補液管匯25與罐體2中部連通，該補液管匯25上設有補液閥21，所述流量計19、補液管匯25均與電控櫃8電連接。

在本實施例中，所述輸砂裝置為輸砂螺旋，所述輸砂螺旋包括螺旋軸和電機，所述螺旋軸的螺旋由正旋向螺旋部分和反旋向螺旋部分組成，所述正旋向螺旋部分和反旋向螺旋部分之間的光軸與所述出砂口對準，所述電機與電控櫃8電連接。

輸砂螺旋採用電機驅動，螺旋軸的轉動使得物料往對應出砂口輸送，在低轉速條件下、大扭矩輸出，可實現無級調速功能，在充分保證裝置容積的條件下，較液壓站佔用空間小。主管匯15進液端設置補液管匯25，可實現罐體2由內向外輸砂的同時進行補液；差壓閥18可調節開度大小，使閥前與閥後產生一定壓差，進而在主管匯15上產生一定摩阻，使主管匯15的一部分液體通過補液管匯25進入罐體2，達到補液的目的。根據輸砂螺旋輸砂量調節補液閥21開度，使補液量與輸砂量基本平衡，實現穩定砂比。

實施例3：

在實施例2的基礎上，本實施例提供了一種密閉混砂裝置，所述罐體2上部設有氮氣增壓管匯23，所述氮氣增壓管匯23上設有氮氣增壓閥28，所述罐體2底部設有液相排放管匯13，該液相排放管匯13上設有液相排放閥10，所述氮氣增壓閥28、液相排放閥10均與電控櫃8電連接。

其中，氮氣增壓管匯23，施工過程中可實現液位控制，施工完成後頂替罐體2內液體，將液體全部排放，防止罐體2內結乾冰。

在本實施例中，氣相排放管匯5、氮氣增壓管匯23、液相排放管匯13、補液管匯25與罐體2相連通部分均設有過濾裝置。將固體顆粒過濾在罐體2內。

實施例4：

在前述實施例的基礎上，本實施例提供了一種如圖1所示的密閉混砂裝置，在本實施例中，出砂口有a出砂口16和b出砂口14，對稱分布在罐體2底部，輸砂螺旋分為a輸砂螺旋17、b輸砂螺旋12，對稱分布在罐體2底部，分別由a電機24、b電機9驅動，a輸砂螺旋17、b輸砂螺旋12的出口分別與a出砂口16、b出砂口14對準，a輸砂螺旋17、b輸砂螺旋12的轉動使混砂液分別往a出砂口16、b出砂口14輸送。

罐體2為可移動臥式壓力罐，罐體2上設有壓力傳感器27和溫度傳感器26，所述罐體2外設有保溫層4，壓力傳感器27、溫度傳感器26、a電機24、b電機9、流量計19、氣相排放閥6、氮氣增壓閥28、液相排放閥10、補液閥21的控制信號均與電控櫃8相連，並通過信號遠傳，實現遠程控制。

實施例5：

本實施例提供了一種密閉混砂方法，採用前述實施例密閉混砂裝置，包括以下步驟：

步驟1）充壓：通過裝砂口3在罐體2內裝入支撐劑，將罐體2的氣相通道與二氧化碳或其他氣體的儲液罐相通，進行充壓，使罐體2的壓力與儲液罐壓力一致；

步驟2）冷卻：待罐體2的壓力與儲液罐壓力一致後，關閉罐體2的氣相通道，打開罐體2的液相通道，使二氧化碳或其他氣體液相進入，開啟氣相排放閥6進行排氣，對罐體2和支撐劑進行冷卻；

步驟3）充液：保持氣相排放閥6進行排氣，待罐體2和支撐劑冷卻完成後，液位逐漸上升，液位上升至高於砂面高度時停止充液，關閉氣相排放閥6；

步驟4）混砂：同時開啟多個輸砂裝置，按施工砂比設定輸砂裝置的輸砂速度，根據輸砂速度，電控櫃8調節補液閥21開度，使通過補液管匯25進入罐體2的二氧化碳或其他氣體液相容積與輸出罐體2的混砂液容積一致，混砂液通過主管匯15的出液口11進入壓裂車。

待壓裂施工完成後，關閉進液口20、出液口11兩端的閥門，通過氮氣增壓接口22連通氮氣增壓管匯23與液氮泵車管線，打開氮氣增壓閥28，使罐體2壓力控制在安全範圍內，開啟液相排放閥10至一定開度，通過氣、液相排放口7進行排液，直至罐體2液位為零，關閉液相排放閥10，關閉氮氣增壓閥28，開啟氣相排放閥6於適當開度進行排氣，直至罐體2壓力為零，至此，密閉帶壓條件下混砂的全部過程結束。

本發明中電控櫃8為現有技術，以上各實施例沒有詳細敘述的方法和結構屬本行業的公知常識，這裡不一一敘述。

以上例舉僅僅是對本發明的舉例說明，並不構成對本發明的保護範圍的限制，凡是與本發明相同或相似的設計均屬於本發明的保護範圍之內。