技术领域
[0001] 本
发明属于油气田压裂施工配液工艺技术领域，具体涉及一种新型压裂液连续混配装置。
背景技术
[0002] 目前，随着油田开发深度的不断加深，部分油田已经进入中后期，需要通过过三次采油即压裂技术，实现油气资源的增产增收。
[0003] 压裂过程需要将各种化学添加剂、稠化剂等物质按一定的比例混合均匀后，注入
地层实现油气的增产。目前部分压裂过程普遍采用提前间歇配液法实现压裂液的混配，然后通过运输
罐车将压裂液运至压裂作业现场。该方式不仅造成压裂液运输成本高，而且压裂施工突发事件多，极易引起压裂液的浪费，进一步增加压裂成本。
[0004] 同为油田服务提供商的哈里伯顿（Halliburton）公司和斯伦贝谢（Schlumberger）公司分别研制出不同类型的压裂液连续混配装置，但是，它们仅适合于浓缩液的输送，不适合部分地区，例如中国的实际应用。鉴于此，中国的四机赛瓦公司研制出一种能够实现
水粉混合的连续混配装置，但是该单元对稠化剂瓜尔胶粉料有特殊要求。另外，其还不能实现所有添加剂的同车添加，而且配液量较小，不能满足大规模压裂作业要求。
[0005] 通过以上分析，油田压裂施工需要设计一种能够满足各类稠化剂添加使用，并且能够满足连续大规模压裂作业要求的连续配液装置及方法。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于克服
现有技术的
缺陷，提供一种压裂液连续混配装置，该装置能够适用所有类型
增稠剂的混配，能够同时添加固体添加剂及其它各类液体添加剂，配制的压裂液
质量高，能够满足连续压裂作业要求。
[0007] 为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
[0008] 一种压裂液连续混配装置，包括：
[0009] 第一混合单元，用于混合增稠剂和水以得到第一预混溶液（即增稠剂预混溶液）；
[0010] 第二混合单元，用于混合固体添加剂和水以得到第二预混溶液（即固体添加剂预混溶液）；
[0011] 液体添加剂供给单元，用于定量供给各种液体添加剂；
[0012] 第三混合单元，与第一混合单元、第二混合单元以及液体添加剂供给单元连接，用于混合来自所述第一混合单元的第一预混溶液、来自所述第二混合单元的第二预混溶以及来自所述液体添加剂供给单元的各种液体添加剂以获得压裂液。
[0013] 在上述压裂液连续混配装置中，作为一种优选实施方式，该装置还包括：
[0014] 增稠剂计量单元，与所述第一混合单元连接，用于定量输送增稠剂至所述第一混合单元；
[0015] 固体添加剂计量单元，与所述第二混合单元连接，用于定量输送固体添加剂至所述第二混合单元；
[0016] 增稠剂自动上料单元，与所述增稠剂计量单元连接，以自动向所述增稠剂计量单元上料；
[0017] 固体添加剂自动上料单元，与所述固体添加剂计量单元连接，以自动向所述固体添加剂计量单元上料；
[0018] 清水供给单元，与所述第一混合单元、所述第二混合单元连接，用于定量供给清水至所述第一混合单元和所述第二混合单元。
[0019] 在上述压裂液连续混配装置中，作为一种优选实施方式，该装置还包括控制单元，至少与增稠剂计量单元、固体添加剂计量单元、清水供给单元和液体添加剂供给单元连接，用于读取增稠剂计量单元中增稠剂流量从而控制清水供给单元对所述第一混合单元供水的流量；用于读取固体添加剂计量单元中固体添加剂流量从而控制清水供给单元对所述第二混合单元供水的流量；控制液体添加剂供给单元中各种液体添加剂的添加比例和流量。
[0020] 在上述压裂液连续混配装置中，作为一种优选实施方式，所述清水供给单元还与所述第三混合单元连接，以定量供给清水至所述第三混合单元。
[0021] 在上述压裂液连续混配装置中，作为一种优选实施方式，该混配装置还包括：自动发液单元，与所述第三混合单元出口连接；所述第三混合单元内设置有液位监控器，所述自动发液单元根据所述第三混合单元的液位高低自动控制压裂液的发液量，所述自动发液单元出口处设置有在线
粘度检测装置，用于时刻检测混配压裂液的粘度值。
[0022] 在上述压裂液连续混配装置中，作为一种优选实施方式，所述增稠剂计量单元、固体添加剂计量单元、增稠剂自动上料单元、固体添加剂自动上料单元、液体添加剂供给单元、清水供给单元、第一混合单元、第二混合单元、第三混合单元和控制单元安装于至少一辆运输载具上。更优选地，所述运输载具为平板半
挂车。
[0023] 在上述压裂液连续混配装置中，作为一种优选实施方式，所述液体添加剂供给单元包括：N个
气动泵、N个缓冲罐以及N个
自吸泵；所述N个气动泵，用于输送N种液体添加剂至各自的缓冲罐中；所述N个缓冲罐，用于暂时储存N种液体添加剂；所述N个自吸泵，分别用于将N个缓冲罐中的N种液体添加剂泵入所述第三混合单元中；其中，N为大于等于1的整数。
[0024] 在上述压裂液连续混配装置中，作为一种优选实施方式，所述清水供给单元包括：第一水泵，用于向所述第一混合单元供水；第一流量计，用于监控所述第一水泵供水的流量，并与所述控制单元连接；第一流量调节
阀，用于调节所述第一水泵的流量，所述控制单元根据增稠剂计量单元和第一流量计的反馈结果，通过所述第一流量调节阀对所述第一水泵的流量进行控制；第二水泵，用于向所述第二混合单元供水；第二流量计，用于监控所述第二水泵供水的流量，并与所述控制单元连接；和第二流量调节阀，用于调节所述第二水泵的流量，所述控制单元根据固体添加剂计量单元和第二流量计的反馈结果，通过所述第二流量调节阀对所述第二水泵的流量进行控制；以及第三水泵，用于向所述第三混合单元供水。
[0025] 在上述压裂液连续混配装置中，作为一种优选实施方式，所述控制单元为PLC（可编程逻辑
控制器），所述控制单元还控制第一混合单元、第二混合单元向第三混合单元供给溶液的流量。
[0026] 在上述压裂液连续混配装置中，所述第三混合单元可以为本领域常规液体混合器，作为一种优选实施方式，所述第三混合单元包括：初步混合管路，与所述第一混合单元、所述第二混合单元、所述液体添加剂供给单元和所述清水供给单元连接，用于同时接收并初步混合来自所述第一混合单元的增稠剂预混溶液、来自第二混合单元的固体添加剂预混溶液、来自所述液体添加剂供给单元的各种液体添加剂以及来自所述清水供给单元的清水；以及混合罐，与所述初步混合管路出口连接，用于接收并充分混合来自所述初步混合管路的
混合液。更优选地，所述混合罐包括：罐体，内部设有腔体；多个隔板，平行且竖直地设于所述罐体内部的所述腔体中，且所述隔板的高度小于所述腔体的内部高度（即相对
侧壁之间的垂直距离），相邻所述隔板的上端和下端分别固定于所述腔体的侧壁上，以在所述隔板的自由端和所述腔体的侧壁之间、相邻的所述隔板之间形成一液体通道。优选地，所述混合罐还包括：
挡板，一端固定于所述隔板的侧面，另一端向下倾斜并与相邻的另一所述隔板保持距离。更优选地，在所述混合罐的底部设有连通所述罐体外部的通孔，以避免液体残留于所述罐体内部或清罐使用。
[0027] 在上述压裂液连续混配装置中，所述增稠剂为瓜尔胶、羟丙基瓜尔胶、羧甲基羟丙基瓜尔胶、聚丙烯酰胺、甲叉基聚丙烯酰胺、聚
丙烯酸钠、田箐胶、香豆胶、魔芋胶、羧甲基
纤维素、羟乙基
纤维素和羧甲基羟乙基纤维素中的一种或多种。；所述固体添加剂为
氯化钠、氯化
钾、
氯化铵、氯化
钙、氯化镁、
柠檬酸、亚
硫酸氢钠、
碳酸氢钠、碳酸钠、氢
氧化钠和
硫代硫酸钠中的一种或多种。所述各种液体化学添加剂包括
杀菌剂、助排剂、粘土稳定剂、
温度稳定剂、破乳剂和PH调节剂；优选地，所述各种液体化学添加剂的总添加量占所述压裂液总质量的0.01%-20%；所述杀菌剂为戊二
醛、氯苯氧化物和季
氨化合物中的一种或多种；所述粘土稳定剂为无机盐类粘土稳定剂，更优选为氯化钠、
氯化钾、氯化铵、
氯化钙和氯化镁中的一种或多种；所述温度稳定剂为硫代硫酸钠、亚硫酸氢钠和三
乙醇胺中的一种或多种；所述PH调节剂为
醋酸、柠檬酸、亚硫酸氢钠、富
马酸、氨基磺酸、
盐酸、
硝酸、
磷酸二氢钠二水、
碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钠、碳酸钾和氧化镁中的一种或多种。
[0028] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0029] （1）固体添加剂同车添加的实现，解决了以往先配固体添加剂溶液的间歇式配液方法，突破了现有设备无法添加固体添加剂的现状。
[0030] （2）高效混合罐的设计，适用于所有类型增稠剂溶液比如原粉、改性、速溶等各种类型的增稠剂，应用范围广，突破了高分子化合物物料的使用界限，而且可配制大流量压裂液，实现了压裂作业的连续进行。
[0031] （3）增稠剂预混溶液以及固体添加剂预混溶液的配制，以及液体化学添加剂的同车同时添加，不仅在混配方法上实现了质的突破，而且这种混配方法适用于各种物料，大大降低了压裂作业成本。
[0032] 压裂液连续混配装置作为压裂施工重要的地面配套设备，具有重要的作用和广阔的应用前景。增稠剂即高分子化合物物料、多种添加剂同车进料及高效混合技术的实现，节约了压裂时间和成本；压裂液的连续、大流量完全配制，提升了压裂作业质量水平；橇装式的整体布局，满足野外作业工况需求，特别适用于运输不便、地势不平坦的地区，应用范围广。连续配制的压裂液无“水包粉”现象，溶液粘度上升快、混配均匀，压裂液质量高。
附图说明
[0033] 图1是本发明压裂液连续混配装置示意图；
[0034] 图2是本发明混合罐的结构示意图。
[0035] 其中，附图标记说明如下：1-控制单元；2-第二混合单元；3-第一混合单元；4-第三混合单元；40-混合罐；罐体-41；42-混合罐进口；43-混合罐出口；隔板-44；挡板-45；401-相邻隔板之间的间隙；402-开口；403-通孔；5-自动发液单元；6-固体添加剂自动上料单元；7-增稠剂自动上料单元；8-增稠剂计量单元；9-固体添加剂计量单元；10-清水供给单元；11-液体添加剂供给单元。
具体实施方式
[0036] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0037] 参见图1，其为本发明压裂液连续混配装置的示意图，包括：两个自动上料单元（增稠剂自动上料单元7和固体添加剂自动上料单元6）、增稠剂计量单元8、固体添加剂计量单元9、液体添加剂供给单元11、清水供给单元10、第一混合单元3、第二混合单元2、第三混合单元4、控制单元1、自动发液单元5。增稠剂计量单元8、固体添加剂计量单元9、增稠剂自动上料单元7、固体添加剂自动上料单元6、液体添加剂供给单元11、清水供给单元10、第一混合单元3、第二混合单元2、第三混合单元4和控制单元1可安装于一辆平板
半挂车上。下面对上述部件一一进行说明。
[0038] 增稠剂自动上料单元7，与增稠剂计量单元连接，以自动向增稠剂计量单元8上料；固体添加剂自动上料单元6，与固体添加剂计量单元9连接，以自动向固体添加剂计量单元9上料。增稠剂自动上料单元7与固体添加剂自动上料单元6可以具有相同结构也可以为不同结构，其可以使用本领域常规设备来完成，只要能够实现自动上料即可。
[0039] 增稠剂计量单元8，与第一混合单元3连接，将增稠剂自动上料单元7的增稠剂以规定流量和流速输送给第一混合单元3；固体添加剂计量单元9，与第二混合单元2连接，将来自固体添加剂自动上料单元6的固体添加剂以规定的流量和流速输送给第二混合单元2。增稠剂计量单元8和固体添加剂计量单元9可以具有相同结构也可以为不同结构，其可以使用本领域常规设备来完成，只要能够实现定量定速的输送物料即可。
[0040] 清水供给单元10，与第一混合单元3连接，用于定量向第一混合单元3供给清水，以使清水和增稠剂在每个单位时间（比如1s）内均能按规定的配比混合，也就是说在添加增稠剂至第一混合单元3的同时保证清水按规定流量也添加至第一混合单元3中；与第二混合单元2连接，用于定量向第二混合单元2供给清水，以使清水和固体添加剂在每个单位时间（比如1s）内均能按规定的配比混合，也就是说在添加固体添加剂至第二混合单元2的同时保证清水按规定流量也添加至第二混合单元2中；与第三混合单元4连接，用于定量向第三混合单元4供给清水。具体地，在该
实施例中，清水供给单元10包括：第一水泵，用于向第一混合单元3供水；第一流量计，用于监控第一水泵供水的流量，并与控制单元1连接；第一流量调节阀，用于调节第一水泵的流量，控制单元1根据增稠剂计量单元8和第一流量计的反馈结果，通过第一流量调节阀对第一水泵的流量进行控制；第二水泵，用于向第二混合单元2供水；第二流量计，用于监控第二水泵供水的流量，并与控制单元1连接；和第二流量调节阀，用于调节第二水泵的流量，控制单元1根据固体添加剂计量单元9和第二流量计的反馈结果，通过第二流量调节阀对第二水泵的流量进行控制；以及第三水泵，用于向第三混合单元4供水。
[0041] 第一混合单元3，分别与增稠剂计量单元8的出口和清水供给单元10的第一水泵出口连接，用于接收来自增稠剂计量单元8的增稠剂和来自第一水泵的清水并将二者进行充分混合以得到增稠剂预混溶液；具体地，在该实施例中，第一混合单元3为本领域常规水粉混合器，其通过机械搅拌的方式来完成水与增稠剂的混合。
[0042] 第二混合单元2，分别与固体添加剂计量单元9的出口和清水供给单元10的第二水泵出口连接，用于接收来自固体添加剂计量单元9的固体添加剂和来自第二水泵的清水并将二者进行充分混合以得到固体添加剂预混溶液。该混合器可以是本领域常用的混合罐，其通过机械搅拌的方式来完成水与固体添加剂的充分混合。
[0043] 液体添加剂供给单元11，用于定量向第三混合单元4供给各种液体添加剂；具体地，在该实施例中，液体添加剂采用了杀菌剂、助排剂、粘土稳定剂和发泡剂、
抑菌剂，液体添加剂供给单元包括：5个气动泵、5个缓冲罐以及5个自吸泵。5个气动泵，分别用于输送桶装杀菌剂、助排剂、粘土稳定剂和发泡剂、抑菌剂，至各自的缓冲罐中；5个缓冲罐，用于暂时储存以上5种液体添加剂；5个自吸泵，用于将上述5种液体添加剂泵入第三混合单元4中。
[0044] 第三混合单元4，分别与第一混合单元3、第二混合单元2、清水供给单元10和液体添加剂供给单元11连接，用于同时接收来自第一混合单元3的增稠剂预混溶液、来自第二混合单元2的固体添加剂预混溶液、来自清水供给单元10的清水以及来自液体添加剂供给单元11的各种液体添加剂并将其充分混合以得到压裂液。具体地，在该实施例中，第三混合单元4包括：初步混合管路即一段普通管路，与第一混合单元3、第二混合单元2、液体添加剂供给单元11和清水供给单元10连接，用于同时接收并初步混合增稠剂预混溶液、固体添加剂预混溶液、各种液体添加剂以及清水；以及混合罐，与初步混合管路出口连接，用于接收并充分混合来自初步混合管路的混合液。优选地，混合罐包括：罐体41、多个隔板44、多个挡板45。罐体41为中空结构，内部为一腔体，该腔体通过用于输入液体的进口42、用于输出液体的出口43连接，如图2所示，箭头表示了液体的流动方向。隔板44平行且竖直地设于罐体41内部的腔体中，每一隔板44的高度均小于腔体的内部高度，使得隔板44的一端和腔体的侧壁之间形成一开口402。相邻隔板44的上端和下端分别固定于腔体的侧壁上。挡板45一端固定于隔板44的侧面，另一端向下倾斜并与相邻的另一隔板44保持距离。这样，进口42、开口402、相邻隔板44之间的间隙401、出口43就形成了一液体通道。优选地，在液体通道的底部即罐体41的底部设有连通罐体41外部的通孔403，以避免液体残留于罐体41内部或清罐使用。
[0045] 具体而言，混合罐是将初步混合的混合液进行充分混合以获得质量良好的压裂液，然后经发液泵输出到发液管汇，发液管汇可直接打入混砂车，实现完全连续配液混砂。在混合罐中，混合液由底层的进口42进入罐体41内部，并经由开口402进入间隙401后向下经过两层挡板45改变两次流向，然后再重复此过程后出罐，得到混合均匀的压裂液。
[0046] 控制单元1，与增稠剂计量单元8、固体添加剂计量单元9、清水供给单元10和液体添加剂供给单元11连接，用于读取增稠剂计量单元8中增稠剂的流量从而控制清水供给单元10对第二混合单元3供水时的流量；用于读取固体添加剂计量单元9中固体添加剂的流量从而控制清水供给单元10对第二混合单元2供水时的流量；控制液体添加剂供给单元中各种液体添加剂的添加比例和流量。具体地，在实施例中，所控制单元为PLC（可编程逻辑控制器）。
[0047] 自动发液单元5，与第三混合单元4连接；第三混合单元4内设置有液位监控器，自动发液单元5可根据第三混合单元4的液位高低自动控制压裂液的发液量。具体地，在该实施例中，自动发液单元包括发液泵、设置于发液泵出口发液管汇上的流量计、
自动调节阀以及在线粘度检测装置，发液泵用来将混配后的压裂液泵出第三混合单元4，流量计计量压裂液发液量，根据
流体混合器内液位监控器监测的液位高低，调节自动调节阀开度，从而保证压裂液发液速度及发液量；在线粘度检测装置可时刻检测混配压裂液的粘度值。
[0048] 本发明混配装置的工作原理如下：
[0049] 增稠剂经增稠剂自动上料单元输送至增稠剂计量单元中，然后增稠剂计量单元将增稠剂定量定速的喂入第一混合单元中，同时供水单元向第一混合单元供水，控制单元PLC读取增稠剂流量并根据清水供给单元的第一流量计结果通过第一流量调节阀控制外部即清水供给单元的第一水泵的流量，以使增稠剂和清水在整个混合过程的每个单位时间内均按
指定配比混合，定量配比的增稠剂和水经第一混合单元充分混合，得到增稠剂预混溶液。此时，也进行固体添加剂预混溶液的配制，即通过固体添加剂自动上料单元将固体添加剂送至固体添加剂计量单元中，然后固体添加剂计量单元将固体添加剂定量定速的喂入第二混合单元中，同时供水单元向第二混合单元供水，控制单元PLC读取固体添加剂流量并根据清水供给单元的第二流量计结果通过第二流量调节阀控制外部即清水供给单元的第二水泵的流量，以使固体添加剂和清水在整个混合过程的每个单位时间内均按指定配比混合，定量配比的固体添加剂和水经第二混合单元充分混合，得到固体添加剂预混溶液。各类桶装液体化学添加剂经气动泵抽入各类缓冲罐，经各自的自吸泵泵入第三混合单元中；同时，增稠剂预混溶液、固体添加剂预混溶液以及清水经各相应自吸泵泵入第三混合单元中，实现所有流体的充分混合，第三混合单元内设置的液位监控器负责监控液位高度，当到达指定高度时，自动发液单元实现自动发液并控制发液量。本发明的装置能够实现所有物料同时添加，无先后延长顺序。
[0050] 以上装置实现了压裂液的连续、大流量完全配制；连续配制的压裂液无“水包粉”现象，溶液粘度上升快（3分钟内压裂液黏度达到45厘泊以上）、混配均匀（压裂液整体黏度均匀，无分层现象），压裂液质量高（交联）。
[0051] 上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
