大流量压裂液配制设备的橇装化设计

大流量压裂液配制设备的橇装化设计
刘庆1卢亚平1邱蜂2徐占东2潘社卫1宫秀坤2杨春2台广锋1王振华2
（1：北京矿冶研究总院，北京100160： 2：大庆钻探工程公司井下作业工程公司，松原，
138000）
摘要：为了知足大型压裂作业的需求，设计出了大流量压裂液配制装置，配制速度达到8m3/min,实现了现场配制“即配即用”，降低了配制余量，肖省了配液本钱，提高了压裂施工效率，该装巻在吉林汕田中取得了应用，通过连年的大型压裂作业验证，设备运行稳固, 达到了装置的研制效果。

本文主要介绍了配液装巻的配液工艺流程、装置的组成和现场应用情形。

关键词:大流量；压裂液；持续混配：配液装置
Skid Mounted Design of Large Flow Fracturing Fluid Preparation
Equipme nt
LIU Qingl z LU Yaping^QIU Feng2z XU Zhandong 2Z PAN Shewei^GONG Xiukong^YANG Chun2,
TAI Guangfeng^WANG Zhenhua2
(l:Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy, Beijing 100160;
2:Downhole Service Engineering Company of Daqing Drilling Engineering,Songyuan,138000) ABSTRACT：In order to meet the dema nd of large-scale fracturi ng, large flow of fracturing fluid preparation equipment is developed. liquid mixing velocity reaches 8m3/mir\ Field liquid mixing z ready-to-use, is implemented, Reduced the liquid allowance, saved the liquid mixing costs, and improved the efficiency of fracturing device has been used in jilin oilfield, after many years of verification in large-scale fracturing operation, equipment operation was stabled, development effect was achieved・ This paper mainly introduces the liquid mixing process, composition and field application of this device・
KEY WORDS: large flow; fracturing fluid; continuous mixing; mixing device
0引言
现有的水力压裂工艺一般是在施工前在配液站提前配制好压裂液，采用罐车输送至现场，而现在压裂现场呈现出作业点散布广的特点，仅靠固左配液站配液的方式已不能知足大型压裂作业要求，需要开发新的配液方式，以解决压裂预备时刻长、罐车拉液本钱高、压裂液防腐和残液环保处置等诸多难题。

持续混配技术在国外80年代已经开始研究利用，但多以油基浓缩液的方式配液，溶解
介质利用柴油或轻质原汕3,而国内大多利用水基压裂液来降低压裂施工本钱目前国内已开发岀了務动式配液车或配液橇，配液速度一般是2~4m3/min,可按照现场作业情形灵活调整配液量和配方，极大地降低配液余量，右省了配液本钱，对环境的污染明显减少。

本文结合配制压裂液的工艺特点，使配液设备模块化、橇装化，压裂液配制的最大速度为8m3/min,可实现大型压裂作业中的现场配液，大幅提髙了现场圧裂施工的生产效率。

1 配液系统的工艺流程
压裂液配液系统采用集成橇装化设计，由原料添加撬、混配橇、缓冲罐和动力控制系统组成，如图1所示。

原料添加橇负责提供胶粉、添加剂供给，胶粉通过原料添加橇的精准输出给混配橇，由混配橇将淸水与胶粉混合增黏，当胶粉融合后加入添加剂，待液体快速增黏后，发液到缓冲罐中，缓冲罐与圧裂机组相连，确认配制的压裂液知足利用要求后，开始压裂作业。

压裂液混配装置的动力由动力控制系统提供，同时动力控制系统还搜集配液信号，输岀控制信号，实时调右流速，监控配液进程，保证整个混配系统平稳运行。

压裂机组
图1配液装置的工艺流程图
Process flow diagram of fluid preparation equipment
2配液装置的组成
2.1原料添加橇
原料添加橇主要包括两台胶粉自动供给装置和三个添加剂供给系统，实现对混配橇的胶粉和添加剂的供给，如图2所示。

图2原料添加橇结构图
Structure drawing of raw material adding skid
(1)胶粉自动供给装巻采用定量输送的方式，可随配方和配制进程的转变进行精准供料，保证胶粉在配液期间内持续均匀地输料。

两台胶粉自动供给装巻可别离给混配橇的两个混合器供料，能够按照配液量的需求一停一用或两个同时用，具有配液的灵活性。

(2)添加剂供给装置分为上液、储液、发液三个进程：上液泵吸入口通过软管插入到助剂原料桶内，抽吸打入到储液罐中；三个储液罐设置有液位仪，显示罐内的助剂量；发液泵可
调速，可控制打入到混配橇增黏罐内的添加剂量。

混配橇
混配橇是配制压裂液的核心装置，主要将胶粉与水混合，在最短时刻内将压裂基液粘度增
加到利用值，主要包括：混合器、增黏装置、发液泵.残液泵等，如图3所示。

Structure drawing of fracturing fluid mixing skid
（1）混合器
供水泵抽吸来自外羽供水罐的淸水，并泵入到混合器中，混合器设有进水口、进粉口和一个出液口。

通过进水口流入混合器的清水在混合装宜中产生负压，胶粉通过进粉口进入与水混合形成胶液，然后进入增黏装置内。

供水泵流量可按照设左值及胶粉的配比自动进行调整，，从而保证水与胶粉的配比。

从实际配液生产分析，泵最小配液速度为3m3/min,因此总配液能力范用是：3~8n?/min,能够专门好地知足常规压裂和大规模压裂作业的需要。

（2）增黏装置
增黏装置内部划分成多个隔间，隔间内彼此连通，且每一个隔间内均设有一个强力搅拌装此基液在增黏装巻内的流动遵循“先进先岀”的原则，依次流过量个隔间，在持续搅拌的作用下，不仅保证各类物料取得均匀混合，而且使基液粘度在罐流动时刻内取得充分释放, 达到快速提高液体粘度的目的。

为提髙搅拌装置的增黏效果，在转子外帀增设一个筒形的挡板筒（泄子），其垂直挡板是为了抑制切向流，将切向流转移为径向流和轴向流，增大湍流和对流循环强度，从而提髙搅拌的强度。

（3）残液泵
混配橇的成品液通过发液泵向缓冲罐输出，残留在增黏罐内的成品液，能够通过残液泵抽吸到缓冲罐，从而保证罐体的淸洁。

综合以上论述，混配撬有以下特点：
1）淸水和胶粉供给量均采用讣量装置，配比精度髙。

2）多段强力搅拌可充分释放基液粘度。

3）供水泵采取双泵配宜增强系统靠得住性和生产灵活性。

动力控制系统
动力控制系统主要由柴油发电机组、PLC控制柜、混配橇控制柜、原料添加橇控制柜和电器仪表设备组成，如图4所示。

图4动力控制系统图
Power control system diagram
为适应野外作业环境，设宜了一个柴油发电机组作为全套配液设备的动力。

控制系统采用PLC控制，PLC控制柜与混配橇控制柜和原料添加橇控制柜相连，橇控制柜与各个电器、仪表设备相连，从而实现配液进程的自动控制，并对设备的运转情形进行监控。

柴汕发电机组和控制室设置在动力厢体内。

厢体中分成两个区间，别离作为柴油发电机组区间和控制室区间，中距离板采用隔音降噪处置。

PLC控制系统带有触摸屏，控制系统对配液进程中各系统的启动顺序、工作时刻进行精准控制，并通过仪表对流体状态进行检测。

3现场配液的情形
2012年5月配液装程进行联机调试，配液速度达到8 m'/min。

6月开始在吉林油田井区进行现场配液压裂施工，瓜尔胶配比可实时调节，缓冲罐出口粘度到实验室最高粘度的90%以上，实现了压裂液的持续混配。

同时能够按照现场压裂施工的情形，调整压裂液配液量，减少配液本钱，截止9月底，共压裂施工7 口井，累计现场配液近40000m%与设计配液量相较盯省了37%,也省去了前期配液和远程运输时刻，加速了配液速度，极大地提髙了压裂施工的效率。

通过连年的现场施工，配液设备一次持续配液时长可达4小时，日最大配液量2500m', 截止2015年末共配制压裂液17余万方，运行平稳靠得住。

4结语
大流量压裂液配液装置通过胶粉、淸水的精准供给、高效水粉混合、快速增黏等方式，能够快速配制出压裂基液，基液配制速度能够达到8m'/min。

同时可精准添加各类压裂液添加剂，与压裂机组紧密配合控制配液流量，使持续混配与压裂施工组成了一个有机整体。

压裂液配液装置运行进程完全实现自动控制，降低了劳动强度，提髙了生产效率、实现了节能降耗。

大流疑持续混配技术解决了持续混配压裂的瓶颈问题，实现了油田“万方液，千方砂” 大型压裂施工的要求，依据此技术能够将配液速度加大到16m7min,乃至更大，一样能够应用在山地、海洋等油区的大型压裂项目中，为压裂液配制技术指明了新的进展方向。

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作者简介：刘庆，生于1982年。

2007年毕业于哈尔滨工业大学，工学硕士，高级工程师。

现从事石汕压裂液配制设备的研究和设计工作。

专利：国家发明专利一种压裂液大流量配液系统及配液方式()：国家实用新型专利大流量撬装式配液装宜。