压裂液配液技术发展历程综述_熊英

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关 键 词 :压 裂 液 ;智 能 配 液 技 术 ;多 功 能 系 统 ;机 械 化 作 业 ;全 自 动 控 制 中 图 分 类 号 :TE357.1+2 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :1006—7981(2015)03—0114—04
目 前 ,国 内 各 油 田 压 裂 液 使 用 分 为 两 大 步 骤 :第 一 步 是 配 液 ,包 括 配 制 基 液 和 交 联 液 ,基 液 配 制 是 将 稠化剂干粉和添加 剂 按 一 定 比 例 溶 解 在 水 中,经 过 充分溶胀形成的具 有 一 定 粘 度 的 原 胶 液 混 合 物,交 联液配制是将交联剂配制成一定浓度的稀释溶液; 第 二 步 是 施 工 ,现 场 通 过 混 砂 车 ,将 基 液 和 交 联 液 按 一定比例混合形成 交 联 冻 胶 压 裂 液,同 时 加 入 支 撑 剂 ,进 行 压 裂 施 工 [1]。
块配置、智能管 理。 在 细 化 速 溶 和 剪 切 增 粘 等 理 论 能降耗和安全环保的要求。
指 导 下 ,研 制 出 一 系 列 核 心 专 利 设 备 ,保 证 了 稠 化 剂
智能 配 液 技 术 的 发 展 也 经 过 了 几 个 阶 段,无 论
和水的高效混合以 及 胶 液 的 快 速 释 放,针 对 稠 化 剂 从技术和装备,还 是 实 际 应 用,采 取 的 是 先 单 体,后
装置,工艺上采取先快速释放粘度,再分段加入添加 拉尔和高平配液站功能齐全的整体工程建设成功为
剂的方式,彻底解 决 了 添 加 剂 溶 解 和 基 液 粘 度 释 放 标志,逐步推广 和 完 善。 形 成 了 以 配 液 专 用 设 备 为
之间相互影响的 难 题。 在 系 统 集 成 上,全 系 统 采 用 主体,采用先释放后添加流程,配合高度智能化管理
生产工艺跟不上形势发展的需要。除上述固定站点 研究,无专用的压裂液混配设备。在此背景下,以稠
配液外,大庆油田将射流器放置到卡车上,使用简易 化剂溶胀机理为基础的智能配液技术呼之欲出。
配 液 车 进 行 移 动 配 液 ,用 于 边 远 地 区 现 场 配 液 ,使 配
1.3 智 能 配 液 时 期
以 大 庆 油 田 配 液 站 为 例 ,该 站 建 于 1987 年 。 配
制 工 艺 是 :在 配 液 前 ,先 把 计 算 并 称 重 好 的 稠 化 剂 运
图 2 中 期 阶 段 配 液 工 艺 流 程 图
到 料 斗 前 ,依 次 启 动 水 泵 、配 液 泵 、下 料 设 备 ,打 开 所
功能系统、机 械 化 作 业、全 自 动 控 制 的 最 新 配 液 技 到显著提高。新研制的密封上料装置、收尘装置、气
术 ——— 智 能 配 液 技 术 。
味 处 理 装 置 、余 液 处 理 装 置 和 自 动 控 制 系 统 ,减 轻 了
智能配液技术的特征是高效混合、快速释放、模 工人劳动强度、改 善 了 工 作 环 境,达 到 清 洁 加 工、节
和ห้องสมุดไป่ตู้添真空 吸 入,在 射 流 器 内 水 料 混 合,进 入 配 液
池 ,利 用 自 吸 泵 泵 入 液 添 ,再 通 过 水 泵 循 环 或 叶 轮 搅
拌 混 合 ,混 合 后 的 基 液 发 至 液 罐 车 ,由 罐 车 在 前 往 压
裂 现 场 途 中 ,摇 摆 震 荡 来 溶 解 增 粘 。
这 个 时 期 ,压 裂 液 的 伤 害 机 理 、稠 化 剂 的 溶 胀 机 理以及配制方式均 处 于 初 级 认 识 阶 段,添 加 剂 种 类 少,甚至不加添加 剂,基 液 粘 度 要 求 不 高,配 制 工 艺 简单,配液和发液 速 度 慢,工 人 劳 动 强 度 大,工 作 环 境 恶 劣 ,基 液 中 形 成 鱼 眼 型 水 包 粉 团 的 现 象 严 重 ,压 裂液质量难以保证。
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内 蒙 古 石 油 化 工 2015 年 第 3 期
压裂液配液技术发展历程综述
熊 英
(大庆油田有限责任公司井下作业分公司,黑龙江 大庆 163453)
摘 要 :自 上 世 纪 70 年 代 以 来 ,我 国 水 基 压 裂 液 配 制 工 艺 技 术 和 装 备 经 过 不 断 发 展 和 完 善 ,到 目 前 为 止 ,经 历 了 三 个 阶 段 :1970~1980 年 为 粗 放 配 液 时 期 ,1980~2000 年 为 射 流 配 液 时 期 ,2000 年 以 后 进 入了智能配液时期。对每个时期的配液工艺流程、关键指 标 和 设 备 构 成 进 行 阐 述。 自 2004 年 起,采 用 智 能 配 液 技 术 已 经 建 成 15 座 固 定 配 液 站 和 8 套 移 动 配 液 装 置 。
比重轻、颗粒小、易 结 块 的 特 性,研 制 出 专 门 密 封 螺 集成;先局部,后全 面 的 方 式,从 新 疆 油 田 的 高 效 水
旋送料装置,针对碳酸钠、氯化钾等固体添加剂与高 粉混合装置、中原油 田 的 密 封 螺 旋 上 料 系 统 和 辽 河
粘度胶液混合速度 慢 的 难 题,研 制 出 高 效 固 液 混 合 油田的混配撬等单 体 设 备 应 用 开 始,到 大 庆 油 田 海
自 上 世 纪 70 年 代 以 来 ,我 国 水 基 压 裂 液 配 制 工 艺 和 技 术 经 过 不 断 发 展 和 完 善 ,到 目 前 为 止 ,经 历 了 三个阶段。 1.1 粗 放 配 液 时 期
时 间 跨 度 为 1970~1980 年 ,利 用 简 单 粗 放 的 配 液方法进行配液。 普 遍 应 用 的 有 两 种 方 式:① 直 接 向罐车中人工加入 稠 化 剂 和 添 加 剂,利 用 罐 车 行 驶 过程中的摇摆震荡 使 稠 化 剂 和 添 加 剂 溶 解,配 制 成 基液,到达作业现 场 直 接 使 用;② 采 用 固 定 配 液 罐, 人工加入稠化剂和 添 加 剂,利 用 机 械 搅 拌 或 者 水 泵 循环,使稠化剂和 添 加 剂 溶 解,配 制 基 液,发 放 至 拉 液 罐 车 ,运 到 现 场 使 用 。 以 大 庆 油 田 为 例 ,采 用 人 工 倒料 方 式。 配 液 流 程 如 下:向 10m3 配 制 罐 中 加 入 半 罐 清 水 ,然 后 将 配 制 基 液 所 需 的 2~3 倍 植 物 胶 稠 化剂加入配制罐,开启搅拌装置搅拌 40~50min,待 稠 化 剂 溶 解 形 成 高 浓 度 胶 液 后 ,打 开 罐 底 阀 门 ,将 胶 液放至一个 70m3 储 液 池 中,储 液 池 预 先 加 入 半 池 清 水 ,高 浓 度 胶 液 加 入 后 ,用 储 液 池 两 个 对 角 的 喷 射 枪进行喷射,代替 搅 拌,使 浓 胶 液 与 清 水 混 合 均 匀。 配制 70m3 基 液 需 要 3~4h,每 天 配 液 能 力 100~ 150m3,仅 可 满 足 一 口 井 施 工 需 求 。
模增大,同时健康 安 全、节 能 环 保、清 洁 加 工 成 为 油 展方便。实际应用表明,智能配液工艺和装备,彻底
田配液施工的主导 理 念,配 液 作 业 进 入 了 技 术 队 伍 消除了鱼眼现 象,基 液 粘 度 释 放 快,5~10min 后 就
专业化、技术设备专业化的崭新阶段,从而出现了多 可添加各种添加剂,添加剂计量准确,压裂液质量得
液混合不均匀;在 设 备 上,水 粉 混 合 器 容 易 堵 料,需 定期停机清洗,泵 的 叶 轮 磨 损 大,设 备 维 护 成 本 高, 自动化程度不高,工 人 劳 动 强 度 仍 较 大。 上 述 不 足
化剂配比保证最终粘度,配液站生产能力逐渐下降, 的根本原因是对植物胶稠化剂的溶胀机理缺乏系统
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图 1 早 期 阶 段 配 液 现 场
1.2 射 流 配 液 时 期
液 效 率 提 高 2.5~3 倍 。
时 间 跨 度 为 1980~2000 年 ,多 数 油 田 已 经 掌 握
简易文丘里管射流 原 理,利 用 离 心 泵 以 一 定 排 量 泵
注 清 水 时 ,在 文 丘 里 管 嘴 处 产 生 负 压 ,将 稠 化 剂 胶 粉
① 收稿日期:2014-11-25 作 者 简 介 :熊 英 ,工 程 师 ,2000 年 毕 业 于 大 庆 石 油 学 院 ,现 任 职 于 大 庆 油 田 井 下 作 业 分 公 司 。
2015 年 第 3 期 熊 英 压 裂 液 配 液 技 术 发 展 历 程 综 述
了液体、固 体 添 加 剂,靠 人 工 加 入 到 配 液 池。2000 年随着施工井温的 提 高,压 裂 液 的 稠 化 剂 配 比 从 最
足:在工艺方面,鱼 眼 型 粉 团 不 能 完 全 消 除,粘 度 释 放时间较长(30~60min),纯 碱、小 苏 打 与 高 粘 度 基
高 0.35% 提 高 到 0.55% ,粘 度 增 加 到 100~120mPa ·s,配 液 难 度 逐 步 加 大 ,即 使 采 用 负 压 射 流 方 式 ,瞬 间形成的鱼眼型水 包 粉 团 也 较 多,只 有 通 过 增 大 稠
这 个 时 期 ,油 田 压 裂 施 工 次 数 逐 渐 增 多 ,压 裂 液
选择的配液池的相 应 阀 门,把 稠 化 剂 逐 袋 倒 入 下 料 稠化剂的种类也由田菁胶发展到香豆胶、瓜尔胶、羟
斗中,由射流器所产 生 的 负 压 把 料 斗 中 的 稠 化 剂 吸 丙基瓜尔胶、魔芋胶等几个品种,压裂液对储层的伤
入水中,实现水粉 混 合,进 入 配 液 池,启 动 搅 拌 设 备 害逐步受到重视,添加剂种类增多,对压裂液的质量
搅拌、溶胀,检测粘度达到设计要求后,对罐车发液。 也有了新的要求。 在 压 裂 液 的 配 制 工 艺 方 面,提 出
在搅拌、溶胀期间,可 使 用 另 一 配 液 池,配 制 其 它 施 了高效混配、快 速 增 粘 的 要 求。 本 时 期 的 技 术 特 征
工井的压裂液,缩短全天 压 裂 液 配 制 时 间。 在 1987 ~2000年期间,射 流 配 液 工 艺 发 挥 了 重 要 作 用,满 足了该时期生产需要。这期间压裂液配方中新增加
是借用其它行业的 成 熟 设 备 来 提 高 配 液 速 度,典 型 设备是选用离心水 泵 和 储 罐,利 用 水 泵 和 储 罐 反 复 循环,加速胶液 粘 度 释 放。 实 际 运 行 中 存 在 以 下 不
在 压 裂 液 应 用 工 艺 技 术 上 ,从 上 世 纪 70 年 代 以 来,依据实际情况制 定 出 两 条 龙 现 场 施 工 工 艺 措 施 并 延 续 至 今 ,具 体 内 容 就 是 压 裂 液 配 制 一 条 龙 、拉 运 一条龙,根据 这 一 原 则 进 行 后 厂 建 设 。 [2] 国 内 各 油 田压裂液的配液方法有固定站配液和现场移动式配 液。大庆、吉林、辽 河、胜 利、中 原、青 海、新 疆 各 油 田,由于压 裂 现 场 距 离 比 较 近,通 常 采 用 固 定 站 配 液,然后将配制 好 的 压 裂 液 用 罐 车 运 至 现 场。 四 川 油气田、延长油田、长 庆 油 田、以 及 大 庆 油 田 塔 海 区 块,受到地 理 条 件 的 限 制,加 之 压 裂 现 场 距 离 比 较 远 ,通 常 采 用 移 动 配 液 装 置 进 行 现 场 配 液 。 1 发 展 历 程
图 3 中 期 阶 段 配 液 现 场
2000~2010年,国内各油 田 的 压 裂 施 工 井 型 和
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内 蒙 古 石 油 化 工 2015 年 第 3 期
压裂液种类开始多样化,压裂施工井数增多,施工规 布置合理、结 构 紧 凑,人、机、料、环、法 线 路 清 晰,扩
模块化配置、智能化管理的方式,使配液车间的设备 方式的一整套核心技术和装备。
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