任勇强;徐克彬;提云;白田增;杨小涛;徐昊洋;刘雨薇
流量交换
【摘 要】为满足超低渗油气藏、致密油气和页岩气勘探开发所需的大排量、超大规模压裂施工的技术需求,解决目前“先配液后施工”的常规压裂作业中配液时间长、劳动强度大、残液污染环境等难题,研发了全自动连续混配装置.采用模块化设计、干粉自动上料、精确计量、高效水粉混合、多液路添加、在线检测检验、自动控制等技术手段集成了配液系统.实现了胍尔胶、氯化钾及化学添加剂等物料的按比例连续混合,单机连续施工排量达12 m3/min、即时黏度可达30～38mPa·s.装置占地面积小、自动化程度高、安全环保,经现场应用验证,能够显著提高配液效率,为超大规模高效压裂开发提供了技术支撑.【期刊名称】《石油矿场机械》
【年(卷),期】t恤转印纸2016(045)008
【总页数】5页(P85-89)
【关键词】压裂;自动控制;配液;装置
滤波装置
【作 者】任勇强;徐克彬;提云;白田增;杨小涛;徐昊洋;刘雨薇
【作者单位】中国石油集团渤海钻探工程有限公司井下作业分公司,河北任丘062552;中国石油集团渤海钻探工程有限公司井下作业分公司,河北任丘062552;中国石油集团渤海钻探工程有限公司井下作业分公司,河北任丘062552;中国石油集团渤海钻探工程有限公司井下作业分公司,河北任丘062552;中国石油集团渤海钻探工程有限公司井下作业分公司,河北任丘062552;中国石油集团渤海钻探工程有限公司井下作业分公司,河北任丘062552;中国石油集团渤海钻探工程有限公司井下作业分公司,河北任丘062552
【正文语种】中 文高频变压器参数
【中图分类】TE934.2
KDYTT水力压裂是现阶段国内外油气田广泛采用的一种增产技术方法[1-10]。通过压裂能够形成一定长度、导流能力强的裂缝，进而沟通与连接油气存储空间及渗流通道，从而实现油气田的顺利投产及稳产高产。当前压裂液配液采用的方式主要有[11]传统配液、现场配液和自动化配液3种方式。传统方式运输成本极高，仅适用于近井压裂配液；现场配液方式劳动强度
较大、配液时间长、作业环境较差，批混批用的作业方式容易导致压裂液的腐败和浪费；近年来，国内外分别出现了以浓缩液为基础的自动化压裂液混配方式[12]和以特殊稠化剂为基础的的连续混配装置[13]，但均不能实现与氯化钾及其他添加剂的同车在线添加，且单批次配液量较小，无法满足大规模压裂作业要求。随着低渗、超低渗油气藏，致密油气和页岩气的开发，以高压、大排量为特点的大规模、超大规模压裂施工日益增多，配液方式成为制约压裂作业提速提效的一大瓶颈，迫切需要开发能够实现大排量连续混配功能的新装备和能够进行按需配液施工的新工艺。鉴于此，研制了BH-CMS-I型全自动连续混配装置。通过与现场压裂设备相配套，整个配液与压裂施工过程连续、紧凑，解决了物料浪费、环境污染、稠化剂预混预配、场地狭小限制施工规模等难题。
为了尽可能减小装备的占地面积，同时满足大规模、超大规模压裂施工中对于压裂液实时连续自动混配的技术要求，本装置主要采取了以下结构设计：整体撬装式设计，采用模块化配置将配液过程中的干粉上料及计量、水粉混合、多液路添加、在线检测检验、自动控制等系统进行集成整合，显著减少了配液装备的占地面积；为保证胍尔胶溶液的配置质量，最大限度地消除水包粉(鱼眼)现象，在胍尔胶和清水混合流程中引入了剪切泵高效水粉混合系统，通过剪切泵泵腔内高速旋转的转子对水粉进行机械剪切和搅拌，使胍尔胶粉
均匀地乳化、分散在水中，获得高品质的水粉混合液；为降低劳动强度，彻底消除人工配液的诸多不足，采用可编程控制器(Programmable Logic Controller)PLC自动控制系统对整个配液过程进行实时监控，实现了对干粉上料、水粉计量、水粉混合、液体添加和检测检验等步骤的自动控制，确保各物料和添加剂的按比例连续混配，无需人工称量和加料；为保证最终所得的压裂液的质量，在发液罐出口端设置了在线检测装置，对输出端处压裂液的流量(排量)、液体黏度、密度等指标进行实时监测，并将有关参数实时反馈给PLC智能控制系统，根据设定数据和程序对水、料配比及排量进行实时调整。本装置的结构和控制原理如图1，剪切泵中水粉混合的原理如图2。
如图1所示，按照预先设定好的配比，氯化钾和胍尔胶粉料经彼此独立的自动上料及计量单元进入各自的进料罐后；氯化钾粉料进入专门的氯化钾水粉混合罐中与清水充分混合、胍尔胶进入专门的剪切泵水粉混合系统中实现与清水的高效混合；经充分混合后的氯化钾溶液、胍尔胶溶液与从化学添加剂添加单元输出的添加剂一起进入混合罐进行充分混合；最后混合好的压裂液进入发液罐，经短时间的发液处理之后即达到相应的使用黏度。PLC控制系统在压裂施工中在线检测水、粉的输入量及压裂液的实时黏度，并根据施工需要实时调整压裂液中的水粉和化学添加剂的配比，确保最终所得的压裂液性能满足施工需要。
满液式蒸发器
该全自动连续混配装置的结构形式及布局如图3。该装置为整体撬装式结构，主要由干粉自动上料系统、干粉计量系统、高效水粉混合系统、液路添加系统、动力系统、在线检测检验及自动控制系统等几大部分组成。本装置集手动和自动化控制为一体，并可通过连接在PLC控制面板接口处的外接数据线，经由笔记本电脑实现对整个配液作业过程的远程控制。
干粉自动上料系统主要包括氯化钾自动上料单元和胍尔胶自动上料单元2部分。二者结构相同，将干粉自动拆包装置、干粉自动进料装置以及干粉计量装置进行集成整合，实现氯化钾和胍尔胶干粉的自动进料及精确计量。主要结构有：①干粉自动拆包及进料装置，由螺旋输送装置、传送带、破带机、振动筛、料仓、袋料脱出装置以及电磁脉冲布袋除尘器等组成。螺旋输送装置核心为电动机，主要为传送袋装的干粉物料提供动力；传送带为可折叠式结构，作业时展开与地面呈一定斜度，运输时可折叠在一起，减少占用空间；破袋机位于所述传送带的上端，用于破解容纳盐粉或胶粉干粉物料的袋体，并分离干粉物料和袋体；振动筛分为细、中、大3个筛，细筛先筛分出小直径颗粒并直接进入粉体进料混合罐，随后中筛筛分出中等直径颗粒、大筛筛分出大直径颗粒，大中直径颗粒经粉碎机粉碎为小直径颗粒后才能被输送到粉体进料混合罐内；袋料脱出装置的核心为破袋压榨机，用于将
已分离出干粉的破袋袋体脱出，防止破碎的袋体堵塞配液管路并污染压裂液；为了防止粉尘扩散和满足环保要求，在破袋机袋体出、入口配置了电磁脉冲布袋除尘器。
干粉计量系统的核心为螺旋计量装置，结构原理如图4所示。其技术原理是：物料由料仓经星形给料机输送到下面连接的螺旋给料机，螺旋给料机上的称重传感器检测到物料的质量并产生正比于载荷的压电信号，螺旋给料机内的测速传感器产生正比于铰刀速度的信号，相关信号被输送至仪表控制箱内的控制器，经运算得出瞬时流量和累计质量值。控制系统将相关信号进行比较，通过PID调节，给变频器实时输出控制信号，调节螺旋给料机中绞刀的速度，实现精确给料。
高效水粉混合系统主要包括：氯化钾水粉混合单元、剪切泵、氯化钾溶液输送管、胍尔胶溶液输送管和混合罐。氯化钾水粉混合单元位于粉体进料混合罐的底端，用于将经粉体进料混合罐进入的由氯化钾粉与清水添加液路泵入的清水相混合，得到特定比例的氯化钾溶液；剪切泵通过输送软管与粉体进料混合罐中的胍尔胶进料混合罐和清水添加液路相连，利用其内部转子高速旋转所产生的动能使胍尔胶粉与清水充分混合，进而得到高质量的均匀胍尔胶基液；氯化钾溶液输送管连接与粉体进料混合罐内的氯化钾配液单元出口，胍尔
胶溶液输送管和剪切泵末端出口相连接，用于将配制好的氯化钾溶液和胍尔胶基液输送至混合罐内，与经化学添加剂添加液路输入的化学添加剂相混合，得到设定比例的压裂液。
液路添加系统主要包括：清水添加液路和化学添加剂添加液路。在PLC系统的协调控制下，根据配液所需的液体比例，清水和各种化学添加剂分别经各自的自吸泵、流量传感器、调节阀，泵入混配装置的物料混合单元和混合罐中，实现各类液体化学添加剂的比例添加，进而保证压裂液的输出排量和配置质量。
动力系统分别为固定在底盘撬上的1台VOLVO柴油发电机和配套的蓄电池组，可以实现220V交流电到24 V直流电的转化，并可同时提供220 V的交流电和24 V的直流电。因现场压裂作业对设备的防爆要求较高，本控制系统的24 V直流电源的主要为部分传感器及PLC可编程控制器等电器元件供电，220V电源主要为部分传感器及显示器等电器元件供电。
在线检测检验及自动控制系统的核心是PLC控制面板，由计算机、工控软件、触摸屏、PLC可编程控制器以及配套的的流量、液位、料位检测元件和自控阀门等执行元件组成。本系统与氯化钾干粉计量单元、胍尔胶干粉计量单元、清水添加液路和化学添加剂添加液路相连接，用于实时监测及调控各种物料和液体的添加比例，并根据实际压裂施工的需要
及时调节压裂液的排量。设备运行时，控制系统对设备的流量、液位及料位检测元件的相关参数进行采集运算，根据结果将信号输出到相关的控制阀门，通过控制器与上位机之间的实时通讯将有关数据呈献给操作员，并根据操作员输入的相关指令执行下一步操作。系统的小型控制柜上配有触屏控制面板，可在界面上清晰地显示和操作所有的命令。本控制系统的控制柜和操作界面如图5所示。
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