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CN119686703B - 一种二氧化碳干法加砂压裂连续加砂的系统和方法 - Google Patents

一种二氧化碳干法加砂压裂连续加砂的系统和方法

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CN119686703B
CN119686703B CN202311238667.0A CN202311238667A CN119686703B CN 119686703 B CN119686703 B CN 119686703B CN 202311238667 A CN202311238667 A CN 202311238667A CN 119686703 B CN119686703 B CN 119686703B
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carbon dioxide
continuous
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wet slurry
pump
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聂俊
叶文勇
章东哲
胡东锋
陈鹏伟
王玉
谭欢
梁宏伟
张岄
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China National Petroleum Corp
CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co Ltd
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CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种二氧化碳干法加砂压裂连续加砂的系统和方法。该系统包括上料螺旋、储料箱、计量输送螺旋、喷淋管、搅拌机、缓冲箱、膏体泵、连续冷却罐、盘管和主管汇等。该方法包括以下步骤:原料输送、基液泵注、配比湿混、湿混浆缓冲、增压泵送、连续冷却和混合输送等。本发明的系统和方法可实现二氧化碳干法压裂的连续加砂施工,并精确控制砂比,实现无限砂量、大砂比、大排量的干法加砂压裂施工。

Description

一种二氧化碳干法加砂压裂连续加砂的系统和方法
技术领域
本发明属于油气田开发技术领域,特别涉及一种二氧化碳干法加砂压裂连续加砂的系统和方法。
背景技术
二氧化碳干法加砂压裂技术作为无水压裂新技术的一种,以液态二氧化碳作为压裂介质,具有低伤害、易返排、造缝容易、环保等优点。二氧化碳干法加砂压裂技术特别适合低压低渗透、致密及水敏性强的复杂岩层,对油气层污染严重、含水率较低的储层改造效果良好,可大幅提高单井产量。
CN106640024A公开了一种密闭混砂装置及方法。该方法在施工前将支撑剂加入到密闭混砂装置中,将密闭混砂罐密封,然后加入液态二氧化碳进行加压冷却,将支撑剂冷却到与液态二氧化碳相同的温度;一次施工的加砂量即为密闭混砂装置的有效容积,如果要二次加砂则需要先将密闭混砂罐内的液态二氧化碳排出,然后释放罐内的压力,等压力释放完后打开密闭混砂罐重新加入支撑剂,再次加压进行冷却后方可进行加砂作业。这种干法加砂液的制备方法决定了其只能进行定量加砂的二氧化碳干法加砂压裂施工,不能进行无限砂量、大砂比、大排量的施工作业,限制了二氧化碳干法加砂压裂技术的推广应用。
为最大限度的释放二氧化碳干法加砂压裂技术的增产潜能,使施工规模不受密闭混砂装置容积影响,研发出一种二氧化碳干法加砂压裂连续加砂的系统和方法显得尤为重要。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明的目的在于提供一种二氧化碳干法加砂压裂连续加砂的系统和方法。该系统和方法可实现二氧化碳干法压裂的连续加砂施工。
为了实现上述目的,本发明第一方面提供了一种二氧化碳干法加砂压裂连续加砂的系统,该系统包括:储料箱、喷淋管、搅拌机、缓冲箱、膏体泵、连续冷却罐、盘管和主管汇;
其中,所述搅拌机设置有支撑剂进口、基液进口和湿混浆出口;所述储料箱的出口与所述搅拌机的支撑剂进口连通;所述喷淋管设置于所述搅拌机内,并与所述基液进口连通;所述搅拌机的湿混浆出口与所述缓冲箱的进口连通;所述缓冲箱的出口与所述膏体泵的进口连通;所述连续冷却罐中设置有所述盘管;所述膏体泵的出口与所述盘管的进口连通;所述盘管的出口与所述主管汇连通。
根据本发明的具体实施方式,优选地,上述系统进一步包括:上料螺旋,所述上料螺旋的出口与所述储料箱的进口连通。
在上述的系统中,优选地,所述上料螺旋包括双螺旋上料机。
根据本发明的具体实施方式,优选地,上述系统进一步包括:计量输送螺旋,所述储料箱的出口通过所述计量输送螺旋与所述搅拌机的支撑剂进口连通。更优选地,所述计量输送螺旋的精度为±0.5%。
在上述的系统中,优选地,所述搅拌机的基液进口连接有基液输送管线,并且所述基液输送管线上设置有计量泵。更优选地,所述计量泵为凸轮转子泵。
在上述的系统中,优选地,所述搅拌机包括双螺旋搅拌机。
在上述的系统中,优选地,所述缓冲箱中设置有旋转机构。
在上述的系统中,优选地,所述膏体泵包括两级式膏体泵,所述两级式膏体泵为两个以串联方式连接的膏体泵。其中,按照物料流动方向,两个串联的膏体泵分别称之为第一级膏体泵和第二级膏体泵。
在上述的系统中,优选地,所述连续冷却罐内设置有冷却介质,所述冷却介质为液态二氧化碳,所述盘管浸泡于所述冷却介质中。
在上述的系统中,优选地,所述连续冷却罐设置有冷却阀,所述冷却阀用于调控所述连续冷却罐内的温度。
在上述的系统中,优选地,所述盘管的外表面加工有螺旋凹槽;更优选地,所述螺旋凹槽的横截面为U形,所述螺旋凹槽的两个侧壁的延长线之间的夹角为45~60°。
在上述的系统中,优选地,所述盘管的长度为80~120m。
本发明第二方面提供了一种二氧化碳干法加砂压裂连续加砂的方法,该方法采用上述的二氧化碳干法加砂压裂连续加砂的系统进行二氧化碳干法加砂压裂连续加砂,该方法包括以下步骤:
S1、原料输送:将支撑剂连续输送至储料箱,储料箱内的支撑剂按照设计的用量比例输送至搅拌机内;
S2、基液泵注:在步骤S1进行的同时将基液按照设计的用量比例进行计量后,喷洒至搅拌机内;
S3、配比湿混:支撑剂与基液按照设计的配比在搅拌机内搅拌混合,形成湿混浆;
S4、湿混浆缓冲:使搅拌机内的湿混浆进入缓冲箱,湿混浆在缓冲箱内被高速剪切,均匀发泡,形成泡沫湿混浆;
S5、增压泵送:使缓冲箱内的泡沫湿混浆通过膏体泵连续增压并泵送至连续冷却罐;
S6、连续冷却:高压湿混浆在连续冷却罐中的盘管内流动,以完成连续冷却;
S7、混合输送:高压低温的湿混浆进入主管汇,与主管汇内的液态二氧化碳混合,连续形成二氧化碳干法加砂压裂液,并通过主管汇输送至压裂车进行连续加砂施工。
在上述的方法中,优选地,在步骤S1中,所述支撑剂包括20~100目的压裂用支撑剂。
在上述的方法中,优选地,在步骤S1中,所述支撑剂是通过上料螺旋连续输送至储料箱的。
在上述的方法中,优选地,在步骤S1中,储料箱内的支撑剂按照设计的用量比例输送至搅拌机内是通过高精度计量输送螺旋实现的。
在上述的方法中,优选地,在步骤S2中,所述基液包括二氧化碳干法加砂压裂专用提粘剂。
在上述的方法中,优选地,在步骤S2中,所述基液按照设计的用量比例定量泵送至搅拌机是通过调整凸轮转子泵的运行频率实现的。更优选地,控制所述凸轮转子泵的运行频率为15~50Hz。
在上述的方法中,优选地,在步骤S4中,所述湿混浆在缓冲箱内被转速为600~1000r/min的旋转机构高速剪切,进而均匀发泡,形成泡沫湿混浆。
在上述的方法中,优选地,在步骤S4中,所述湿混浆在缓冲箱内的发泡率为280%以上。其中,所述发泡率是指所述湿混浆形成的泡沫湿混浆的体积与所述湿混浆的体积之比。
在上述的方法中,优选地,在步骤S5中,所述泡沫湿混浆通过两级式膏体泵连续增压,第一级膏体泵将所述泡沫湿混浆增压至0.5~1.5MPa,第二级膏体泵将第一级膏体泵增压后的泡沫湿混浆增压至7~10MPa。
在上述的方法中,优选地,在步骤S6中,所述高压湿混浆在长度为80~120m的盘管内被连续冷却至-15℃至-20℃。
在上述的方法中,优选地,在步骤S6中,所述连续冷却罐内设置有冷却介质,所述冷却介质为-15℃至-20℃的液态二氧化碳,所述盘管浸泡于所述冷却介质中,所述高压湿混浆的连续冷却量为0.8m3/min以上。
本发明提供了一种二氧化碳干法加砂压裂连续加砂的系统和方法。该系统和方法可实现二氧化碳干法压裂的连续加砂施工,并精确控制砂比,实现无限砂量、大砂比、大排量的干法加砂压裂施工。
与现有技术相比,本发明的技术方案至少具有以下有益效果:
(1)通过湿混浆从常压到高压的连续泵送、从常温到低温的连续快速冷却,实现了干法加砂压裂液的连续制备;
(2)可通过对计量输送螺旋、计量泵进行调节,保证了支撑剂与基液混合的比例,可实现砂比的精确控制;
(3)可利用液态二氧化碳的低温特性,连续将支撑剂与基液形成的泡沫湿混浆冷却至设定温度,简化系统结构的同时,大大减少了系统的整体功耗;
(4)实现基液(提粘剂)的低压端注入,完全解决高压端注入需额外增加一个基液(提粘剂)专用泵车的问题,同时保证地面主管汇内的液态二氧化碳的高携砂能力;
(5)可精确控制湿混浆的压力及温度,确保混合输送步骤中的液态二氧化碳保持液相状态,产生的加砂压裂液完全满足大砂比、大砂量、大排量的二氧化碳干法加砂压裂的连续施工要求。
附图说明
图1为本发明的具体实施方式提供的二氧化碳干法加砂压裂连续加砂的系统的结构示意图。
图2为本发明的具体实施方式中的盘管外表面的螺旋凹槽的结构示意图。
图3为本发明的具体实施方式提供的二氧化碳干法加砂压裂连续加砂的方法的流程示意图。
附图标号说明:
1-储料箱;2-喷淋管;3-搅拌机;4-缓冲箱;5-膏体泵;6-连续冷却罐;7-盘管;8-主管汇;9-上料螺旋;10-计量输送螺旋;11-计量泵;12-冷却阀;13-螺旋凹槽。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解,现对本发明的技术方案进行以下详细说明,但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
需要说明的是,在本发明中,所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。
此外,除非另有明确的规定和限定,“连接”应做广义理解,既包含直接连接,也包含通过另一部件间接连接。
在不冲突的情况下,本领域的技术人员可以根据实际情况将下述各实施例中的相关的技术特征相互组合,以达到相应的技术效果,具体对于各种组合情况在此不一一赘述。
一方面,本发明提供了一种二氧化碳干法加砂压裂连续加砂的系统,该系统的结构如图1所示。
该系统包括:储料箱1、喷淋管2、搅拌机3、缓冲箱4、膏体泵5、连续冷却罐6、盘管7和主管汇8;
其中,搅拌机3设置有支撑剂进口、基液进口和湿混浆出口;储料箱1的出口与搅拌机3的支撑剂进口连通;喷淋管2设置于搅拌机3内,并与搅拌机3的基液进口连通;搅拌机3的湿混浆出口与缓冲箱4的进口连通;缓冲箱4的出口与膏体泵5的进口连通;连续冷却罐6中设置有盘管7;膏体泵5的出口与盘管7的进口连通;盘管7的出口与主管汇8连通。
在一些具体实施方式中,所述系统进一步包括:上料螺旋9,上料螺旋9的出口与储料箱1的进口连通。
在一些具体实施方式中,上料螺旋9为双螺旋上料机。具体地,双螺旋上料机包括两个螺旋上料管和传动机构等,每个螺旋上料管的两端均设置有进口和出口,进口处设置有料斗,传动机构用于带动两个螺旋上料管运转。传动机构可以包括电机。双螺旋上料机还可以选择性地包括支撑机构,用于支撑该双螺旋上料机。本发明优选采用双螺旋上料机,可以交替输砂,也就是一个螺旋上料管完成上料后,另一个螺旋上料管接着上料,同时给第一个螺旋上料管的料斗填装支撑剂,不断循环,实现连续输送。
在一些具体实施方式中,所述系统进一步包括:计量输送螺旋10,储料箱1的出口通过计量输送螺旋10与搅拌机3的支撑剂进口连通。优选地,计量输送螺旋10的精度为±0.5%。
在一些具体实施方式中,搅拌机3的基液进口连接有基液输送管线,并且该基液输送管线上设置有计量泵11。优选地,计量泵11为凸轮转子泵。
在一些具体实施方式中,搅拌机3为双螺旋搅拌机。本发明优选采用双螺旋搅拌机使支撑剂与基液初步搅拌混合均匀,形成湿混浆。
在一些具体实施方式中,缓冲箱4中设置有旋转机构。该旋转机构可以采用现有技术中的旋转机构,本发明不对其结构进行特殊限定,只要能够实现对湿混浆的高速剪切以形成泡沫湿混浆即可。
在一些具体实施方式中,膏体泵5为两级式膏体泵,所述两级式膏体泵为两个以串联方式连接的膏体泵。按照物料流动方向,两个串联的膏体泵分别称之为第一级膏体泵和第二级膏体泵。优选地,第一级膏体泵和第二级膏体泵均为往复式膏体泵。本发明优选采用两级往复式膏体泵,可以通过快速往复运动,对泡沫湿混浆进行连续增压。
在一些具体实施方式中,连续冷却罐6内设置有冷却介质,所述冷却介质为液态二氧化碳,盘管7浸泡于所述冷却介质中,用于实现高压湿混浆的连续冷却。
在一些具体实施方式中,连续冷却罐6设置有冷却阀12,冷却阀12用于调控连续冷却罐6内的温度。具体地,通过调节冷却阀12的开度,可以调控冷却介质液态二氧化碳以气相的形式流出连续冷却罐6,以调控连续冷却罐6内的温度,进而实现泡沫湿混浆的连续快速冷却。
在一些具体实施方式中,如图2所示,盘管7的外表面加工有的螺旋凹槽13。螺旋凹槽13的横截面为U形,螺旋凹槽13的两个侧壁的延长线之间的夹角为45~60°(图2中显示的角度为60°)。具体地,盘管7的外表面的螺旋凹槽13可以通过车床加工制得。该螺旋凹槽13可以大大增加盘管7与冷却介质液态二氧化碳的接触面积,加快温度的传递,保证湿混浆在盘管7内流动时,实现快速冷却。
在一些具体实施方式中,盘管7的长度为80~120m。
另一方面,本发明提供了一种二氧化碳干法加砂压裂连续加砂的方法,该方法采用上述的二氧化碳干法加砂压裂连续加砂的系统进行二氧化碳干法加砂压裂连续加砂,其流程如图3所示。
该方法包括以下步骤:
S1、原料输送:将支撑剂连续输送至储料箱1,储料箱1内的支撑剂按照设计的用量比例输送至搅拌机3内;
S2、基液泵注:在步骤S1进行的同时将基液按照设计的用量比例进行计量后,喷洒至搅拌机3内;
S3、配比湿混:支撑剂与基液按照设计的配比在搅拌机3内搅拌混合,形成湿混浆;
S4、湿混浆缓冲:使搅拌机3内的湿混浆进入缓冲箱4,湿混浆在缓冲箱4内被高速剪切,均匀发泡,形成泡沫湿混浆;
S5、增压泵送:使缓冲箱4内的常压泡沫湿混浆通过膏体泵5连续增压并泵送至连续冷却罐6;
S6、连续冷却:高压湿混浆在连续冷却罐6中的盘管7内流动,以完成连续冷却;
S7、混合输送:高压低温的湿混浆进入主管汇8,与主管汇8内的液态二氧化碳混合,连续形成二氧化碳干法加砂压裂液,并通过主管汇8输送至压裂车进行连续加砂施工。
在一些具体实施方式中,在步骤S1中,所述支撑剂包括20~100目的压裂用支撑剂。具体地,所述支撑剂包括但不限于陶粒、石英砂和树脂覆膜砂等各种类型的压裂用支撑剂。
在一些具体实施方式中,在步骤S1中,所述支撑剂是通过上料螺旋9连续输送至储料箱1的。
在一些具体实施方式中,在步骤S1中,储料箱1内的支撑剂按照设计的用量比例输送至搅拌机3内是通过计量输送螺旋10实现的。
在一些具体实施方式中,在步骤S2中,所述基液包括二氧化碳干法加砂压裂专用提粘剂。该二氧化碳干法加砂压裂专用提粘剂可以采用现有技术中的提粘剂,其可以增加支撑剂在二氧化碳干法加砂压裂液中的悬浮性能,提高砂比,降低二氧化碳干法加砂压裂液在管路中的摩阻。
在一些具体实施方式中,在步骤S2中,所述基液按照设计的用量比例定量泵送至搅拌机是通过调整凸轮转子泵的运行频率实现的。优选地,控制所述凸轮转子泵的运行频率为15~50Hz。
在一些具体实施方式中,在步骤S4中,所述湿混浆在缓冲箱4内被转速为600~1000r/min的旋转机构高速剪切,进而均匀发泡,形成泡沫湿混浆。
在一些具体实施方式中,在步骤S4中,所述湿混浆在缓冲箱4内的发泡率为280%以上。
在一些具体实施方式中,在步骤S5中,所述泡沫湿混浆通过两级式膏体泵连续增压,第一级膏体泵将所述泡沫湿混浆增压至0.5~1.5MPa,第二级膏体泵将第一级膏体泵增压后的泡沫湿混浆增压至7~10MPa。
在一些具体实施方式中,在步骤S6中,所述高压湿混浆在长度为80~120m的盘管内被连续冷却至-15℃至-20℃。
在一些具体实施方式中,在步骤S6中,连续冷却罐6内设置有冷却介质,所述冷却介质为-15℃至-20℃的液态二氧化碳,盘管7浸泡于所述冷却介质中,用于实现高压湿混浆的连续冷却,所述高压湿混浆的连续冷却量为0.8m3/min以上。
以下通过实施例具体地说明本发明的技术方案,但本发明并不限于这些实施例,当然可以在本发明的要点的范围内进行各种变形来实施。
实施例1
本实施例提供了一种二氧化碳干法加砂压裂连续加砂的系统,如图1所示,该系统包括:储料箱1、喷淋管2、搅拌机3、缓冲箱4、膏体泵5、连续冷却罐6、盘管7、主管汇8、上料螺旋9、计量输送螺旋10、计量泵11和冷却阀12;
其中,上料螺旋9的出口与储料箱1的进口连通;计量输送螺旋10的进口与储料箱1的出口连通;搅拌机3设置有支撑剂进口、基液进口和湿混浆出口;计量输送螺旋10的出口与搅拌机3的支撑剂进口连通;搅拌机3的基液进口连接有基液输送管线,并且该基液输送管线上设置有计量泵11;喷淋管2设置于搅拌机3内,并与基液进口连通;搅拌机3的湿混浆出口与缓冲箱4的进口连通;缓冲箱4的出口与膏体泵5的进口连通;连续冷却罐6中设置有盘管7;连续冷却罐6内设置有冷却介质,冷却介质为液态二氧化碳,盘管7从进口至出口均浸泡于冷却介质中,用于实现高压湿混浆的连续冷却;连续冷却罐6设置有冷却阀12,冷却阀12用于调控连续冷却罐6内的温度;膏体泵5的出口与盘管7的进口连通;盘管7的出口与主管汇8连通。
在本实施例中,上料螺旋9为双螺旋上料机。
在本实施例中,计量输送螺旋10的精度为±0.5%。
在本实施例中,计量泵11为凸轮转子泵。
在本实施例中,搅拌机3为双螺旋搅拌机。该双螺旋搅拌机的螺旋搅拌杆的直径为0.6m~0.8m(该直径为包含螺旋叶片的直径)。该双螺旋搅拌机的额定混合效率可以设定为2m3/min。
在本实施例中,缓冲箱4中设置有旋转机构,旋转速度可以为700~1000r/min。
在本实施例中,膏体泵5为两级式膏体泵。第一级膏体泵和第二级膏体泵均为往复式膏体泵。
在本实施例中,连续冷却罐6的容积可以为25~30m3,内置于其中的盘管7的长度可以为120m、公称直径(DN)可以为114.3mm。
在本实施例中,如图2所示,盘管7的外表面加工有螺旋凹槽13,螺旋凹槽13的横截面为U形,螺旋凹槽13的两个侧壁的延长线之间的夹角为60°,螺旋凹槽13底部的圆弧形成的圆的半径R为3mm。具体地,盘管7的外表面的螺旋凹槽13可以通过车床加工制得。该螺旋凹槽13可以大大增加盘管7与液态二氧化碳的接触面积,加快温度的传递,保证湿混浆在盘管7内流动时,实现快速冷却。
实施例2
本实施例提供了一种二氧化碳干法加砂压裂连续加砂的方法,该方法采用实施例1提供的系统进行二氧化碳干法加砂压裂连续加砂。
如图3所示,该方法包括以下步骤:
S1、原料输送:将砂罐车内的支撑剂通过上料螺旋9连续输送至储料箱1,储料箱1内的支撑剂自然下落至计量输送螺旋10,通过计量输送螺旋10按照设计的用量比例输送至搅拌机3内;
S2、基液泵注:在步骤S1进行的同时将基液按照设计的用量比例通过计量泵11进行计量后定量泵送,并控制计量泵11(凸轮转子泵)的运行频率为38Hz,经过喷淋管2,均匀喷洒至搅拌机3内;
S3、配比湿混:支撑剂与基液按照设计的配比在搅拌机3内初步搅拌混合均匀,形成湿混浆;
S4、湿混浆缓冲:使搅拌机3内的湿混浆进入缓冲箱4,湿混浆在缓冲箱4内被转速为700~1000r/min的旋转机构高速剪切,进而均匀发泡,形成泡沫湿混浆;湿混浆在缓冲箱4内的发泡率为295%;
S5、增压泵送:使缓冲箱4内的常压泡沫湿混浆通过膏体泵5(两级式膏体泵)连续增压,第一级膏体泵将常压泡沫湿混浆增压至0.5~1.5MPa,第二级膏体泵将第一级膏体泵增压后的泡沫湿混浆增压至7~10MPa,并泵送至连续冷却罐6;
S6、连续冷却:连续且均匀的高压湿混浆在连续冷却罐6中的长度为120m的盘管7内流动,在流动过程中,盘管7内的高压湿混浆与盘管7外的-15℃至-20℃的液态二氧化碳进行热交换,通过调节冷却阀12的开度以调控连续冷却罐6内的温度,将高压湿混浆连续快速冷却至-15℃至-20℃,高压湿混浆的连续冷却量为0.92m3/min;
S7、混合输送:在盘管7的出口处形成了高压低温且连续的湿混浆,并进入主管汇8,与主管汇8内的液态二氧化碳混合,连续形成二氧化碳干法加砂压裂液,该二氧化碳干法加砂压裂液的压力为2.5MPa,温度为-15℃至-20℃,并通过主管汇8将该二氧化碳干法加砂压裂液输送至压裂车进行连续加砂施工。
在本实施例中,在步骤S1中,所述支撑剂包括20~100目的压裂用支撑剂。具体地,所述支撑剂包括但不限于陶粒、石英砂和树脂覆膜砂等各种类型的压裂用支撑剂。
在本实施例中,在步骤S2中,所述基液包括二氧化碳干法加砂压裂专用提粘剂。该二氧化碳干法加砂压裂专用提粘剂可以采用现有技术中的提粘剂,其可以增加支撑剂在二氧化碳干法加砂压裂液中的悬浮性能,提高砂比,降低二氧化碳干法加砂压裂液在管路中的摩阻。
以上实施例的系统和方法可实现二氧化碳干法压裂的连续加砂施工,并精确控制砂比,支撑剂连续泵送排量≥1.0m3/min,支撑剂连续泵送量≥100m3,实现了无限砂量、大砂比、大排量的干法加砂压裂施工。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定,对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动,这里无法对所有的实施方式予以穷举,凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (23)

1.一种二氧化碳干法加砂压裂连续加砂的系统,所述系统包括:储料箱、喷淋管、搅拌机、缓冲箱、膏体泵、连续冷却罐、盘管和主管汇;
其中,所述搅拌机设置有支撑剂进口、基液进口和湿混浆出口;所述储料箱的出口与所述搅拌机的支撑剂进口连通;所述喷淋管设置于所述搅拌机内,并与所述基液进口连通;所述搅拌机的湿混浆出口与所述缓冲箱的进口连通;所述缓冲箱的出口与所述膏体泵的进口连通;所述连续冷却罐中设置有所述盘管;所述膏体泵的出口与所述盘管的进口连通;所述盘管的出口与所述主管汇连通;
所述缓冲箱中设置有旋转机构,所述旋转机构能够实现对湿混浆的高速剪切以形成泡沫湿混浆;
所述连续冷却罐内设置有冷却介质,所述冷却介质为液态二氧化碳,所述盘管浸泡于所述冷却介质中;
所述连续冷却罐设置有冷却阀,所述冷却阀用于调控所述连续冷却罐内的温度。
2.根据权利要求1所述的系统,其中,所述系统进一步包括:上料螺旋,所述上料螺旋的出口与所述储料箱的进口连通。
3.根据权利要求2所述的系统,其中,所述上料螺旋包括双螺旋上料机。
4.根据权利要求1所述的系统,其中,所述系统进一步包括:计量输送螺旋,所述储料箱的出口通过所述计量输送螺旋与所述搅拌机的支撑剂进口连通。
5.根据权利要求4所述的系统,其中,所述计量输送螺旋的精度为±0.5%。
6.根据权利要求1所述的系统,其中,所述搅拌机的基液进口连接有基液输送管线,并且所述基液输送管线上设置有计量泵。
7.根据权利要求6所述的系统,其中,所述计量泵为凸轮转子泵。
8.根据权利要求1所述的系统,其中,所述搅拌机包括双螺旋搅拌机。
9.根据权利要求1所述的系统,其中,所述膏体泵包括两级式膏体泵,所述两级式膏体泵为两个以串联方式连接的膏体泵。
10.根据权利要求1所述的系统,其中,所述盘管的外表面加工有螺旋凹槽。
11.根据权利要求10所述的系统,其中,所述螺旋凹槽的横截面为U形,所述螺旋凹槽的两个侧壁的延长线之间的夹角为45~60°。
12.根据权利要求1所述的系统,其中,所述盘管的长度为80~120m。
13.一种二氧化碳干法加砂压裂连续加砂的方法,所述方法采用权利要求1-12中任一项所述的二氧化碳干法加砂压裂连续加砂的系统进行二氧化碳干法加砂压裂连续加砂,所述方法包括以下步骤:
S1、原料输送:将支撑剂连续输送至储料箱,储料箱内的支撑剂按照设计的用量比例输送至搅拌机内;
S2、基液泵注:在步骤S1进行的同时将基液按照设计的用量比例进行计量后,喷洒至搅拌机内;
S3、配比湿混:支撑剂与基液按照设计的配比在搅拌机内搅拌混合,形成湿混浆;
S4、湿混浆缓冲:使搅拌机内的湿混浆进入缓冲箱,湿混浆在缓冲箱内被高速剪切,均匀发泡,形成泡沫湿混浆;
S5、增压泵送:使缓冲箱内的泡沫湿混浆通过膏体泵连续增压并泵送至连续冷却罐;
S6、连续冷却:高压湿混浆在连续冷却罐中的盘管内流动,以完成连续冷却;
S7、混合输送:高压低温的湿混浆进入主管汇,与主管汇内的液态二氧化碳混合,连续形成二氧化碳干法加砂压裂液,并通过主管汇输送至压裂车进行连续加砂施工。
14.根据权利要求13所述的方法,其中,在步骤S1中,所述支撑剂包括20~100目的压裂用支撑剂。
15.根据权利要求13所述的方法,其中,在步骤S1中,所述支撑剂是通过上料螺旋连续输送至储料箱的。
16.根据权利要求15所述的方法,其中,在步骤S1中,储料箱内的支撑剂按照设计的用量比例输送至搅拌机内是通过高精度计量输送螺旋实现的。
17.根据权利要求13所述的方法,其中,在步骤S2中,所述基液包括二氧化碳干法加砂压裂专用提粘剂。
18.根据权利要求13所述的方法,其中,在步骤S2中,所述基液按照设计的用量比例定量泵送至搅拌机是通过调整凸轮转子泵的运行频率实现的。
19.根据权利要求13所述的方法,其中,在步骤S4中,所述湿混浆在缓冲箱内被转速为600~1000r/min的旋转机构高速剪切,进而均匀发泡,形成泡沫湿混浆。
20.根据权利要求19所述的方法,其中,在步骤S4中,所述湿混浆在缓冲箱内的发泡率为280%以上。
21.根据权利要求13所述的方法,其中,在步骤S5中,所述泡沫湿混浆通过两级式膏体泵连续增压,第一级膏体泵将所述泡沫湿混浆增压至0.5~1.5MPa,第二级膏体泵将第一级膏体泵增压后的泡沫湿混浆增压至7~10MPa。
22.根据权利要求13所述的方法,其中,在步骤S6中,所述高压湿混浆在长度为80~120m的盘管内被连续冷却至-15℃至-20℃。
23.根据权利要求13所述的方法,其中,在步骤S6中,所述连续冷却罐内设置有冷却介质,所述冷却介质为-15℃至-20℃的液态二氧化碳,所述盘管浸泡于所述冷却介质中,所述高压湿混浆的连续冷却量为0.8m3/min以上。
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