浅析自动化压裂液配液站的设计特点

1、    浅析自动化压裂液配液站的设计特点    刘路遥等摘要：为降低经营成本，井下作业公司将特车修理厂改造成自动化配液站，为其井下作业提供压裂液和交联液等井下作业液体。压裂液日配液能力1000m?，年配液能力12×104m3/a，儲液总容量可达1000m?。关键词：配液站；自动化；压裂液；设备布置1.工程概况为充分降低经营成本，利用西部钻探井下作业公司特车修理厂的闲置厂房，将其改建为一座自动化配液站，配制压裂液、交联液等井下作业液体并用于克拉玛依地区的酸化压裂作业。配液站建成后，日配液能力1000m?，每小时配液能力180m?，每分钟配液能力0

2、-3m?（变频可调），储液容量600m?，储水容量400m?。工艺系统中有完善的胶粉储存及添加系统、基液混配系统、液体添加系统、固体添加系统、储液系统、残液回收系统、自动装车系统等，整个配液过程均能够实现自动化控制，各个添加系统均添加了称重计量装置，从而保证了液体配比的准确性。自动化的生产设备和控制系统提高了出液量，配制速度快，产品品质高，为油田增产的提供了有力支持。2.设计规模本工程配制的井下作业液体有压裂液和交联液。其中压裂液为主要产品，交联液较少。配制压裂液的设计能力为：日配液能力：1000m3/d；每小时配液能力：180m3/h；每分钟配液能力：03m3/min（变频可调）；储液容量：

3、600m3；储水容量：400m3；储存总容量：1000m3；年配液规模可达到12×104m3/a。3.工艺流程设计3.1 总平面布置本项目拟建于西部钻探井下作业公司综合服务站特车修理厂内，属改造工程。厂区内已有修理车间、14门车库、配修房、办公室各一间，将上述建筑分别改造成配液厂房、储液厂房、实验室以及中控室并新建1座废液池及2座装车栈桥。根据现场情况，将厂区中间空地作为回车场地，将修理厂房改造为配液厂房并在外侧设置压裂液快速装车位和交联液装车位，废液池的残液装车位设置在围墙外，在储液厂房旁设置2座装车栈桥，满足发液需要，在储液厂房北侧空地设置400m?废液池1座，满足环境保护的要求

4、。3.2 工艺流程从供水管网取水，进入储液厂房储水罐以及配液厂房纯碱添加装置水罐中储存。配液时，储水罐内清水通过清水离心泵送入基液混配橇，同时胶粉通过射流器产生的负压进入基液混配橇。基液混配橇经过液粉混合、液气分离、碰撞增粘和搅拌增粘等过程完成基液的混配并进入压裂液搅拌池或直接于液体添加剂混合后由快速装车发液口装车。根据压裂液配比方案开启相应的液体添加剂储罐的发液装置，将液体添加剂泵入压裂液搅拌池。此时压裂液搅拌池启动剪切搅拌装置进行搅拌。搅拌过程中进行取样化验，当压裂液配制未达到设计要求时，继续添加相应液体添加剂或小苏打进行増粘直到液体配制达到设计要求，随后将搅拌池内的液体泵送至压裂液储罐内

5、。根据液体配制要求及存放时间，按需开启压裂液储罐自循环系统。交联液由清水、硼砂及相应添加剂混配而成。清水从室外给水管线自流入交联液搅拌池内，同时硼砂和相应添加剂通过射流器产生的负压一同进入交联液搅拌池内，启动剪切搅拌装置进行搅拌。搅拌过程中进行化验取样，当交联液达到设计要求时，启动发液泵将交联液泵入室外罐车内。混配好的压裂液通过压裂液搅拌池发液装置泵入储液厂房储液罐中储存、当罐车装液准备就绪后，司机将所装液体量输入定量装车仪并将信号传递至中控室，中控室通过远程plc控制启动相应阀门和泵，将压裂液定时定量的泵入相应的罐车内。工艺流程图详见图1。3.3 工艺平面布置3.3.1 配液厂房配液厂房位于

6、厂区的北侧，长51.1m，宽17.1m，建筑面积873.81，火灾危险性分类为戊类、耐火等级为二级。厂房自西向东分为粉料添加区、基液混配区、成品搅拌混配区和液体添加区。其中，粉料添加区设置2套胶粉添加装置、1套纯碱添加装置以及除尘装置，降低扬尘危害，液体添加区设置6套液体添加装置，基液混配区设置1套基液混配橇，成品搅拌混合区设置100m?压裂液搅拌池2座、50m?交联液搅拌池1座，并在搅拌池内设置相应数量的立体剪切搅拌装置。搅拌池顶部均有盖板并在盖板上按照气体抽排装置，将液体的刺激气味抽排至室外，提高作业环境。配制好的液体可以经发液泵发至储液厂房，或者由快速装车口发至室外快速装车位。整个工艺过

7、程中各主要阀门均采用电控电动阀门、电机和主要装置均能远程控制，所有信号传至厂房东侧的中控室内，有生产管理人员统一控制。详细平面布置详见图2。3.3.2 储液厂房储液厂房位于厂区西侧，长64m，宽12.4m，建筑面积793.6，火灾危险性分类为戊类、耐火等级为二级。厂房根据原有布局分为4个隔间，分别放置2座200m?储液罐、2座200m?储水罐。储水罐旁设置1台水泵负责给配液厂房基液混配橇供水，储液罐各设置1台发液泵并对应1座装车栈桥。储液罐各设置1台循环泵，用于循环液体和残液外排。整个工艺过程中各主要阀门均采用电控电动阀门、电机和主要装置均能远程控制，所有信号传至厂房东侧的中控室内，有生产管理

8、人员统一控制。详细平面布置详见图3。4.设计特点4.1 采用全密闭式胶粉添加装置，降低了粉尘污染本次设计采用了2套全密闭式胶粉添加装置，它包括自动上料、称重和精密给料等环节，而且在各个环节上均设置了除尘装置。全密闭的储料装置能够有效的阻止水进入瓜尔胶粉原料中，保证了原料的品质，称重装置能够准确计量胶粉的总量，为生产提供有效数据，精密给料装置能够有效的按照基液配方进行混配作业，极大的减少了原料的浪费。4.2 基液混配系统，提高基液配制效率为了更快速、更高效的配制基液，本次设计采用1套新型基液混配橇，基液配制能力可在03m?/min进行調节。高效混合装置的设计对水粉混合起着重要作用，直接影响基液的

9、配制质量。以往的混配工艺容易产生粉团，形成“水包粉”的现象。该装置通过高效混合装置将水和胶粉充分混合，后进入液气分离装置内分离液体中的气泡并由排气孔排出，随后通过增压泵再次增压，将基液送入静态混合装置，使基液运动碰撞增粘，然后基液进入高速搅拌机继续增粘，经过强力搅拌和剪切后，基液粘度可在短时间内大幅度提高，最终由输送泵将基液发出。根据该装置的实际应用情况，出口粘度能够达到设计粘度的80%以上，完全满足基液配制的要求。该装置解决了以往工艺过程中，基液混配不合格导致产生大量不合格基液的现象，大大降低了配液成本。4.3 液体添加系统，精确计量，按需添加压裂液在配制时都需要添加液体添加剂，所以液体添加

10、也是压裂液混配中非常重要的组成部分。过去的配液站采用人工向储罐内倾倒液体添加剂的方式配制压裂液，这种方式常会造成不合格液体，产生大量废液。本次设计采用6个不锈钢储液罐，分别储存助排剂、防膨剂、降粘剂、杀菌剂、氢氧化钠溶液等液体添加剂。当需要向压裂液搅拌池中添加某种液体添加剂时，打开相应的液体添加剂储罐电动阀并开启液体添加剂发液泵，通过安装在储罐下方的称重模块将添加剂定量的泵入压裂液搅拌池中。这样能够根据配方准确的加入添加剂，保证配制工艺的准确性。4.4混配搅拌系统，提高搅拌效率配液厂房为已有建筑，为了提高配液的产量，将混配池设计成矩形水池，其中压裂液搅拌池共2个，容积均为100m?，交联液搅拌

11、池共1个，容积50m?。每个搅拌池根据面积配制不同数量的高效剪切搅拌装置。这种剪切搅拌装置采用定子和转子协同配合的立体搅拌模式，而非以往叶片式的剪切搅拌装置，使得胶粉充分溶胀，基液粘度释放最大，并使得各种添加剂与基液均匀混合溶解，同时，强力的立体搅拌能够消除池中棱角的“死角”，实现最有效的混合。4.5 自动化生产控制系统，降低工作强度，在保证配液站安全运行的基础上，减轻工人的劳动强度，提高配液站运行管理水平，采用先进、可靠、成熟的自动化控制系统以及质量高、维护量小的自动化仪表，以满足配液站的连续、安全运行。生产控制系统主要用于对站内液位计、称重模块、电动阀、离心泵、搅拌装置、混配橇等设备的运行

12、参数及生产过程的控制，实现在中控室进行工艺流程切换及工艺参数的监控，提高配液站的管理水平，减少操作人员的劳动强度，满足配液站长期安全、稳定、高效运行的要求。同时系统设置各类故障报警及保护功能，自动停止动作并发出报警信号，指出故障点和故障原因并存入运行记录数据库。采用自动化生产控制系统，改善了以往人工操作的高强度工作模式，提高了配液的效率，保证了配液的质量。5.结束语本工程采用新型的配液模式，自动化程度高，基本消除了配液过程中的“水包粉”现象，配制速度快，能够有效避免原料的浪费。原料和添加剂均采用密闭容器储存，配合除尘系统能够避免粉尘污染工作环境，采用精密给料装置，混配精度准确。新型基液混配装置，出口粘度高，粘度可达实验室80%。混配搅拌系统能够使胶粉溶胀充分，添加剂搅拌充分。添加剂定量添加，给料精确。与传统人工配液站相比，本工程