淺析自動化壓裂液配液站的設計特點

劉路遙等

摘要：為降低經營成本，井下作業(yè)公司將特車修理廠改造成自動化配液站，為其井下作業(yè)提供壓裂液和交聯(lián)液等井下作業(yè)液體。壓裂液日配液能力1000m?，年配液能力12×104m3/a，儲液總容量可達1000m?。

關鍵詞：配液站；自動化；壓裂液；設備布置

1.工程概況

為充分降低經營成本，利用西部鉆探井下作業(yè)公司特車修理廠的閑置廠房，將其改建為一座自動化配液站，配制壓裂液、交聯(lián)液等井下作業(yè)液體并用于克拉瑪依地區(qū)的酸化壓裂作業(yè)。配液站建成后，日配液能力1000m?，每小時配液能力180m?，每分鐘配液能力0-3m?（變頻可調），儲液容量600m?，儲水容量400m?。工藝系統(tǒng)中有完善的膠粉儲存及添加系統(tǒng)、基液混配系統(tǒng)、液體添加系統(tǒng)、固體添加系統(tǒng)、儲液系統(tǒng)、殘液回收系統(tǒng)、自動裝車系統(tǒng)等，整個配液過程均能夠實現(xiàn)自動化控制，各個添加系統(tǒng)均添加了稱重計量裝置，從而保證了液體配比的準確性。自動化的生產設備和控制系統(tǒng)提高了出液量，配制速度快，產品品質高，為油田增產的提供了有力支持。

2.設計規(guī)模

本工程配制的井下作業(yè)液體有壓裂液和交聯(lián)液。其中壓裂液為主要產品，交聯(lián)液較少。配制壓裂液的設計能力為：

日配液能力：1000m3/d；

每小時配液能力：180m3/h；

每分鐘配液能力：0～3m3/min（變頻可調）；

儲液容量：600m3；儲水容量：400m3；儲存總容量：1000m3；

年配液規(guī)模可達到12×104m3/a。

3.工藝流程設計

3.1 總平面布置

本項目擬建于西部鉆探井下作業(yè)公司綜合服務站特車修理廠內，屬改造工程。廠區(qū)內已有修理車間、14門車庫、配修房、辦公室各一間，將上述建筑分別改造成配液廠房、儲液廠房、實驗室以及中控室并新建1座廢液池及2座裝車棧橋。

根據(jù)現(xiàn)場情況，將廠區(qū)中間空地作為回車場地，將修理廠房改造為配液廠房并在外側設置壓裂液快速裝車位和交聯(lián)液裝車位，廢液池的殘液裝車位設置在圍墻外，在儲液廠房旁設置2座裝車棧橋，滿足發(fā)液需要，在儲液廠房北側空地設置400m?廢液池1座，滿足環(huán)境保護的要求。

3.2 工藝流程

從供水管網取水，進入儲液廠房儲水罐以及配液廠房純堿添加裝置水罐中儲存。配液時，儲水罐內清水通過清水離心泵送入基液混配橇，同時膠粉通過射流器產生的負壓進入基液混配橇。基液混配橇經過液粉混合、液氣分離、碰撞增粘和攪拌增粘等過程完成基液的混配并進入壓裂液攪拌池或直接于液體添加劑混合后由快速裝車發(fā)液口裝車。根據(jù)壓裂液配比方案開啟相應的液體添加劑儲罐的發(fā)液裝置，將液體添加劑泵入壓裂液攪拌池。此時壓裂液攪拌池啟動剪切攪拌裝置進行攪拌。攪拌過程中進行取樣化驗，當壓裂液配制未達到設計要求時，繼續(xù)添加相應液體添加劑或小蘇打進行増粘直到液體配制達到設計要求，隨后將攪拌池內的液體泵送至壓裂液儲罐內。根據(jù)液體配制要求及存放時間，按需開啟壓裂液儲罐自循環(huán)系統(tǒng)。

交聯(lián)液由清水、硼砂及相應添加劑混配而成。清水從室外給水管線自流入交聯(lián)液攪拌池內，同時硼砂和相應添加劑通過射流器產生的負壓一同進入交聯(lián)液攪拌池內，啟動剪切攪拌裝置進行攪拌。攪拌過程中進行化驗取樣，當交聯(lián)液達到設計要求時，啟動發(fā)液泵將交聯(lián)液泵入室外罐車內。

混配好的壓裂液通過壓裂液攪拌池發(fā)液裝置泵入儲液廠房儲液罐中儲存、當罐車裝液準備就緒后，司機將所裝液體量輸入定量裝車儀并將信號傳遞至中控室，中控室通過遠程PLC控制啟動相應閥門和泵，將壓裂液定時定量的泵入相應的罐車內。工藝流程圖詳見圖1。

3.3 工藝平面布置

3.3.1 配液廠房

配液廠房位于廠區(qū)的北側，長51.1m，寬17.1m，建筑面積873.81㎡，火災危險性分類為戊類、耐火等級為二級。廠房自西向東分為粉料添加區(qū)、基液混配區(qū)、成品攪拌混配區(qū)和液體添加區(qū)。其中，粉料添加區(qū)設置2套膠粉添加裝置、1套純堿添加裝置以及除塵裝置，降低揚塵危害，液體添加區(qū)設置6套液體添加裝置，基液混配區(qū)設置1套基液混配橇，成品攪拌混合區(qū)設置100m?壓裂液攪拌池2座、50m?交聯(lián)液攪拌池1座，并在攪拌池內設置相應數(shù)量的立體剪切攪拌裝置。攪拌池頂部均有蓋板并在蓋板上按照氣體抽排裝置，將液體的刺激氣味抽排至室外，提高作業(yè)環(huán)境。配制好的液體可以經發(fā)液泵發(fā)至儲液廠房，或者由快速裝車口發(fā)至室外快速裝車位。整個工藝過程中各主要閥門均采用電控電動閥門、電機和主要裝置均能遠程控制，所有信號傳至廠房東側的中控室內，有生產管理人員統(tǒng)一控制。詳細平面布置詳見圖2。

3.3.2 儲液廠房

儲液廠房位于廠區(qū)西側，長64m，寬12.4m，建筑面積793.6㎡，火災危險性分類為戊類、耐火等級為二級。廠房根據(jù)原有布局分為4個隔間，分別放置2座200m?儲液罐、2座200m?儲水罐。儲水罐旁設置1臺水泵負責給配液廠房基液混配橇供水，儲液罐各設置1臺發(fā)液泵并對應1座裝車棧橋。儲液罐各設置1臺循環(huán)泵，用于循環(huán)液體和殘液外排。整個工藝過程中各主要閥門均采用電控電動閥門、電機和主要裝置均能遠程控制，所有信號傳至廠房東側的中控室內，有生產管理人員統(tǒng)一控制。詳細平面布置詳見圖3。

4.設計特點

4.1 采用全密閉式膠粉添加裝置，降低了粉塵污染

本次設計采用了2套全密閉式膠粉添加裝置，它包括自動上料、稱重和精密給料等環(huán)節(jié)，而且在各個環(huán)節(jié)上均設置了除塵裝置。全密閉的儲料裝置能夠有效的阻止水進入瓜爾膠粉原料中，保證了原料的品質，稱重裝置能夠準確計量膠粉的總量，為生產提供有效數(shù)據(jù)，精密給料裝置能夠有效的按照基液配方進行混配作業(yè)，極大的減少了原料的浪費。

4.2 基液混配系統(tǒng)，提高基液配制效率

為了更快速、更高效的配制基液，本次設計采用1套新型基液混配橇，基液配制能力可在0～3m?/min進行調節(jié)。高效混合裝置的設計對水粉混合起著重要作用，直接影響基液的配制質量。以往的混配工藝容易產生粉團，形成“水包粉”的現(xiàn)象。該裝置通過高效混合裝置將水和膠粉充分混合，后進入液氣分離裝置內分離液體中的氣泡并由排氣孔排出，隨后通過增壓泵再次增壓，將基液送入靜態(tài)混合裝置，使基液運動碰撞增粘，然后基液進入高速攪拌機繼續(xù)增粘，經過強力攪拌和剪切后，基液粘度可在短時間內大幅度提高，最終由輸送泵將基液發(fā)出。根據(jù)該裝置的實際應用情況，出口粘度能夠達到設計粘度的80%以上，完全滿足基液配制的要求。該裝置解決了以往工藝過程中，基液混配不合格導致產生大量不合格基液的現(xiàn)象，大大降低了配液成本。

4.3 液體添加系統(tǒng)，精確計量，按需添加

壓裂液在配制時都需要添加液體添加劑，所以液體添加也是壓裂液混配中非常重要的組成部分。過去的配液站采用人工向儲罐內傾倒液體添加劑的方式配制壓裂液，這種方式常會造成不合格液體，產生大量廢液。本次設計采用6個不銹鋼儲液罐，分別儲存助排劑、防膨劑、降粘劑、殺菌劑、氫氧化鈉溶液等液體添加劑。當需要向壓裂液攪拌池中添加某種液體添加劑時，打開相應的液體添加劑儲罐電動閥并開啟液體添加劑發(fā)液泵，通過安裝在儲罐下方的稱重模塊將添加劑定量的泵入壓裂液攪拌池中。這樣能夠根據(jù)配方準確的加入添加劑，保證配制工藝的準確性。

4.4混配攪拌系統(tǒng)，提高攪拌效率

配液廠房為已有建筑，為了提高配液的產量，將混配池設計成矩形水池，其中壓裂液攪拌池共2個，容積均為100m?，交聯(lián)液攪拌池共1個，容積50m?。每個攪拌池根據(jù)面積配制不同數(shù)量的高效剪切攪拌裝置。這種剪切攪拌裝置采用定子和轉子協(xié)同配合的立體攪拌模式，而非以往葉片式的剪切攪拌裝置，使得膠粉充分溶脹，基液粘度釋放最大，并使得各種添加劑與基液均勻混合溶解，同時，強力的立體攪拌能夠消除池中棱角的“死角”，實現(xiàn)最有效的混合。

4.5 自動化生產控制系統(tǒng)，降低工作強度，

在保證配液站安全運行的基礎上，減輕工人的勞動強度，提高配液站運行管理水平，采用先進、可靠、成熟的自動化控制系統(tǒng)以及質量高、維護量小的自動化儀表，以滿足配液站的連續(xù)、安全運行。生產控制系統(tǒng)主要用于對站內液位計、稱重模塊、電動閥、離心泵、攪拌裝置、混配橇等設備的運行參數(shù)及生產過程的控制，實現(xiàn)在中控室進行工藝流程切換及工藝參數(shù)的監(jiān)控，提高配液站的管理水平，減少操作人員的勞動強度，滿足配液站長期安全、穩(wěn)定、高效運行的要求。同時系統(tǒng)設置各類故障報警及保護功能，自動停止動作并發(fā)出報警信號，指出故障點和故障原因并存入運行記錄數(shù)據(jù)庫。采用自動化生產控制系統(tǒng)，改善了以往人工操作的高強度工作模式，提高了配液的效率，保證了配液的質量。

5.結束語

本工程采用新型的配液模式，自動化程度高，基本消除了配液過程中的“水包粉”現(xiàn)象，配制速度快，能夠有效避免原料的浪費。原料和添加劑均采用密閉容器儲存，配合除塵系統(tǒng)能夠避免粉塵污染工作環(huán)境，采用精密給料裝置，混配精度準確。新型基液混配裝置，出口粘度高，粘度可達實驗室80%?；炫鋽嚢柘到y(tǒng)能夠使膠粉溶脹充分，添加劑攪拌充分。添加劑定量添加，給料精確。與傳統(tǒng)人工配液站相比，本工程的設計配制準確，膠粉消耗少，添加劑添加準確，配制速度快，產出的壓裂液、交聯(lián)液性能優(yōu)良。

參考文獻：

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