本發(fā)明涉及一種輸砂系統(tǒng)，尤其是壓裂船用輸砂系統(tǒng)。

本發(fā)明還涉及一種利用上述輸砂系統(tǒng)進(jìn)行輸砂的方法。

背景技術(shù)：

隨著石油勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)的不斷進(jìn)步，以酸化、壓裂等技術(shù)手段的儲(chǔ)層改造技術(shù)已經(jīng)成為開(kāi)發(fā)低滲油氣田、提高單井產(chǎn)量的主體技術(shù)。該增產(chǎn)技術(shù)在陸地油氣田得到了廣泛的應(yīng)用，形成了完整的配套和成熟的工藝體系。將陸地酸化、壓裂等增產(chǎn)作業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)化為適合海上油氣作業(yè)的可行技術(shù)，將成為未來(lái)海洋石油勘探開(kāi)發(fā)的發(fā)展戰(zhàn)略之一。海洋油氣壓裂作業(yè)多數(shù)集中在一艘船上完成，這類(lèi)專(zhuān)門(mén)為海洋油氣增產(chǎn)作業(yè)而設(shè)計(jì)的壓裂船，具有現(xiàn)場(chǎng)液體介質(zhì)儲(chǔ)存和配制、干料存儲(chǔ)和輸送、增壓泵送等功能，能夠提供包括酸化、壓裂、防砂等在內(nèi)的一系列增產(chǎn)作業(yè)服務(wù)，是低滲海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)的必需裝備之一。

目前海洋壓裂作業(yè)一般是將橇裝設(shè)備臨時(shí)布置在海洋平臺(tái)或船舶甲板上進(jìn)行。這種橇裝設(shè)備是根據(jù)陸地用的車(chē)裝設(shè)備改制而來(lái)，并不能完全適應(yīng)海洋平臺(tái)或船舶空間的安裝要求，也不符合相關(guān)安全環(huán)保規(guī)定。尤其是壓裂作業(yè)時(shí)配制壓裂混合液的輸砂混合系統(tǒng)，需要先將儲(chǔ)砂罐出砂口處的閘閥打開(kāi)，砂子從閘閥流出落入混砂橇的砂斗里面，然后再由混砂橇上傾斜安裝的螺旋輸砂器向上輸送到混合罐里，與液體混合后排出。這種方式在作業(yè)時(shí)始終需要人手動(dòng)操作閘閥開(kāi)口大小，而且由于螺旋輸砂器是向上輸送而導(dǎo)致輸砂效率低，同時(shí)因儲(chǔ)砂罐容積較小而限制作業(yè)加砂總量，因整套系統(tǒng)安裝位置高導(dǎo)致船舶重心高而影響船舶行駛穩(wěn)定性，這些原因?qū)е聼o(wú)法進(jìn)行大規(guī)模壓裂施工。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：提供了一種壓裂船用輸砂混合系統(tǒng)及方法，提高了壓裂作業(yè)時(shí)輸砂效率、輸砂速度控制更精確、低速輸砂性能更優(yōu)越，適合進(jìn)行大規(guī)模海洋油氣壓裂作業(yè)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種壓裂船輸砂混合系統(tǒng)，包括安裝在壓裂船甲板上的儲(chǔ)砂罐1、導(dǎo)砂管3、砂斗4、與砂斗4連接的混合罐5、供液裝置7、排液裝置6、PLC控制器8，砂斗4通過(guò)導(dǎo)砂管3與輸砂裝置2的出砂口連接，其特征在于：儲(chǔ)砂罐1底部連接輸砂裝置2，

輸砂裝置2由輸砂絞龍201、減速器202和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)203組成，輸砂絞龍201的進(jìn)砂口與儲(chǔ)砂罐1底部的出砂口連接固定，減速器202和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)203用于驅(qū)動(dòng)輸砂絞龍，通過(guò)控制輸砂絞龍201的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)其輸砂排量；

供液裝置7由供液流量計(jì)701和供液離心泵702組成，供液離心泵702將供液設(shè)備提供的液體輸送到混合罐5中，供液流量計(jì)701將采集的液體流量信號(hào)反饋給PLC控制器8；

排液裝置6由密度計(jì)601、排液流量計(jì)601和排液離心泵603組成，排液離心泵603將混合罐5中的混合液導(dǎo)出輸送給下游的壓裂泵送設(shè)備，密度計(jì)601將密度信號(hào)反饋給PLC控制器8，排液流量計(jì)602將流量信號(hào)反饋給PLC控制器8，PLC控制器8計(jì)算輸砂裝置2的工作轉(zhuǎn)速，并自動(dòng)調(diào)節(jié)供液離心泵702和輸砂裝置2的工作轉(zhuǎn)速，使排出流量與設(shè)定流量值達(dá)到一致，實(shí)現(xiàn)排出流量自動(dòng)控制；

混合罐5安裝有液位計(jì)502，液位計(jì)502將液面高度信號(hào)發(fā)送給PLC控制器8， PLC控制器8自動(dòng)調(diào)節(jié)供液離心泵702的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)其流量，自動(dòng)控制混合罐8的液面高度。

儲(chǔ)砂罐1位置高于混合罐5頂部的進(jìn)砂口。

輸砂絞龍201水平布置，減速器202采用大減速比設(shè)計(jì)。

一種利用壓裂船輸砂混合系統(tǒng)輸砂方法，其特征在于：

在進(jìn)行壓裂施工作業(yè)時(shí)，先將儲(chǔ)砂罐1加滿(mǎn)砂子，供液裝置7與上游的供液設(shè)備連接，排液裝置6與下游的壓裂泵送設(shè)備連接，啟動(dòng)輸砂裝置2將砂子按要求的速度從儲(chǔ)砂罐1導(dǎo)出，砂子在重力作用下，通過(guò)導(dǎo)砂管3和砂斗4落入混合罐5內(nèi)，同時(shí)啟動(dòng)供液裝置7向混合罐5內(nèi)供液，砂子和液體在混合罐5內(nèi)經(jīng)攪拌器攪拌均勻后通過(guò)排液裝置排出，供給下游的壓裂泵送設(shè)備。

本發(fā)明的有益效果：提供了一種壓裂船輸砂混合系統(tǒng)及方法，使輸砂速度、混合液排量、混合液密度等全部實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，同時(shí)降低了混合系統(tǒng)的安裝高度，有效降低了船舶重心，適合于壓裂船進(jìn)行系統(tǒng)布置；水平安裝的螺旋輸砂器提高了輸砂效率，同時(shí)，因驅(qū)動(dòng)裝置帶有減速器，使低速時(shí)輸砂精度控制更高。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖1進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

如圖1所示，一種壓裂船輸砂混合系統(tǒng)，包括儲(chǔ)砂罐1、輸砂裝置2、導(dǎo)砂管3、砂斗4、混合罐5、供液裝置7、排液裝置6、PLC控制器8，儲(chǔ)砂罐1安裝在壓裂船的上層甲板上，位置高于混合罐5頂部的進(jìn)砂口，儲(chǔ)砂罐1底部的出砂口與輸砂裝置2連接，混合罐5上部具有進(jìn)砂口并與砂斗4連接，砂斗4通過(guò)導(dǎo)砂管3與輸砂裝置2的出砂口連接，其使用方法如下：在進(jìn)行壓裂施工作業(yè)時(shí)，先將儲(chǔ)砂罐1加滿(mǎn)砂子，供液裝置7與上游的供液設(shè)備連接，排液裝置6與下游的壓裂泵送設(shè)備連接，啟動(dòng)輸砂裝置2將砂子按要求的某一輸送排量從儲(chǔ)砂罐1導(dǎo)出，砂子在重力作用下，通過(guò)導(dǎo)砂管3和砂斗4落入混合罐內(nèi)，同時(shí)啟動(dòng)供液裝置向混合罐內(nèi)供液，砂子和液體在混合罐內(nèi)經(jīng)攪拌器501攪拌均勻后通過(guò)排液裝置6排出，供給下游的壓裂泵送設(shè)備，進(jìn)行海洋油氣壓裂作業(yè)。

由輸砂罐1、輸砂裝置2、導(dǎo)砂管3和砂斗4組成的輸砂系統(tǒng)安裝在壓裂船的上層甲板上，由混合罐5、排液裝置6和供液裝置7組成的混合系統(tǒng)安裝在壓裂船的下層甲板上，合理利用了壓裂船的上下層甲板結(jié)構(gòu)布置，同時(shí)降低了混合系統(tǒng)的安裝高度，有效降低了船舶重心，適合于針對(duì)壓裂船的空間環(huán)境進(jìn)行系統(tǒng)布置。

輸砂裝置2由輸砂絞龍201、減速器202和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)203組成，輸砂絞龍201的進(jìn)砂口與儲(chǔ)砂罐1底部的出砂口連接固定，輸砂絞龍201水平布置，相對(duì)傳統(tǒng)大傾角安裝的輸砂絞龍，其輸砂效率更高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)保養(yǎng)方便，可靠性更好，減速器202和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)203用于驅(qū)動(dòng)輸砂絞龍，通過(guò)控制輸砂絞龍201的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)其輸砂排量，減速器202采用大減速比設(shè)計(jì)，放大了輸砂絞龍驅(qū)動(dòng)扭矩，防止出現(xiàn)輸砂卡組，同時(shí)使輸砂絞龍低轉(zhuǎn)速工作穩(wěn)定性更好，提高輸砂控制精度。

供液裝置7主要由供液流量計(jì)701和供液離心泵702組成，供液離心泵將供液設(shè)備提供的液體輸送到混合罐5中，供液流量計(jì)701可以計(jì)量液體的流量，將采集的液體流量信號(hào)反饋給PLC控制器8。

排液裝置6主要由密度計(jì)601、排液流量計(jì)601和排液離心泵603組成，排液離心泵603將混合罐5中的混合液導(dǎo)出輸送給下游的壓裂泵送設(shè)備，密度計(jì)601可以采集混合液的密度，并將密度信號(hào)反饋給PLC控制器8，排液流量計(jì)602可以采集混合液的流量，并將流量信號(hào)反饋給PLC控制器8。

混合罐5安裝有液位計(jì)502，液位計(jì)502將液面高度信號(hào)發(fā)送給PLC控制器8， PLC控制器8將該信號(hào)與設(shè)定的液面高度進(jìn)行對(duì)比，并自動(dòng)調(diào)節(jié)供液離心泵702的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)其流量，使混合罐5液面高度與設(shè)定值一致，實(shí)現(xiàn)混合罐液面高度自動(dòng)控制。

密度計(jì)601將混合液密度信號(hào)發(fā)送給PLC控制器8，PLC控制器8將該密度信號(hào)與設(shè)定的密度值進(jìn)行對(duì)比，并自動(dòng)調(diào)節(jié)輸砂裝置2的工作轉(zhuǎn)速，從而改變輸砂速度，使混合液密度與設(shè)定值達(dá)到一致，實(shí)現(xiàn)混合液密度自動(dòng)控制。

排液流量計(jì)602將排出流量信號(hào)發(fā)送給PLC控制器8，PLC控制器將該信號(hào)與設(shè)定的排出流量值進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)設(shè)定的排出流量值和密度值計(jì)算輸砂裝置2的工作轉(zhuǎn)速，并自動(dòng)調(diào)節(jié)供液離心泵702和輸砂裝置2的工作轉(zhuǎn)速，使排出流量與設(shè)定流量值達(dá)到一致，實(shí)現(xiàn)排出流量自動(dòng)控制。

傳統(tǒng)油氣壓裂作業(yè)的輸砂方法，是儲(chǔ)砂罐中的砂子在重力作用下落入一個(gè)布置在地面的儲(chǔ)砂斗中，再通過(guò)安裝在混砂橇上具有一定傾角的螺旋輸砂器向上輸送到高于儲(chǔ)砂斗的混合罐內(nèi)。本發(fā)明改變了傳統(tǒng)輸砂方法，輸砂裝置集成在儲(chǔ)砂罐的底部，儲(chǔ)砂罐中的砂子直接進(jìn)入輸砂裝置中，輸砂裝置出砂口的砂子在重力作用下直接落入混合罐內(nèi)。