一种电动压裂作业系统
阅读说明：本技术 一种电动压裂作业系统 (Electric fracturing operation system ) 是由 谢梅英 张弭 田雨 唐平 李泓杉 周恕毅 于 2020-04-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电动压裂作业系统,包括储水设备、压裂设备、混配设备和混砂设备,所述储水设备为柔性水罐,所述柔性水罐与所述混配设备相连,所述压裂设备为若干个电驱压裂泵,所述混配设备用于混配压裂基液并存储至配液罐中,所述混砂设备的入口与所述配液罐、储砂输砂罐相连,所述混砂设备的出口通过低压管汇与所有的电驱压裂泵入口相连,所有的电驱压裂泵出口通过高压管汇与井口相连。该作业系统可以改善现有压裂机组体积大重量大的问题,且经济环保,能显著降低压裂施工成本,减少压裂泵数量,同时减少高压力等级高压管汇的数量,减少占地面积。(The invention discloses an electric fracturing operation system which comprises a water storage device, a fracturing device, a mixing device and a sand mixing device, wherein the water storage device is a flexible water tank, the flexible water tank is connected with the mixing device, the fracturing device is provided with a plurality of electric fracturing pumps, the mixing device is used for mixing and storing fracturing base fluid into a fluid distribution tank, an inlet of the sand mixing device is connected with the fluid distribution tank and a sand storage and transportation tank, an outlet of the sand mixing device is connected with inlets of all the electric fracturing pumps through a low-pressure manifold, and outlets of all the electric fracturing pumps are connected with a wellhead through a high-pressure manifold. The operation system can improve the problem that the existing fracturing unit is large in size and weight, is economic and environment-friendly, can obviously reduce the fracturing construction cost, reduces the number of fracturing pumps, reduces the number of high-pressure-level high-pressure manifolds, and reduces the occupied area.)
技术领域
本发明涉及油气田压裂技术领域，具体涉及一种电动压裂作业系统。
背景技术
水力压裂是油气田勘探开发中一种主要的增产措施，主要是采用压裂泵在高压下将压裂液注入井筒使地层产生裂缝，改善油在地下的流动环境，从而增加油井产量。压裂作业完成后，压裂液基液返排回地面，压裂支撑剂则留在地层裂缝中防止裂缝闭合，大量油气经裂缝进入井筒被开采。
现阶段的压裂施工作业装备，主要由压裂车、混砂车、仪表车、管汇件及辅助装备等组成。在施工中混砂车将滑溜水、支撑剂和各种添加剂混合成为压裂液后，通过连接管汇供给多台压裂车；压裂车将压裂液进行加压，通过高压管汇汇集后注入井底；仪表车对作业全过程进行监控、分析与记录。
目前的压裂作业模式存在以下缺点：(1)压裂机组体积大重量大：柴油机驱动变速箱经传动轴驱动压裂泵，体积大、重量达，运输受限，功率密度小；(2)不环保：柴油发动机驱动的压裂设备(压裂车和混砂车)在井场运行过程中，会产生发动机废气污染和噪音污染，噪音超过105dBA，严重影响周围居民的正常生活；(3)不经济：柴油发动机驱动的压裂设备，设备初期的采购成本比较高，设备运行时单位功率消耗费用高，发动机和变速箱的日常维护保养费用也很高；(4)占地面积大：柴油机驱动的压裂车功率小、数量多，导致占地面积大；(5)管汇多安全风险大：柴油机驱动的压裂车功率小、数量多，导致连接的高压管汇数量多、线路复杂，高压管汇振动明显，极易出现损坏，甚至爆裂等事故，威胁设备与人员安全；(6)压裂用水存贮不便：水力压裂中需要大量的清水，常规是挖蓄水池或者大量使用固定容量的水罐，挖水池建设周期长、造价高、地面不易恢复，使用固定容量的水罐数量多、占地面积大。
发明内容
本发明目的在于：为了克服目前水力压裂作业模式所存在的不足，提供一种电动压裂作业系统，该系统可以改善现有压裂机组体积大重量大的问题，且经济环保，能显著降低压裂施工成本，减少压裂泵数量，同时减少高压力等级高压管汇的数量，减少占地面积。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种电动压裂作业系统，包括压裂设备、储水设备、混配设备、混砂设备、配液罐和储砂输砂罐，所述压裂设备包括若干个电驱压裂泵和压裂变频房，所述储水设备与所述混配设备相连，所述混配设备用于混配压裂基液并存储至配液罐中，所述配液罐与所述混砂设备的入口相连、或者与所述压裂设备的入口相连，所述储砂输砂罐与所述混砂设备的入口相连，所述混砂设备的出口通过低压管汇与所述压裂设备的入口相连，所述压裂设备的出口通过高压管汇与井口相连。
本发明通过使用电驱压裂泵实现压裂，压裂变频房对电驱压裂泵进行转速控制，储水设备用来存储压裂作业中的清水，混配设备利用储水设备中的清水进行混配压裂基液并存储至配液罐中，而配液罐中的压裂基液、储砂输砂罐中的压裂砂输送至混砂设备中，混砂设备将配置好的压裂液通过低压管线分配给各电驱压裂泵，利用电驱压裂泵将低压压裂液加压为高压压裂液后，通过高压管汇和井口，将高压液体压入地层，从而使地层产生裂缝，沟通地层天然裂缝，扩大油气通道，增加油气产量；另外，当配液罐与电驱压裂泵的入口相连时，可以直接将配好的压裂基液压入地层，实现不加砂的作业工艺；采用电驱压裂泵相较于柴油驱动压裂，体积小、噪音小，无废气排放污染，相对于柴油使用成本更低，同时可通过增大电驱压裂泵功率，来减少所需压裂泵数量，同时减少高压管汇的数量，减少占地面积。
作为本发明的优选方案，所述电动压裂作业系统的动力源为公共电网或发电装置。采用两种动力源形式，有利于提高该电动压裂作业系统对作业环境的适应性。
作为本发明的优选方案，所述储水设备为柔性水罐组。通过设置柔性水罐来存储压裂作业中的清水，拥有数倍于常规水罐的大容量的同时，占地面积较常规水罐少，且可通过折叠运输的方式，大幅降低运输成本。
作为本发明的优选方案，所述公共电网或发电装置提供的电能进入高压配电房，所述高压配电房将电能分配给储水设备和/或压裂设备和/或混配设备和/或混砂设备和/或配液罐和/或储砂输砂罐和/或低压管汇和/或高压管汇。电能经高压配电房分配给各用电设备。
作为本发明的优选方案，所述电动压裂作业系统还包括指挥控制中心，所述指挥控制中心由所述高压配电房供电，所述指挥控制中心分别控制所述储水设备、压裂设备、混配设备、混砂设备、配液罐、储砂输砂罐、低压管汇和高压管汇工作。如此可通过指挥控制中心来控制各个设备协调工作。
作为本发明的优选方案，所述储水设备和/或压裂设备和/或混配设备和/或混砂设备和/或配液罐和/或储砂输砂罐和/或低压管汇和/或高压管汇为电驱动。如此，可实现全电驱动，不使用液压驱动。采用全电动压裂设备，可以通过设置传感器实现对整个压裂井场供液和配液设备的自动化控制。
作为本发明的优选方案，所述压裂设备和混配设备为车装或橇装。压裂设备和混配设备采用车装或橇装两种安装方式，可以适应不同的作业环境。
作为本发明的优选方案，每个所述压裂变频房对应一个或两个所述电驱压裂泵。在实际使用中，每个压裂变频房可以控制1-2台电驱压裂泵工作，有利于减少布置压裂变频房所占用的场地。
作为本发明的优选方案，所述电驱压裂泵为三缸或五缸柱塞泵。
作为本发明的优选方案，所述发电装置为燃气发电机组、柴油发电机组和涡轮发电机组中的一种。
作为本发明的优选方案，所述储水设备有若干个，所有的所述储水设备串联后与所述混配设备相连。通过多个储水设备串联组合，可以根据水量情况，增减储水设备的数量，共同实现压裂清水的储存，使用更加灵活方便。
作为本发明的优选方案，所述配液罐有若干个，所有的配液罐串联后与所述混砂设备相连。通过多个配液罐串联组合，可以根据混配后的压裂基液量，增减配液罐的数量，使用更加灵活方便。
作为本发明的优选方案，所述电动压裂作业系统还包括酸罐和供酸设备，所述酸罐通过所述供酸设备给所述压裂设备供酸，所述供酸设备由所述高压配电房电供电并由所述指挥控制中心控制。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明通过使用电驱压裂泵实现压裂，压裂变频房对电驱压裂泵进行转速控制，储水设备用来存储压裂作业中的清水，混配设备利用储水设备中的清水进行混配压裂基液并存储至配液罐中，而配液罐中的压裂基液、储砂输砂罐中的压裂砂输送至混砂设备中，混砂设备将配置好的压裂液通过低压管线分配给各电驱压裂泵，利用电驱压裂泵将低压压裂液加压为高压压裂液后，通过高压管汇和井口，将高压液体压入地层，从而使地层产生裂缝，沟通地层天然裂缝，扩大油气通道，增加油气产量；另外，当配液罐与电驱压裂泵的入口相连时，可以直接将配好的压裂基液压入地层，实现不加砂的作业工艺；
2、采用电驱压裂泵相较于柴油驱动压裂，体积小、噪音小，无废气排放污染，相对于柴油使用成本更低，同时可通过增大电驱压裂泵功率，来减少所需压裂泵数量，同时减少高压管汇的数量，减少占地面积；
3、采用全电动压裂设备，可以通过设置传感器实现对整个压裂井场供液和配液设备的自动化控制。
附图说明
图1为本发明中的电动压裂作业系统示意图。
图2为本发明中的另一种电动压裂作业系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提供一种电动压裂作业系统；
如图1所示，本实施例中的电动压裂作业系统，包括压裂设备、储水设备、混配设备、混砂设备、配液罐和储砂输砂罐，所述压裂设备包括若干个电驱压裂泵和压裂变频房，所述储水设备与所述混配设备相连，所述混配设备用于混配压裂基液并存储至配液罐中，所述配液罐与所述混砂设备的入口相连，所述储砂输砂罐与所述混砂设备的入口相连，所述混砂设备的出口通过低压管汇与所述压裂设备的入口相连，所述压裂设备的出口通过高压管汇与井口相连。
本发明通过使用电驱压裂泵实现压裂，压裂变频房对电驱压裂泵进行转速控制，储水设备用来存储压裂作业中的清水，混配设备利用储水设备中的清水进行混配压裂基液并存储至配液罐中，而配液罐中的压裂基液、储砂输砂罐中的压裂砂输送至混砂设备中，混砂设备将配置好的压裂液通过低压管线分配给各电驱压裂泵，利用电驱压裂泵将低压压裂液加压为高压压裂液后，通过高压管汇和井口，将高压液体压入地层，从而使地层产生裂缝，沟通地层天然裂缝，扩大油气通道，增加油气产量；采用电驱压裂泵相较于柴油驱动压裂，体积小、噪音小，无废气排放污染，相对于柴油使用成本更低，同时可通过增大电驱压裂泵功率，来减少所需压裂泵数量，同时减少高压管汇的数量，减少占地面积。
本实施例中，所述电动压裂作业系统的动力源为公共电网或发电装置。采用两种动力源形式，有利于提高该电动压裂作业系统对作业环境的适应性。具体的，在某些电力设施配套较完善的地方可直接采用公共电网供电，而在某些偏远地方无公共电网时，采用发电装置进行发电的方式供电，可以不受作业环境情况的限制。优选地，所述发电装置为燃气发电机组、柴油发电机组和涡轮发电机组中的一种。
本实施例中，所述储水设备为柔性水罐组。通过设置柔性水罐来存储压裂作业中的清水，拥有数倍于常规水罐的大容量的同时，占地面积较常规水罐少，且可通过折叠运输的方式，大幅降低运输成本。
本实施例中，所述公共电网或发电装置提供的电能进入高压配电房，所述高压配电房将电能分配给储水设备和/或压裂设备和/或混配设备和/或混砂设备和/或配液罐和/或储砂输砂罐和/或低压管汇和/或高压管汇。通过电杆接入公共电网或者发电装置进行发电，电能经高压配电房分配给各用电设备，并通过压裂变频房实现对电驱压裂泵转速的控制。
本实施例中，所述电动压裂作业系统还包括指挥控制中心，所述指挥控制中心由所述高压配电房供电，所述指挥控制中心分别控制所述储水设备、压裂设备、混配设备、混砂设备、配液罐、储砂输砂罐、低压管汇和高压管汇工作。如此可通过指挥控制中心来控制各个设备协调工作，同时可对整个水力压裂系统进行监控。
本实施例中，所述储水设备和/或压裂设备和/或混配设备和/或混砂设备和/或配液罐和/或储砂输砂罐和/或低压管汇和/或高压管汇为电驱动。如此，可实现全电驱动，不使用液压驱动。
本实施例中，所述压裂设备和混配设备为车装或橇装。压裂设备和混配设备采用车装或橇装两种安装方式，可以适应不同的作业环境，方便设备运输转移。具体的，当作业位置路面情况较好时，可以采用车装方式；当作业位置处于积雪地带，可以采用橇装方式。
本实施例中，每个所述压裂变频房对应一个或两个所述电驱压裂泵。在实际使用中，每个压裂变频房可以控制1-2台电驱压裂泵工作。
本实施例中，所述电驱压裂泵为三缸或五缸柱塞泵。优选地，所述电驱压裂泵的功率大于或等于4500HP。将压裂泵的功率做得更大，可以取代传统的多台压裂泵车，可极大地减小压裂作业时井场占地面积，并大大地减少压裂设备之间的连接管线。
本实施例中，所述储水设备有若干个，所有的所述储水设备串联后与所述混配设备相连。通过多个储水设备串联组合，可以根据水量情况，增减储水设备的数量，共同实现压裂清水的储存，使用更加灵活方便。
本实施例中，所述配液罐有若干个，所有的配液罐串联后与所述混砂设备相连。通过多个配液罐串联组合，可以根据混配后的压裂基液量，增减配液罐的数量，使用更加灵活方便。
本实施例中，配液罐组、柔性水罐组、电驱混砂设备和储砂输砂罐设置于压裂液制备区，在压裂液制备区配置压裂液，压裂液制备区为低压区，高压区位于此区域外，使作业系统设备布局更加优化，提高作业安全性。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于，所述配液罐与所述压裂设备的入口相连。当配液罐与电驱压裂泵的入口相连时，可以直接将配好的压裂基液压入地层，实现不加砂的作业工艺。
实施例3
如图2所示，本实施例在实施例1或实施例2的基础上，所述电动压裂作业系统还包括酸罐和供酸设备，所述酸罐通过所述供酸设备给所述压裂设备供酸，所述供酸设备由所述高压配电房电供电并由所述指挥控制中心控制。
实施例4
本实施例在实施例3的基础上，所述储水设备和/或配液罐和/或储砂输砂罐和/或低压管汇和/或高压管汇上设置有传感器。采用全电动压裂设备，可以通过设置传感器实现对整个压裂井场供液和配液设备的自动化控制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原理之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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