0 引言

随着采油技术的不断发展，作为增产措施的酸化工艺应用越来越多^[1]。酸化工艺主要有酸洗、基质酸化和酸压等3种^[2]。从酸化工艺的角度分析，选择最佳类型和最佳混配比例的酸液可以保证酸化作业取得最佳的作业效果，即酸液配置的精度对酸化作业的效果有重要的影响^[3]。

目前长庆区块的酸化作业主要采用酸压工艺对下古碳酸盐岩储层进行改造。酸液种类包括了稠化酸、降阻酸、清洁转向酸和交联酸等液体体系^[4]，酸液配置过程复杂，添加物料加入精度要求高。而现有的人工配液方式，酸液配置过程使用柱塞泵或耐酸离心泵、配液漏斗、低压管线等简单设备手动操作进行，存在操作简单、劳动强度大、酸气及酸液对人体和环境造成较大伤害等问题。因此，开发一套用于酸液连续混配作业的连续混配供酸车对提高酸化质量、降低劳动强度、提高作业效率、降低生产成本有重要意义。

连续混配供酸在结构设计上与混配车类似^[5]，主要由底盘系统、动力系统、液添系统、干添系统、混合系统、管汇系统、操作平台、电气系统、液压系统、气路系统和控制系统等组成，如图 1所示。通过各系统的协同工作实现酸化作业中的卸、储、配用一体化同步作业，并能按工艺要求配置不同体系的酸液，满足酸液即配即用的作业需求。

图 1 连续混配供酸车结构图 Fig.1 Structural schematic of the continuous mixing acid supply truck 1—底盘总成；2—燃油箱；3—液压油箱；4—板翅式冷却器；5—控制室；6—干添系统；7—操作平台；8—上料装置；9—稠化剂罐；10—液添系统；11—碱罐；12—混合罐；13—排出管汇；14—电瓶箱；15—分动箱；16—发动机；17—原酸吸入管汇；18—工具箱；19—备胎及吊装机构；20—清水吸入管汇。

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该设备以发动机为动力源，台上发动机通过带动安装于发动机飞轮壳上的分动箱，驱动7套液压系统工作，其中4套闭式液压系统分别驱动原酸离心泵、清水离心泵和排出离心泵，3套开式液压系统分别驱动干添泵、液添泵、搅拌器、空调、升降油缸和卧式水箱等。动力系统原理如图 2所示。

图 2 连续混配供酸车动力系统原理图 Fig.2 Schematic diagram of the power system of continuous mixing acid supply truck

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连续混配供酸车外形尺寸为12.0 m×2.5 m×4.1 m，总质量小于29 t，最大工作排量10.0 m³/min，原酸吸入排量1.2~6.0 m³/min，清水吸入排量0.8~6.0 m³/min，混合罐容积2.5 m³，装有4组液添系统，液添泵排量在5.5~500.0 L/min之间，2组干粉添加剂泵，干添排量1~75 L/min。

长庆区块所使用的各类酸液体系酸液浓度普遍偏高，酸液对设备存在较大的腐蚀性，对设备整体的耐酸能力要求高^[6]。通过对相关耐酸材质的分析，创新性地将玻璃钢复合材质^[7]应用于过酸部件(原酸吸入管汇和混合罐)的耐酸性提升，并通过大量室内测试试验对其抗振性和抗拉强度进行测试，使其满足现场作业需求。同时，其他管汇系统采用耐酸性能好且技术成熟的碳钢滚塑材质，并对搅拌器等易酸蚀部件进行耐酸性处理，保证了设备整体拥有良好的耐酸蚀性能。

混合罐内胆采用玻璃钢，具有极强的耐腐蚀性，但易碎。增加碳钢金属外壳可以对罐体进行防护，避免玻璃钢罐体因碰撞等原因造成损坏。中间采用树脂填充，将玻璃内胆与金属外壳强力粘接在一起，有效固定酸罐，增加罐体稳定性。搅拌器、物位计和排气装置等均设置在罐顶的金属盖板上，并设计有透明的有机玻璃，方便观察液面。搅拌器深入罐体内部部分的外表面全部包裹玻璃钢，保证其金属表面不与酸液接触，上面采用2道耐酸密封圈防护，保证酸雾也无法进入到联轴器护罩内，以保护液压马达。

配酸作业时，酸气在原酸和清水混合过程大量挥发，不仅对现场作业人员的伤害较大，而且也不符合环保要求，存在较大的安全隐患。因此，连续混配供酸车采用全密闭的混合罐设计并装配实心圆锥喷嘴，最大限度地抑制酸气的产生。残余的酸气则通过真空发生原理将其引至中和罐进行处理，有效地抑制了酸气的产生和挥发。

混合罐上部的喷淋系统采用9个喷嘴环形排列的方式覆盖整个混合罐区域，通过喷出的大量水雾处理混合过程中形成的酸雾及泡沫，喷雾的水源取自清水管汇流量计下方，不影响清水的计量。喷嘴安装于混合罐上盖表面，采用墙壁安装型，拆卸清洗方便。喷嘴材料采用耐酸性良好的不锈钢材料。对未被喷淋系统处理掉的酸雾，采用真空发生原理，通过压缩空气经过喷嘴产生负压，将混合罐内的剩余酸雾带走，进入盛放Na₂CO₃的中和罐进行中和处理。中和罐内出气管上设置有排气小孔，使酸气与碱液充分接触，提高酸气处理效果。经过两重处理，作业过程中酸气排放量不足0.5×10^-6，实现了酸化作业酸气零排放的目标。

针对酸液质量缺乏有效实时监控手段的问题，优选了耐酸的黏度计和密度计对酸液质量进行实时检测。通过现场测试，现场实际测试数据与流速旋转黏度计和比重仪的测试数据相当。

密度计采用质量密度计^[8]。在传感器内部有2根平行的流量管，中部装有驱动线圈，两端装有检测线圈，变送器提供的激励电压加到驱动线圈上时，振动管做往复周期振动，工业过程的流体介质流经传感器的振动管，就会在振管上产生科氏力效应，使2根振管扭转振动，安装在振管两端的检测线圈将产生相位不同的2组信号，这2个信号的相位差与流经传感器的流体质量流量成比例关系。计算机计算出流经振管的质量流量。不同的介质流经传感器时，振管的主振频率不同，据此解算出介质密度。安装在传感器振管上的铂电阻可间接测量介质的温度。该质量流量计可测量质量流量、体积流量、标准体积流量、密度和温度等参数。

连续混配供酸车的自动控制系统实现了混酸过程的全自动操作。整套系统由混酸自动控制系统、液位自动控制系统、液体添加剂自动控制系统和干粉添加剂自动控制系统组成。采用闭环控制和混合比例控制等多种控制方案及理念^[9-10]，提升了设备整体自动控制的稳定性及智能化水平。该装置具有过程自动控制混配以及配方式批量自动控制混配、配方式手动控制混配、屏上手动控制混配和机上手动控制混配等5种酸液混配控制方式，设备适应性强、可靠性高，可满足各类酸液体系、不同工况的多种作业要求。

水、酸及各种添加剂分别用离心泵、液添和干添加系统添加到混合罐内进行混合，控制系统通过控制各系统的添加排量实现酸液混配精度的控制。控制系统原理如图 3所示。作业现场根据作业要求，将清水、原酸以及各种添加剂的配比输入到系统中，通过检测排出离心泵的流量控制清水、原酸吸入和各种添加剂的流速，同时排出离心泵的流量变化也会引起混合罐液面的变化，自动液面也同时对清水、浓酸液和各种添加剂的流量进行控制，解决了控制反馈滞后等问题，使混配作业更加稳定和精确。

图 3 配酸车控制系统原理 Fig.3 Principle of acid truck control system

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连续混配供酸车现场作业时将水罐与清水吸入管汇相连，将酸罐与原酸吸入管汇相连，压裂泵车连接至排出管汇上, 如图 4所示。作业过程中，分别由清水吸入管汇和原酸吸入管汇将清水和酸液按比例吸入并在混合罐内进行混合，同时按酸液配置要求通过各个添加剂泵将各类添加同步加入至混合罐内，混合完成的酸液通过排出管汇供给压裂泵车进行酸化施工。

图 4 酸液连续混配作业流程示意图 Fig.4 Schematic diagram of the continuous mixing process of acid fluid

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截至目前，连续混配供酸车共完成现场试验20余井次，实现了稠化酸和降阻酸等多种酸液的配液、混配的现场作业。最大作业排量超过4.5 m³/min，压裂泵车工作平稳，酸液各项指标达到设计要求。配置的稠化酸和降阻酸密度不低于1.10 g/cm³，稠化酸黏度保持在60 mPa·s左右，液体黏度与取样后实测黏度相近(实测黏度为61.5 mPa·s)。现场混配酸气挥发量不到0.5×10^-6，各管汇系统密封性良好，真正实现了酸气零排放、酸气无滴漏的绿色、安全作业目标。

连续混配供酸车采用玻璃钢复合管汇结构实现原酸的供给，提高了设备耐酸蚀性；采用喷淋和真空发生原理首次实现酸化作业现场酸气零排放；采用耐酸密度计和黏度计解决了酸液性能无法实时监测的问题；采用负反馈自动控制系统设计，保证了酸液的质量控制和排出的连续稳定性。连续混配供酸车实现了即配即用的在线式混配作业，不仅提高了酸液混配的精度，而且减轻了操作人员的劳动强度，既节省了成本，又实现了环保作业，为下古储层的大规模酸化作业提供了设备保障。