CN104153756A - 一种闭式泵电动混砂撬 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油天然气增产施工领域，特别是一种闭式泵电动混砂撬，其包括：闭式泵装置，其由驱动变频电机提供动力，在内部进行混砂；管路系统，其用于压裂基液和混合压裂液的吸入和排出，并与闭式泵装置连通；分别与闭式泵装置连通的且添加速度可调的干添系统、液添系统、纤维添加系统，其分别用于添加干添药剂、压裂纤维、液添药剂；电控装置，其与各系统和闭式泵装置连接，并能够控制各系统和闭式泵装置作业；撬架，用于安装各系统、闭式泵装置、电控装置；本发明的发明目的在于提供一种在保证混砂撬体积小的情况下同时保证压裂施工大排量，大砂量、成本低，故障率低，减小井场占地面积，重量轻、道路运输更加方便的闭式泵电动混砂撬。

Description

一种闭式泵电动混砂撬

技术领域

本发明涉及石油天然气增产施工领域，特别是一种闭式泵电动混砂撬。

背景技术

    混砂装备作为压裂车组的核心设备，广泛应用于石油天然气增产施工过程中。传统混砂装备（包含混砂车、混砂半挂车、混砂撬）有以下几个方面的问题：

1.对于混砂装备整体布置形式，传统混砂装备大多为车装结构或半挂车结构，尺寸大质量大。少部分混砂装备为撬装结构，但是受结构布置形式及尺寸所限，撬装结构的混砂装备均为小型混砂装备，难以满足目前压裂施工大排量的要求。

2.对于主驱动的形式，传统混砂装备大多为柴油机及液压驱动，或者电液混合驱动；这两种驱动形式都无法彻底摆脱液压驱动，而液压驱动成本较高、故障率相对电驱动来说较高。

3.对于支撑剂（砂）与压裂基液的混合方式，传统混砂装备多为开式搅拌混合罐形式，这种结构需要较大功率的吸入泵、混合罐、搅拌器、排出泵、液位检测传感器及复杂的液面控制系统密切配合作业来完成支撑剂与压裂基液的混合输送功能，少部分混砂装备虽然也设计为闭式泵结构，但是其驱动方式要么为柴油机取力驱动，要么为液压驱动，从可靠性及自动化控制便利性来说还具有优化的空间。

4.对于支撑剂加入方式，传统混砂装备大多通过尾部的螺旋输送装置（或叫绞龙）来向混砂装备混合罐（排出泵）提供支撑剂，而螺旋输送装置结构较复杂，现场反应故障率相对较高，另外，倾斜布置的螺旋输送装置在较大程度上加大了混砂装备尺寸及重量。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的发明目的在于提供一种在保证混砂撬体积小的情况下同时保证压裂施工大排量，大砂量、成本低，故障率低，减小井场占地面积，重量轻、道路运输更加方便的闭式泵电动混砂撬。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种闭式泵电动混砂撬，其包括：

闭式泵装置，其由独立驱动变频电机提供动力，在内部进行混砂，所述闭式泵装置由外部单独的输送设备输砂；

管路系统，其用于压裂基液和混合压裂液的吸入和排出，并与所述闭式泵装置连通，为闭式泵装置输送压裂基液，以及供闭式泵装置排出混合压裂液； 

分别与所述闭式泵装置连通的且添加速度可调的干添系统、液添系统、纤维添加系统，其分别用于添加干添药剂、压裂纤维、液添药剂；

电控装置，其与所述各系统和闭式泵装置连接，并能够控制所述各系统和闭式泵装置作业；

撬架，其为金属结构框架，用于安装所述各系统、闭式泵装置、电控装置。

本技术方案的主驱动形式为变频电驱动，节能环保，成本低，故障率低，同时采用闭式泵结构，省掉了吸入泵（或弱化吸入泵的功能、减小其功率消耗）、混合罐、搅拌器、排出泵、液位检测传感器及复杂的液面控制系统，优化了功能上重复的设备，简化了流程，提高了作业效率，同时也减小了设备故障率，减小了占地面积，在降低设备尺寸重量基础上降低了成本，提高了设备可靠性，经过上述优化，本技术方案结构更简洁，零部件相对现有技术更少，混砂撬的零部件布置空间更宽松，所以能够在保证混砂撬体积小的情况下也能够同时保证压裂施工大排量、大砂量，混砂撬体积小后更减小了井场占地面积，道路运输更加方便，能够更好低满足目前国内的压裂行业现状。

作为本发明的优选方案，所述闭式泵装置包括：

泵壳，其安装于所述撬架上，用于混砂，其上设置有供所述压裂基液进入的进液口、供所述混合压裂液排出的排出口，并设置有单独的接口与所述液添系统连通；

进料斗，其为金属结构的漏斗，安装于泵壳上方，所述进料斗下部出口与泵壳内部连通，所述干添系统、纤维添加系统均安装在所述撬架上并位于所述进料斗旁，通过进料斗往泵壳内添加干添药剂、压裂纤维；

驱动变频电机，其安装在所述泵壳上部，所述电机的电机轴穿过所述进料斗的下部出口，所述电机轴顶端安装有叶轮，该叶轮设置于所述泵壳内部。

所述混砂所需的压裂基液、支撑剂（砂）、干添药剂、压裂纤维、液添药剂能够直接在泵壳内混合，得到所需的混合压裂液。

作为本发明的优选方案，所述闭式泵装置还包括轴承座装置、电机支撑架，所述轴承座装置固定安装于所述电机支撑架上，所述电机固定安装于所述轴承座装置上，所述电机支撑架位于所述进料斗上方并且穿过所述进料斗固定安装于所述泵壳上部或直接固定在进料斗上表面，所述轴承座装置主体为横截面成T形的旋转体，其下端安装有轴承，所述电机轴穿过所述轴承并与其配合后，伸入所述泵壳内。

所述轴承座装置的设置能够更好地保护所述驱动变频电机的电机轴，并且能够提供横向支撑，增加轴的横向刚性，如果没有设置所述轴承座装置，那么高速旋转的电机轴和所述支撑剂（砂）、干添药剂、压裂纤维接触，会损耗非常快，增加设备的使用成本，所述轴承座装置的设置解决了这个问题，而采用电机支撑架，优化了结构，使混砂撬体积更小。

作为本发明的优选方案，所述撬架为上下两层，所述泵壳安装于撬架的下层，所述进料斗位于所述撬架的上层，所述干添系统、纤维添加系统、电控装置安装于所述撬架上层，所述液添系统、管路系统安装于所述撬架的下层。

结构科学，方便混砂撬体积的减小，同时把液添系统、管路系统设置在撬架的下层，方便施工人员在撬架上层进行移动，对撬架上层的设备进行操作。

作为本发明的优选方案，所述闭式泵电动混砂撬还包括小型气源系统，其安装于所述撬架上，与所述管路系统连接，所述管路系统中的阀为自动控制气动阀门，所述小型气源系统为所述气动阀门提供动力，并在所述闭式泵电动混砂撬施工结束后给冲洗所述管路系统的过程提供气动力；提高自动化控制便利性，即使是气动阀门，用气量很小，气源系统尺寸及质量也很小。

作为本发明的优选方案，所述干添系统、纤维添加系统相邻安装在撬架上并位于所述进料斗一侧，所述干添系统、纤维添加系统均设置有排料口，其均位于所述进料斗上方，所述干添系统、纤维添加系统分别的排料口投影在所述进料斗上的区域之间设置有一竖直安装在进料斗上的挡板；使添加干添药剂、压裂纤维过程更流畅，在所述泵壳内再进行混合，提高效率。

作为本发明的优选方案，所述进料斗的下部出口处设置有能够控制进料时刻或进料量的阀门，使所述混砂撬的可操作性更强，适应更多工况。

作为本发明的优选方案，所述干添系统、纤维添加系统相邻安装在撬架上并位于所述进料斗的一侧为靠近所述闭式泵电动混砂撬中心的一侧，所述进料斗另一侧为朝向所述闭式泵电动混砂撬外的一侧，其设置有一向外支出的坡口，本技术方案中的支撑剂（砂）加入方式是通过混砂撬前端的带计量及控制功能的输送设备来完成，直接通过所述坡口加入即可，省去了现有技术的螺旋输送装置，减小故障率，减小设备尺寸；现有技术是需要用到螺旋输送装置，而因为现在生产商改进了一整套设备，所述混砂撬采用了上述各种优化的结构后，体积做小了，高度变低了，而新改进的与混砂撬配套的输砂设备为传送带结构，其配合高度较低的混砂撬上的所述进料斗，能够完成输砂，就取消了现有技术中的螺旋输送装置，优化了结构，减小了设备重量级尺寸，同时螺旋输送装置损耗很大，故障率高，其被取代后节约了整个生产线设备的制造成本，降低了使用成本。

本发明的有益效果是：

1、在保证混砂撬体积小的情况下同时保证压裂施工大排量、大砂量；

2、成本低，故障率低；

3、减小井场占地面积，重量轻、道路运输更加方便。

附图说明

图1是本发明的正视图。

图2是本发明的俯视图。

图3是本发明的轴测图。

图4是本发明的闭式泵装置结构示意图。

图中标记：1-闭式泵装置，2-管路系统，3-电控装置，4-小型气源系统，5-液添系统，6-干添系统，7-纤维添加系统，8-撬架，101-驱动变频电机，102-轴承座装置，103-进料斗，104-泵壳，105-叶轮，106-进液口，107-排出口，108-电机支撑架。

具体实施方式

下面结合实施例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明的发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

一种闭式泵电动混砂撬，其包括：

闭式泵装置1，其由独立驱动变频电机101提供动力，在内部进行混砂，所述闭式泵装置1由外部单独的输送设备输砂；

管路系统2，其用于压裂基液和混合压裂液的吸入和排出，并与所述闭式泵装置1连通，为闭式泵装置1输送压裂基液，以及供闭式泵装置1排出混合压裂液，所述管路系统2有管汇和阀组成； 

分别与所述闭式泵装置1连通的且添加速度可调的干添系统6、液添系统5、纤维添加系统7，其分别用于添加干添药剂、压裂纤维、液添药剂，所述纤维添加系统7上设置有加料漏斗、打碎装置，其能够在现场通过加料漏斗加入压裂纤维原材料，通过打碎装置得到需要的压裂纤维；

电控装置3，其与所述各系统和闭式泵装置1连接，并能够控制所述各系统和闭式泵装置1作业；

撬架8，其为金属结构框架，用于安装所述各系统、闭式泵装置1、电控装置3。

本实施例中，所述闭式泵装置1包括：

泵壳104，其为腰部较大的圆筒形壳体，其安装于所述撬架8上，用于混砂，其上设置有供所述压裂基液进入的进液口106、供所述混合压裂液排出的排出口107，并设置有单独的接口与所述液添系统5连通，泵壳104上、下端中心均开孔，所述进液口106设置在泵壳104下端中心的开孔处，所述排出口107设置在泵壳104的侧面；

进料斗103，其为金属结构的漏斗，安装于泵壳104上方，所述进料斗103下部出口通过所述泵壳104的上端的开孔与泵壳104内部连通，所述干添系统6、纤维添加系统7均安装在所述撬架8上并位于所述进料斗103旁，通过进料斗103往泵壳104内添加干添药剂、压裂纤维；

驱动变频电机101，其安装在所述泵壳104上部，位于所述进料斗103上方，所述电机的电机轴穿过所述进料斗103的下部出口，所述进料斗103的下部出口处设置有阀门，其能够控制进料时刻或进料量，所述电机轴顶端安装有叶轮105，该叶轮105设置于所述泵壳104内部，所述叶轮105为闭式叶轮，其下方连通所述进液口106，叶轮105旋转能够吸入所述进液口106中的压裂基液，其顶部连通所述进料斗103下部出口，叶轮105旋转能够吸入所述进料斗103中的干添药剂、压裂纤维、支撑剂（砂），所述叶轮105分为上下2层，其分别的叶片朝向相反，使叶轮105向一个方向旋转时叶轮105的上下2层能够同时吸入材料，所述液添系统5能够向泵壳104内提供液添药剂，所述干添药剂、压裂纤维、支撑剂（砂）、液添药剂、压裂基液在叶轮105的作用下均匀混合，得到所需的混合压裂液，其再通过所述排出口107以一定压力排出，同时由于电机为变频电机，所以叶轮105旋转速度能够改变，再配合所述添加速度可调的干添系统6、液添系统5、纤维添加系统7，能够很好地控制最终所得到的混合压裂液的性能。

本实施例中，闭式泵装置1还包括轴承座装置102、电机支撑架108，所述轴承座装置102固定安装于所述电机支撑架108上，所述电机支撑架108位于所述进料斗103上方并且通过至少三根杆件穿过所述进料斗103固定安装于所述泵壳104上部或直接固定在进料斗103上表面，所述轴承座装置102主体为横截面成T形的旋转体，其下端安装有轴承，所述电机轴穿过所述轴承并与其配合后，伸入所述泵壳104内。

本实施例中，所述撬架8为上下两层，所述泵壳104安装于撬架8的下层，所述进料斗103位于所述撬架8的上层，所述干添系统6、纤维添加系统7、电控装置3安装于所述撬架8上层，所述液添系统5、管路系统2安装于所述撬架8的下层，所述电控装置3集成在一处，其周围设置有护栏或操作房，用于保护操作人员的安全。

本实施例中，所述闭式泵电动混砂撬还包括小型气源系统4，其安装于所述撬架8上，与所述管路系统2连接，所述管路系统2中的阀为自动控制气动阀门，所述小型气源系统4为所述气动阀门提供动力，并在所述闭式泵电动混砂撬施工结束后给冲洗所述管路系统2的过程提供气动力。

本实施例中，所述干添系统6、纤维添加系统7相邻安装在撬架8上并位于所述进料斗103一侧，所述干添系统6、纤维添加系统7均设置有排料口，其均位于所述进料斗103上方，所述干添系统6、纤维添加系统7分别的排料口投影在所述进料斗103上的区域之间设置有一竖直安装在进料斗103上的挡板。

本实施例中，所述干添系统6、纤维添加系统7相邻安装在撬架8上并位于所述进料斗103的一侧为靠近所述闭式泵电动混砂撬中心的一侧，所述进料斗103另一侧为朝向所述闭式泵电动混砂撬外的一侧，其设置有一向外支出的坡口。

Claims (8)

1.一种闭式泵电动混砂撬，其包括：

闭式泵装置，其由独立驱动变频电机提供动力，在内部进行混砂，所述闭式泵装置由外部单独的输送设备输砂；

管路系统，其用于压裂基液和混合压裂液的吸入和排出，并与所述闭式泵装置连通，为闭式泵装置输送压裂基液，以及供闭式泵装置排出混合压裂液； 

分别与所述闭式泵装置连通的且添加速度可调的干添系统、液添系统、纤维添加系统，其分别用于添加干添药剂、压裂纤维、液添药剂；

电控装置，其与所述各系统和闭式泵装置连接，并能够控制所述各系统和闭式泵装置作业；

撬架，其为金属结构框架，用于安装所述各系统、闭式泵装置、电控装置。

2.根据权利要求1所述的一种闭式泵电动混砂撬，其特征在于，所述闭式泵装置包括：

泵壳，其安装于所述撬架上，用于混砂，其上设置有供所述压裂基液进入的进液口、供所述混合压裂液排出的排出口，并设置有单独的接口与所述液添系统连通；

进料斗，其为金属结构的漏斗，安装于泵壳上方，所述进料斗下部出口与泵壳内部连通，所述干添系统、纤维添加系统均安装在所述撬架上并位于所述进料斗旁，通过进料斗往泵壳内添加干添药剂、压裂纤维；

驱动变频电机，其安装在所述泵壳上部，位于所述进料斗上方，所述电机的电机轴穿过所述进料斗的下部出口，所述电机轴顶端安装有叶轮，该叶轮设置于所述泵壳内部。

3.根据权利要求2所述的一种闭式泵电动混砂撬，其特征在于，所述闭式泵装置还包括轴承座装置、电机支撑架，所述轴承座装置固定安装于所述电机支撑架上，所述电机固定安装于所述轴承座装置上，位于所述进料斗上方并且穿过所述进料斗固定安装于所述泵壳上部，所述轴承座装置主体为横截面成T形的旋转体，其下端安装有轴承，所述电机轴穿过所述轴承并与其配合后，伸入所述泵壳内。

4.根据权利要求3所述的一种闭式泵电动混砂撬，其特征在于，所述撬架为上下两层，所述泵壳安装于撬架的下层，所述进料斗位于所述撬架的上层，所述干添系统、纤维添加系统、电控装置安装于所述撬架上层，所述液添系统、管路系统安装于所述撬架的下层。

5.根据权利要求4所述的一种闭式泵电动混砂撬，其特征在于，所述闭式泵电动混砂撬还包括小型气源系统，其安装于所述撬架上，与所述管路系统连接，所述管路系统中的阀为自动控制气动阀门，所述小型气源系统为所述气动阀门提供动力，并在所述闭式泵电动混砂撬施工结束后给冲洗所述管路系统的过程提供气动力。

6.根据权利要求5所述的一种闭式泵电动混砂撬，其特征在于，所述干添系统、纤维添加系统相邻安装在撬架上并位于所述进料斗一侧，所述干添系统、纤维添加系统均设置有排料口，其均位于所述进料斗上方，所述干添系统、纤维添加系统分别的排料口投影在所述进料斗上的区域之间设置有一竖直安装在进料斗上的挡板。

7.根据权利要求6所述的一种闭式泵电动混砂撬，其特征在于，所述干添系统、纤维添加系统相邻安装在撬架上并位于所述进料斗的一侧为靠近所述闭式泵电动混砂撬中心的一侧，所述进料斗另一侧为朝向所述闭式泵电动混砂撬外的一侧，其设置有一向外支出的坡口。

8.据权利要求7所述的一种闭式泵电动混砂撬，其特征在于，所述进料斗的下部出口处设置有能够控制进料时刻或进料量的阀门。