CN104492315B - 一种混砂罐、混砂车及压裂车组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混砂罐、混砂车及一种压裂车组，以提高压裂液的均匀度，提高压裂质量，并降低设备能耗。混砂罐包括罐体，自上而下依次配置在罐体中且同轴设置的漏盘、通入管和下盘，其中：罐体的顶部开口，底部具有压裂液出口；通入管包括咀部和扩口部，咀部穿设漏盘的底部开口向上伸出，扩口部与漏盘的底部开口之间具有间隙；下盘与扩口部之间沿轴向方向具有间隙，且下盘的上表面具有与扩口部中心对位的凸起，下盘的边缘与罐体之间形成与罐体的内部空间连通的开口。

Description

一种混砂罐、混砂车及压裂车组

技术领域

本发明涉及油田压裂设备技术领域，特别是涉及一种混砂罐、混砂车及一种压裂车组。

背景技术

在油田原油的采收过程中，需要通过压裂工艺增加采收率。混砂车作为压裂车组的核心设备，在油田压裂过程中起着至关重要的作用。在混砂车中，混砂罐是将砂粒与基液混合的核心部件。如图1所示，混砂车在工作时，基液从混砂罐100的基液注入口50被注入，砂粒由加砂机构从混砂罐100的顶部加入，砂粒与基液在混砂罐100的罐体内经搅拌叶轮70搅拌后形成压裂液，从压裂液出口60排出，并以一定的压力输送给主压车。

上述现有技术存在的缺陷在于，进入混砂罐的砂粒很容易呈现聚集状，由于搅拌叶轮的搅拌效果有限，砂粒与基液很难被搅拌均匀，从而使得输送给主压车的压裂液均匀度较差，严重影响到压裂质量。此外，搅拌叶轮工作时被液压马达驱动，搅拌能耗也比较高。

发明内容

本发明实施例提供了一种混砂罐、混砂车及一种压裂车组，以提高压裂液的均匀度，提高压裂质量，并降低设备能耗。

本发明实施例所提供的混砂罐，包括罐体，自上而下依次配置在罐体中且同轴设置的漏盘、通入管和下盘，其中：

所述罐体的顶部开口，底部具有压裂液出口；所述通入管包括咀部和扩口部，所述咀部穿设所述漏盘的底部开口向上伸出，所述扩口部与漏盘的底部开口之间具有间隙；

所述下盘与扩口部之间沿轴向方向具有间隙，且所述下盘的上表面具有与扩口部中心对位的凸起，所述下盘的边缘与所述罐体之间形成与所述罐体的内部空间连通的开口。

优选的，所述下盘与所述罐体相对固定，所述下盘的边缘位于所述扩口部的边缘的外侧，且位于所述罐体的边缘的内侧。

优选的，所述下盘可转动地设置于所述罐体内且边缘与所述扩口部的边缘位置相对，所述下盘面向所述扩口部的一侧分布有呈涡状排列的多个冲击叶片。

较佳的，所述混砂罐还包括：与所述下盘同轴连接的转轴及装配于所述转轴上的搅拌叶轮，所述转轴枢装于与所述罐体相对固定的轴套内。

可选的，所述冲击叶片包括直板型冲击叶片或弧型冲击叶片。

优选的，所述扩口部的上表面分布有多个径向筋条。

更优的，所述凸起为坡状凸起，所述坡状凸起的坡面延伸至下盘边缘。

较佳的，所述漏盘的外壁通过多个支撑板与罐体固定连接，且所述漏盘的底部开口位于所述罐体的中央。

优选的，所述漏盘的顶部敞口高于罐体的顶部开口，所述通入管的所述咀部的顶部管口高于漏盘的顶部敞口。

在本发明实施例的技术方案中，当基液从通入管的顶部管口持续加入时，由于流动惯性的存在，基液会在通入管的底部扩散开并冲击下盘的上表面；之后，基液在下盘上凸起的分流作用下，均匀的流向下盘的边缘并落下。在基液通入一段时间流速稳定后，将砂粒从漏盘的敞口处加入，砂粒落至通入管的扩口部的上表面后被均匀的分散开，之后再沿着扩口部的上表面均匀的滑下。砂粒与基液在下盘的边缘落下时，能够均匀的混合，并在下盘的边缘的下方呈现出均匀的瀑面形状。相比现有技术，该方案大大提高了压裂液的均匀度。将该压裂液用于压裂工艺，可大大提高压裂质量。

本发明实施例还提供了一种混砂车，包括前述任一技术方案所述的混砂罐。该混砂车所生产的压裂液均匀度较好，将该压裂液用于压裂工艺，可大大提高压裂质量，并且设备的能耗较低。

本发明实施例还提供了一种压裂车组，包括前述技术方案所述的混砂车。使用该压裂车组在进行油田原油的采收时，压裂质量较高，能耗较低。

附图说明

图1为现有混砂罐的立体结构示意图；

图2为本发明第二实施例混砂罐的立体结构示意图；

图3a为本发明第二实施例的漏盘与通入管配置方式立体示意图；

图3b为本发明第二实施例的漏盘与通入管配置方式主视图；

图4a为本发明第二实施例的下盘与通入管配置方式立体示意图；

图4b为本发明第二实施例的下盘与通入管配置方式主视图；

图5a为本发明第二实施例的下盘立体结构示意图；

图5b为本发明第二实施例的下盘主视图；

图6为本发明第三实施例混砂罐的立体结构示意图；

图7为本发明第三实施例混砂罐的内部组件的立体结构示意图；

图8a为本发明第三实施例的漏盘、通入管和下盘配置方式立体示意图；

图8b为本发明第三实施例的漏盘、通入管和下盘配置方式主视图；

图9为本发明第三实施例的通入管和下盘配置方式立体示意图；

图10a为本发明第三实施例的下盘立体结构示意图；

图10b为本发明第三实施例的下盘俯视图；

图11为本发明第三实施例的转轴、轴套和支撑架配置方式立体示意图。

附图标记：

现有技术部分：

100-混砂罐；50-基液注入口；60-压裂液出口；70-搅拌叶轮。

本发明实施例部分：

200，200’-混砂罐；1-罐体；2-漏盘；3-通入管；4-下盘；11-压裂液出口；

31-咀部；32-扩口部；41-凸起；42-冲击叶片；5-转轴；6-轴套；

7-搅拌叶轮；321-径向筋条；8-支撑板；9-支撑架；12-导流板。

具体实施方式

为了提高压裂液的均匀度，提高压裂质量，并降低设备能耗，本发明实施例提供了一种混砂罐、混砂车及一种压裂车组。以下以具体实施例并结合附图详细说明本发明。

本发明第一实施例提供的混砂罐，包括罐体，自上而下依次配置在罐体中且同轴设置的漏盘、通入管和下盘，其中：罐体的顶部开口，底部具有压裂液出口；通入管包括咀部和扩口部，咀部穿设漏盘的底部开口向上伸出，扩口部与漏盘的底部开口之间具有间隙；下盘与扩口部之间沿轴向方向具有间隙，且下盘的上表面具有与扩口部中心对位的凸起，下盘的边缘与罐体之间形成与罐体的内部空间连通的开口。

在本发明实施例的技术方案中，当基液从通入管的顶部管口持续加入时，由于流动惯性的存在，基液会在通入管的底部扩散开并冲击下盘的上表面；之后，基液在下盘上凸起的分流作用下，均匀的流向下盘的边缘并落下。在基液通入一段时间流速稳定后，将砂粒从漏盘的敞口处加入，砂粒落至通入管的扩口部的上表面后被均匀的分散开，之后再沿着扩口部的上表面均匀的滑下。砂粒与基液在下盘的边缘落下时，能够均匀的混合，并在下盘的边缘的下方呈现出均匀的瀑面形状。相比现有技术，该方案大大提高了压裂液的均匀度。将该压裂液用于压裂工艺，可大大提高压裂质量。

如图2和图4b所示，本发明第二实施例提供的混砂罐200，包括罐体1，自上而下依次配置在罐体1中且同轴设置的漏盘2、通入管3和下盘4，其中：

罐体1的顶部开口，底部具有压裂液出口11；通入管3包括咀部31和扩口部32，咀部31穿设漏盘2的底部开口向上伸出，扩口部32与漏盘2的底部开口之间具有间隙；

下盘4与扩口部32之间沿轴向方向具有间隙，且下盘4的上表面具有与扩口部32中心对位的凸起41，下盘4的边缘与罐体1之间形成与罐体1的内部空间连通的开口；并且，下盘4与罐体1相对固定，下盘4的边缘位于扩口部32的边缘的外侧，且位于罐体1的边缘的内侧。

在本发明第二实施例的技术方案中，漏盘2、通入管3和下盘4与罐体1相对固定并位于罐体1的中央，这些部件在罐体1中的具体固定方式不限，可以分别通过焊接的筋板与罐体1固定连接，也可以通过其它支撑机构实现与罐体1的固定连接。

通入管3的形状与倒置的漏斗类似，其咀部31呈圆筒状，扩口部32可以呈喇叭状(如图3a和图3b所示)或者锥台状。漏盘2的形状与无底的盘子类似，顶部具有敞口结构，底部具有缩口结构，具体的，漏盘2可以呈倒喇叭状或者倒锥台状(如图3a和图3b)。通入管3的扩口部32与漏盘2的底部开口之间具有间隙，砂粒可从该间隙处沿着扩口部32的上表面均匀滑下。如图4a和图4b所示，下盘4与扩口部32之间具有间隙，从通入管3流下的基液可从该间隙处流出。下盘4与罐体1内底面之间具有间隙，因此，基液混合着砂粒在落下时，可以进一步进行混合。

如图2所示，在该优选实施例中，漏盘2的顶部敞口高于罐体1的顶部开口，这样便于加砂机构从漏盘2的顶部敞口处加砂。此外，如图3b所示，通入管3的咀部31的顶部管口高于漏盘2的顶部敞口，这样便于基液泵送机构与通入管3对接，并且有利于检修维护。

如图2、图4a和图4b所示，本发明第二实施例所提供混砂罐的工作过程为：

将基液从通入管3的顶部管口持续加入。由于流动惯性的存在，基液会在通入管3的底部扩散开并冲击下盘4的上表面；在下盘4上凸起41的分流作用下，基液沿着下盘4的上表面均匀的流向下盘4的边缘并落下。

在基液通入一段时间流速稳定后，将砂粒从漏盘2的敞口处加入。砂粒落至通入管3的扩口部32的上表面后被均匀的分散开，之后再沿着扩口部32的上表面均匀的滑至下盘4的上表面；由于流动基液的冲击作用，砂粒被基液带至下盘4的边缘并落下。在该过程中，砂粒可与基液均匀的混合，并在下盘4的边缘的下方呈现出均匀的瀑面形状。

从上述过程可以看出，本方案利用漏盘2、通入管3和下盘4的结构特征使基液与砂粒均匀的混合，大大提高了压裂液的均匀度。将该压裂液用于压裂工艺，可大大提高压裂质量。

在本发明第二实施例的技术方案中，搅拌机构被取消。值得一提的是，也可以在下盘4与罐体1内底面之间设置一个搅拌机构，由于混砂罐结构已经可以使基液与砂粒较为均匀的混合，因此，搅拌机构可以以较低的功耗运行。相比现有技术，本设计方案大大降低了设备能耗。

如图5a和图5b所示，下盘4上的凸起41为坡状凸起，坡状凸起的坡面延伸至下盘4的边缘。凸起4可以对从通入管3流下的基液进行均匀分流，此外，在第二实施例的结构中，由于坡状凸起的坡面延伸至下盘边缘，这样可以加快基液流至下盘边缘的速度，从而加大对砂粒的冲击，进一步提高基液与砂粒的混合效果。另外，在本发明的其它实施例中，下盘上的凸起也可以为柱状突起；或者为坡状凸起，但坡状凸起的坡面没有延伸至下盘的边缘。也可以起到较好的分流效果。

如图6、图7、图8a、图8b和图9所示，本发明第三实施例提供的的混砂罐200’，包括罐体1，自上而下依次配置在罐体中且同轴设置的漏盘2、通入管3和下盘4，其中：

罐体1的顶部开口，底部具有压裂液出口11；通入管3包括咀部31和扩口部32，咀部31穿设漏盘2的底部开口向上伸出，扩口部32与漏盘2的底部开口之间具有间隙；

下盘4与扩口部32之间沿轴向方向具有间隙，且下盘4的上表面具有与扩口部32中心对位的凸起41(参见图10a所示)，下盘4的边缘与罐体1之间形成与罐体1的内部空间连通的开口；下盘4可转动地设置于罐体1内且边缘与扩口部32的边缘位置相对，下盘4面向扩口部32的一侧分布有呈涡状排列的多个冲击叶片42。

此外，该实施例中混砂罐200’还包括：与下盘4同轴连接的转轴5及装配于转轴5上的搅拌叶轮7，转轴5枢装于与罐体1相对固定的轴套6内。(参见图7和图11所示)。

在该实施例中，漏盘2的外壁通过多个支撑板8与罐体1固定连接，且漏盘2的底部开口位于罐体1的中央。下盘4与转轴5焊接。轴套6通过多个支撑架9与罐体1的内壁固定连接。为改善转轴5与轴套6之间的受力状况，使转轴5能够灵活转动，转轴5与轴套6之间优选设置有轴承。下盘4上表面的凸起41优选为坡面延伸至边缘处的凸起。此外，在该实施例中，漏盘2的顶部敞口高于罐体1的顶部开口，通入管3的顶部管口高于漏盘2的顶部敞口，其技术效果同第二实施例中的描述。

冲击叶片42的具体类型不限，可以为直板型冲击叶片或弧型冲击叶片。优选采用图10a和图10b所示的弧形冲击叶片，这种形状更利于基液的流动，有利于提高冲击效率。

如图8a和图8b所示，通入管3的扩口部32的上表面分布有多个径向筋条321。当砂粒滑落在扩口部32的上表面时，径向筋条321对砂粒有一定的阻挡作用，可以减少砂粒聚集，改善砂粒分布的均匀性。相邻的两个径向筋条321与扩口部32的上表面构成一个砂粒槽道，滑落在砂粒槽道内的砂粒沿着扩口部32的上表面滑至边缘落下。

如图7、图10a和图10b所示，当下盘4和转轴5被基液冲击旋转时，搅拌叶轮7也随之旋转，搅拌叶轮7可以对落入混砂罐内的混合液体进行搅拌，使基液与砂粒更加均匀的混合，并且，搅拌叶轮7无需另外的驱动装置来驱动，因此，不会增加设备能耗。

如图6所示，为了进一步增强搅拌叶轮7的搅拌效果，罐体1的内壁还可以固定有多个导流板12，多个导流板12沿罐体1内壁的周向排列。当搅拌叶轮7旋转时，罐体1内的混合液体被搅拌叶轮7推动同向流动，由于导流板12对流动的液体具有阻挡作用，因此可以使罐体1内产生许多小漩涡，从而减少搅拌死区，提高搅拌效率，使基液与砂粒更加均匀的混合。

结合图7和图8a所示，本发明第三实施例所提供混砂罐的工作过程为：

将基液从通入管3的顶部管口持续加入。由于流动惯性的存在，基液会从扩口部32的底部冲出，并冲击下盘4上表面呈涡状排列的冲击叶片，从而带动下盘4和转轴5持续旋转；冲击下盘4后的基液在凸起的分流作用以及离心力的作用下沿着下盘4的上表面流向边缘处并落下；

在基液通入一段时间流速稳定后，将砂粒从漏盘2的敞口处加入，砂粒落至扩口部32的上表面后被均匀的分散开并滑至边缘落下，之后砂粒与从下盘4边缘旋转流出的基液在继续下落过程中混合。由于下盘4受基液的冲击持续旋转，因此，从下盘4边缘旋转流出的基液也具有一定的冲击力，从而使得基液与砂粒在下盘4的边缘落下时能够较为均匀的混合，并在下盘4的边缘的下方呈现出均匀的瀑面形状；当下盘4和转轴5旋转时，搅拌叶轮7也随之旋转，搅拌叶轮7可以对落入罐体内的混合液体进行搅拌，使基液与砂粒更加均匀的混合。

从上述过程可以看出，本方案利用漏盘2、通入管3、下盘4、转轴5和搅拌叶轮7的结构特征使基液与砂粒均匀的混合，大大提高了压裂液的均匀度。将该压裂液用于压裂工艺，可大大提高压裂质量。由于下盘4、转轴5和搅拌叶轮7的旋转是被基液冲击驱动的，因此，无需另外设置驱动装置，极大的降低了设备的能耗。

本发明实施例还提供了一种混砂车，包括前述任一实施例的混砂罐。该混砂车所生产的压裂液均匀度较好，将该压裂液用于压裂工艺，可大大提高压裂质量，并且设备的能耗较低。

本发明实施例还提供了一种压裂车组，包括前述实施例的混砂车。压裂车组除包括混砂车之外，还包括主压车、仪表车、砂罐车、水泥车、液氮车、液罐车，等等。使用该压裂车组在进行油田原油的采收时，压裂质量较高，能耗较低。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种混砂罐，其特征在于，包括罐体，自上而下依次配置在罐体中且同轴设置的漏盘、通入管和下盘，其中：

所述罐体的顶部开口，底部具有压裂液出口；所述通入管包括咀部和扩口部，所述咀部穿设所述漏盘的底部开口向上伸出，所述扩口部与漏盘的底部开口之间具有间隙；

所述下盘与扩口部之间沿轴向方向具有间隙，且所述下盘的上表面具有与扩口部中心对位的凸起，所述下盘的边缘与所述罐体之间形成与所述罐体的内部空间连通的开口。

2.如权利要求1所述的混砂罐，其特征在于，所述下盘与所述罐体相对固定，所述下盘的边缘位于所述扩口部的边缘的外侧，且位于所述罐体的边缘的内侧。

3.如权利要求1所述的混砂罐，其特征在于，所述下盘可转动地设置于所述罐体内且边缘与所述扩口部的边缘位置相对，所述下盘面向所述扩口部的一侧分布有呈涡状排列的多个冲击叶片。

4.如权利要求3所述的混砂罐，其特征在于，所述混砂罐还包括：与所述下盘同轴连接的转轴及装配于所述转轴上的搅拌叶轮，所述转轴枢装于与所述罐体相对固定的轴套内。

5.如权利要求3所述的混砂罐，其特征在于，所述冲击叶片包括直板型冲击叶片或弧型冲击叶片。

6.如权利要求1～5任一项所述的混砂罐，其特征在于，所述扩口部的上表面分布有多个径向筋条。

7.如权利要求1～5任一项所述的混砂罐，其特征在于，所述凸起为坡状凸起，所述坡状凸起的坡面延伸至下盘边缘。

8.如权利要求1～5任一项所述的混砂罐，其特征在于，所述漏盘的外壁通过多个支撑板与罐体固定连接，且所述漏盘的底部开口位于所述罐体的中央。

9.如权利要求1～5任一项所述的混砂罐，其特征在于，所述漏盘的顶部敞口高于罐体的顶部开口，所述通入管的所述咀部的顶部管口高于漏盘的顶部敞口。

10.一种混砂车，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的混砂罐。

11.一种压裂车组，其特征在于，包括如权利要求10所述的混砂车。