CN104929606A - 压裂用连续式半球形混砂装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油机械领域，具体地，涉及一种压裂用连续式半球形混砂装置，该装置可应用于非常规油气(如页岩气等)的开发。压裂用连续式半球形混砂装置，包括：底座、混砂室、传动箱体、上端盖、主轴、内齿轮、悬臂轴、传动齿轮，其特征在于，底座、混砂室、传动箱体、上端盖依次固定连接。较传统开式混砂装置而言，本发明实现了压裂液与砂子的连续混配、连续输出，提高了混砂效率；较杰瑞连续式混砂装置而言，叶片磨损大大减少，压裂液和砂子的混合更加均匀，整体混砂效果显著提高。

Description

压裂用连续式半球形混砂装置

技术领域

本发明属于石油机械领域，具体地，涉及一种压裂用连续式半球形混砂装置，该装置可应用于非常规油气(如页岩气等)的开发。

背景技术

页岩气开发对压裂设备的压力和排量提出了更高的要求。若想提高混砂排量，传统的开式混配装置只能增加混砂罐的容积，但受到底盘车的限制，依靠增大混砂罐容积来提升排量的做法在车载设备上已经很难做到较大提升。杰瑞公司提出了连续式混砂的理念，采用“即混即排”的方式，避免了传统混砂装置需一定搅拌时间，排液不连续的缺点，其研制的基于紊流作用的闭式混配装置已经用于杰瑞3000型页岩气压裂成套装备中。但是现场使用发现，这种连续式混砂装置的混砂均匀程度仍有待提高，由于其基于液体紊流作用原理，要求叶轮的旋转速度非常高，又因叶轮与砂子直接接触，造成叶轮磨损十分严重，影响了混配装置的整体使用寿命。

发明内容

为解决克服现有技术的缺陷，本发明提供一种压裂用连续式半球形混砂装置，以大幅度提高混砂排量，并能实现连续混配。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

压裂用连续式半球形混砂装置，包括：底座、混砂室、传动箱体、上端盖、主轴、内齿轮、悬臂轴、传动齿轮，底座、混砂室、传动箱体、上端盖依次固定连接。

所述底座，下部为封闭的圆形底盘、中间为T型进液管、上部为法兰盘，T型进液管下部设置支撑板，以支撑T型进液管；压裂液由所述底座的T型进液管进入混砂装置，通过上部法兰盘进入所述混砂室内。

所述混砂室，下部为下法兰盘、中部为半球型壳体、上部为上法兰盘，半球形壳体的中部设有出液管；下法兰盘、半球型壳体、出液管和上法兰盘为整体结构，为压裂液与砂子的混合搅拌提供空间，混合均匀的压裂液通过出液管排出；所述混砂室的下法兰盘与所述底座的法兰盘通过螺栓连结，在所述混砂室的下法兰盘与所述底座的法兰盘之间设有密封垫片，确保密封。

所述传动箱体，为带有上法兰盘、下法兰盘的圆柱壳体，所述传动箱通过下法兰盘与所述混砂室的上法兰盘通过螺栓连结，所述传动箱体为传动部件的运转提供空间。

所述上端盖，包括上盖板，上盖板与所述传动箱体的上法兰盘通过螺栓连接；上盖板的中心设有主轴支座，主轴支座用于放置带动主轴转动的马达，在主轴支座的两侧分别设有悬臂轴支座、落砂管，在落砂管下部设有防砂挡板，在防砂挡板的中心设有圆孔，圆孔与主轴支座上的圆孔同轴，防砂挡板位于所述传动箱体的下法兰盘以上，砂子由落砂管进入混砂装置。

所述转动筛，为圆柱壳体结构，上部内设有内齿轮，底端为环空筛网，所述转动筛通过轴承安装在所述传动箱体下部内侧的凸台上，能够在传动箱体内转动。防砂挡板位于环空筛网的上部，以防止落下的砂子扬起对所述传动箱体内部的齿轮造成磨损。

所述主轴，上部设有轴齿轮、下部设有大叶轮、小叶轮，所述主轴安装在主轴支座中的马达上，随马达一同旋转；轴齿轮位于传动箱体内，防尘挡板之上，与所述转动筛上部的内齿轮处于同一高度，大叶轮、小叶轮位于所述混砂室的半球形壳体内，所述转动筛的环空筛网以下，起到混合搅拌的作用。

所述悬臂轴通过轴承安装在所述上端盖的悬臂轴支座上，在所述悬臂轴的中部设置所述传动齿轮，所述传动齿轮与轴齿轮位于同一高度，所述传动齿轮与所述主轴上的轴齿轮啮合；马达带动所述主轴旋转，由所述主轴带动所述传动齿轮旋转，同时，所述传动齿轮与所述转动筛上的内齿轮啮合，带动内齿轮旋转，所述转动筛随之转动。

上述的混砂室其结构中，外壳形状为半球形。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：较传统开式混砂装置而言，实现了压裂液与砂子的连续混配、连续输出，提高了混砂效率；较杰瑞连续式混砂装置而言，叶片磨损大大减少，压裂液和砂子的混合更加均匀，整体混砂效果显著提高。

附图说明

图1为压裂用连续式半球形混砂装置的结构示意图；

图2为压裂用连续式半球形混砂装置的上端盖、悬臂轴和传动齿轮结构示意图；

图3为压裂用连续式半球形混砂装置的转动筛结构示意图；

图4为压裂用连续式半球形混砂装置的主轴结构示意图。

图中：1、底座，2、混砂室，3、传动箱体，4、上端盖，5、主轴，6、转动筛，7、悬臂轴，8，传动齿轮，11、底盘，12、支撑板，13、T型进液口，14、法兰盘，21、下法兰盘，22、半球形壳体，23、出液口，24，上法兰盘，41、上盖板，42、主轴支座，43、悬臂轴支座，44、落砂管，45、防砂挡板，51、内齿轮，52、环空筛网， 61、轴齿轮，62、大叶轮，63、小叶轮。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4所示，压裂用连续式半球形混砂装置，包括：底座1、混砂室2、传动箱体3、上端盖4、主轴5、内齿轮6，其中：

底座1，下部为封闭的圆形底盘11、中间为T型进液管13、上部为法兰盘14，T型进液管13下部设置支撑板12，以支撑T型进液管13；压裂液由底座1的T型进液管13进入混砂装置，通过法兰盘14进入混砂室2内。

混砂室2，下部为下法兰盘21、中部为半球型壳体22、上部为上法兰盘24，半球形壳体22的中部设有出液管23；下法兰盘21、半球型壳体22、出液管23和上法兰盘24为整体结构，为压裂液与砂子的混合搅拌提供空间，混合好的压裂液通过出液管23排出；所述混砂室2的下法兰盘21与底座1的法兰盘14通过螺栓连结，在下法兰盘21与底座1的法兰盘14之间设有密封垫片，确保密封。

传动箱体3，为带有上法兰盘、下法兰盘的圆柱壳体，传动箱3通过下法兰盘与混砂室2的上法兰盘24通过螺栓连结，传动箱体3为传动部件的运转提供空间。

上端盖4，包括上盖板41，上盖板41与传动箱体3的上法兰盘通过螺栓连接；上盖板41的中心设有主轴支座42，主轴支座42用于放置带动主轴转动的马达，在主轴支座42的两侧分别设有悬臂轴支座43、落砂管44，落砂管44下部设有防砂挡板45，防砂挡板45的中心设有圆孔，圆孔与主轴支座42上的圆孔同轴，防砂挡板45位于传动箱体3的下法兰盘以上，砂子由落砂管44进入混砂装置。

转动筛5，为圆柱壳体结构，上部内设有内齿轮51，底端为环空筛网52，转动筛5通过轴承安装在传动箱体3下部内侧的凸台上，能够在传动箱体内转动。防砂挡板45位于环空筛网52的上部，以防止落下的砂子扬起对传动箱体3内部的齿轮造成磨损。

主轴6，上部设有轴齿轮61、下部设有大叶轮62、小叶轮63，主轴6安装在主轴支座42中的马达上，随马达一同旋转；轴齿轮61位于传动箱体内，防尘挡板45之上，与转动筛5上部的内齿轮51处于同一高度，大叶轮62、小叶轮63位于混砂室2的半球形壳体22内，转动筛5的环空筛网52以下，起到混合搅拌的作用。

悬臂轴7通过轴承安装在悬臂轴支座43上，在悬臂轴7的中部设置传动齿轮8，传动齿轮8与轴齿轮61位于同一高度，传动齿轮8与主轴6上的轴齿轮61啮合；马达带动主轴6旋转，由主轴6带动传动齿轮8旋转，同时，传动齿轮8与转动筛5上的内齿轮51啮合，带动内齿轮51旋转，转动筛5随之转动。

在工作时，未经混配的压裂液从底座1上的T型进液管13进入混砂装置内，通过进液管和出液管排量的控制，使液面始终保持在混砂室2的一定高度，使大叶轮52和小叶轮53完全浸没于液体内，而环空筛网62不浸没；砂子从上端盖4上的落砂管46中进入混砂装置，主轴支座42内的马达带动主轴5快速旋转，从而带动主轴5上的大叶轮52和小叶轮53快速旋转，搅动压裂液，同时主轴5上的轴齿轮51也快速转动，带动悬臂齿轮45和悬臂轴44旋转，进而带动转动筛6上部的内齿轮61转动，从而使转动筛6下部的环空筛网62一起转动，经过二级齿轮减速，环空筛网的转速低于主轴5的转速，使下落的砂子对转动筛6的冲击磨损减小，砂子落到转动筛6上，随转动筛6一起旋转，使砂子能够均匀下落到混砂室中，减少由砂子落到叶片一侧对叶片造成的磨损，在混砂室2内，叶轮旋转，对压裂液和砂子进行搅拌，从出液口23排出混砂装置，混砂室2的形状为半球形，搅拌无死角，使得混砂更加均匀，本装置能实现压裂液和砂子快速均匀混合，实现混合液连续输出。

本发明采用搅拌的原理实现连续混配、即混即输，使所述叶轮的转速无需过高，降低叶片磨损，通过所述悬臂轴、所述悬臂齿轮、所述转动筛的减速作用，使砂子通过所述环空筛网，均匀地落入所述混砂室中，使砂子对叶轮的磨损减小，在所述半球形混砂室中，叶轮搅拌无死角，能够使混配更均匀，达到提高混砂效果的目的。

Claims (9)

1.一种压裂用连续式半球形混砂装置，包括：底座、混砂室、传动箱体、上端盖、主轴、内齿轮、悬臂轴、传动齿轮，其特征在于，底座、混砂室、传动箱体、上端盖依次固定连接。

2.根据权利要求1所述的压裂用连续式半球形混砂装置，其特征在于：所述底座，下部为封闭的圆形底盘、中间为T型进液管、上部为法兰盘，T型进液管下部设置支撑板，以支撑T型进液管；压裂液由所述底座的T型进液管进入混砂装置，通过上部法兰盘进入所述混砂室内。

3.根据权利要求1-2所述的压裂用连续式半球形混砂装置，其特征在于：所述混砂室，下部为下法兰盘、中部为半球型壳体、上部为上法兰盘，半球形壳体的中部设有出液管；下法兰盘、半球型壳体、出液管和上法兰盘为整体结构，为压裂液与砂子的混合搅拌提供空间，混合均匀的压裂液通过出液管排出；所述混砂室的下法兰盘与所述底座的法兰盘通过螺栓连结，在所述混砂室的下法兰盘与所述底座的法兰盘之间设有密封垫片，确保密封。

4.根据权利要求1-3所述的压裂用连续式半球形混砂装置，其特征在于：所述传动箱体，为带有上法兰盘、下法兰盘的圆柱壳体，所述传动箱通过下法兰盘与所述混砂室的上法兰盘通过螺栓连结，所述传动箱体为传动部件的运转提供空间。

5.根据权利要求1-4所述的压裂用连续式半球形混砂装置，其特征在于：所述上端盖，包括上盖板，上盖板与所述传动箱体的上法兰盘通过螺栓连接；上盖板的中心设有主轴支座，主轴支座用于放置带动主轴转动的马达，在主轴支座的两侧分别设有悬臂轴支座、落砂管，在落砂管下部设有防砂挡板，在防砂挡板的中心设有圆孔，圆孔与主轴支座上的圆孔同轴，防砂挡板位于所述传动箱体的下法兰盘以上，砂子由落砂管进入混砂装置。

6.根据权利要求1-5所述的压裂用连续式半球形混砂装置，其特征在于：所述转动筛，为圆柱壳体结构，上部内设有内齿轮，底端为环空筛网，所述转动筛通过轴承安装在所述传动箱体下部内侧的凸台上，能够在传动箱体内转动;

防砂挡板位于环空筛网的上部，以防止落下的砂子扬起对所述传动箱体内部的齿轮造成磨损。

7.根据权利要求1-6所述的压裂用连续式半球形混砂装置，其特征在于：所述主轴，上部设有轴齿轮、下部设有大叶轮、小叶轮，所述主轴安装在主轴支座中的马达上，随马达一同旋转；轴齿轮位于传动箱体内，防尘挡板之上，与所述转动筛上部的内齿轮处于同一高度，大叶轮、小叶轮位于所述混砂室的半球形壳体内，所述转动筛的环空筛网以下，起到混合搅拌的作用。

8.根据权利要求1-7所述的压裂用连续式半球形混砂装置，其特征在于：所述悬臂轴通过轴承安装在所述上端盖的悬臂轴支座上，在所述悬臂轴的中部设置所述传动齿轮，所述传动齿轮与轴齿轮位于同一高度，所述传动齿轮与所述主轴上的轴齿轮啮合；马达带动所述主轴旋转，由所述主轴带动所述传动齿轮旋转，同时，所述传动齿轮与所述转动筛上的内齿轮啮合，带动内齿轮旋转，所述转动筛随之转动。

9.根据权利要求1-8所述的压裂用连续式半球形混砂装置，其特征在于：上述的混砂室其结构中，外壳形状为半球形。