CN105064974A - 一种静态混合系统和混砂车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种静态混合系统，包括输料系统、排出泵系统、吸入泵系统、储存罐、汇集管、静态混合器，汇集管包括第一汇集入口和第二汇集入口及汇集出口，吸入泵系统出口与储存罐入口相连接，储存罐出口与第一汇集入口相连接，输料系统出口与第二汇集入口相连接，汇集出口与排出泵系统入口相连接。本发明还提供了一种混砂车。本发明混合均匀、砂比控制反应快，施工完毕无积砂，测量精度高。

Description

一种静态混合系统和混砂车

技术领域

本发明涉及静态混合和油气开采装备领域，特别涉及一种静态混合系统和混砂车。

背景技术

在油气开采中，若油气井与油气层之间的孔隙不发达或者被堵塞，会严重影响油气井的产量。压裂技术是提高油气产量和可采储量的一项重要措施。所谓压裂(又称油层水力压裂)，就是利用水力作用使油层形成裂缝的一种方法，其基本工艺过程为：用压裂车把高压、大排量和具有一定粘度的压裂液挤入油层，当把油层压开许多裂缝后，再加放支撑剂(石英砂等)充填裂缝，以提高油层的渗透能力，增加注水量或产油量。

实施压裂工艺的设备的总体叫压裂装备，目前使用的压裂装备主要由主机设备压裂车和辅助序曲备混砂车、仪表车、运料车、管汇车等组成。各部分的功能分别为：(1)主机设备压裂车向井内注入高压、大排量的压裂液，将地层压开，并把支撑剂挤入裂缝。(2)混砂车按精确的比例和一定的程序混砂，并把混砂液供给压裂车。(3)仪表车的作用是在压裂施工远距离遥控压裂车和混砂车，采集和显示施工参数。(4)运料车将压裂作业所需要的各种支撑剂、压裂液、添加剂等物料运送到施工现场。(5)管汇车的作用是运输管汇。

目前，混砂车通过吸入离心泵和输砂绞龙输送到混合罐内进行搅拌混合；混合液最终通过输出离心泵输送给压裂车增压后注入地下管线。混砂车的吸入离心泵排量是通过液位传感器测量混合罐内液面高度值作为反馈值进行调节的，由于混合罐通过轴向搅拌对基液与支撑剂进行混合，在混合的过程中势必对液面高度产生干扰，降低了测量精度；其次，混合罐体积较大，混合不均匀、砂比反应慢，并且施工完毕后混合罐底部易积砂。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种静态混合系统和混砂车，以解决混合罐体积较大，混合不均匀，砂比控制反应慢，测量精度低等问题。

一方面，本发明提供了一种静态混合系统，包括输料系统、排出泵系统、吸入泵系统、储存罐、汇集管、静态混合器，汇集管包括第一汇集入口和第二汇集入口及汇集出口，吸入泵系统出口与储存罐入口相连接，储存罐出口与第一汇集入口相连接，输料系统出口与第二汇集入口相连接，汇集出口与排出泵系统入口相连接。

为了添加干粉和液体，进一步地，包括用于添加干粉的干粉添加系统和用于添加液体的液体添加系统，汇集管包括第三汇集入口和第四汇集入口，干粉添加系统出口与第三汇集入口相连接，液体添加系统出口与第四汇集入口相连接。

为了更容易使支撑剂、干粉添加剂及液体添加剂流入和混合，实现无积砂，砂比控制反应快。进一步地，汇集管包括收缩段、喉道、扩散段，喉道位于收缩段和扩散段之间，收缩段沿流体流动方向孔径由大变小；扩散段沿流体流动方向孔径由小变大，第二汇集入口和第三汇集入口及第四汇集入口设置在喉道位置。

为了更进一步提高混合均匀，进一步地，静态混合器包括筒体，在筒体的内壁上安装有弯曲板。

为了更进一步提高混合均匀，进一步地，弯曲板为螺旋片，螺旋片的延伸方向与流体流动方向一致。

为了更进一步提高混合均匀，进一步地，螺旋片包括左旋片和右旋片，至少一段为左旋片和右旋片相互包裹布置在筒体上，或者至少一段为左旋片和右旋片前后单独布置在筒体上。

为了更进一步提高混合均匀，进一步地，螺旋片包括左旋片和右旋片，至少一段为左旋片和右旋片相互包裹布置在筒体上，至少另一段为左旋片和右旋片前后单独布置在筒体上。

为了进一步提高液面测量平稳和精确，进一步地，储存罐包括缓冲罐和排出罐，缓冲罐入口与吸入泵系统出口相连接，缓冲罐与排出罐之间连接有联通管，在排出罐上安装有液位传感器，第一汇集入口分别与缓冲罐及排出罐相连接。

为了使液面测量更加平稳和精确，进一步地，在第一汇集入口与缓冲罐相连接的管路中设置有开关阀门。

为了更有利于混合液的混合均匀，进一步地，包括用于添加液体的液体添加系统，排出泵系统包括排出泵和排出管汇，排出泵安装在排出管汇中，在排出管汇中设置有液体添加入口，液体添加入口位于排出泵下游，液体添加系统的出口与液体添加入口相连通。

进一步地，输料系统包括输料斗，输料斗与第二汇集入口相连接；排出泵系统包括排出泵和排出管汇，在排出管汇中设置有排出流量计，排出泵安装在排出管汇中；排出流量计位于排出泵下游；吸入泵系统包括吸入泵和吸入管汇，吸入泵安装在吸入管汇中，在吸入管汇上安装有吸入流量计，吸入流量计位于吸入泵的下游；液体添加系统包括液添管路和液添泵，液添泵安装在液添管路中，液添管路与第四汇集入口相连接；干粉添加系统包括干添料斗，干添料斗与第三汇集入口相连接。

另外，本发明还提供了一种混砂车，包括底盘和上述的静态混合系统，静态混合系统安装在底盘上。

本发明提供的一种静态混合系统和混砂车，采用输料系统、排出泵系统、吸入泵系统、储存罐、汇集管、静态混合器相互连接关系，解决了现有混合罐体积较大，混合不均匀，砂比控制反应慢，测量精度低等问题。本发明混合均匀、砂比控制反应快，施工完毕无积砂，测量精度高。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明静态混合系统结构示意图；

图2为图1的储存罐示意图；

图3为图2的汇集管示意图；

图4为图1的静态混合示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

下面结合图1至图4，对本发明的优选实施例作进一步详细说明。

如图1所示，本发明优选第一实施例的静态混合系统，包括输料系统1、排出泵系统10、吸入泵系统8、储存罐3、汇集管17、静态混合器11。储存罐3用于缓冲吸入泵系统8输送来的流体，提高储存罐3内流体液压测量精度和稳定性。汇集管17是用于将输料系统1和储存罐3内的物料进行汇集和进行初混合。静态混合器11是一种依靠流体流动自动混合的装置，不需要搅拌。

汇集管17包括第一汇集入口21、22和第二汇集入口29及汇集出口，输料系统1包括输料斗14，输料斗14与第二汇集入口29相连接；输料系统1是用于输送物料的装置，在混砂车中，输料系统1为输送支撑剂(石英砂)的系统，可以采用螺旋轴输送，也可以采用皮带输送等方式。

吸入泵系统8包括吸入泵和吸入管汇7，吸入泵安装在吸入管汇7中。吸入泵系统8是用于吸入流体至储存罐3的装置，在混砂车中，吸入泵系统8是用于吸入基液的装置。吸入泵系统8出口与储存罐3入口相连接，储存罐3出口与第一汇集入口21、22相连接。

排出泵系统10包括排出泵和排出管汇，排出泵安装在排出管汇中，汇集出口与排出泵系统10入口相连接。排出泵系统10是用于将混合均匀的流体排出。在混砂车中，排出泵系统10将混合均匀的流体输送至压裂车中。

为了检测排出泵系统10排出流量，在排出管汇中设置有排出流量计9；排出流量计9位于排出泵下游。为了检测吸入泵系统8吸入流量，在吸入管汇7上安装有吸入流量计6，吸入流量计6位于吸入泵的下游。

为了在混合中增加干粉添加剂和液体添加剂，本发明的静态混合系统还包括液体添加系统5和干粉添加系统12，液体添加系统5包括液添管路4和液添泵，液添泵安装在液添管路4中，干粉添加系统12包括干添料斗13，汇集管17包括第三汇集入口28和第四汇集入口27，液添管路4与第四汇集入口27相连接；干添料斗13与第三汇集入口28相连接。

为了更容易使支撑剂、干粉添加剂及液体添加剂流入和混合，实现无积砂，砂比控制反应快。汇集管17包括收缩段23、喉道24、扩散段25，喉道24位于收缩段23和扩散段25之间，收缩段23沿流体流动方向孔径由大变小；扩散段25沿流体流动方向孔径由小变大，喉道24为直管结构，孔径不发生变化。第二汇集入口29和第三汇集入口28及第四汇集入口27设置在喉道24位置。第二汇集入口29和第三汇集入口28位于喉道24上方，输料斗14倾斜布置在喉道24上方，干添料斗13垂直布置在喉道24上方，干添料斗13和输料斗14可以在重力的作用下流入汇集管17中，输料斗14倾斜布置在喉道24上方有利于支撑剂控制。汇集管17为文丘里管结构，第二汇集入口29和第三汇集入口28及第四汇集入口27处压力低于第一汇集入口21、22和汇集出口压力，更容易使支撑剂、干粉添加剂及液体添加剂流入，实现无积砂，砂比控制反应快。

为了方便汇集管17与静态混合器11连接，在扩散段25下游还设置一段直管26。为了方便静态混合器11维护和更换，静态混合器11与汇集管17及排出管汇通过管夹34、32连接。

为了进一步提高液面测量平稳和精确，储存罐3包括缓冲罐18和排出罐15，缓冲罐18入口与吸入泵系统8出口相连接，缓冲罐18与排出罐15之间连接有联通管19，联通管19水平布置，联通管19水平布置可以使缓冲罐18与排出罐15液面高度一致，在排出罐15上安装有液位传感器16，液位传感器16安装在排出罐15顶部。两个第一汇集入口21、22水平布置，第一汇集入口21、22分别与缓冲罐18及排出罐15相连接。为了清洗储存罐3和施工完毕后排空储存罐3液体，在排出罐15底部设置有排空阀20，可通过排空阀20放空缓冲罐18和排出罐15内液体。

吸入泵系统8将基液通过吸入流量计6注入到缓冲罐18；缓冲罐18与排出罐15间通过联通管19及汇集管17连接；液位传感器16安装于排出罐15之上，测量排出罐15内液位高度，通过对比实际液位值与设定值之间的差值调节吸入泵系统8的排量，以达到液位平稳的要求。

为了使液面测量更加平稳和精确，在第一汇集入口21与缓冲罐18相连接的管路中设置有开关阀门(图中未示出)。开关阀门可以为球阀，也可以采用其它阀门。汇集管17与缓冲罐18之间可以增加球阀，在排出流量较小时，关闭球阀，基液直接从排出罐15排出，可以使排出罐15内液面测量更加平稳和精确。

为了更进一步提高混合均匀，静态混合器11包括筒体30，在筒体30的内壁上安装有弯曲板。流体在流动过程中与弯曲板碰撞，使流体流动方向改变，从而达到混合的目的。

为了更进一步提高混合均匀，弯曲板为螺旋片，螺旋片的延伸方向与流体移动方向一致。螺旋片可以减少流体流动阻力，减少压力损失，可以使混合更均匀。

为了更进一步提高混合均匀，第一种方案：螺旋片包括左旋片31和右旋片33，筒体30全程由左旋片31和右旋片33相互包裹布置在筒体30上(如图4所示)，也称左旋片31与右旋片33并联。第二种方案，左旋片31和右旋片33前后单独布置在筒体30上，左旋片31和右旋片33相互错差分段布置。第三种方案：至少一段为左旋片31和右旋片33相互包裹布置在筒体30上，至少另一段为左旋片31和右旋片33前后单独布置在筒体30上。在上述三种方案中，以第一种方案和第三种方案为最优方案。上述第二种方案和第三中方案图中未示出。

在液体添加剂为胶联剂或增稠剂时，为了有利于混合和排出，本发明还提供了另一种静态混合系统，该方案与上述的静态混合系统不同在于：在排出管汇中设置有液体添加入口，液体添加入口位于排出泵下游，液体添加系统5的出口与液体添加入口相连通。液体添加剂在排出管汇中与混合流体混合，这样可以更有利于混合液的混合及排出。上述方案图中未示出。

本发明还提供了一种混砂车，将上述的静态混合系统应用于混砂车上，静态混合系统安装在底盘2上。

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，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种静态混合系统，其特征在于，包括输料系统(1)、排出泵系统(10)、吸入泵系统(8)、储存罐(3)、汇集管(17)、静态混合器(11)，汇集管(17)包括第一汇集入口(21、22)和第二汇集入口(29)及汇集出口，吸入泵系统(8)出口与储存罐(3)入口相连接，储存罐(3)出口与第一汇集入口(21、22)相连接，输料系统(1)出口与第二汇集入口(29)相连接，汇集出口与排出泵系统(10)入口相连接。

2.根据权利要求1所述的静态混合系统，其特征在于，包括用于添加干粉的干粉添加系统(12)和用于添加液体的液体添加系统(5)，汇集管(17)包括第三汇集入口(28)和第四汇集入口(27)，干粉添加系统(12)出口与第三汇集入口(28)相连接，液体添加系统(5)出口与第四汇集入口(27)相连接。

3.根据权利要求2所述的静态混合系统，其特征在于，汇集管(17)包括收缩段(23)、喉道(24)、扩散段(25)，喉道(24)位于收缩段(23)和扩散段(25)之间，收缩段(23)沿流体流动方向孔径由大变小；扩散段(25)沿流体流动方向孔径由小变大，第二汇集入口(29)和第三汇集入口(28)及第四汇集入口(27)设置在喉道(24)位置。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的静态混合系统，其特征在于，静态混合器(11)包括筒体(30)，在筒体(30)的内壁上安装有弯曲板。

5.根据权利要求4所述的静态混合系统，其特征在于，弯曲板为螺旋片，螺旋片的延伸方向与流体流动方向一致。

6.根据权利要求5所述的静态混合系统，其特征在于，螺旋片包括左旋片(31)和右旋片(33)，至少一段为左旋片(31)和右旋片(33)相互包裹布置在筒体(30)上，或者至少一段为左旋片(31)和右旋片(33)前后单独布置在筒体(30)上。

7.根据权利要求5所述的静态混合系统，其特征在于，螺旋片包括左旋片(31)和右旋片(33)，至少一段为左旋片(31)和右旋片(33)相互包裹布置在筒体(30)上，至少另一段为左旋片(31)和右旋片(33)前后单独布置在筒体(30)上。

8.根据权利要求1至3任意一项所述的静态混合系统，其特征在于，储存罐(3)包括缓冲罐(18)和排出罐(15)，缓冲罐(18)入口与吸入泵系统(8)出口相连接，缓冲罐(18)与排出罐(15)之间连接有联通管(19)，在排出罐(15)上安装有液位传感器(16)，第一汇集入口(21、22)分别与缓冲罐(18)及排出罐(15)相连接。

9.根据权利要求8所述的静态混合系统，其特征在于，在第一汇集入口(21、22)与缓冲罐(18)相连接的管路中设置有开关阀门。

10.根据权利要求1所述的静态混合系统，其特征在于，包括用于添加液体的液体添加系统(5)，排出泵系统(10)包括排出泵和排出管汇，排出泵安装在排出管汇中，在排出管汇中设置有液体添加入口，液体添加入口位于排出泵下游，液体添加系统(5)的出口与液体添加入口相连通。

11.根据权利要求2所述的静态混合系统，其特征在于，输料系统(1)包括输料斗(14)，输料斗(14)与第二汇集入口(29)相连接；排出泵系统(10)包括排出泵和排出管汇，在排出管汇中设置有排出流量计(9)，排出泵安装在排出管汇中；排出流量计(9)位于排出泵下游；吸入泵系统(8)包括吸入泵和吸入管汇(7)，吸入泵安装在吸入管汇(7)中，在吸入管汇(7)上安装有吸入流量计(6)，吸入流量计(6)位于吸入泵的下游；液体添加系统(5)包括液添管路(4)和液添泵，液添泵安装在液添管路(4)中，液添管路(4)与第四汇集入口(27)相连接；干粉添加系统(12)包括干添料斗(13)，干添料斗(13)与第三汇集入口(28)相连接。

12.一种混砂车，其特征在于，包括底盘(2)和如权利要求1至11任意一项所述的静态混合系统，静态混合系统安装在底盘(2)上。