CN111205849A - 一种用于油井压裂的环保黏土稳定剂及制备装置及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于油井压裂的环保型黏土稳定剂及其制备方法及专用的制备设备，该黏土稳定剂按照重量份数计包含如下组分：二水氯化钙15‑25份，脂肪醇4‑12份，烷基聚氧乙烯醚2‑10份，十二烷基苯磺酸钠4‑12份，甲醇10‑30份；制备方法是基于制备设备实现，主要是使得反应釜内的下部料液和上部料液的混合交替混合，且搅拌机构偏心转动，以使搅拌范围大幅提升，本发明具有安全环保，其制备装置能够节约混合时长，并混合充分的特点。本发明适用于黏土稳定剂的制备技术领域。

Description

一种用于油井压裂的环保黏土稳定剂及制备装置及制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于油井压裂的环保黏土稳定剂及制备装置及制备方法。

背景技术

黏土稳定剂为能够抑制地层黏土膨胀和黏土微粒运移的化学剂。主要包括阳离子水溶性聚合物，例如阳离子聚丙烯酰胺、聚季铵盐类。使用黏土稳定剂，有利于油井的产油量。在制备过程中，料液的混合大都采用反应釜通过搅拌机构搅拌而制成，目前的搅拌机构为电机驱动搅拌轴，使搅拌轴上的搅拌叶对反应釜内的混合液进行混合。然而，搅拌叶的搅拌一般是扰动周边的料液相互混合，而充分混合不仅需要周边料液的混合，还需要上下料液之间的混合，现有的混合方式使得搅拌时间较长，且混合的不充分。

发明内容

本发明提供一种环保的黏土稳定剂，且其制备装置能够节约混合时长，并混合充分的用于油井压裂的环保黏土稳定剂及制备装置及制备方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种用于油井压裂的环保型黏土稳定剂，该黏土稳定剂按照重量份数计包含如下组分：二水氯化钙15-25份，脂肪醇4-12份，烷基聚氧乙烯醚2-10份，十二烷基苯磺酸钠4-12份，甲醇10-30份。

进一步的，所述黏土稳定剂的组分中还包含20-50重量份的水。

进一步的，该黏土稳定剂按照重量份数计包含如下组分：二水氯化钙18-23份，脂肪醇5-10份，烷基聚氧乙烯醚4-8份，十二烷基苯磺酸钠10-15份，甲醇15-25份。

进一步的，该黏土稳定剂按照重量份数计包含如下组分：二水氯化钙20份，脂肪醇8份，烷基聚氧乙烯醚6份，十二烷基苯磺酸钠12份，甲醇20份。

一种用于油井压裂的环保黏土稳定剂的制备方法，

S1、反应釜内加水，开启驱动电机对反应釜进行搅拌，再加入二水氯化钙；

S2、40min后，加入脂肪醇；

S3、40min后，加入烷基聚氧乙烯醚；

S4、提高驱动电机的转速，40min后加入十二烷基苯磺酸钠；

S5、40min后，加入甲醇；

S6、控制驱动电机变频转动，90min后，关闭驱动电机，静置60min，排料。

一种用于油井压裂的环保黏土稳定剂的制备装置，包括设有搅拌机构的反应釜，所述搅拌机构包括安装于反应釜顶部的驱动电机，所述驱动电机的输出轴竖直伸入反应釜并经连接件连接有搅拌轴，所述搅拌轴的轴线倾斜于反应釜的中心线，且搅拌轴的下端转动连接于反应釜的底壁上，于搅拌轴上构造有与其轴线重合的搅拌筒，所述搅拌筒的下端封闭、上端开口，搅拌筒的侧壁由若干旋向相同的搅拌叶片围构而成，且相邻的搅拌叶片之间形成有供反应釜内料液随搅拌筒的旋转而进入搅拌筒的通道。

进一步的，于所述搅拌筒内构造有小径端朝上且轴线与搅拌轴重合的圆台状的导流壳，所述导流壳的大径端与搅拌筒的底端一体成型，导流壳的小径端延伸至搅拌筒的顶端，且导流壳的侧面为向内凹陷的曲面。

进一步的，所述连接件包括分别固连于输出轴和搅拌轴上的第一固定套和第二固定套，于第一固定套和第二固定套之间构造有连接部。

进一步的，所述连接部为沿所述搅拌轴的径向可伸缩的结构，连接部包括分别构造于所述第一固定套和第二固定套上的导套和滑杆，所述滑杆伸入所述导套内，于导套内固设有拉伸弹簧，滑杆伸入导套的一端与拉伸弹簧的端部固连，所述拉伸弹簧、导套及滑杆的中心线重合。

进一步的，所述搅拌筒包括底板和弹性固定环，所述若干搅拌叶片固设于所述底板和弹性固定环之间，且各搅拌叶片的顶端与弹性固定环固连，搅拌叶片的底端铰接于底板上，所述弹性固定环随搅拌轴的转速增大而渐扩，以构成所述搅拌筒的顶端口径逐渐增大。

进一步的，所述弹性固定环包括若干个分别与相对应的搅拌叶片顶端固连的第一固定块，所述若干第一固定块构成环形的下半环，于所述下半环的上端面上形成与其轴线重合的第一环形凹槽，于各所述第一固定块上可拆卸连接有第二固定块，若干个第二固定块构成环形的上半环，于所述上半环的下端面上形成与其轴线重合的第二环形凹槽，当所述上半环装配于下半环上时，第一环形凹槽和第二环形凹槽构成完整的环形装配腔，于所述环形装配腔内装配有环形弹簧。

本发明与现有技术相比，所取得的技术进步在于：本发明所述的黏土稳定剂能够有效地抑制地层黏土膨胀和黏土微粒运移，有利于油井的产油量；用于酸化压裂和注水工程的防膨，在配置压裂液时可以不用助排剂，降低成本的同时亦方便了压裂液的配制，压裂效果具有明显提升。

本发明的制备设备在驱动电机的驱动下，搅拌轴带动搅拌筒在反应釜内做圆锥运动，且由于搅拌筒的周向侧面是有多个旋向相同的搅拌叶片围构而成，在搅拌筒旋转的过程中，反应釜内位于搅拌筒处的料液通过上述的通道进入搅拌筒内，这部分料液随着搅拌筒转动而在搅拌筒内混合，混合后的料液从搅拌筒的上端开口处排出搅拌筒，这样实现了下部的料液混合的同时，下部料液和上部料液的混合，且搅拌筒的旋转过程中，对未被吸入搅拌筒内的料液也进行了搅拌，使得未进入搅拌筒内的料液漩涡状的旋转，料液的漩涡状形态，使得反应釜内的料液自下而上运动逐渐剧烈，下部的料液被搅拌筒通过其内部供至上部，搅拌筒外位于上部的料液向下运动，且旋转料液并向下运动的料液运动剧烈且多向，使得整个反应釜内的料液自上而下混合更加充分。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1为本发明实施例2的结构示意图；

图2为本发明实施例2的结构剖视图；

图3为本发明实施例2去除驱动电机的搅拌机构的结构示意图；

图4为本发明实施例2连接件的结构剖视图；

图5为本发明实施例2去除驱动电机的另一种搅拌机构的结构示意图；

图6为本发明实施例2上半环与环形弹簧的结构示意图；

图7为本发明实施例2弹性固定环的拆分后的结构示意图；

图8为本发明实施例2底板与搅拌叶片拆分后的结构示意图。

标注部件：1-釜体，2-上盖，3-下盖，4-驱动电机，5-输出轴，6-第一固定套，7-第二固定套，8-连接部，801-导套，802-滑杆，803-拉伸弹簧，9-搅拌轴，10-搅拌筒，1001-安装环，1002-搅拌叶片，1003-底板，1004-连接块，1005-销轴，1006-豁口，1007-铰接耳，1008-第二固定块，1009-第二环形凹槽，1010-环形弹簧，1011-第一固定块，1012-第一环形凹槽，11-导流壳，12-球状体，13-安装座，14-装配瓦，15-出料管，16-支架，17-侧盖。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1 一种用于油井压裂的环保黏土稳定剂

本实施例公开了一种用于油井压裂的环保型黏土稳定剂，按照重量份数计包含如下组分：二水氯化钙20份，脂肪醇8份，烷基聚氧乙烯醚6份，十二烷基苯磺酸钠12份，甲醇20份。

本实施例的黏土稳定剂能够有效地抑制地层黏土膨胀和黏土微粒运移，有利于油井的产油量；用于酸化压裂和注水工程的防膨，在配置压裂液时可以不用助排剂，降低成本的同时亦方便了压裂液的配制，压裂效果具有明显提升。

实施例2 一种用于油井压裂的环保黏土稳定剂的制备装置

本实施例公开了一种用于油井压裂的环保黏土稳定剂的制备装置，如图1、图2所示，包括反应釜和搅拌机构。其中，反应釜包括釜体1，釜体1的上下两端分别可拆卸连接有上盖2和下盖3，在釜体1上可拆卸连接有侧盖17，侧盖17用于釜体1内部的检修和定期保养时打开，在下盖3上连接有出料管15。搅拌机构包括驱动电机4、搅拌轴9及搅拌筒10，驱动电机4安装在上盖2上，该驱动电机4的输出轴5竖直伸入反应釜内，输出轴5伸入反应釜的一端固定连接有连接件，该连接件与搅拌轴9固定连接，且搅拌轴9的轴线倾斜于反应釜的中心线，搅拌轴9的下端转动连接于下盖3上，搅拌筒10构造在搅拌轴9上且与搅拌轴9的轴线重合，该搅拌筒10的下端封闭、上端开口，搅拌筒10的侧壁由多个旋向相同的搅拌叶片1002围构而成，且相邻的搅拌叶片1002之间形成有供反应釜内料液随搅拌筒10的旋转而进入搅拌筒10的通道。本实施例的工作原理为：在驱动电机4的驱动下，搅拌轴9带动搅拌筒10在反应釜内做圆锥运动，且由于搅拌筒10的周向侧面是有多个旋向相同的搅拌叶片1002围构而成，在搅拌筒10旋转的过程中，反应釜内位于搅拌筒10处的料液通过上述的通道进入搅拌筒10内，这部分料液随着搅拌筒10转动而在搅拌筒10内混合，混合后的料液从搅拌筒10的上端开口处排出搅拌筒10，这样实现了下部的料液混合的同时，下部料液和上部料液的混合，且搅拌筒10的旋转过程中，对未被吸入搅拌筒10内的料液也进行了搅拌，使得未进入搅拌筒10内的料液漩涡状的旋转，料液的漩涡状形态，使得反应釜内的料液自下而上运动逐渐剧烈，下部的料液被搅拌筒10通过其内部供至上部，搅拌筒10外位于上部的料液向下运动，且旋转料液并向下运动的料液运动剧烈且多向，使得整个反应釜内的料液自上而下混合更加充分。

作为本实施例搅拌轴9与下盖3具体的转动连接方式为，如图2所示，搅拌轴9的下端端部构造成球状体12，在反应釜的下盖3的上壁上安装有安装座13，该安装座13安装的位置位于或靠近下盖3的中心处，在安装座13上构造有装配瓦14，上述的球状体12装配在装配瓦14内，且球状体12可在装配瓦14内自由转动。其中，在安装座13与下盖3之间垫设有垫片，且安装座13通过多个螺栓紧固在下盖3上。

本实施例为了便于搅拌筒10内料液由搅拌筒10的顶端排出，在搅拌筒10内构造有小径端朝上且轴线与搅拌轴9重合的圆台状的导流壳11，该导流壳11的大径端与搅拌筒10的底端一体成型，导流壳11的小径端延伸至搅拌筒10的顶端，且导流壳11的侧面为向内凹陷的曲面。由于搅拌筒10的转动，使得位于搅拌筒10内的料液旋转，且导流壳11的存在，使得位于搅拌筒10下部的料液少于上部，即搅拌筒10下部的料液运动剧烈程度大于上部，随着搅拌筒10持续搅拌，通过上述通道进入搅拌筒10的料液逐渐增大，位于上部的料液被新进入的料液持续置换，运动剧烈程度小于下部的料液由搅拌筒10排出后，与搅拌筒10外的料液接触，这两部分料液转速存在速率差，这样两个不同速率的料液相互接触，其分子间发生的接触碰撞等运动剧烈，即混合充分性大大提高。

作为本实施例连接件具体的结构为，连接件包括第一固定套6、连接部8及第二固定套7，第一固定套6和第二固定套7分别与输出轴5和搅拌轴9固定连接，连接部8固定连接在第一固定套6和第二固定套7之间。其中，连接部8包括两种形式：其一，连接部8为如图2所示的长度固定的杆状结构，即通过该杆状结构连接的搅拌筒10在输出轴5的传动下旋转的锥度保持不变，这种形式的连接部8适应于粘稠度不变或变化范围较小的料液的混合；其二，连接部8为如图3、图4所示的可沿搅拌轴9的径向伸缩的杆状结构，此种形式的连接部8包括导套801、滑杆802及拉伸弹簧803，其中，导套801和滑杆802分别构造于第一固定套6和第二固定套7上，且滑杆802的一端伸入导套801内，拉伸弹簧803装配在导套801内，拉伸弹簧803的一端固定在导套801内，另一端与滑杆802的端部固定，拉伸弹簧803、导套801及滑杆802的中心线重合，采用这种形式的连接部8的搅拌机构的驱动电机4为变频电机，该变频电机的转速不同，搅拌筒10转动的离心力不同，进而为了平衡该离心力，长度可变化的连接部8通过拉伸弹簧803的拉伸长度的变化而变化，进而使搅拌筒10的旋转锥度发生变化，即当反应釜内的料液粘度增大时，变频电机的转速提高，搅拌筒10的锥度变大，搅拌范围更大且搅拌更加剧烈，有利于增大粘度的料液的充分混合。

作为本实施例搅拌筒10具体结构有两种形式。其一，搅拌筒10的搅拌叶片1002是固定的，即搅拌筒10的大小和开口的口径不变，如图3所示，搅拌叶片1002的上端焊接在安装环1001上，安装环1001构成搅拌筒10的上端开口，搅拌叶片1002的下端固定焊接在底板1003上，搅拌叶片1002通过与底板1003的固定围构成筒状结构，这种形式的搅拌筒10的混合吐纳料液的量不变（在驱动电机4的转速不变时）；其二，搅拌筒10的搅拌叶片1002是活动的，即搅拌筒10的大小和开口的口径是可变化的，如图5-8所示，搅拌筒10包括底板1003和弹性固定环，搅拌叶片1002设置在底板1003和弹性固定环之间，且各个搅拌叶片1002的顶端与弹性固定环固连，搅拌叶片1002的底端铰接在底板1003上，弹性固定环随搅拌轴9的转速增大而渐扩，实现搅拌筒10的顶端口径逐渐增大。其中，弹性固定环包括多个分别与相对应的搅拌叶片1002顶端固连的第一固定块1011，这些第一固定块1011构成环形的下半环，在下半环的上端面上形成与其轴线重合的第一环形凹槽1012；在各个第一固定块1011上可拆卸连接有第二固定块1008，这些第二固定块1008构成环形的上半环，在上半环的下端面上形成与其轴线重合的第二环形凹槽1009；当上半环通过螺栓装配在下半环上时，第一环形凹槽1012和第二环形凹槽1009构成完整的环形装配腔，在环形装配腔内装配有环形弹簧1010。搅拌叶片1002与底板1003具体的连接方式为，如图8所示，在底板1003的边沿处且与各搅拌叶片1002相对应的位置处分别开有沿其径向延伸的豁口1006，在底板1003的下端且位于各豁口1006的两侧分别焊接有两铰接耳1007，这两个铰接耳1007相对设置，在搅拌叶片1002的下端构造有连接块1004，该连接块1004经相对应的豁口1006伸至两相对的铰接耳1007之间，且连接块1004通过销轴1005与两铰接耳1007铰接。采用上述可变口径的搅拌筒10需配合的驱动电机4为变频电机，当增大变频电机的转速时，搅拌筒10所受的离心力增大，搅拌叶片1002的上端会逐渐向外张开，直至达到平衡，此时弹性固定环的半径增大，搅拌筒10呈圆台状结构，一方面增大了搅拌筒10对反应釜内的料液的搅拌范围和搅拌速率，另一方面提高了搅拌釜对料液的吐纳能力，使得反应釜内的料液上下循环增强，且对吸入搅拌筒10内的料液的混合更加充分。

本实施例反应釜通过支架16支撑，如图1所示，使得反应釜的下端具有一定空间，便于安装输送设备，将储料桶放置在输送设备上，储料桶到达反应釜下端的出料管15处时停止，进行排料，当装满后储料桶被输送走，新的储料桶继续进行装料。

实施例3 一种用于油井压裂的环保黏土稳定剂的制备方法

本实施例公开了一种用于油井压裂的环保黏土稳定剂的制备方法，其具体步骤如下：

S1、反应釜内加水，开启驱动电机对反应釜进行搅拌，再加入二水氯化钙；

S2、40min后，加入脂肪醇；

S3、40min后，加入烷基聚氧乙烯醚；

S4、提高驱动电机的转速，40min后加入十二烷基苯磺酸钠；

S5、40min后，加入甲醇；

S6、控制驱动电机变频转动，90min后，关闭驱动电机，静置60min，排料。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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，均应包含在本发明权利要求保护的范围之内。

Claims (11)

1.一种用于油井压裂的环保型黏土稳定剂，其特征在于：该黏土稳定剂按照重量份数计包含如下组分：二水氯化钙15-25份，脂肪醇4-12份，烷基聚氧乙烯醚2-10份，十二烷基苯磺酸钠4-12份，甲醇10-30份。

2.根据权利要求1所述的一种用于油井压裂的环保型黏土稳定剂，其特征在于：所述黏土稳定剂的组分中还包含20-50重量份的水。

3.根据权利要求1所述的一种用于油井压裂的环保型黏土稳定剂，其特征在于：该黏土稳定剂按照重量份数计包含如下组分：二水氯化钙18-23份，脂肪醇5-10份，烷基聚氧乙烯醚4-8份，十二烷基苯磺酸钠10-15份，甲醇15-25份。

4.根据权利要求1所述的一种用于油井压裂的环保型黏土稳定剂，其特征在于：该黏土稳定剂按照重量份数计包含如下组分：二水氯化钙20份，脂肪醇8份，烷基聚氧乙烯醚6份，十二烷基苯磺酸钠12份，甲醇20份。

5.一种权利要求1所述黏土稳定剂的制备方法，其特征在于：

S1、反应釜内加水，开启驱动电机对反应釜进行搅拌，再加入二水氯化钙；

S2、40min后，加入脂肪醇；

S3、40min后，加入烷基聚氧乙烯醚；

S4、提高驱动电机的转速，40min后加入十二烷基苯磺酸钠；

S5、40min后，加入甲醇；

S6、控制驱动电机变频转动，90min后，关闭驱动电机，静置60min，排料。

6.一种用于油井压裂的环保黏土稳定剂的制备装置，包括设有搅拌机构的反应釜，其特征在于：所述搅拌机构包括安装于反应釜顶部的驱动电机，所述驱动电机的输出轴竖直伸入反应釜并经连接件连接有搅拌轴，所述搅拌轴的轴线倾斜于反应釜的中心线，且搅拌轴的下端转动连接于反应釜的底壁上，于搅拌轴上构造有与其轴线重合的搅拌筒，所述搅拌筒的下端封闭、上端开口，搅拌筒的侧壁由若干旋向相同的搅拌叶片围构而成，且相邻的搅拌叶片之间形成有供反应釜内料液随搅拌筒的旋转而进入搅拌筒的通道。

7.根据权利要求4所述的一种用于油井压裂的环保黏土稳定剂的制备装置，其特征在于：于所述搅拌筒内构造有小径端朝上且轴线与搅拌轴重合的圆台状的导流壳，所述导流壳的大径端与搅拌筒的底端一体成型，导流壳的小径端延伸至搅拌筒的顶端，且导流壳的侧面为向内凹陷的曲面。

8.根据权利要求4所述的一种用于油井压裂的环保黏土稳定剂的制备装置，其特征在于：所述连接件包括分别固连于输出轴和搅拌轴上的第一固定套和第二固定套，于第一固定套和第二固定套之间构造有连接部。

9.根据权利要求6所述的一种用于油井压裂的环保黏土稳定剂的制备装置，其特征在于：所述连接部为沿所述搅拌轴的径向可伸缩的结构，连接部包括分别构造于所述第一固定套和第二固定套上的导套和滑杆，所述滑杆伸入所述导套内，于导套内固设有拉伸弹簧，滑杆伸入导套的一端与拉伸弹簧的端部固连，所述拉伸弹簧、导套及滑杆的中心线重合。

10.根据权利要求4所述的一种用于油井压裂的环保黏土稳定剂的制备装置，其特征在于：所述搅拌筒包括底板和弹性固定环，所述若干搅拌叶片固设于所述底板和弹性固定环之间，且各搅拌叶片的顶端与弹性固定环固连，搅拌叶片的底端铰接于底板上，所述弹性固定环随搅拌轴的转速增大而渐扩，以构成所述搅拌筒的顶端口径逐渐增大。

11.根据权利要求8所述的一种用于油井压裂的环保黏土稳定剂的制备装置，其特征在于：所述弹性固定环包括若干个分别与相对应的搅拌叶片顶端固连的第一固定块，所述若干第一固定块构成环形的下半环，于所述下半环的上端面上形成与其轴线重合的第一环形凹槽，于各所述第一固定块上可拆卸连接有第二固定块，若干个第二固定块构成环形的上半环，于所述上半环的下端面上形成与其轴线重合的第二环形凹槽，当所述上半环装配于下半环上时，第一环形凹槽和第二环形凹槽构成完整的环形装配腔，于所述环形装配腔内装配有环形弹簧。

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