CN111617666B - 抗磨钻井液润滑剂的制备设备 - Google Patents

抗磨钻井液润滑剂的制备设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗磨钻井液润滑剂的制备设备，包括搅拌容器，所述搅拌容器内设置有搅拌机构和加热机构，所述搅拌机构包括中心轴以及设置于中心轴上的多个搅拌组件，所述搅拌组件包括连接于所述中心轴上的支撑片、连接于所述支撑片上的叶片、以及连接所述支撑片和叶片的弹性件；所述叶片的一侧转动连接于所述支撑片上的一侧，所述支撑片沿着所述中心轴的径向面布置，所述叶片受到周向液流挤压时具有贴合向所述支撑片的运动趋势。本发明提供的抗磨钻井液润滑剂的制备设备，做到对液流压力的被动自适应，对抗磨钻井液润滑剂制备过程中的粘稠度逐渐变化做到很好的被动适应，从而延长整个驱动系统的使用寿命。

Description

抗磨钻井液润滑剂的制备设备
技术领域
本发明涉及机械制造技术，具体涉及一种抗磨钻井液润滑剂的制备设备。
背景技术
钻井液润滑剂(Lubricant for drilling fluid)主要用来降低钻井液的流动阻力和滤饼摩阻系数。为了提升抗磨性能，现有技术常在钻井液润滑剂中加入相应的抗磨剂成分。
公知的，抗磨钻井液润滑剂制备时的主要工序为加热搅拌，在加热机构控制温度的情况下依次加入各类组分进行搅拌即可得到相应的成品，如申请公布号为CN108949123A，名称为《钻井液润滑剂及其制备方法和应用》，其提供的钻井液润滑剂，包括：菜籽油、聚醚、酯类基础油、Span-80山梨糖醇酐油酸酯、EL-40聚氧乙烯蓖麻油、硫代磷酸咪唑盐极压抗磨剂和消泡剂。制备时，在可以加热、搅拌的反应釜中，首先加入菜籽油25.0千克，聚醚25.0千克和酯类基础油(三羟甲基丙烷油酸酯)25.0千克，搅拌加热至55℃，加入Span-80山梨糖醇酐油酸酯10.0千克、EL-40聚氧乙烯蓖麻油12.0千克、硫代磷酸咪唑盐极压抗磨剂2.5千克，搅拌1小时，最后加入甲基硅油0.5千克，继续搅拌1小时，得浅黄色粘稠状液体，即为钻井液润滑剂。又如申请公布号为CN105567177A以及CN104419387A的发明专利，提供的均是类似的抗磨钻井液润滑剂。
现有技术中，润滑剂基本在可以加热、搅拌的反应釜中一次性制备完成，在其制备过程中，具有多次的加热搅拌过程，而且，每次搅拌的液体的粘稠度不同，这带来了一个技术问题，不同粘稠度的液体对搅拌叶的阻力不同，因此高粘稠度的液体对搅拌叶的阻力较大，给驱动电机以及传动机构带来损伤。为解决该问题，现有技术中设计有多档转速以及专门针对高粘稠度的搅拌设备，如授权公告号为CN206701135U的实用新型专利，其就提供了一种针对高粘稠度胶水的搅拌桶，又如授权公告号为CN207769700U的实用新型专利，其提供了用于低粘稠度溶液的磁力搅拌装置，再如授权公告号为CN207970855U的实用新型专利，其提供了一种可根据物料粘稠度改变搅拌频率的酚醛树脂胶粘剂反应釜。现有技术通过种种不同的方式来应对这种粘稠度的变化。
现有技术的不足之处，钻井液润滑剂的粘稠度是实时变化的，其一道反应工序在一个小时左右，在这个时间段，液体的粘稠度逐渐变化，因此无论是上述哪一种解决方案，比如两级或者多级搅拌速度的搅拌釜，也无法完全适应这种粘稠度逐渐变化的情况。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗磨钻井液润滑剂的制备设备，以解决现有技术中的上述不足之处。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种抗磨钻井液润滑剂的制备设备，包括搅拌容器，所述搅拌容器内设置有搅拌机构和加热机构，所述搅拌机构包括中心轴以及设置于中心轴上的多个搅拌组件，
所述搅拌组件包括连接于所述中心轴上的支撑片、连接于所述支撑片上的叶片、以及连接所述支撑片和叶片的弹性件；
所述叶片的一侧转动连接于所述支撑片上的一侧，所述支撑片沿着所述中心轴的径向面布置，所述叶片受到周向液流挤压时具有贴合向所述支撑片的运动趋势。
上述的制备设备，所述弹性件为扭簧，所述叶片通过转轴转动连接于所述支撑片上，所述扭簧套接在所述转轴上，所述扭簧的两个末端分别抵接所述叶片和所述支撑片。
上述的制备设备，所述弹性件为弹性弧形伸缩件，所述弹性弧形伸缩件的一端固接于所述支撑片上，另一端抵接所述叶片。
上述的制备设备，所述支撑片上设置有支撑柱，所述支撑柱用于定义所述叶片的极限运动位置处，在所述极限运动位置，所述叶片抵接于所述支撑柱上。
上述的制备设备，所述支撑柱的顶部设置有扩展部，在所述极限运动位置，所述叶片抵接于所述扩展部上。
上述的制备设备，所述扩展部为与所述叶片面积相同的片材。
上述的制备设备，所述中心轴的底端设置有垂直输送叶片，所述加热机构包括环状布置的加热部，所述加热部位于所述垂直输送叶片的下方，所述垂直输送叶片用于将液流定向的输送向所述加热部。
上述的制备设备，所述垂直输送叶片的末端为斜向下延伸的引流部，所述引流部的边缘设置有凸起状的遮挡部。
上述的制备设备，所述加热部为盘状的加热网。
上述的制备设备，还包括加强肋，所述加强肋的两端分别连接所述中心轴和所述支撑片。
在上述技术方案中，本发明提供的抗磨钻井液润滑剂的制备设备，搅拌组件为活动结构，且在不同的液流压力下驱动面积不同，如此做到对液流压力的被动自适应，对抗磨钻井液润滑剂制备过程中的粘稠度逐渐变化做到很好的被动适应，从而延长整个驱动系统的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种实施例提供的抗磨钻井液润滑剂的制备设备的第一状态下的结构示意图；
图2为本发明一种实施例提供的抗磨钻井液润滑剂的制备设备的第二状态下的结构示意图；
图3为本发明一种实施例提供的搅拌组件的第一状态下的结构示意图；
图4为本发明一种实施例提供的搅拌组件的第二状态下的结构示意图；
图5为本发明一种实施例提供的搅拌组件的第三状态下的结构示意图；
图6为本发明另一种实施例提供的搅拌组件的结构示意图；
图7为本发明另一种实施例提供的抗磨钻井液润滑剂的制备设备的结构示意图；
图8为本发明再一种实施例提供的抗磨钻井液润滑剂的制备设备的结构示意图；
图9为本发明再一种实施例提供的抗磨钻井液润滑剂的制备设备的结构示意图；
图10为本发明实施例提供的垂直输送叶片的结构示意图。
附图标记说明：
1、搅拌容器；2、加热机构；3、中心轴；4、搅拌组件；4.1、支撑片；4.2、叶片；4.21、轴向间隙；4.3、弹性件；4.4、支撑柱；4.41、扩展部；4.5、加强肋；4.6、转轴；5、垂直输送叶片；5.1、引流部；5.2、遮挡部；6、导向筒。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
本发明各实施例中，轴向、径向、周向、上、下等等方位词均以制备设备的中心轴3为基准，如轴向指的是中心轴3的中心轴线方向，径向指的是中心轴3的直径方向，也即与中心轴线相垂直的方向，而周向则是环绕中心轴线的环绕方向，其它的依次类推，不再赘述。
如图1-9所示，本发明实施例提供的一种抗磨钻井液润滑剂的制备设备，包括搅拌容器1，所述搅拌容器1内设置有搅拌机构和加热机构2，所述搅拌机构包括中心轴3以及设置于中心轴3上的多个搅拌组件4，所述搅拌组件4包括连接于所述中心轴3上的支撑片4.1、连接于所述支撑片4.1上的叶片4.2、以及连接所述支撑片4.1和叶片4.2的弹性件4.3；所述叶片4.2的一侧转动连接于所述支撑片4.1上的一侧，所述支撑片4.1沿着所述中心轴3的径向面布置，所述叶片4.2受到周向液流挤压时具有贴合向所述支撑片4.1的运动趋势。
具体的，本实施例提供了一种搅拌设备，如搅拌釜，公知的，搅拌设备通过驱动单元驱动传动装置并最终带动中心轴3转动，如电机通过减速器驱动中心轴3转动，中心轴3上的搅拌件在搅拌设备内旋转实现对液体的搅拌，现有技术中的搅拌件大多为单独的一个搅拌叶，本实施例的核心创新点之一在于被动自适应变化的搅拌组件4，搅拌组件4有多个，如三个、四个乃至更多，多个搅拌组件4在中心轴3上的轴向不同位置布置，各搅拌组件4均包括支撑片4.1、叶片4.2以及弹性件4.3，其中支撑片4.1为固定结构，其一端固接如插接、螺接、或者焊接于中心轴3上，支撑片4.1沿着所述中心轴3的径向面布置，也即支撑片4.1的这个板材在转动时其面积极小的侧面(厚度侧面)切割而不是搅拌待搅拌液体，如此支撑片4.1基本没有搅拌作用。支撑片4.1主要用于支撑，而叶片4.2用于搅拌，其以长边所在的一侧转动连接于支撑片4.1上的长边上，也即叶片4.2可以相对支撑片4.1发生转动，弹性件4.3连接叶片4.2和支撑片4.1，所述支撑片4.1沿着所述中心轴3的径向面布置，所述叶片4.2受到周向液流挤压时具有贴合向所述支撑片4.1的运动趋势，搅拌时，叶片4.2搅拌液体使得其受到周向液流的挤压，此时，在该压力下其转动以贴合向支撑片4.1，如此叶片4.2在中心轴线面上的投影发生变化，如图1-5所示，叶片4.2的搅拌作用基本是取决于其在中心轴线面上的投影面积，在图1和3的状态下，叶片4.2的宽度方向基本沿着中心轴线布置，此时叶片4.2在中心轴线面上的投影面积最大，其搅拌作用最大，受到的压力也越大，而在图2和图5中，叶片4.2的宽度方向与中心轴线倾斜布置，此时叶片4.2在中心轴线面上的投影面积最小，其搅拌作用最小，受到的压力也越小。
本实施例提供的抗磨钻井液润滑剂的制备设备，在搅拌过程中，由于粘稠度发生变化，在相同的转速下，粘稠度越大，液流给叶片4.2带来的阻力越大，在本实施例中，由于叶片4.2自身可活动，且活动过程中其在受到的压力发生变化，如此在粘稠度发生变化的过程中，叶片4.2通过活动自动调节受到的压力，如粘稠度变大叶片4.2受到压力变大时，其转动以减小在中心轴线面上的投影面积，从而减小受到的压力，反之亦然，如此在粘稠度实时变化的过程中，搅拌组件4受到的阻力没有发生大的变化，从而减小对驱动系统的磨损，延长驱动系统的使用寿命。
本发明实施例提供的抗磨钻井液润滑剂的制备设备，搅拌组件4为活动结构，且在不同的液流压力下驱动面积不同，如此做到对液流压力的被动自适应，对抗磨钻井液润滑剂制备过程中的粘稠度逐渐变化做到很好的被动适应，从而延长整个驱动系统的使用寿命。
本发明提供的各实施例中，叶片4.2可以与支撑片4.1直接接触，如叶片4.2的一侧通过转轴4.6转动连接于支撑片4.1上，叶片4.2也可以不与支撑片4.1直接接触，叶片4.2悬空的布置于支撑片4.1上方，在其宽度方向的两侧各通过一个弹性件4.3如弹簧连接支撑片4.1，两个弹簧的变形幅度的不同使得叶片4.2相对支撑片4.1发生运动，也即贴合向或者远离支撑片4.1。
在一个较为优选的实施例中，如图6所示，所述弹性件4.3为扭簧，所述叶片4.2通过转轴4.6转动连接于所述支撑片4.1上，所述扭簧套接在所述转轴4.6上，所述扭簧的两个末端分别抵接所述叶片4.2和所述支撑片4.1，显然的，叶片4.2的转动带动转轴4.6转动，转轴4.6转动压缩或伸展扭簧，通过扭簧实现叶片4.2转动的驱动。
在另一个实施例中，如图3-5所示，所述弹性件4.3为弹性弧形伸缩件，多个弧形空心段依次套接，弧形空心段内部设置有弹性结构，如弹性压缩橡胶，所述弹性弧形伸缩件的一端固接于所述支撑片4.1上，另一端抵接所述叶片4.2，如此弹性弧形伸缩件的伸缩实现叶片4.2转动的调节。
本发明提供的再一个实施例中，进一步的，所述支撑片4.1上设置有支撑柱4.4，所述支撑柱4.4用于定义所述叶片4.2的极限运动位置处，在所述极限运动位置，所述叶片4.2抵接于所述支撑柱4.4上，也即叶片4.2的转动极限位置不是贴合支撑片4.1，而是抵接到支撑柱4.4上，如支撑柱4.4的顶面的倾斜度为15度(高度另计)，那叶片4.2极限转动的角度即为15度，叶片4.2过渡转动如完全贴合到支撑片4.1会使得其失去搅拌效果，通过支撑柱4.4限定极限运动位置从而控制最小的搅拌效果，防止叶片4.2过度转动。
更进一步的，如图6所示，所述支撑柱4.4的顶部设置有扩展部4.41，如一个板材，在所述极限运动位置，所述叶片4.2抵接于所述扩展部4.41上，由于粘稠的液流对叶片4.2的冲击力较大，长期使用后容易发生变形，尤其是在极限运动位置可能遭受异常压力的情况下，通过扩展部4.41支撑叶片4.2，防止叶片4.2在长期运行过程中发生变形。优选的，所述扩展部4.41为与所述叶片4.2面积相同的片材，如此扩展部4.41实现对叶片4.2的完全支撑。
本发明各实施例中，当抗磨钻井液润滑剂的粘稠度过大时，可能发生搅拌仅停留在搅拌组件4所在的位置，其它部分几乎没有运动的情况，此时带来两个问题，其一，搅拌不充分使得搅拌时间过长，其二，加热机构2局部加热过度导致反应失效，为解决这些问题，本发明提供的再一个实施例中，进一步的，所述中心轴3的底端设置有垂直输送叶片54.2，垂直输送叶片54.2用于垂直向下的输送液流，而所述加热机构2包括环状布置的加热部，所述加热部位于所述垂直输送叶片54.2的下方，所述垂直输送叶片54.2用于将液流定向的输送向所述加热部，优选的，加热部为盘状的加热网，如此增加加热部区域的液流运动速度，防止出现局部过热导致制备失败。本实施例中，一般而言，类似于风扇外形的叶片4.2都具有垂直输送的效果，但优选的，如图10所示，所述垂直输送叶片54.2的末端为斜向下延伸的引流部5.1，通过斜向下延伸的引流部5.1将液流斜向下引流，所述引流部5.1的边缘设置有凸起状的遮挡部5.2，如周向延伸或者垂直于引流部5.1的遮挡部5.2，如此防止液流径向外流而是轴向向下，从而最大概率的将液流引向下方，定向的输送给加热网。
此时，更进一步的，可以在引流部5.1的末端直接设置垂直向下的导流结构，如并列设置的多个垂直向下的凹槽，如此通过这些凹槽直接将液流垂直的导向下方。
在另一个解决方案中，如图8所示，在搅拌容器1内设置一个圆筒状的导向筒6，其上下开口，搅拌组件4位于导向筒6中，而且导向筒6的材质为导热金属，如铝合金，加热机构2用于加热导向筒6，如加热机构2包括多个加热电阻丝，其均匀的布置于导向筒6的内侧或者外侧，如此设置同时实现了多个技术效果的和谐统一：其一，导热的导向筒6面积极大，可以有效的避免出现局部加热过度的效果，其二，导向筒6形成了导向作用，使得搅拌组件4搅拌的液流在导向筒6内必须由上到下或者由下到上的运动，强迫液流在导向筒6的内外循环，极大的降低了大粘稠度时仅局部搅拌的现象，其三，由于液流在导向筒6的内外循环，其提升了导向筒6的散热效果，两者实现了有效的结合。
在再一个解决方案中，如图7所示，叶片4.2包括多段，相邻两段之间设置有轴向间隙4.21，每一段通过单独的弹性件4.3连接于支撑片4.1上，如此设置有多个好处，由于设置有轴向间隙4.21，在相同搅拌面积的前提下，叶片4.2可以设置的更宽，从而搅拌更大面积的液流，在粘稠度较大时降低局部循环的概率，同时，由于每个叶片4.2单独布置弹性件4.3，单个弹性件4.3失效并不影响叶片4.2整体的搅拌效果。
本发明提供的另一个实施例中，还包括加强肋4.5，所述加强肋4.5的两端分别连接所述中心轴3和所述支撑片4.1，加强肋4.5用于加强支撑片4.1，一方面定位支撑片4.1防止其发生搅拌效果，另一方面提升其强度，防止长期使用后发生变形。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (5)

1.一种抗磨钻井液润滑剂的制备设备，包括搅拌容器，所述搅拌容器内设置有搅拌机构和加热机构，所述搅拌机构包括中心轴以及设置于中心轴上的多个搅拌组件，其特征在于，
所述搅拌组件包括连接于所述中心轴上的支撑片、连接于所述支撑片上的叶片、以及连接所述支撑片和叶片的弹性件；所述弹性件为扭簧，所述叶片通过转轴转动连接于所述支撑片上，所述扭簧套接在所述转轴上，所述扭簧的两个末端分别抵接所述叶片和所述支撑片；
所述叶片的一侧转动连接于所述支撑片上的一侧，所述支撑片沿着所述中心轴的径向面布置，所述叶片受到周向液流挤压时具有贴合向所述支撑片的运动趋势；
搅拌容器内设置一个圆筒状的导向筒，所述导向筒上下开口，搅拌组件位于导向筒中，导向筒的材质为导热金属，多个加热电阻丝用于加热导向筒；
所述中心轴的底端设置有垂直输送叶片，所述加热机构包括环状布置的加热部，所述加热部位于所述垂直输送叶片的下方，所述垂直输送叶片用于将液流定向的输送向所述加热部；所述垂直输送叶片的末端为斜向下延伸的引流部，所述引流部的边缘设置有凸起状的遮挡部；所述加热部为盘状的加热网。
2.根据权利要求1所述的制备设备，其特征在于，所述支撑片上设置有支撑柱，所述支撑柱用于定义所述叶片的极限运动位置处，在所述极限运动位置，所述叶片抵接于所述支撑柱上。
3.根据权利要求2所述的制备设备，其特征在于，所述支撑柱的顶部设置有扩展部，在所述极限运动位置，所述叶片抵接于所述扩展部上。
4.根据权利要求3所述的制备设备，其特征在于，所述扩展部为与所述叶片面积相同的片材。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备设备，其特征在于，还包括加强肋，所述加强肋的两端分别连接所述中心轴和所述支撑片。
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