CN111963129A - 一种压裂施工连续加砂装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压裂施工连续加砂装置，至少包括储砂罐、底座、加砂机构、配砂漏斗和电控系统，所述储砂罐设在底座上，所述的加砂机构设在储砂罐底部，所述的配砂漏斗设在储砂罐顶部，所述的配砂漏斗和加砂机构与电控系统电连接，所述的电控系统设在底座上；所述的储砂罐内外均设有砂位计，所述的砂位计与电控系统电连接。本发明通过立式大容量储砂机构（储砂罐）和加砂机构，实现压裂施工过程中连续不间断加砂。本发明采用机械化及自动化方式将人员从繁重的体力劳动之中解脱出来，减少井口作业人数，降低了作业安全风险，提高了生产和效益。

Description

一种压裂施工连续加砂装置

技术领域

本发明涉及到压裂施工机械化技术领域，主要适用于压裂施工过程中连续不间断加砂，特别涉及一种压裂施工连续加砂装置。

背景技术

近年来，随着页岩油气等非常规油气资源在国内勘探开发的不断深入，开发方式由直井向水平井、单井向丛式井、常规压裂向大规模体积压裂的转变，增产改造面临施工规模大、液体、支撑剂准备量多；生产组织难度大，施工时间长。

传统压裂施工加砂方式是利用砂罐车进行加砂，砂罐车容量较小，一般为10-15 m³/车，采用吊车将压裂砂装入砂罐车内，再逐台倒换进行压裂施工加砂作业，砂罐车在倒换时中间有间隔，导致加砂的不连续性。同时，现场供砂难度大，吊装安全风险高，且易造成供砂不连续影响施工质量的问题。

发明内容

为了解决压裂施工过程中入现场供砂难度大，加砂不连续的问题，本发明提供一种压裂施工连续加砂装置，可储存不同粒径支撑剂,满足机械化要求，实现压裂施工连续不间断加砂，确保施工质量，提高HSE的管控能力及生产效率。本发明提高压裂施工机械化程度，同时有效消除施工质量隐患，提高施工成功率。

本发明采用的技术方案为：

一种压裂施工连续加砂装置，至少包括储砂罐、底座、加砂机构、配砂漏斗和电控系统，所述储砂罐设在底座上，所述的加砂机构设在储砂罐底部，所述的配砂漏斗设在储砂罐顶部，所述的配砂漏斗和加砂机构与电控系统电连接，所述的电控系统设在底座上；所述的储砂罐内外均设有砂位计，所述的砂位计与电控系统电连接。

所述的储砂罐包括锥形砂罐和方形砂罐，所述的方形砂罐位于锥形砂罐上方，所述的方形砂罐下端与锥形砂罐上端连通；所述的锥形砂罐下端设有出砂口，出砂口下端设有软连接，所述的加砂机构控制出砂口的打开与闭合；所述的方形砂罐上方进砂口与配砂漏斗连接。

所述的方形砂罐和锥形砂罐内均设有隔板，所述的方形砂罐的隔板为第一隔板，所述的第一隔板纵向设在方形砂罐中间，将方形砂罐分为左右两个仓；所述的锥形砂罐内的隔板包括第二隔板、第三隔板和第四隔板，第二隔板、第三隔板和第四隔板连成一体形成不规则隔板将锥形砂罐分为左右两个仓；所述的第二隔板横向设置在锥形砂罐内，第二隔板与第一隔板垂直设置，第二隔板上端与第一隔板下端点连接；所述的第三隔板右端与第二隔板左端连接，第三隔板左端与锥形砂罐后面的内壁连接，所述的第四隔板的左端与第二隔板右端连接，第四隔板的右端与锥形砂罐前面的内壁连接；所述的第三个隔板与第四隔板平行设置。

所述的储砂罐上设有防护栏、爬梯和应急逃生设施，所述的防护栏设在储砂罐顶部，所述的储砂罐均设有爬梯，所述的应急逃生设施设在储砂罐一侧。

所述的配砂漏斗为带有破袋器的配砂漏斗。

所述的底座为可拆卸长方体框架底座，采用H型钢、槽钢和无缝管组焊而成，底座上下层周边用H钢300×300×10×15，单位为：mm，中间纵撑用H钢300×200×8×12单位为：mm，上层中间纵撑用25A型槽钢，底座上设有的吊耳采用φ127mm×8mm无缝管。

所述的底座两端各安装两个可旋转的支脚，支脚最大旋转角度180度。

所述的加砂机构为手电一体的闸板阀。

所述的配砂漏斗上设有防雨蓬。

本发明的有益效果为：

本发明通过调研压裂施工现状，结合现场需求及场地条件，开发出适用于压裂施工连续加砂装置，该装置可储存不同粒径支撑剂,满足机械化要求，有效实现压裂施工连续不间断加砂，提高试修作业自动化程度，设计简单，工艺操作方便，并降低工人劳动强度，现场应用效果良好，实用性强，同时有效消除施工质量隐患，提高施工成功率。

以下将结合附图进行进一步的说明。

附图说明

图1为一种压裂施工连续加砂装置示意图。

图2为隔板设置示意图。

图中，附图标记为：1、储砂罐；2、底座；3、加砂机构；4、配砂漏斗；5、电控系统；6、支脚；7、爬梯；8、砂位计；9、防雨蓬；10、应急逃生设施；11、防护栏；12、第一隔板；13、第二隔板；14、第三隔板；15、第四隔板；16、出砂口一；17、出砂口二；18、出砂口三；19、出砂口四；20、出砂口；21、软连接。

具体实施方式

实施例1：

为了解决压裂施工过程中入现场供砂难度大，加砂不连续的问题，本发明提供如图1和图2所示的一种压裂施工连续加砂装置，可储存不同粒径支撑剂,满足机械化要求，实现压裂施工连续不间断加砂，确保施工质量，提高HSE的管控能力及生产效率。本发明提高压裂施工机械化程度，同时有效消除施工质量隐患，提高施工成功率。

一种压裂施工连续加砂装置，至少包括储砂罐1、底座2、加砂机构3、配砂漏斗4和电控系统5，所述储砂罐1设在底座2上，所述的加砂机构3设在储砂罐1底部，所述的配砂漏斗4设在储砂罐1顶部，所述的配砂漏斗4和加砂机构3与电控系统5电连接，所述的电控系统5设在底座2上；所述的储砂罐1内外均设有砂位计8，所述的砂位计8与电控系统5电连接。

本发明中电控系统5为现有电控箱，本发明中将不在进行进一步的说明。本发明通过立式大容量储砂机构（储砂罐）和加砂机构，实现压裂施工过程中连续不间断加砂。本发明采用机械化及自动化方式将人员从繁重的体力劳动之中解脱出来，减少井口作业人数，降低安全风险，提高公司生产与经营效益。

本发明通过调研压裂施工现状，结合现场需求及场地条件，开发出适用于压裂施工连续加砂装置，该装置可储存不同粒径支撑剂,满足机械化要求，有效实现压裂施工连续不间断加砂，提高试修作业自动化程度，设计简单，工艺操作方便，并降低工人劳动强度，现场应用效果良好，实用性强，同时有效消除施工质量隐患，提高施工成功率。

实施例2：

基于实施例1的基础上，本实施例中，优选地，所述的储砂罐1包括锥形砂罐和方形砂罐，所述的方形砂罐位于锥形砂罐上方，所述的方形砂罐下端与锥形砂罐上端连通；所述的锥形砂罐下端设有出砂口20，出砂口20下端设有软连接21，所述的加砂机构3控制出砂口20的打开与闭合；所述的方形砂罐上方进砂口与配砂漏斗4连接。

优选地，所述的方形砂罐和锥形砂罐内均设有隔板，所述的方形砂罐的隔板为第一隔板12，所述的第一隔板12纵向设在方形砂罐中间，将方形砂罐分为左右两个仓；所述的锥形砂罐内的隔板包括第二隔板13、第三隔板14和第四隔板15，第二隔板13、第三隔板14和第四隔板15连成一体形成不规则隔板将锥形砂罐分为左右两个仓；所述的第二隔板13横向设置在锥形砂罐内，第二隔板13与第一隔板12垂直设置，第二隔板13上端与第一隔板12下端点连接；所述的第三隔板14右端与第二隔板13左端连接，第三隔板14左端与锥形砂罐后面的内壁连接，所述的第四隔板15的左端与第二隔板13右端连接，第四隔板15的右端与锥形砂罐前面的内壁连接；所述的第三个隔板14与第四隔板15平行设置。

如图2所示，本发明中出砂口20有四个，出砂口一16、出砂口二17、出砂口三18和出砂口四19，其中出砂口一16和出砂口三18是锥形砂罐左仓的出口，出砂口二17和出砂口四19是锥形砂罐右仓的出口。出砂口一16和出砂口二17是方形砂罐左仓的出口，出砂口三18和出砂口四19是方形砂罐右仓的出口。在施工中，出砂口一16和出砂口四19可以输出方形砂罐中左右两仓的混合物。

本发明中方形砂罐和锥形砂罐中间均通过隔板分为左右两个仓，左右两个仓上端对应两个配砂漏斗4，两个配砂漏斗4中可装不同物质，两个仓互不影响，在施工中可进行连续加砂。

本发明中锥形砂罐：锥形砂罐外部框架用H型钢、槽钢、矩形方管、无缝管组焊而成型材交接处榫接，周边连续焊接，型材板材大面积接触时断续焊接。用料情况：下层周边用H钢300×300×10×15（mm），上层周边和下层中间纵撑用H钢300×200×8×12（mm），上层中间纵撑用25A型槽钢，吊耳管用φ127×8（mm）无缝管，中间立撑采用300×200×8×12（mm）型H型钢、16#槽钢及120×60×6（mm）矩形方管。锥形砂罐的罐内锥形结构采用8mm钢板满焊组成，并用120×60×6（mm）矩形管和16#槽钢组成框架为依托，支撑在锥形砂罐框架上。锥形结构底部钢板光滑耐用，便于砂子流出。砂漏出口位置处为10mm钢板，以增加出砂口位置强度，确保出砂口出砂过程中稳固可靠。

本发明中加砂机构3为手电一体的闸板阀，可电动开关，也可以手动开关（电动故障手动开启），电动控制可分为手柄控制和遥控控制两种模式，加砂机构3控制出砂口20的打开与闭合，出砂口20向外延伸端为软连接21，以适应各种型号的混砂车，出砂口20设置在下层。同侧出砂口20有两个，共四个，必须在同一平面，分别对应两个砂斗（混砂车自带），呈90度夹角；加砂机构3向两侧开启、关闭，操作人员分别站在左右两侧操作，能够保证人员及设备在施工中的安全，运输时拆卸下来放在下面工具箱内。合理设置安装砂位计，实时监控用砂情况。

本发明中方形砂罐外上层框架用200×100×8（mm）矩形管制作外部框架，中间用120×60×5（mm）矩形管构成框架，上铺4mm平钢板，方形砂罐两侧中间位置局部垫高5mm后焊接钢格板，上端搁置配砂漏斗4，做为进砂口用。方形砂罐外下层框架用300×200×8×12（mm）型H型钢、30A槽钢制作。周边为6mm瓦楞板，适当位置加焊立撑立撑为120×60×5（mm）矩形管。方形砂罐内分为左右两个仓，中间隔板分隔，底部全空，能和锥形砂罐连通，左右各仓互不串通。方形砂罐上部焊有分体式防护栏11，加防护网，向内折叠，先折两侧栏杆，再折两端栏杆。防护栏11开口处加装活动护栏门且可拆卸。防护栏11尺寸： 9800×2700×1200（mm），防护栏11四周增加花网进行整体铺设焊接，规格为6 mm菱形花网，确保工具不滑落、人员身体不外露。

优选地，所述的储砂罐1上设有防护栏11、爬梯7和应急逃生设施10，所述的防护栏11设在储砂罐1顶部，所述的储砂罐1均设有爬梯7，所述的应急逃生设施10设在储砂罐1一侧。

储砂罐1两侧增加固定上下大罐爬梯7。底部起吊，顶部有限位和导向块。在锥形砂罐空档处，设置一个小砂斗，容积1.0立方，两个工具箱，工具箱焊接固定，储砂罐1要求拆装方便。空档处不封板。

优选地，所述的配砂漏斗4为带有破袋器的配砂漏斗。

本发明中破袋器的规格尺寸：2400×2400×1800（mm），破袋器的底座为100*100**5（mm）矩形管, 四周采用6mm瓦楞钢板制作，护栏50*50*3（mm）矩形管，高1米。破袋刀片采用8mm特质钢板锻打开刃，长70cm宽12cm，每三片为一组，共四组 ，其中相邻两侧边框分别设置2.4*1.0米防护栏11，可向内折叠。使用时吊装安装，使用后可拆卸运输或存放。

优选地，所述的底座2为可拆卸长方体框架底座，采用H型钢、槽钢和无缝管组焊而成，底座2上下层周边用H钢300×300×10×15，单位为：mm，中间纵撑用H钢300×200×8×12单位为：mm，上层中间纵撑用25A型槽钢，底座上设有的吊耳采用φ127mm×8mm无缝管。型材交接处榫接，周边连续焊接，底座2接地端面用16#槽钢纵横交错焊接，并全部铺设5mm厚钢板，增加底部与地面的接触面积。

优选地，所述的底座2两端各安装两个可旋转的支脚6，支脚6最大旋转角度180度。

底座2两端各安装两个旋转支脚6，最大旋转角度180度，使用时展开到宽度方向，以增加整体的稳定性。

储砂罐1两侧增加上下大罐爬梯7，并有明确安装位置标识，避免罐具装反的情况，支脚6收回时，活动挂梯放置在底座2内并固定在底座2内出砂口闸门操作手柄位置处。

上下罐的爬梯7处、储砂罐1的罐顶中间位置分别设置固定挂杆，便于悬挂速查自控器和安全带（应急逃生设施10）；储砂罐1的罐体内、外分别设置砂面计量设施（砂位计8），并提供体积对照表，以便施工过程中进行准确计量。

优选地，所述的加砂机构3为手电一体的闸板阀。

优选地，所述的配砂漏斗4上设有防雨蓬9。

本发明中储砂罐1顶端设置防雨蓬： 尺寸为2450×2450×10（mm），3mm钢板制作，四周外沿统一向内侧翻边，内设加强筋，中间突起，内部形成槽状，使用时覆盖在配砂漏斗4或方形砂罐进砂口，确保雨、雪异常天气时，罐内干燥无异物。

本发明提供的一种压裂施工连续加砂装置，每套设施包含底座2一套、25立方米锥形砂罐一具、75立方米方型砂罐一具，配砂漏斗4（含破袋器）两只，使用时依次叠放在一起，穿销轴定位，总高不超过8.5米。运输时底座2和锥形砂罐、方型砂罐分别单独运输。

底座尺寸（长×宽×高）： 10000×2800×900（mm）

锥形砂罐尺寸（长×宽×高）： 10000×2800×2900（mm）

方型砂罐尺寸（长×宽×高）： 10000×2800×2900（mm）

破袋器尺寸（长×宽×高）： 2400×2400×1800（mm）

整体组合后，外部尺寸（长×宽×高）：10000×3100×8500（mm）,本体重量30吨，承重180吨。

整体组合结构分隔成左右两个仓，理论容积分别为：

75立方米（上）+12立方米（下左）+13立方米（下右）

本发明的安装步骤如下：

（1）将摆放砂漏的场地平整夯实，砂漏应处于整场地高位，下雨时不能积水，严防地基被水浸泡。

（2）将底座2放置在选好的场地上，将四个支脚6旋转180度，将支脚6正下方垫圆形钢板，用扳手旋转支脚至底。

（3）将储砂罐1按顺序安装正面对混砂车，将锥形砂罐吊起安装在底座2上，方形砂罐吊装在锥形砂罐上方，安装完成，用螺丝穿螺丝眼固定。

（4）操作人员顺爬梯7上至顶部平台，翻起防护栏11的栏杆，传销轴，轴穿卡子，链接好防护链，将破袋器放置在配砂漏斗4的顶部口，左右对号，正面对混砂车。

（5）按照序号安装出砂口延伸段，先安装左侧两个出砂口一16和出砂口二17，再安装右侧两个出砂口三18和出砂口四19，最后安装延伸段软连接21，其中出砂口一16和出砂口三18为锥形砂罐右仓出口，出砂口二17和出砂口四19为锥形砂罐左仓出口。出砂口一16和出砂口三18物料流入左侧砂斗（混砂车自带），出砂口二17和出砂口四19物料流入右侧砂斗（混砂车自带）。

（6）混砂车停放在指定位置后，穿轴销固定，操作人员控制出砂口开关，安装完毕。

本发明中的储砂罐容量达到100m³，可储存不同粒径支撑剂,满足机械化要求，实现压裂施工连续不间断加砂，确保施工质量，提高HSE的管控能力及生产效率。

本发明在使用前必须经过检查，检查路线：出砂口侧→爬梯一侧→方工具柜→沿顺时针方向检查，最后检查砂漏顶部平台。检查配件是否齐全，设备是否牢固，有焊口开裂等其它不安全因素

本发明安装使用时场地必须平整夯实，否则有倾覆隐患。场地不能有积水，有积水及时排出。使用时出砂口、支脚6、防护栏11这些附件必须安装到位。高空作业必须使用系安全带，使用速查自控器或应急逃生设施10，本发明中应急逃生设施10位现有设施，本发明中不再进行详细描述了。本发明在吊装底座2、锥形砂罐、方形砂罐时必须穿好引绳，吊装过程中必须由专人指挥。吊装时有物体掉落的风险，操作人员需提前做好防范措施。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围，均属于本发明保护范围。本发明中未详细描述的装置结构及其方法步骤均为现有技术，本发明中将不再进行进一步的说明。

Claims (9)

1.一种压裂施工连续加砂装置，其特征在于：至少包括储砂罐（1）、底座（2）、加砂机构（3）、配砂漏斗（4）和电控系统（5），所述储砂罐（1）设在底座（2）上，所述的加砂机构（3）设在储砂罐（1）底部，所述的配砂漏斗（4）设在储砂罐（1）顶部，所述的配砂漏斗（4）和加砂机构（3）与电控系统（5）电连接，所述的电控系统（5）设在底座（2）上；所述的储砂罐（1）内外均设有砂位计（8），所述的砂位计（8）与电控系统（5）电连接。

2.根据权利要求1所述的一种压裂施工连续加砂装置，其特征在于：所述的储砂罐（1）包括锥形砂罐和方形砂罐，所述的方形砂罐位于锥形砂罐上方，所述的方形砂罐下端与锥形砂罐上端连通；所述的锥形砂罐下端设有出砂口（20），出砂口（20）下端设有软连接（21），所述的加砂机构（3）控制出砂口（20）的打开与闭合；所述的方形砂罐上方进砂口与配砂漏斗（4）连接。

3.根据权利要求2所述的一种压裂施工连续加砂装置，其特征在于：所述的方形砂罐和锥形砂罐内均设有隔板，所述的方形砂罐的隔板为第一隔板（12），所述的第一隔板（12）纵向设在方形砂罐中间，将方形砂罐分为左右两个仓；所述的锥形砂罐内的隔板包括第二隔板（13）、第三隔板（14）和第四隔板（15），第二隔板（13）、第三隔板（14）和第四隔板（15）连成一体形成不规则隔板将锥形砂罐分为左右两个仓；所述的第二隔板（13）横向设置在锥形砂罐内，第二隔板（13）与第一隔板（12）垂直设置，第二隔板（13）上端与第一隔板（12）下端点连接；所述的第三隔板（14）右端与第二隔板（13）左端连接，第三隔板（14）左端与锥形砂罐后面的内壁连接，所述的第四隔板（15）的左端与第二隔板（13）右端连接，第四隔板（15）的右端与锥形砂罐前面的内壁连接；所述的第三个隔板（14）与第四隔板（15）平行设置。

4.根据权利要求1所述的一种压裂施工连续加砂装置，其特征在于：所述的储砂罐（1）上设有防护栏（11）、爬梯（7）和应急逃生设施（10），所述的防护栏（11）设在储砂罐（1）顶部，所述的储砂罐（1）均设有爬梯（7），所述的应急逃生设施（10）设在储砂罐（1）一侧。

5.根据权利要求1所述的一种压裂施工连续加砂装置，其特征在于：所述的配砂漏斗（4）为带有破袋器的配砂漏斗。

6.根据权利要求1所述的一种压裂施工连续加砂装置，其特征在于：所述的底座（2）为可拆卸长方体框架底座，采用H型钢、槽钢和无缝管组焊而成，底座（2）上下层周边用H钢300×300×10×15，单位为：mm，中间纵撑用H钢300×200×8×12，单位为：mm，上层中间纵撑用25A型槽钢，底座（2）上设有的吊耳采用φ127mm×8mm无缝管。

7.根据权利要求1所述的一种压裂施工连续加砂装置，其特征在于：所述的底座（2）两端各安装两个可旋转的支脚（6），支脚（6）最大旋转角度180度。

8.根据权利要求1所述的一种压裂施工连续加砂装置，其特征在于：所述的加砂机构（3）为手电一体的闸板阀。

9.根据权利要求1所述的一种压裂施工连续加砂装置，其特征在于：所述的配砂漏斗（4）上设有防雨蓬（9）。

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