CN112109199A - 一种大体量固井水泥浆高能混合器 - Google Patents

一种大体量固井水泥浆高能混合器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大体量固井水泥浆高能混合器，包括上灰管线总成以及通过蝶阀连接于上灰管线总成的灰阀，灰阀在远离上灰管线总成的一端通过由壬连接有混合腔体，混合腔体的侧边设置有水阀壳体，水阀壳体内安装有水阀阀套和水阀阀芯，灰阀包括灰阀壳体、灰阀阀芯以及呼吸阀，灰阀阀芯通过键连接有驱动油缸a，水阀阀芯通过键连接有驱动油缸b；上灰管线总成包括依次连接的进灰接头、橡胶灰管以及由壬接头，蝶阀连接由壬接头。本发明设备的整体安装高度较低，水阀阀芯的线性度高，适应大排量的混浆，在混合效率和控制精度较高的基础上，适应车载工况较广泛，且可以降低现场作业的粉尘污染。

Description

一种大体量固井水泥浆高能混合器
技术领域
本发明属于油气田固井设备技术领域，具体涉及一种大体量固井水泥浆高能混合器。
背景技术
固井是钻完井作业过程中不可缺少的一个重要环节，向井内下入套管，并向井眼和套管之间的环形空间注入水泥的施工作业称为固井。其中水泥浆需现场混配，根据要求配制不同密度的均匀固井水泥浆，随着石油天然气勘探开发的不断深入，国内超深井及复杂井不断增多，井深更深，水平段更长，大尺寸技术套管下深不断增加，环空容积大，所需固井水泥浆体量大、排量大。固井施工面临水泥浆体量越来越大、封固段越来越长，安全环保要求高等严峻挑战，要求固井设备满足大排量、长时间、持续不间断作业。
目前行业常规的固井混浆设备的现场混浆能力一般为2.3方/分钟，混合量比较小，其中水阀的喷射水孔大小局限，且线性度不高，无法满足大排量高精度的混浆要求。随着油田作业效率的提高，超深井和封固段距离的增加，急需混浆能力大、混浆精度高的大体量固井水泥浆高能混合器。
发明内容
本发明的目的是提供一种大体量固井水泥浆高能混合器，解决了固井混浆设备现有技术中存在的高度尺寸大，混合不均匀，混浆能力以及控制精度不高的问题。
本发明所采用的技术方案是，
一种大体量固井水泥浆高能混合器，包括上灰管线总成以及通过蝶阀连接于上灰管线总成的灰阀，灰阀在远离上灰管线总成的一端通过由壬连接有混合腔体，混合腔体的侧边设置有水阀壳体，水阀壳体内安装有水阀阀套和水阀阀芯，灰阀包括灰阀壳体、灰阀阀芯以及呼吸阀，灰阀阀芯通过键连接有驱动油缸a，水阀阀芯通过键连接有驱动油缸b；
上灰管线总成包括依次连接的进灰接头、橡胶灰管以及由壬接头，蝶阀连接由壬接头。
本发明的特点还在于，
呼吸阀包括壳体，壳体内设置有弹簧，弹簧的一端设置有调节螺母，弹簧的另一端依次连接有连接架和橡胶体，调节螺母用于控制弹簧的弹力，以便控制呼吸阀。
混合腔体包括依次由顶板、直段a、锥段、直段b，筋板和下椎体组成的腔体，顶板沿腔体向内设置有隔套，直段a位于腔体的两侧均设置有二次混浆管，直段a在靠近锥段的位置沿腔体外相对连接两个连接板，
隔套在沿腔体内的位置设置为锥面。
混合腔体的侧面配焊有支架，支架螺栓连接于灰阀壳体。
驱动油缸a和驱动油缸b均安装有位置传感器。
驱动油缸a包括上油缸、下油缸以及控制阀块，上油缸和下油缸之间设置有输出轴，驱动油缸a和驱动油缸b的结构相同。
水阀阀套为筒体，筒体的一侧开设有进水口，筒体的另一侧对应混合腔体设置有喷射水孔。
水阀阀套包括有水阀阀套a和水阀阀套b，水阀阀套a的喷射水孔为交错设置的若干个圆形水孔，水阀阀套b的喷射水孔为交错设置的若干个矩形长孔。
混合腔体在远离由壬的一侧安装有防灰除尘装置，防灰除尘装置的一侧设置有排气管，排气管的出口位置安装有喷嘴。
本发明的有益效果是，一种大体量固井水泥浆高能混合器，混浆能力大，适用范围广，设置可更换的水阀阀套，大小排量均能保证混合效果；
供灰管线总成及灰阀采用水平安装方式，整体安装高度较低，适应车载工况；
设置防灰除尘装置，排气管安装有降尘用喷嘴，现场使用时喷射水雾，可有效改善现场作业的粉尘环境；
水阀阀套和灰阀阀芯的调节线性度高，为水泥浆的自动高精度密度控制提供了有利基础。
附图说明
图1是是本发明一种大体量固井水泥浆高能混合器的主视示意图。
图2是本发明一种大体量固井水泥浆高能混合器的俯视示意图；
图3本发明一种大体量固井水泥浆高能混合器的局部剖视示意图；
图4是本发明一种大体量固井水泥浆高能混合器中混合腔体的结构示意图
图5是本发明一种大体量固井水泥浆高能混合器的A-A剖视示意图；
图6是本发明一种大体量固井水泥浆高能混合器中水阀的局部放大示意图；
图7是本发明一种大体量固井水泥浆高能混合器中呼吸阀的结构示意图；
图8是本发明一种大体量固井水泥浆高能混合器中驱动油缸结构以及控制阀块原理的结构示意图。
图中，1.上灰管线总成，2.蝶阀，3.灰阀，4.由壬，5.混合腔体，6.进灰接头，7.橡胶灰管，8.由壬接头，9.支架，10.灰阀壳体，11.灰阀阀芯，12.呼吸阀，13.防灰除尘装置，14.水阀壳体，15.水阀阀套；
151.水阀阀套a，152.水阀阀套b；
16.水阀阀芯，17.顶板，18.二次混浆管，19.直段a，20.连接板，21.锥段，22.直段b，23.筋板，24.下锥体，25.隔套，26.驱动油缸a，27.驱动油缸b，28.橡胶体，29.连接架，30.壳体，31.弹簧，32.螺母，33.上油缸，34.输出轴，35.下油缸，36.控制阀块，37.排气管，38.喷嘴。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明一种大体量固井水泥浆高能混合器进行详细说明。
如图1、图2、图3、图4以及图6所示，一种大体量固井水泥浆高能混合器，包括上灰管线总成1以及通过蝶阀2连接于上灰管线总成1的灰阀3，灰阀3在远离上灰管线总成1的一端通过由壬4连接有混合腔体5，混合腔体5的侧边设置有水阀壳体14，水阀壳体14内安装有水阀阀套15和水阀阀芯16，灰阀3包括灰阀壳体10、灰阀阀芯11以及呼吸阀12，灰阀阀芯11通过键连接有驱动油缸a26，水阀阀芯16通过键连接有驱动油缸b27；
上灰管线总成1包括依次连接的进灰接头6、橡胶灰管7以及由壬接头8，蝶阀2连接由壬接头8。
如图7所示，进一步地，呼吸阀12包括壳体30，壳体30内设置有弹簧31，弹簧的一端设置有调节螺母32，弹簧31的另一端依次连接有连接架29和橡胶体28，调节螺母32用于控制弹簧的弹力，以便控制呼吸阀12。
本发明一种大体量固井水泥浆高能混合器的呼吸阀12为可调单向阀，当灰阀3下部负压过大时自动从外部吸入空气，负压则减小，因负压过大，会造成腔体内的飞溅水向上运动，若进入灰阀3则会与水泥灰接触，造成灰阀3无法正常工作。
如图5所示，进一步地，混合腔体5包括依次由顶板17、直段a19、锥段21、直段b22，筋板23和下椎体24组成的腔体，顶板17沿腔体向内设置有隔套25，直段a19位于腔体的两侧均设置有二次混浆管18，直段a19在靠近锥段21的位置沿腔体外相对连接两个连接板20。
进一步地，隔套25在沿腔体内的位置设置为锥面。
进一步地，混合腔体5的侧面配焊有支架9，支架9螺栓连接于灰阀壳体10。
本发明一种大体量固井水泥浆高能混合器的支架9作为灰阀3的支撑定位的同时，也方便灰阀3检修，检修时可将灰阀3与混合腔体5拆开，灰阀3直接靠支架9来就近支撑。
如图8所示，进一步地，驱动油缸a26和驱动油缸b27均安装有位置传感器。
进一步地，驱动油缸a26包括上油缸33、下油缸35以及控制阀块36，上油缸33和下油缸35之间设置有输出轴34，驱动油缸a26和驱动油缸b27的结构相同。
本发明一种大体量固井水泥浆高能混合器的驱动油缸a26和驱动油缸b27也可更换为伺服电机。
本发明一种大体量固井水泥浆高能混合器的输出轴34中间设置有齿条，输出轴34一端设置有与齿条配合的齿轮，另一端安装有位置传感器，控制阀块36的A口通过三通分别去上油缸33的D1口与下油缸35的C2口连通，控制阀块36的B口通过三通分别去上油缸33的C1口与下油缸35的D2口连通，D1与上油缸33左侧塞腔连通，D2与下油缸35左侧塞腔连通，C1与上油缸33右侧塞腔连通，D2与下油缸35右侧塞腔连通，控制阀块36内安装有伺服换向阀、压力传感器和溢流阀，当伺服换向阀处于左位时，液压油从A口流出，推动上油缸33活塞右移和下油缸35活塞左移，输出轴34顺时针转动，当伺服换向阀处于右位时，液压油从B口流出，推动上油缸33活塞左移和下油缸35活塞右移，输出轴34逆时针转动，通过调节控制阀块36的伺服换向阀的位置，从而控制阀芯正转或反转。
进一步地，水阀阀套15为筒体，筒体的一侧开设有进水口，筒体的另一侧对应混合腔体5设置有喷射水孔。
进一步地，水阀阀套15包括有水阀阀套a151和水阀阀套b152，水阀阀套a151的喷射水孔为交错设置的若干个圆形水孔，水阀阀套b152的喷射水孔为交错设置的若干个矩形长孔。
本发明一种大体量固井水泥浆高能混合器的水阀阀套15与水阀壳体14的进水管相通，出水方向设置有多排喷射水孔，喷射方向指向锥段21，使喷射的水流形成向下运动，并与灰阀3下来的水泥灰相互混合，水阀阀套a151的出水方向开有不少于6排的圆形水孔，水孔采用交错布置，保证水阀阀芯16遮挡水孔时面积近乎线性变化；水阀阀套b152的出水孔采用矩形长孔交错布置，水阀阀芯16遮挡面积呈线性变化。
本发明一种大体量固井水泥浆高能混合器的水阀阀套15可更换，不同的水阀阀套15设置不同位置和大小的水孔，针对不同使用工况采用不同的水阀阀套15，小排量混合使用小孔径的水阀阀套15，大排量混合则使用大孔径的水阀阀套15。水阀阀套15上各排水孔采用交错布置，水阀阀芯16转动时遮挡水孔，转动角度和遮挡的水孔通流面积成线性关系，从而提高了水阀壳体14的控制精度。
进一步地，混合腔体5在远离由壬4的一侧安装有防灰除尘装置13，防灰除尘装置13的一侧设置有排气管37，排气管37的出口位置安装有喷嘴38。
本发明一种大体量固井水泥浆高能混合器的喷嘴38通过橡胶软管与水阀壳体14的进水管相连，现场使用时喷出水雾实现降尘。设置排气管37可以减少空气进入混合的水泥浆中，提高水泥浆质量。
本发明一种大体量固井水泥浆高能混合器的工作原理为：压缩空气携带水泥灰从上灰管线总成1进入，通过灰阀3进入混合腔体5上部，具有压力的清水从水阀壳体14的进水管进入，通过水阀阀芯16后从水阀阀套15的多排水孔喷射而出，水流射入混合腔体5的内锥面，形成向下运动，从而产生负压，水泥灰在压缩空气和负压的共同作用下，经过灰阀3后向下运动，与喷射的清水在混合腔体5内实现前期预混合，混合腔体5下部设置有下椎体，对混合后的泥浆进一步冲击，减少混合不均匀的块状泥浆，混合完成后的泥浆落入配套的混浆罐中继续搅拌。混合器还设置有两个二次混浆管18，用途是将部分混合后的水泥浆返回混合腔体中进行二次混合，进一步提高泥浆混合均匀度。水阀阀套15上水孔布置特点，保证水阀阀芯16的遮挡面积呈线性变化，同时水泵始终保持最大扬程工作，进水口压力保持不变，则能实现水流量的线性调节。
发明一种大体量固井水泥浆高能混合器的使用方法是，根据需要的固井水泥浆流量和密度要求，控制系统计算理论需要的清水量和灰量，可采用双变量控制，水阀阀芯16和灰阀阀芯11均可以自动和手动调节：
方法一：调节水阀阀芯16直至清水量达到理论值，随后不断调整灰阀阀芯11，使水泥浆密度维持在要求密度附近；
方法二：调节灰阀阀芯11直至灰量达到理论值，随后调节水阀阀芯15，使水泥浆密度维持在要求密度附近。
本发明一种大体量固井水泥浆高能混合器的混浆能力大，适用范围广，设置可更换的水阀阀套，大小排量均能保证混合效果；整体安装高度较低，适应车载工况；可有效改善现场作业的粉尘环境；总体来说，本发明设备的整体安装高度较低，水阀阀芯线性度较高，可以适应大排量的混浆，且混合效率和控制精度较高。

Claims (10)

1.一种大体量固井水泥浆高能混合器，其特征在于，包括上灰管线总成(1)以及通过蝶阀(2)连接于上灰管线总成(1)的灰阀(3)，所述灰阀(3)在远离上灰管线总成(1)的一端通过由壬(4)连接有混合腔体(5)，所述混合腔体(5)的侧边设置有水阀壳体(14)，所述水阀壳体(14)内安装有水阀阀套(15)和水阀阀芯(16)，所述灰阀(3)包括灰阀壳体(10)、灰阀阀芯(11)以及呼吸阀(12)，所述灰阀阀芯(11)通过键连接有驱动油缸a(26)，所述水阀阀芯(16)通过键连接有驱动油缸b(27)；
上灰管线总成(1)包括依次连接的进灰接头(6)、橡胶灰管(7)以及由壬接头(8)，所述蝶阀(2)连接由壬接头(8)。
2.根据权利要求1所述的一种大体量固井水泥浆高能混合器，其特征在于，所述呼吸阀(12)包括壳体(30)，所述壳体(30)内设置有弹簧(31)，所述弹簧的一端设置有调节螺母(32)，所述弹簧(31)的另一端依次连接有连接架(29)和橡胶体(28)，所述调节螺母(32)用于控制弹簧的弹力，以便控制呼吸阀(12)。
3.根据权利要求2所述的一种大体量固井水泥浆高能混合器，其特征在于，所述混合腔体(5)包括依次由顶板(17)、直段a(19)、锥段(21)、直段b(22)，筋板(23)和下椎体(24)组成的腔体，所述顶板(17)沿腔体向内设置有隔套(25)，所述直段a(19)位于腔体的两侧均设置有二次混浆管(18)，所述直段a(19)在靠近锥段(21)的位置沿腔体外相对连接两个连接板(20)。
4.根据权利要求3所述的一种大体量固井水泥浆高能混合器，其特征在于，所述隔套(25)在沿腔体内的位置设置为锥面。
5.根据权利要求1所述的一种大体量固井水泥浆高能混合器，其特征在于，所述混合腔体(5)的侧面配焊有支架(9)，所述支架(9)螺栓连接于灰阀壳体(10)。
6.根据权利要求1所述的一种大体量固井水泥浆高能混合器，其特征在于，所述驱动油缸a(26)和驱动油缸b(27)均安装有位置传感器。
7.根据权利要求6所述的一种大体量固井水泥浆高能混合器，其特征在于，所述驱动油缸a(26)包括上油缸(33)、下油缸(35)以及控制阀块(36)，所述上油缸(33)和下油缸(35)之间设置有输出轴(34)，所述驱动油缸a(26)和驱动油缸b(27)的结构相同。
8.根据权利要求1所述的一种大体量固井水泥浆高能混合器，其特征在于，所述水阀阀套(15)为筒体，所述筒体的一侧开设有进水口，所述筒体的另一侧对应混合腔体(5)设置有喷射水孔。
9.根据权利要求8所述的一种大体量固井水泥浆高能混合器，其特征在于，所述水阀阀套(15)包括有水阀阀套a(151)和水阀阀套b(152)，所述水阀阀套a(151)的喷射水孔为交错设置的若干个圆形水孔，所述水阀阀套b(152)的喷射水孔为交错设置的若干个矩形长孔。
10.根据权利要求1所述的一种大体量固井水泥浆高能混合器，其特征在于，所述混合腔体(5)在远离由壬(4)的一侧安装有防灰除尘装置(13)，所述防灰除尘装置(13)的一侧设置有排气管(37)，所述排气管(37)的出口位置安装有喷嘴(38)。
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