CN113694792A - 钻井液自动混合系统及混合方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种钻井液自动混合系统及混合方法，其中，钻井液自动混合系统包括气动加料系统、袋装自动加料系统、液体自动加料系统和泥浆循环系统，气动加料系统包括第一计量缓存罐、第二计量缓存罐和至少一个干散粉粒料储罐，袋装自动加料系统包括自动破袋送料组件和缓存漏斗。液体自动加料系统包括液体输送泵，泥浆循环系统包括循环管路、混合泵、文丘里加速器和至少一个混浆罐。缓存漏斗的出料端能通断地与文丘里加速器连接，液体输送泵与循环管路的第一端能通断地连接。本发明能实现不同包装形式钻井液处理剂的自动添加和混合，且能实现密闭自动输送和添加，减少了劳动强度，保证了健康安全，提高了生产效率。

Description

钻井液自动混合系统及混合方法

技术领域

本发明是关于石油行业的钻井装备领域，尤其涉及一种钻井液自动混合系统及混合方法。

背景技术

钻井液被誉为钻井工程的血液，钻井液性能要及时调控，且性能稳定是实现安全、高效、经济钻井的重要技术手段。在实际钻井中的具体实施措施为，针对不同地质要求、不同条件的储层，适当添加各种不同性质的钻井液处理剂，适时调整钻井液配方，保持钻井液性能稳定，以达到安全生产的目的。钻井液处理剂种类很多，有固体和液体之分；液体钻井液处理剂一般采用桶装储存和运输；固体钻井液处理剂采用吨袋包装和小袋包装。

目前钻井液处理剂的添加和混合方式主要是人工方式：袋装固体处理剂和桶装液体处理剂运输到油田，储存于材料房。在钻井液配制或调配时，钻井液工靠人力将袋装及桶装钻井液处理剂搬运至泥浆缓存漏斗处或钻井液罐的顶部，人力割刀破袋后或开盖后倾倒至钻井液混合系统中。目前加重剂的添加虽已有简易气动加重装置，满足加重剂短时用量大的要求，但整个加药过程还不是全密闭，且无除尘功能，存在健康安全风险。

目前钻井液配制和维护方式主要存在以下缺点：

①钻井液处理剂人工添加及混合过程受人为因素限制无法准确控制加药速度、加药量，加之受环境因素的影响，影响钻井液的质量、稳定性。

②工人劳动强度大，钻井液处理剂在倾倒过程中产生的灰尘及飞溅对井场环境及人员健康产生不利影响；敞开式加药方式造成处理剂浪费，包装袋因无法回收再利用而造成浪费和二次污染。钻井液处理剂的种类繁多，理化性能差异较大，用量多少差异大。理想的添加及混合方式是根据物料的用量多少、物理化学性质、包装形式差异等差别采取不同的添加和混合方式。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种钻井液自动混合系统及混合方法，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钻井液自动混合系统及混合方法，能实现不同包装形式钻井液处理剂的自动添加和混合，且能实现密闭自动输送和添加，减少了劳动强度，保证了健康安全，提高了生产效率。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种钻井液自动混合系统，包括：

气动加料系统，其包括第一计量缓存罐、第二计量缓存罐和至少一个干散粉粒料储罐，干散粉粒料储罐的出料端与第一计量缓存罐的进料端和第二计量缓存罐的进料端均能通断地连接；

袋装自动加料系统，其包括自动破袋送料组件和缓存漏斗，自动破袋送料组件能用于将袋装处理剂破袋后将粉料状的固体处理剂输送至缓存漏斗内；第二计量缓存罐的出料端与缓存漏斗的进料端能通断地连接；

液体自动加料系统，其包括液体输送泵；

以及泥浆循环系统，其包括循环管路、混合泵、文丘里加速器和至少一个混浆罐，干散粉粒料储罐、第一计量缓存罐、第二计量缓存罐、缓存漏斗和混浆罐均为封闭式结构；第一计量缓存罐的出料端与其中一个混浆罐的进料端能通断地连接，并在与第一计量缓存罐连接的混浆罐中设有在线混合器；混浆罐的进料端和出料端分别与循环管路的第一端和第二端能通断地连接，文丘里加速器和混合泵均串接在循环管路中，且文丘里加速器靠近循环管路的第一端设置，混合泵靠近循环管路的第二端设置；缓存漏斗的出料端能通断地与文丘里加速器连接；液体输送泵与循环管路的第一端能通断地连接，并能向混浆罐中泵送液体处理剂。

在本发明的一较佳实施方式中，在第一计量缓存罐的出料端设有第一变频旋转卸料阀，在第二计量缓存罐的出料端设有第二变频旋转卸料阀，在各干散粉粒料储罐上均设有称重传感器。

在本发明的一较佳实施方式中，在干散粉粒料储罐、第一计量缓存罐和第二计量缓存罐的顶部均设有料气分离及除尘装置。

在本发明的一较佳实施方式中，在干散粉粒料储罐、第一计量缓存罐、第二计量缓存罐和缓存漏斗的顶部和底部均分别设有第一料位计和第二料位计。

在本发明的一较佳实施方式中，在干散粉粒料储罐、第一计量缓存罐和第二计量缓存罐上还设有辅助振动下料装置。

在本发明的一较佳实施方式中，第一计量缓存罐的进料端和第二计量缓存罐的进料端之间通过粉料输送管路连接，干散粉粒料储罐的出料端通过出口换向分路阀与粉料输送管路连接；在粉料输送管路上且靠近第一计量缓存罐的位置设有第一压力变送器，在粉料输送管路上且靠近第二计量缓存罐的位置设有第二压力变送器。

在本发明的一较佳实施方式中，自动破袋送料组件包括第一自动破袋送料组件和第二自动破袋送料组件；第一自动破袋送料组件包括沿物料输送方向顺序设置的第一自动移运装置、第一破袋机和第一螺旋输送机，第一螺旋输送机的出料口与缓存漏斗的进料口连接；第二自动破袋送料组件包括沿物料输送方向顺序设置的第二自动移运装置、第二破袋机和第二螺旋输送机，第二螺旋输送机的出料口与缓存漏斗的进料口连接。

在本发明的一较佳实施方式中，第一螺旋输送机和第二螺旋输送机均为变频式螺旋输送机，第一破袋机和第二破袋机均自带计数器和打包机构。

在本发明的一较佳实施方式中，液体输送泵为计量泵，液体输送泵通过液体输送管路与循环管路的第一端连接，并在液体输送管路上设有质量流量计。

在本发明的一较佳实施方式中，在循环管路上且位于文丘里加速器和混合泵之间设有密度计。

在本发明的一较佳实施方式中，在各混浆罐中均设有搅拌器。

本发明还提供一种钻井液自动混合方法，采用上述的钻井液自动混合系统进行实施，钻井液自动混合方法包括如下步骤：

在混浆罐中提前加入基础钻井液；

添加钻井液处理剂：将相应的干散粉粒料储罐中存储的干散粉粒料处理剂经第一计量缓存罐输送至与第一计量缓存罐连接的混浆罐中；

混合搅拌：利用在线混合器对混浆罐中的基础钻井液和干散粉粒料处理剂在线混合，得到所需性能的钻井液。

在本发明的一较佳实施方式中，在添加钻井液处理剂的步骤中还包括如下步骤：利用自动破袋送料组件将袋装处理剂进行破袋后将粉料状的固体处理剂输送至缓存漏斗中，通过文丘里加速器的作用将缓存漏斗中的固体处理剂吸入循环管路后输送至混浆罐中；和/或利用液体输送泵将液体处理剂通过循环管路泵送至混浆罐中；

在混合搅拌步骤中还包括如下步骤：利用混合泵将添加到混浆罐中的物料，进行反复循环剪切混合，并与基础钻井液混合均匀。

本发明还提供一种钻井液自动混合方法，采用上述的钻井液自动混合系统进行实施，钻井液自动混合方法包括如下步骤：

在混浆罐中提前加入基础钻井液；

将相应的干散粉粒料储罐中存储的干散粉粒料处理剂经第二计量缓存罐输送至缓存漏斗中，通过文丘里加速器的作用将缓存漏斗中的干散粉粒料处理剂吸入循环管路后输送至混浆罐中；和/或利用自动破袋送料组件将袋装处理剂进行破袋后将粉料状的固体处理剂输送至缓存漏斗中，通过文丘里加速器的作用将缓存漏斗中的固体处理剂吸入循环管路后输送至混浆罐中；和/或利用液体输送泵将液体处理剂通过循环管路泵送至混浆罐中；

利用混合泵将添加到混浆罐中的物料，进行反复循环剪切混合，并与基础钻井液混合均匀，得到所需性能的钻井液。

由上所述，本发明的自动混合系统及混合方法，通过气动加料系统、袋装自动加料系统、液体自动加料系统和泥浆循环系统的配合，根据钻井液处理剂的用量多少、包装形式及理化性质差异，可以将不同包装形式和用量的钻井液处理剂分别自动添加到混浆罐中，同时配备有第一计量缓存罐和第二计量缓存罐，可以满足不同性质的干散粉粒料处理剂以及不同情况的不同添加方式需求，以尽可能适用目前所有的干散粉粒料处理剂的添加要求以及各种钻井液配制情况，适应性更强。整个自动混合系统通过各子系统配合代替现有人工添加和混合的方式，自动化程度更高，大大减少了工人劳动强度，而且各罐体均为封闭结构，相互之间的连接也为基本为密闭连接，能实现密闭自动输送和添加，减少了人为及环境等外界因素的对钻井液的质量影响，保证了健康和安全，提高了生产效率。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

其中：

图1：为本发明提供的钻井液自动混合系统的示意图。

图2：为本发明提供的气动加料系统的示意图。

图3：为本发明提供的袋装自动加料系统的示意图。

图4：为本发明提供的液体自动加料系统的示意图。

图5：为本发明提供的泥浆循环系统的示意图。

图6：为本发明提供的袋装自动加料系统正面的结构图。

图7：为本发明提供的袋装自动加料系统侧面的结构图。

图8：为本发明提供的缓存漏斗的立体图。

附图标号说明：

1、气动加料系统；

11、气动灰车；111、总开关阀；12、干散粉粒料储罐；121、进口换向分路阀；122、出口换向分路阀；123、压缩空气；13、第一计量缓存罐；131、第一变频旋转卸料阀；14、第二计量缓存罐；141、第二变频旋转卸料阀；15、称重传感器；16、料气分离及除尘装置；171、第一料位计；172、第二料位计；18、辅助振动下料装置；19、粉料输送管路；191、第一压力变送器；192、第二压力变送器；

2、袋装自动加料系统；

21、第一自动破袋送料组件；210、小袋固体处理剂；211、第一自动移运装置；212、第一破袋机；213、第一螺旋输送机；

22、第二自动破袋送料组件；220、吨包固体处理剂；221、第二自动移运装置；222、第二破袋机；223、第二螺旋输送机；

23、缓存漏斗；231、漏斗本体；232、可旋开漏斗盖；233、销轴；

3、液体自动加料系统；

31、储液罐；32、液体输送泵；33、液体输送管路；34、质量流量计；

4、泥浆循环系统；

41、循环管路；42、混合泵；43、密度计；44、文丘里加速器；45、混浆罐；46、在线混合器；47、搅拌器。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1至图8所示，本实施例提供一种钻井液自动混合系统，包括：

气动加料系统1，其包括第一计量缓存罐13、第二计量缓存罐14和至少一个干散粉粒料储罐12，干散粉粒料储罐12的出料端与第一计量缓存罐13的进料端和第二计量缓存罐14的进料端均能通断地连接；

袋装自动加料系统2，其包括自动破袋送料组件和缓存漏斗23，自动破袋送料组件能用于将袋装处理剂破袋后将粉料状的固体处理剂输送至缓存漏斗23内；第二计量缓存罐14的出料端与缓存漏斗23的进料端能通断地连接；

液体自动加料系统3，其包括液体输送泵32；

以及泥浆循环系统4，其包括循环管路41、混合泵42、文丘里加速器44和至少一个混浆罐45，干散粉粒料储罐12、第一计量缓存罐13、第二计量缓存罐14、缓存漏斗23和混浆罐45均为封闭式结构；第一计量缓存罐13的出料端与其中一个混浆罐45的进料端能通断地连接，并在与第一计量缓存罐13连接的混浆罐45中设有在线混合器46；混浆罐45的进料端和出料端分别与循环管路41的第一端和第二端能通断地连接，文丘里加速器44和混合泵42均串接在循环管路41中，且文丘里加速器44靠近循环管路41的第一端设置，混合泵42靠近循环管路41的第二端设置；缓存漏斗23的出料端能通断地与文丘里加速器44连接；液体输送泵32与循环管路41的第一端能通断地连接，并能向混浆罐45中泵送液体处理剂。

其中，上述的气动加料系统1用于将加重剂及膨润土等短时大用量的干散粉粒料处理剂自动添加至混浆罐45中。干散粉粒料储罐12中主要用于存储加重剂及膨润土等干散粉粒料处理剂，需要对干散粉粒料储罐12补料时，一般采用配套的气动灰车11，各干散粉粒料储罐12的进料端均通过相应的进口换向分路阀121与气动灰车11的出口端连接，在气动灰车11的出口端还会设有相应的总开关阀111，加重剂及膨润土等干散粉粒料处理剂由气动灰车11通过气动方式输送至相应的干散粉粒料储罐12中暂存。具体干散粉粒料储罐12的数量可以根据实际需要而定，且各干散粉粒料储罐12中暂存的干散粉粒料处理剂种类可以相同，也可以不同；不同时期根据需要同一个干散粉粒料储罐12中也可以用于存储不同种类的干散粉粒料处理剂。

由于处理剂的种类较多，在实际配制钻井液的过程中针对不同情况也有不同的配制需求，目前主要存在两类情况，第一类情况：在一些正常情况下需要实现快速配制钻井液的情形，或者在一些发生事故的紧急情况下需要实现快速配制钻井液的情形中，一般需要将重晶石等加重材料和粘土类的干散粉粒料处理剂，以极快速率添加到混浆罐45中，然后利用在线混合器46高速在线搅拌；此时也可以根据需要在该混浆罐45中添加袋装的固体处理剂和/或液体处理剂。第二类情况：对钻井液维护调配性能的通常情况下，一些干散粉粒料处理剂需要通过缓存漏斗23添加至混浆罐45中，并利用混合泵42的反复剪切作用有效混合，充分水化钻井液处理剂，提高钻井液性能。

因此，本实施例中共设有两个计量缓存罐，第一计量缓存罐13用于上述第一类情况，以将相应的干散粉粒料处理剂直接添加至混浆罐45中，利用在线混合器46高速在线搅拌；第二计量缓存罐14用于上述第二类情况，以通过缓存漏斗23添加相应的干散粉粒料处理剂，经文丘里加速器44的加速作用后输送至混浆罐45中，再经混合泵42流向文丘里加速器44，形成循环，以通过混合泵42对干散粉粒料处理剂反复剪切。上述的在线混合器46是一种高速混合器，可以直接将第一计量缓存罐13输送的干散粉粒料处理剂高效混合到混浆罐45中的基础钻井液中，实现散装材料在混浆罐45中在线搅拌，实现随配随用的快速配制目的，在线混合器46的具体结构为现有技术。

上述的袋装自动加料系统2用于将袋装的固体处理剂自动破袋后自动添加至混浆罐45中，利用自动破袋送料组件可以将袋装的固体钻井液处理剂进行自动破袋，然后将粉料状的固体处理剂输送至缓存漏斗23内，经文丘里加速器44的加速作用后输送至混浆罐45中，并通过混合泵42的作用在循环管路41中循环。上述的液体自动加料系统3用于将液体处理剂自动添加至混浆罐45中，使用时将液体输送泵32与存储液体处理剂的储液罐31连接，通过液体输送泵32吸入液体处理剂，输送至循环管路41，便可以将其自动泵送至混浆罐45中，由混合泵42反复循环剪切混合，以与混浆罐45中的基础钻井液充分混合。

上述的泥浆循环系统4用于将添加至混浆罐45内的各种钻井液处理剂与混浆罐45中的基础钻井液充分混合，调配成所需性能的钻井液；泥浆循环系统4应为低压系统，循环管路41中的压力较低，具体压力根据需要而定，具体混浆罐45的数量可以根据需要而定。文丘里加速器44的喇叭口(即口径大的一端)靠近循环管路41的第一端设置，工作时，经文丘里加速器44的射流作用，在喇叭口处会局部形成真空，可以将缓存漏斗23中的物料更好的吸出，同时增强了混合效果。配制或维护钻井液时，气动加料系统1、袋装自动加料系统2、液体自动加料系统3和泥浆循环系统4可以同时工作，实现配比配料和混浆；根据钻井液处理剂的添加混合顺序、配方、用量等参数，利用气动加料系统1、袋装自动加料系统2和/或液体自动加料系统3分别将干散粉粒料处理剂、袋装的固体处理剂和/或液体处理剂自动添加至混浆罐45中，以配制成所需性能的钻井液。

由此，本实施例中的自动混合系统，通过气动加料系统1、袋装自动加料系统2、液体自动加料系统3和泥浆循环系统4的配合，根据钻井液处理剂的用量多少、包装形式及理化性质差异，可以将不同包装形式和用量的钻井液处理剂分别自动添加到混浆罐45中，同时配备有第一计量缓存罐13和第二计量缓存罐14，可以满足不同性质的干散粉粒料处理剂以及不同情况的不同添加方式需求，以尽可能适用目前所有的干散粉粒料处理剂的添加要求以及各种钻井液配制情况，适应性更强。整个自动混合系统通过各子系统配合代替现有人工添加和混合的方式，自动化程度更高，大大减少了工人劳动强度，而且各罐体均为封闭结构，相互之间的连接也为基本为密闭连接，能实现密闭自动输送和添加，减少了人为及环境等外界因素的对钻井液的质量影响，保证了健康和安全，提高了生产效率。

在具体实现方式中，如图1和图2所示，为了能精准的控制干散粉粒料处理剂的添加速度和添加量，在第一计量缓存罐13的出料端设有第一变频旋转卸料阀131，在第二计量缓存罐14的出料端设有第二变频旋转卸料阀141，在各干散粉粒料储罐12上均设有称重传感器15。利用称重传感器15可以检测相应干散粉粒料储罐12中的余料量，利用第一计量缓存罐13或第二计量缓存罐14向混浆罐45中添加干散粉粒料处理剂时，通过相应的干散粉粒料储罐12中物料的重量变化，可以方便控制干散粉粒料处理剂的添加总量。通过第一变频旋转卸料阀131和第二变频旋转卸料阀141可以调控干散粉粒料处理剂的添加速度。

进一步地，在干散粉粒料储罐12、第一计量缓存罐13和第二计量缓存罐14的顶部均设有料气分离及除尘装置16。料气分离及除尘装置16具体是由料气分离器和反脉冲除尘器集成在一起构成，以用于集尘除气；可以实现处理剂和空气旋风分离后，经脉冲除尘将处理剂粉尘回收空气排出(即固体粉料回收，气体及微粉尘随空气排放到外部安全区域)，避免设备内憋压，保证使用安全，并实现了除尘功能。

在干散粉粒料储罐12、第一计量缓存罐13、第二计量缓存罐14和缓存漏斗23的顶部和底部均分别设有第一料位计171和第二料位计172。这里的第一料位计171和第二料位计172也可以分别称为高料位计和低料位计，以用于检测安全料位。

在干散粉粒料储罐12、第一计量缓存罐13和第二计量缓存罐14上还设有辅助振动下料装置18。辅助振动下料装置18例如可以采用振动气锤、振动气碗等，可以给罐体间歇性敲击，有助于罐体内的物料下落，特别是有助于附着在罐体内壁的物料落下来，提高罐体的清空率。

进一步地，第一计量缓存罐13的进料端和第二计量缓存罐14的进料端之间通过粉料输送管路19连接，干散粉粒料储罐12的出料端通过出口换向分路阀122与粉料输送管路19连接。这里的出口换向分路阀122以及上述的进口换向分路阀121均采用三通阀，可以实现换向功能，以根据不同需要向相应储罐内补料以及将相应储罐内的物料输送至对应的计量缓存罐内。

干散粉粒料储罐12一般采用压力容器罐，气动灰车11运送的加重剂及膨润土等散装干粉粒料处理剂由气力输送至相应的干散粉粒料储罐12中暂存；当干散粉粒料储罐12的第一料位计171给出满罐信号提示后，停止进料。当向混浆罐45中添加干散粉粒料处理剂时，干散粉粒料储罐12底部流化气床通入洁净的压缩空气123，压力升高至一定值时其中的干散粉粒料处理剂呈悬浮状输送至选定的计量缓存罐中。作为优选地，在粉料输送管路19上且靠近第一计量缓存罐13的位置设有第一压力变送器191，在粉料输送管路19上且靠近第二计量缓存罐14的位置设有第二压力变送器192。利用第一压力变送器191和第二压力变送器192可以监控粉料输送管路19的压力，避堵预警。

各计量缓存罐一般采用常压容器，可根据一个循环周期用量多少间歇性定量把干散粉粒料处理剂添加至缓存漏斗23处或直接添加到混浆罐45。通过相应的干散粉粒料储罐12向相应的计量缓存罐内输送物料时，第一料位计171发出仓满指示信号时，自动关闭该计量缓存罐的进料阀和排气阀，同时自动打开其底部变频旋转卸料阀，根据需要选择向缓存漏斗23或混浆罐45内输送物料；当该计量缓存罐的第二料位计172发出信号时，关闭变频旋转卸料阀，一个工作周期完成后，开始该计量缓存罐的下一个进料、出料的周期。

一般还会在第一变频旋转卸料阀131的出料口处设有相应的开关阀，以更方便地控制第一计量缓存罐13与相应的混浆罐45之间的通断；在第二变频旋转卸料阀141的出料口处设有相应的开关阀，以更方便地控制第二计量缓存罐14与缓存漏斗23之间的通断。

进一步地，如图1、图3、图6和图7所示，由于目前固体处理剂根据处理剂的用量不同，采用小袋包装和吨袋包装两种形式，因此本实施例中自动破袋送料组件包括第一自动破袋送料组件21和第二自动破袋送料组件22。利用第一自动破袋送料组件21用于实现小袋固体处理剂210的自动破袋和输送功能，利用第二自动破袋送料组件22用于实现吨包固体处理剂220的自动破袋和输送功能，以满足固体处理剂这两种不同包装形式的添加需求。

更具体地，第一自动破袋送料组件21包括沿物料输送方向顺序设置的第一自动移运装置211、第一破袋机212和第一螺旋输送机213，第一螺旋输送机213的出料口与缓存漏斗23的进料口连接。第二自动破袋送料组件22包括沿物料输送方向顺序设置的第二自动移运装置221、第二破袋机222和第二螺旋输送机223，第二螺旋输送机223的出料口与缓存漏斗23的进料口连接。

使用时，小袋固体处理剂210和吨包固体处理剂220分别通过第一自动移运装置211和第二自动移运装置221，自动运送至第一破袋机212和第二破袋机222的入口处，经破袋、料袋分离后，粉料状的固体处理剂由第一螺旋输送机213和第二螺旋输送机223输送至缓存漏斗23处，进而添加至混浆罐45中。对于各自动移运装置，可以根据需要采用履带输送、搬运机器人、机械手、无人驾驶的防爆电动叉车、托盘式机械人，电动吊机等各种形式，以实现自动移运功能。各破袋机包括包装抓取机构、自动割袋机构、料袋分离机构和废料袋收集机构，具体结构为现有技术。如图8所示，缓存漏斗23包括漏斗本体231和可旋开漏斗盖232，可旋开漏斗盖232通过销轴233与漏斗本体231连接；各料位计设在漏斗本体231上，料气分离及除尘装置16固设在可旋开漏斗盖232上，可旋开漏斗盖232应急处理时可带动料气分离及除尘装置16一同旋转，并将缓存漏斗23完全敞开。

可以理解，各螺旋输送机均封闭结构，各破袋机中的缓冲仓的出口端应与相应的螺旋输送机的进料端密封连接，各螺旋输送机的出料端均与缓存漏斗23的进料端密封连接，以保证密闭输送。

作为优选地，第一螺旋输送机213和第二螺旋输送机223均为变频式螺旋输送机，第一破袋机212和第二破袋机222均自带计数器和打包机构。该变频式螺旋输送机由变频电机带动，能控制处理剂的输送速度。各破袋机自带的计数器可以对袋装处理剂的袋数进行计数，进而可方便计量处理剂的添加总量。各破袋机进行料袋分离后，废料袋可以由相应破袋机自带的打包机构打包回收，实现对包装袋的回收再利用，避免造成浪费和二次污染。

进一步优选地，如图1和图4所示，液体输送泵32为计量泵，液体输送泵32通过液体输送管路33与循环管路41的第一端连接，并在液体输送管路33上设有质量流量计34。计量泵可以控制液体的输送速度，液体输送管路33中的质量流量计34可监测输送液体的密度、体积流量、质量流量，通过相关的控制算法可统计单次累计的输送总量，取代称重传感器计量重量，简便易行。一般在液体输送管路33上还会设置相应的开关阀，以控制液体输送泵32与循环管路41之间的通断。

为了更加精准地控制配制的钻井液的密度，如图1和图5所示，在循环管路41上且位于文丘里加速器44和混合泵42之间设有密度计43。使用时，混合泵42可以将气动加料系统1、袋装自动加料系统2和/或液体自动加料系统3添加到混浆罐45中的干散粉粒料处理剂、固体处理剂和/或液体处理剂，反复循环剪切混合，使处理剂与混浆罐45中的基础钻井液充分混合，以调配成所需性能的钻井液。同时密度计43可以实时在线监测钻井液的密度，当达到所需密度时，立即停止输送处理剂，实现自动监控钻井液密度的功能。

一般在缓存漏斗23的出料端设有相应的开关阀，以便于控制缓存漏斗23与文丘里加速器44之间的通断；在各混浆罐45的进料端和出料端均设有相应的开关阀，以便于控制各混浆罐45的进料和出料。一般在各混浆罐45之间还可以设有串接管路，并在串接管路上设有相应的开关阀，当各混浆罐45完成钻井液的配制后，可以根据需要将其中两个混浆罐45连通。各混浆罐45在配制钻井液时相互独立，互不影响，具体使用哪个混浆罐45均根据需要而定。对于一些配制后不立即使用的钻井液，可以将其先暂时存储在相应的混浆罐45中，一般在各混浆罐45中均设有搅拌器47，可以在钻井液配制完成后对其定期搅拌，避免沉积。整个自动混合系统还会配备有相应的控制系统，以方便实现自动混合过程。

进一步地，本实施例还提供一种钻井液自动混合方法，采用上述的钻井液自动混合系统进行实施，钻井液自动混合方法包括如下步骤：

在混浆罐45中提前加入基础钻井液；

添加钻井液处理剂：将相应的干散粉粒料储罐12中存储的干散粉粒料处理剂经第一计量缓存罐13输送至与第一计量缓存罐13连接的混浆罐45中；

混合搅拌：利用在线混合器46对混浆罐45中的基础钻井液和干散粉粒料处理剂在线混合，得到所需性能的钻井液。

该方法主要适用于上述所说的第一类情况，需要实现快速配制钻井液的情形，将干散粉粒料处理剂以极快速率添加到混浆罐45中，然后利用在线混合器46高速在线搅拌，得到满足需要的钻进液。

一般第一类情况中，根据需要也可以添加固体处理剂和/或液体处理剂，因此，在添加钻井液处理剂的步骤中还包括如下步骤：利用自动破袋送料组件将袋装处理剂进行破袋后将粉料状的固体处理剂输送至缓存漏斗23中，并通过文丘里加速器44的作用将缓存漏斗23中的固体处理剂吸入循环管路41后输送至混浆罐45中；和/或利用液体输送泵32将液体处理剂通过循环管路41泵送至混浆罐45中；

在混合搅拌步骤中还包括如下步骤：利用混合泵42将添加到混浆罐45中的物料，进行反复循环剪切混合，并与基础钻井液混合均匀。利用在线混合器46和混合泵42的同时作用，使得干散粉粒料处理剂与固体处理剂和/或液体处理剂更加均匀地混合到基础钻井液中。

当然，根据需要，第一类情况中，若在该混浆罐45中添加了干散粉粒料处理剂和液体处理剂，未添加固体处理剂，可以只用在线混合器46高速在线混合即可，此时可以同时利用混合泵42反复循环剪切，也可以不用混合泵42。

进一步地，本实施例还提供一种钻井液自动混合方法，采用上述的钻井液自动混合系统进行实施，钻井液自动混合方法包括如下步骤：

在混浆罐45中提前加入基础钻井液；

将相应的干散粉粒料储罐12中存储的干散粉粒料处理剂经第二计量缓存罐14输送至缓存漏斗23中，通过文丘里加速器44的作用将缓存漏斗23中的干散粉粒料处理剂吸入循环管路41后输送至混浆罐45中；和/或利用自动破袋送料组件将袋装处理剂进行破袋后将粉料状的固体处理剂输送至缓存漏斗23中，通过文丘里加速器44的作用将缓存漏斗23中的固体处理剂吸入循环管路41后输送至混浆罐45中；和/或利用液体输送泵32将液体处理剂通过循环管路41泵送至混浆罐45中；

利用混合泵42将添加到混浆罐45中的物料，进行反复循环剪切混合，并与基础钻井液混合均匀，得到所需性能的钻井液。

该方法主要适用于上述所说的第二类情况，将干散粉粒料处理剂和/或固体处理剂通过缓存漏斗23添加，利用混合泵42的反复剪切作用来得到所需的钻井液。

上述两种方法中，具体采用哪种方法配制以及具体参数设置，都需要根据钻井液专家给出钻井液处理剂的添加混合顺序、配方、用量，输送速度等参数，结合钻井液处理剂的包装形式，启动相应的钻井液处理剂自动混合子系统，便可实现钻井液处理剂的自动添加和混合功能。

更为具体地，干散粉粒料处理剂、袋装的固体处理剂和液体处理剂的自动添加和混合过程如下：

在控制系统的LCD屏上选定操作流程，设定操作参数，便可自动实现相应的流程流量。

干散粉粒料处理剂的进料、加料和混合流程具体为：气动加料系统1和泥浆循环系统4共同工作可以将干散粉粒料处理剂自动添加和混合至混浆罐45内的基础钻井液中。当利用气动灰车11给相应的干散粉粒料储罐12气力补料时，打开总开关阀111和相应的进口换向分路阀121，干散粉粒料处理剂通过进料管路自动输送至设定的干散粉粒料储罐12，干散粉粒料储罐12顶部的料气分离及除尘装置16集尘除气，当第一料位计171预警时停止进料操作，同时称重传感器15可记录干散粉粒料储罐12中的存料量。当需向基础钻井液混合干散粉粒料处理剂时，控制系统设定相关参数后，打开相应的出口换向分路阀122，干散粉粒料储罐12中的散装粉料被加压流化，输送至设定的计量缓存罐，该计量缓存罐上的料气分离及除尘装置16集尘除气，当该计量缓存罐的第一料位计171发出仓满指示信号时，关闭其进料阀和排气阀，然后打开其底部的变频旋转卸料阀，该计量缓存罐中的物料便按设定的速度向缓存漏斗23或混浆罐45中输送物料，当该计量缓存罐的第二料位计172发出信号时，关闭变频旋转卸料阀，开始该计量缓存罐的下一个进料、出料、加料周期，如此反复直至达到所设定的加料量，泥浆循环系统4将混浆罐45中的钻井液充分混合均匀。如需调控钻井液密度时，泥浆循环系统4的密度计43还可以实时监测循环管路41的钻井液密度，直至达到所需的钻井液密度，气动加料系统1自动停止输送物料。

袋装的固体处理剂的自动加料和混合流程具体为：袋装自动加料系统2与泥浆循环系统4共同工作可以将袋装的固体处理剂自动添加和混合至混浆罐45内的基础钻井液中。小袋或吨包处理剂分别由相应的自动移运装置自动运送至相应的破袋机的入口处，经破袋、料袋分离后，粉料状的固体处理剂由相应的螺旋输送机输送至缓存漏斗23处，经文丘里加速器44和循环管路41添加至混浆罐45中。废料袋由各破袋机自带的打包机构打包回收，各破袋机自带的计数器可统计添加总量，变频螺旋输送机可以控制处理剂的输送速度，泥浆循环系统4将混浆罐45中的钻井液充分混合均匀。液体处理剂的自动添加和混合流程具体为：液体自动加料系统3和泥浆循环系统4共同实现液体处理剂的自动添加和混合。计量泵将液体处理剂通过液体输送管路33输送至循环管路41，计量泵可控制输送速度，质量流量计34累计计量输送总量，经泥浆循环系统4将液体处理剂均匀混合至钻井液中。

以上几个系统可以根据工艺需求由控制系统设定处理剂的添加顺序和配方，并可在钻井液配制及维护过程实时由控制系统监测工作状态，实现所需的钻井液性能，如最常用的自动密度功能。

综上，本实施例中的自动混合系统及混合方法具有如下优点：

(1)通过气动加料系统1、袋装自动加料系统2、液体自动加料系统3和泥浆循环系统4的配合，实现了钻井液处理剂的自动添加和混合，可以根据不同的要求得到所需性能的钻井液，自动化更强，相较于现有人工添加配制而言，减少了劳动力，生产效率更高。且整个系统的各部件及连接处基本为封闭式，实现了密闭自动输送和添加，减少人为及环境等外界因素对钻井液的质量影响，保证钻井液质量。

(2)可以按钻井液配制及维护工艺要求及钻井液的性能差异控制各钻井液处理剂的添加速度和添加量：通过称重传感器15可以对控制干散粉粒料处理剂的添加总量，通过第一变频旋转卸料阀131和第二变频旋转卸料阀141可以调控干散粉粒料处理剂的添加速度；通过计数器可以方便计量固体处理剂的添加总量，通过变频式螺旋输送机可以控制固体处理剂的输送速度；通过计量泵可以控制液体的输送速度，通过质量流量计34可以控制液体处理剂的添加总量，实现更加精准地控制加料速度和加料量，提高钻井液的质量。同时，通过密度计43的设置，可以更加精准地控制钻井液的密度。

(3)采用气动加料系统1、袋装自动加料系统2、液体自动加料系统3和泥浆循环系统4这几个自动加料子系统，将钻井液处理剂自动添加到混浆罐45中，经泥浆循环系统4使处理剂和基础钻井液充分混合，反复循环，调配成所需性能的钻井液。在钻井液维护和配制期间，针对不同钻井液处理剂的形态、包装形式、用量多少、加料速度、理化性质等差异可以设定操作参数，可以采用不同的自动添加和混合方式，将钻井液处理剂按设定的参数密闭自动输送至混浆罐45，并自动混合，减少人为因素及环境等外界因素对钻井液的质量的影响，减轻钻井液工的劳动强度，提高健康安全性及生产效率，同时避免物料浪费。

泥浆工程师能实时本地及远程精确监控钻井液的混合过程，如加料顺序，加料速度，添加总量，混合泵42、液体输送泵32、在线混合器46和搅拌器47状态等，提高了钻井液的质量。通过设定干散粉粒料储罐12、计量缓存罐和钻井液密度等信息，自动启动混合泵42，系统按所需的输送速率和添加总量将干散粉粒料储罐12中的干散粉粒料处理剂由第二计量缓存罐14自动添加至缓存漏斗23，并由泥浆循环系统4的反复循环，与基础钻井液混合；反复循环直到获得所需的钻井液密度，系统自动停止干散粉粒料处理剂的输送和添加。自动监控钻井液密度功能在窄密度窗口钻井时的精细控压钻井尤其重要。自动化混合系统可在线实时自动混合钻井液，系统可立即提供所需重量的压井液，可将储备钻井液的数量降到最低，避免浪费，因此它无需设专用压井液储备罐。此外，还可利用本系统实现对固井水泥的在线配置，将干散粉粒料储罐12的干散粉粒料处理剂由第一计量缓存罐13自动添加至相应的混浆罐45中，并利用在线混合器46进行高效快速混合。

以上仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (14)

1.一种钻井液自动混合系统，其特征在于，包括：

气动加料系统，其包括第一计量缓存罐、第二计量缓存罐和至少一个干散粉粒料储罐，所述干散粉粒料储罐的出料端与所述第一计量缓存罐的进料端和所述第二计量缓存罐的进料端均能通断地连接；

袋装自动加料系统，其包括自动破袋送料组件和缓存漏斗，所述自动破袋送料组件能用于将袋装处理剂破袋后将粉料状的固体处理剂输送至所述缓存漏斗内；所述第二计量缓存罐的出料端与所述缓存漏斗的进料端能通断地连接；

液体自动加料系统，其包括液体输送泵；

以及泥浆循环系统，其包括循环管路、混合泵、文丘里加速器和至少一个混浆罐，所述干散粉粒料储罐、所述第一计量缓存罐、所述第二计量缓存罐、所述缓存漏斗和所述混浆罐均为封闭式结构；所述第一计量缓存罐的出料端与其中一个所述混浆罐的进料端能通断地连接，并在与所述第一计量缓存罐连接的所述混浆罐中设有在线混合器；所述混浆罐的进料端和出料端分别与所述循环管路的第一端和第二端能通断地连接，所述文丘里加速器和所述混合泵均串接在所述循环管路中，且所述文丘里加速器靠近循环管路的第一端设置，所述混合泵靠近所述循环管路的第二端设置；所述缓存漏斗的出料端能通断地与所述文丘里加速器连接；所述液体输送泵与所述循环管路的第一端能通断地连接，并能向所述混浆罐中泵送液体处理剂。

2.如权利要求1所述的钻井液自动混合系统，其特征在于，

在所述第一计量缓存罐的出料端设有第一变频旋转卸料阀，在所述第二计量缓存罐的出料端设有第二变频旋转卸料阀，在各所述干散粉粒料储罐上均设有称重传感器。

3.如权利要求1所述的钻井液自动混合系统，其特征在于，

在所述干散粉粒料储罐、所述第一计量缓存罐和所述第二计量缓存罐的顶部均设有料气分离及除尘装置。

4.如权利要求1所述的钻井液自动混合系统，其特征在于，

在所述干散粉粒料储罐、所述第一计量缓存罐、所述第二计量缓存罐和所述缓存漏斗的顶部和底部均分别设有第一料位计和第二料位计。

5.如权利要求1所述的钻井液自动混合系统，其特征在于，

在所述干散粉粒料储罐、所述第一计量缓存罐和所述第二计量缓存罐上还设有辅助振动下料装置。

6.如权利要求1所述的钻井液自动混合系统，其特征在于，

所述第一计量缓存罐的进料端和所述第二计量缓存罐的进料端之间通过粉料输送管路连接，所述干散粉粒料储罐的出料端通过出口换向分路阀与所述粉料输送管路连接；在所述粉料输送管路上且靠近所述第一计量缓存罐的位置设有第一压力变送器，在所述粉料输送管路上且靠近所述第二计量缓存罐的位置设有第二压力变送器。

7.如权利要求1所述的钻井液自动混合系统，其特征在于，所述自动破袋送料组件包括第一自动破袋送料组件和第二自动破袋送料组件；

所述第一自动破袋送料组件包括沿物料输送方向顺序设置的第一自动移运装置、第一破袋机和第一螺旋输送机，所述第一螺旋输送机的出料口与所述缓存漏斗的进料口连接；

所述第二自动破袋送料组件包括沿物料输送方向顺序设置的第二自动移运装置、第二破袋机和第二螺旋输送机，所述第二螺旋输送机的出料口与所述缓存漏斗的进料口连接。

8.如权利要求7所述的钻井液自动混合系统，其特征在于，

所述第一螺旋输送机和所述第二螺旋输送机均为变频式螺旋输送机，所述第一破袋机和所述第二破袋机均自带计数器和打包机构。

9.如权利要求1所述的钻井液自动混合系统，其特征在于，

所述液体输送泵为计量泵，所述液体输送泵通过液体输送管路与所述循环管路的第一端连接，并在所述液体输送管路上设有质量流量计。

10.如权利要求1所述的钻井液自动混合系统，其特征在于，

在所述循环管路上且位于所述文丘里加速器和所述混合泵之间设有密度计。

11.如权利要求1所述的钻井液自动混合系统，其特征在于，

在各所述混浆罐中均设有搅拌器。

12.一种钻井液自动混合方法，其特征在于，采用如权利要求1-11任一项所述的钻井液自动混合系统进行实施，所述钻井液自动混合方法包括如下步骤：

在所述混浆罐中提前加入基础钻井液；

添加钻井液处理剂：将相应的所述干散粉粒料储罐中存储的干散粉粒料处理剂经所述第一计量缓存罐输送至与所述第一计量缓存罐连接的所述混浆罐中；

混合搅拌：利用所述在线混合器对所述混浆罐中的基础钻井液和所述干散粉粒料处理剂在线混合，得到所需性能的钻井液。

13.如权利要求12所述的钻井液自动混合方法，其特征在于，

在添加钻井液处理剂的步骤中还包括如下步骤：

利用所述自动破袋送料组件将袋装处理剂进行破袋后将粉料状的固体处理剂输送至所述缓存漏斗中，通过所述文丘里加速器的作用将所述缓存漏斗中的固体处理剂吸入所述循环管路后输送至所述混浆罐中；和/或利用所述液体输送泵将液体处理剂通过所述循环管路泵送至所述混浆罐中；

在混合搅拌步骤中还包括如下步骤：

利用所述混合泵将添加到所述混浆罐中的物料，进行反复循环剪切混合，并与所述基础钻井液混合均匀。

14.一种钻井液自动混合方法，其特征在于，采用如权利要求1-11任一项所述的钻井液自动混合系统进行实施，所述钻井液自动混合方法包括如下步骤：

在所述混浆罐中提前加入基础钻井液；

将相应的所述干散粉粒料储罐中存储的干散粉粒料处理剂经所述第二计量缓存罐输送至所述缓存漏斗中，通过所述文丘里加速器的作用将所述缓存漏斗中的干散粉粒料处理剂吸入所述循环管路后输送至所述混浆罐中；和/或利用所述自动破袋送料组件将袋装处理剂进行破袋后将粉料状的固体处理剂输送至所述缓存漏斗中，通过所述文丘里加速器的作用将所述缓存漏斗中的固体处理剂吸入所述循环管路后输送至所述混浆罐中；和/或利用所述液体输送泵将液体处理剂通过所述循环管路泵送至所述混浆罐中；

利用所述混合泵将添加到所述混浆罐中的物料，进行反复循环剪切混合，并与所述基础钻井液混合均匀，得到所需性能的钻井液。

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