CN114950260A - 钻井液添加剂加料装置、系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钻井液添加剂加料装置、系统和方法。所述装置包括：支座、控制单元、位于所述支座上的至少一个称重单元和所述称重单元支撑的储料罐、设置于储料罐下的放料单元；所述储料罐，用于储存钻井液添加剂；所述称重单元安装在所述支座上，用于对所述储料罐进行称重，将称重参数提供给控制单元；所述放料单元设有与储料罐连接的落料阀，通过落料阀使添加剂落入放料管路以便传输至钻井液混合系统；所述控制单元，用于基于储料罐的称重参数和设置的添加剂放料参数，控制落料阀动作使相应储料罐中的添加剂输送至钻井液混合系统中。能够实现钻井液添加剂的自动添加，无需人工操作，节省人力，且能方便的控制参数，实现添加剂按需添加控制。
Description
技术领域
本发明涉及钻井装备技术领域，特别涉及一种钻井液添加剂加料装置、系统和方法。
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。
钻井液添加剂种类很多，其中大多数为固体粉末或颗粒，目前主要采用袋装方式运输到油田，储存在油田的材料房。在钻井液配置或调配时，钻井液工靠人力将袋装钻井液添加剂搬运至钻井液混合漏斗处或钻井液罐的顶部，人力割刀破袋后倾倒至钻井液混合系统中。
发明内容
本申请发明人发现，目前钻井液添加剂添加的过程是敞开式的，存在以下缺点:①人工加料过程受人为因素限制无法准确控制加料速度、加料量，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，钻井液添加剂在倾倒过程中产生的灰尘对对井场环境及人员健康产生不利影响；敞开式加料方式造成添加剂浪费，包装袋因无法回收再利用而造成浪费和二次污染；③材料房占用井场空间。
且由于钻井液添加剂的种类繁多，理化性能差异较大。理想的加料方法应根据密度、粘度、溶解性、介质中固体颗粒直径、有无化学腐蚀性和毒性等物理化学性质等差别采取不同的加料参数，目前没有能够满足这些要求的加料系统。
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种钻井液添加剂加料装置、系统和方法。
本发明实施例提供一种钻井液添加剂加料装置，包括：支座、控制单元、位于所述支座上的至少一个称重单元和所述称重单元支撑的储料罐、设置于储料罐下的放料单元；
所述储料罐，用于储存钻井液添加剂；
所述称重单元安装在所述支座上，用于对所述储料罐进行称重，将称重参数提供给控制单元；
所述放料单元设有与储料罐连接的落料阀，通过落料阀使添加剂落入放料管路以便传输至钻井液混合系统；
所述控制单元，用于基于储料罐的称重参数和设置的添加剂放料参数，控制落料阀动作使相应储料罐中的添加剂输送至钻井液混合系统中。
在一些可选的实施例中，所述储料罐设置有至少三个耳座，所述称重单元包括至少三个称重设备；一个称重设备的顶板连接一个耳座；所述顶板和所述耳座采用固定式连接、半悬浮式连接和悬浮式连接中的至少一种。
在一些可选的实施例中，所述顶板和所述耳座至少一组采用固定式连接，至少一组采用半悬浮式连接，其它采用悬浮式连接。
在一些可选的实施例中，所述储料罐上还设置有高料位计、低料位计和振动辅助下料装置；
高料位计和低料位计，用于监控储料罐中的添加剂存储量；
振动辅助下料装置，用于使储料罐振动抖落罐壁上沾附的添加剂。
在一些可选的实施例中，所述放料单元，包括落料阀、混合器、放料支管和放料主管；
所述落料阀与储料罐连接，用于在控制单元控制下基于放料参数控制储物罐的落料速度；
所述混合器与落料阀连接，用于将添加剂导流至放料支管中；
所述放料支管一端与混合器连接，另一端与放料主管连接；
所述放料主管出口位于钻井液混合系统中，用于将添加剂输送至钻井液混合系统中。
在一些可选的实施例中，所述放料主管上设有放料阀和/或分路换向阀；
所述放料阀设置在最后一个放料支管和放料主管的出口之间；
所述分路换向阀设置在每个放料支管与放料主管之间，用于对放料支管和放料主管中输送的添加剂的流通方向。
在一些可选的实施例中，所述所述放料支管和放料主管之间采用软连接。
在一些可选的实施例中，上述装置还包括进料管路；
所述进料管路包括进料主管和与进料主管连接的进料支管，每个进料支管连接一个储料罐；所述进料主管进料端设置快接接头，用于对接补料设备。
在一些可选的实施例中，所述进料管路中，进料支管和进料主管的连接处设置有换向分路阀，用于控制进料主管中添加剂的流通方向；
所述进料主管上还设置有进料主阀，用于控制进料主管的的导通状态和进料速度。
在一些可选的实施例中，上述装置还包括集尘单元，所述集尘单元包括除尘管路、旋风分离器和集尘罐；
所述除尘管路连接储料罐与旋风分离器，用于将收集储料罐中产生的包含添加剂的料气混合物，输送至旋风分离器；
所述集尘罐位于所述旋风分离器下方；
所述旋风分离器，用于对输送的料气混合物进行料气分离，分离后的添加剂落入集尘罐中。
在一些可选的实施例中，所述集尘单元还包括回收管路；
所述回收管路一端连接进料主管，另一端连接集尘罐，用于将集尘罐中收集的添加剂通过进料管路输送到储料罐中。
在一些可选的实施例中，所述旋风分离器内设置过滤装置，对集尘罐中的添加剂进行过滤，下方设置集尘气动蝶阀；
所述集尘罐上方在所连接的回收管路上设置出料阀，内部设置流化装置，用于将集尘罐中的添加剂输送到回收管路中。
在一些可选的实施例中，上述装置还包括：与控制单元连接的控制气路；
所述控制气路连接集尘罐，并在连接通路上设有集尘气阀，以控制集尘罐中的添加剂输送至回收管路中；
所述控制气路连接放料主管和各放料支管，并在每个连接通路上设有气阀，实现控制放料主管和放料支管中添加剂的输送。
在一些可选的实施例中，所述支座包括架体、位于架体上方的支撑板、位于架体下方的底座，所述底座上设有调节螺杆；
所述支撑板被设计为能够安装所述称重单元，并设有储料罐孔以使储料罐下部进入；
所述底座上设置的调节螺杆用于调节各底座的高度。
在一些可选的实施例中，上述装置还包括倒罐管路；
所述倒罐管路一端连接与放料管路的放料阀，另一端连接于进料管路的进料端，并设有倒罐阀，用于将一个储料罐中的添加剂转移至另一个储料罐中。
本发明实施例提供一种钻井液添加剂加料系统，包括至少两个上述的钻井液添加剂加料装置，相邻的两个钻井液添加剂加料装置之间的放料管路通过快接接头连接。
在一些可选的实施例中，上述系统还包括：
相邻的两个钻井液添加剂加料装置之间的进料管路通过快接接头连接；和/或
各钻井液添加剂加料装置共用旋风分离器和集尘罐。
在一些可选的实施例中，上述系统还包括：倒罐管路连接最后一个钻井液添加剂加料装置放料管路出口端和第一个钻井液添加剂加料装置的进料主管的进料端。
本发明实施例提供一种钻井液添加剂加料方法，使用上述的钻井液添加剂加料装置或上述的钻井液添加剂加料系统实现。
在一些可选的实施例中，上述方法包括：
响应于放料指令，根据预设的放料参数，控制储料罐所连接的落料阀的开启状态和落料速度，并调节控制气路的供气量使放料管路中的添加剂在预设压力下向钻井液混合系统流动。
在一些可选的实施例中，响应于放料指令，根据预设的放料参数，控制储料罐所连接的落料阀的开启状态和落料速度，包括：
响应于放料指令，控制需要放料的储料罐所连接的落料阀开启；以及
控制与落料阀连接的电机的转速，调节落料阀的转速，实现控制落料阀的落料速度。
在一些可选的实施例中，上述方法还包括：
当根据称重模块检测到的称重参数确定从储料罐中输送的添加剂达到预设输送量或储料罐上的低料位计发出预警或时，结束添加剂的输送。
在一些可选的实施例中，上述方法还包括：
若需要输送不止一种添加剂，则依次或同时从储存不同添加剂的储物罐中进行输送，针对每种添加剂确定其达到预设输送量时结束该种添加剂的输送，直至所需输送的添加剂均输送结束。
在一些可选的实施例中，上述方法还包括：
响应于补料指令，在补料装置和进料主管连接后，控制进料主管上的进料主阀打开，根据预设的补料参数，确定待补料的储料罐，控制进料主管与连接待补料的补料罐的进料支管导通，向储料罐中输送添加剂。
在一些可选的实施例中，根据预设的补料参数，确定待补料的储料罐，控制进料主管与连接待补料的补料罐的进料支管导通，包括：
根据补料参数中包括的补料装置提供的添加剂名称、各储料罐中的添加剂名称和余量，确定待补料的储料罐；
控制进料主管和连接待补料的储料罐的进料支管的换向分路阀使进料主管至待补料的储料罐的进料管路导通；
开启补料装置上的气源，使进料管路中的添加剂流向待补料的储料罐。
在一些可选的实施例中，在补料装置和进料主管连接后，还包括：
当根据称重模块检测到的称重参数确定储料罐中的添加剂达到预设量或储料罐上的高料位计发出预警时，结束添加剂的输送；或
当提供添加剂的补料装置中的添加剂消耗完或所有需要补料的储料罐均补料完成时，断开补料装置和进料主管的连接。
在一些可选的实施例中，在补料装置和进料主管连接后，还包括：
若存在回收管路，将回收管路的回收阀关闭；和/或，若存在倒罐管路，将倒罐管路的倒罐阀关闭。
在一些可选的实施例中，在进料过程中，还包括：
旋风分离器和集尘罐之间的集尘气动蝶阀处于打开状态，集尘器底部气阀处于关闭状态，储料罐中产生的料气混合物经除尘管路进入旋风分离器，在旋风分离器中进行料气分离后，气体排放至外界环境中，添加剂经旋风分离器中的过滤装置过滤后，落入集尘罐中。
在一些可选的实施例中，进料结束后，还包括：
进料主阀和集尘气动蝶阀处于关闭状态，集尘器底部气阀处于打开状态，集尘罐内流化装置启动，在控制气路输送的气体产生的气体压力作用下，将集尘罐中收集的添加剂输送至对应的储料罐中。
在一些可选的实施例中，上述方法还包括：
当需要从第一储料罐向第二储料罐转储添加剂时，进料主阀和回收阀处于关闭状态，倒罐阀处于打开状态，控制倒罐管路与进料主管、连接第二储料罐的进料支管导通，从第一储料罐向第二储料罐输送添加剂。
在一些可选的实施例中，从第一储料罐向第二储料罐输送添加剂的过程中，还包括：
当根据称重模块检测到的称重参数确定第二储料罐中的添加剂达到预设量或第二储料罐上的高料位计发出预警或第一储料罐的低料位计发出预警时，结束添加剂的输送。
本发明实施例提供一种上述的钻井液添加剂加料装置或上述的钻井液添加剂加料系统在钻井液维护过程中的应用。
本发明实施例提供一种钻井液，所述钻井液中的添加剂使用上述的钻井液添加剂加料装置或上述的钻井液添加剂加料系统添加。
本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：
本发明实施例提供的钻井液添加剂加料装置，能够将不同的钻井液添加剂储存在不同的储料罐中，称重单元可以实时监测储料罐中添加剂的重量，并将称重数据提供给控制单元，控制单元可以基于称重数据和设置的放料参数进行放料控制，实现将不同得到添加剂按照各自所需要的量输送至钻井液混合系统中；该装置能够自动控制钻井液添加剂的添加，在钻井液维护期间，可以根据不同钻井液的理化参数设定放料参数，由控制单元控制进行放料，将具有不同理化参数的添加剂按各自设定的参数通过密闭的管路自动输送到钻井液混合系统，自动化程度稿，减少了人为因素和环境因素等外界因素对钻井液质量的影响，还减轻了工人的劳动强度，提高HSE及生产效率，也能有效地避免无聊的浪费。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
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为本发明实施例一中钻井液添加剂加料装置的结构示意图；
图2为本发明实施例二中钻井液添加剂加料装置的结构示意图；
图3为本发明实施例三中钻井液添加剂加料系统的结构示意；
图4为本发明实施例四中钻井液添加剂加料方法的流程图；
图5为本发明实施例五中钻井液添加剂加料方法的流程图。
附图标记说明：
1-支座，2-称重单元，3-储料罐，4-进料管路，5-集尘单元，6-倒罐单元，7-放料单元，8-控制气路，9-控制单元，10-快接接头；
101-底座，102-调节螺杆，103-架体，104-支撑板；
301-储料罐本体，302-低料位计，303-高料位计，304-振动辅助下料装置，305-耳座；
401-快接接头，402-进料主阀，403-进料主管，404-进料支管，405-换向分路阀；
501-除尘支管，502-除尘主管，503-旋风分离器，504-集尘气动蝶阀，505-集尘罐，506-流化装置，507-集尘气阀，508-集尘出料阀，509-回收管路，510-回收阀；
601-倒罐管路，602-倒罐阀；
701-落料阀、702-混合器、703-放料支管、704-放料主管、705-放料阀，706-软连接；
801-气管路，802-气管路气阀。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
为了解决现有技术中钻井液添加剂添加过程中存在的不能根据性能差异设置适当的加料参数或称放料参数，无法实现自动加料，受人工因素影响，且工人劳动强度大等问题，本发明实施例提供一种钻井液添加剂加料装置、系统和方法，将不同的钻井液添加剂分别储存于不同的储料罐中，针对需要添加的添加剂的性能差异设置适当的加料参数，密闭自动输送和添加，不仅能够减少人为及环境等外界因素的对钻井液的质量影响，还能够提高HSE，高生产效率，同时还能够节约物料及包装袋。
实施例一
本发明实施例一提供一种钻井液添加剂加料装置，其结构如图1所示，包括：支座1、控制单元9、位于支座1上的至少一个称重单元2和称重单元2支撑的储料罐3、设置于储料罐3下的放料组件7；
储料罐3，用于储存钻井液添加剂；
称重单元2安装在支座1上，用于对储料罐3进行称重，将称重参数提供给控制单元9；
放料单元7设有与储料罐3连接的落料阀701，通过落料阀701使添加剂落入放料管路以便输送至钻井液混合系统；
控制单元9，用于基于储料罐3的称重参数和设置的添加剂放料参数，控制落料阀701动作使相应储料罐3中的添加剂输送至钻井液混合系统中。
在一些可选的实施例中，储料罐3的罐体301上设置有至少三个耳座，称重单元2包括至少三个称重设备；一个称重设备的顶板连接一个耳座；顶板和耳座采用固定式连接、半悬浮式连接和悬浮式连接中的至少一种。比如：顶板和耳座至少一组采用固定式连接，至少一组采用半悬浮式连接，其它采用悬浮式连接。
储料罐3上还设置有低料位计302、高料位计303和振动辅助下料装置304(图1中未示出，参见图2所示)；低料位计302和高料位计303用于监控储料罐3中的添加剂存储量，在存储量低于设定的最小阈值时，低料位计报警，在存储料高于设定的最大阈值时，高料位计报警，最小阈值和最大阈值可以是储料罐中添加剂的质量、添加剂在罐中的高度或其他参数。振动辅助下料装置304用于使储料罐振动抖落罐壁上沾附的添加剂。
在一些可选的实施例中，上述放料单元7，包括落料阀701、混合器702、放料支管703和放料主管704；落料阀701与储料罐3连接，用于在控制单元9控制下基于放料参数控制储物罐9的落料速度；混合器702与落料阀3连接，用于将添加剂导流至放料支管703中；放料支管703一端与混合器702连接，另一端与放料主管704连接；放料主管704出口位于钻井液混合系统中，用于将添加剂输送至钻井液混合系统中。
上述放料主管704上设有放料阀705和/或分路换向阀(图中未示出)；放料阀705设置在最后一个放料支管703和放料主管704的出口之间；分路换向阀设置在每个放料支管703和放料主管之间，用于对放料支管703和放料主管704中输送的添加剂的流通方向。优选的，放料支管703和放料主管704之间采用软连接706。例如可以通过软管连接，软管具有柔性，通过软管可以使放料主管704的重量不会影响到储料罐3的重量，也能避免放料主管704和放料支管703之间的拉扯力对储料罐3重量的影响，从而使储料罐3的称重数据更准确。
可选的，支座1包括架体103、位于架体上方的支撑板104、位于架体下方的底座101，底座101上设有调节螺杆102；支撑板104被设计为能够安装称重单元2，并设有储料罐孔以使储料罐3下部进入；底座101上设置的调节螺杆102用于调节各底座的高度。如图1所示的，支撑板上有三个储料罐孔以安装三个储料罐，每个储料罐被三个称重单元支撑，储料罐下半部分通过储料罐孔进入架体下部空间，储料罐下边还安装有放料单元，储料罐上设有进料支管和除尘支管的连接口。架体为柜式结构，控制单元9也可放置在架体中，并与称重单元、控制气路落料阀等各种阀门都连接，以便收集数据或进行操作控制。
上述钻井液添加剂自动加料装置可满足粉粒状钻井液添加剂的自动进料、自动放料自动倒罐需求。钻井液添加剂储存于若干储料罐中，在钻井液维护期间，针对不同钻井液添加剂的理化性质设定操作参数，将钻井液添加剂按设定的放料参数密闭自动输送至钻井液混合系统中，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HSE及生产效率，同时避免物料浪费。
实施例二
本发明实施例二提供一种钻井液添加剂加料装置，其结构如图2所示，在实施例一提供的钻井液添加剂加料装置的基础上，还包括进料管路4，以便为储料罐补料。
进料管路4包括进料主管403和与进料主管403连接的进料支管404，每个进料支管404连接一个储料罐3；进料主管403进料端设置快接接头401，用于对接补料设备。
可选的，进料管路4中，进料支管404和进料主管403的连接处设置有换向分路阀405，用于控制进料主管403中添加剂的流通方向；进料主管403上还设置有进料主阀402，用于控制进料主管的的导通状态和进料速度。
在一些可选的实施例中，上述装置还包括集尘单元5，集尘单元5包括除尘管路、旋风分离器503和集尘罐505；除尘管路连接储料罐3与旋风分离器503，用于将收集储料罐3中产生的包含添加剂的料气混合物，输送至旋风分离器503；集尘罐505位于旋风分离器503下方；旋风分离器503用于对输送的料气混合物进行料气分离，分离后的添加剂落入集尘罐505中。上述除尘管路包括连接各出料管的除尘支管501和与各除尘支管501连接的除尘主管502，除尘主管502连接旋风分离器503。
可选的，上述集尘单元5还包括回收管路509；回收管路509一端连接进料主管403，另一端连接集尘罐505，用于将集尘罐505中收集的添加剂通过进料管路4输送到储料罐3中。旋风分离器503内设置过滤装置，对集尘罐505中的添加剂进行过滤，下方设置集尘气动蝶阀504；集尘罐505上方在所连接的回收管路509上设置集尘出料阀508，内部设置流化装置506用于将集尘罐505中的添加剂输送到回收管路509中。
在一些可选的实施例中，上述装置还包括与控制单元9连接的控制气路8；控制气路8连接集尘罐505，并在连接通路上设有集尘气阀507，以控制集尘罐505中的添加剂输送至回收管路509中。
可选的，控制气路8还连接放料主管704和各放料支管703，并在每个连接通路上设有气阀，实现控制放料主管704和放料支管703中添加剂的输送。如图2所示的，控制气路中的气管入口处设有气管气阀802，气管连接放料主管和放料支管，在各气路分支上均可以设置气阀，图2中仅是示例性的，实际应用中其他可以根据需要设置。
在一些可选的实施例中，上述装置还包括倒罐单元6，倒罐单元6包括倒罐管路601；倒罐管路601一端连接与放料管路7的放料阀705，另一端连接于进料管路4的进料端，并设有倒罐阀602，用于将一个储料罐中的添加剂转移至另一个储料罐中。
如图1和图2所示的钻井液添加剂加料装置，包括支座1、若干储料罐3、称重单元2、进料管路4、放料单元7、倒罐单元6、集尘单元5、控制气路8、控制单元等9。储料罐中可储存钻井液添加剂，钻井液维护期间将所需的各种钻井液添加剂预储存于若干储料罐中每个储料罐设有高料位计、低料位计、维修孔及振动辅助下料装置等，利用高低料位计监测储料罐中的余料量并提示储料罐中的高低料位，振动辅助下料装置，比如振动气锤或气碗防止架桥可以辅助放料。每个储料罐3通过称重单元2悬挂式坐于支座1上，利用称重单元监测储料罐内钻井液添加剂的余量及控制进料和放料总量，储料罐上设置的耳座与称重模块的顶板连接，称重单元的底板与支座上的凸台用螺钉固定连接。储料罐3在重心稍偏上位置周向均匀设置3～4个耳座，耳座与称重单元连接方式为1个固定式连接，1个半浮动连接，其余为全浮动连接。储料罐3通过称重单元2悬坐于支座1上，称重单元2的这种支撑方式与传统支脚处支撑连接相比，支撑位置位于重心之上，稳定性能更好。
通过进料管汇可向储料罐中补充钻井液添加剂，进料管路4包括快接接头401、进料主管403、进料支管404、进料主阀402、气动粉料换向分路阀405等。储料罐补料时，进料主管403与补料装置(如气动灰罐车)的管路通过快接接头401连接，控制单元自动开启进料主阀402，导通相应的气动粉料换向分路阀405的通流方向，向补料灰罐内输入净化的压缩空气，压力达到一定时灰罐内的钻井液添加剂呈流态化被高压气流携带通过进料管路4输送到相应的储料罐3中。可以利用油田现场气源或气动灰罐车自带的气源将灰罐的固体添加剂流态化，高压气流携带固体添加剂通过进料管汇输送到相应的储料罐中。
储料罐3进料时由集尘单元集尘排气。集尘单元5包括除尘支管501、除尘主管502、旋风分离器503、集尘气动蝶阀504、集尘罐505、罐内流化床506、集尘出料口的集尘出料阀508、回收阀510、回收管路509等。每个储料罐3通过除尘支管501连接到除尘主管502，进而和旋风分离器503相连通。旋风分离器503实现料气分离，固体粉尘收集在集尘罐505中，微量细小无法收集的粉尘随空气从旋风分离器503的顶部过滤装置排出。集尘罐505为压力容器罐，集尘罐505的底部设有流化装置(图中未画出)，上部设有集尘出料口和集尘出料阀508，回收管路509靠近进料管路处设回收阀510回接于进料主管403。储料罐3补料结束后，给集尘罐505内的气动流化装置加压至一定值时，启动集尘罐底部的流化装置，集尘罐505内收集的固体粉尘便以低流速、高浓度通过集尘出料口、集尘出料阀508、回收管路509压送至进料主管403，再通过进料管路4上气动分路换向阀405的导向作用回收至设定的储料罐3中。
放料单元7主要旋转落料阀701、喷射混合器702、放料支管703、放料主管704、放料阀705等。钻井液维护期间，可将储料罐3中的钻井液添加剂以设定的放料参数添加到钻井液混合系统，钻井液混合系统通常是钻井液混合漏斗。操作时，控制单元9自动开启储料罐3底部的旋转落料阀701，储料罐3中的添加剂在重力作用下通过旋转落料阀701、喷射混合器702，进入放料支管703，再通过放料主管704添加到钻井液混合漏斗处。当放料支管703中通有高速流动的压力气体时，喷射混合器702处局部形成真空，有利于储料罐3中的钻井液添加剂被吸入放料支管703内，进而通过放料主管703气力输送到钻井液混合漏斗处。放料过程中，控制单元通过控制变频电机的转速，调节旋转落料阀的转速实现调节放料速度，称重单元以减重配重方式控制放料总量。
倒罐单元6可将一个储料罐3中的钻井液添加剂转储到另一储料罐3中。倒罐单元6包括倒罐管路601、倒罐阀602等，倒罐管路601从放料单元7的放料阀705接出。倒罐操作时，控制单元9切换放料阀705的流动方向为倒罐管路方向，开启放料储料罐的旋转落料阀701和倒罐阀602，关闭进料主阀402和回收阀510，启动倒罐流程，导通相应的气动粉料换向分路阀通流方向，便可将其中一个储料罐中的钻井液添加剂输送到另一个空的储料罐或储有同种添加剂的储料罐中。
进料管路4、集尘单元5、放料单元7、倒罐单元6、控制气路8等所涉及的料阀和气阀均装有自动启闭装置，并与控制系统相关联，根据流程不同自动启闭。其中进料主阀、回收阀，集尘出料阀、倒罐阀可选用气动插板阀，也可选择其他形式的粉体可控开关阀。
支座1用于支撑储料罐3，连接进料管路4、放料单元7及控制气路8、控制单元9等。支座1为焊接结构件，支撑板104下部空间为柜式结构，控制单元中的控制柜和接线端子箱等均置于支座1的柜体中。柜式结构有利于为内部部件遮阳避雨。支座1下部的底座具有高度调节功能，通过调节螺杆102实现高度调节，便于安装时调整。因受运输等因素的限制，可采用模块化拓展的方式进行扩展增容。单个装置上储料罐的数量和容积的运输尺寸可参照钻井液罐的标准，可满足数种钻井液添加剂的自动加料要求和运输要求。将各装置的进料主管和放料主管通过快接接头连接起来，作为一个整体，可形成包括多个钻井液添加剂加料装置的钻井液添加剂加料系统。
实施例三
本发明实施例三提供一种钻井液添加剂加料系统，其结构如图3所示，包括至少两个上述的钻井液添加剂加料装置，相邻的两个钻井液添加剂加料装置之间的放料管路通过快接接头10连接。当上述装置包括进料管路时，相邻的两个钻井液添加剂加料装置之间的进料管路通过快接接头连接。
至少两个钻井液添加剂加料装置可以各自设置旋风分离器和集尘罐，也可以各钻井液添加剂加料装置共用旋风分离器和集尘罐，只需将相应的除尘管路和回收管路连接至公用的旋风分离器和集尘罐即可。
上述系统还包括倒罐管路，倒罐管路连接最后一个钻井液添加剂加料装置放料管路出口端和第一个钻井液添加剂加料装置的进料主管的进料端。
使用上述钻井液添加剂自动加料系统的自动加料方法为：将相同或不同种类的钻井液添加剂储存于各个储料罐中。钻井液维护时利用气力方式将储料罐中的钻井液添加剂按设定参数密闭自动输送到钻井液混合系统中。储料罐补料时用外接气动补料装置(灰罐车)以气力输送方式将粉粒状钻井液添加剂自动吹入到储料罐中。储料罐补料时可公用集尘单元，集尘罐收集的钻井液添加剂粉尘在进料完成后以气力方式压送到相应的储料罐中。放料管路在接近出料口的出料末端回接至进料主管汇，导通相应的倒罐管路可实现储料罐间倒罐。
上述钻井液添加剂自动加料系统，在控制单元的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，具体可以包括储料罐进料流程、储料罐放料流程、储料罐倒料流程等几个工作过程，每个过程的具体实现流程在后续方法部分详细描述。
实施例四
本发明实施例四提供一种钻井液添加剂加料方法，使用上述钻井液添加剂加料装置或系统实现，其流程如图4所示，包括如下步骤：
步骤S101：响应于放料指令，根据预设的放料参数，控制储料罐所连接的落料阀的开启状态和落料速度，调节控制气路的供气量使放料管路中的添加剂在预设压力下向钻井液混合系统流动。
响应于放料指令，根据预设的放料参数，控制储料罐所连接的落料阀的开启状态和落料速度，包括响应于放料指令，控制需要放料的储料罐所连接的落料阀开启；以及控制与落料阀连接的电机的转速，调节落料阀的转速，实现控制落料阀的落料速度。
步骤S102：当根据称重模块检测到的称重参数确定从储料罐中输送的添加剂达到预设输送量或储料罐上的低料位计发出预警或时，结束添加剂的输送。
若需要输送不止一种添加剂，则依次或同时从储存不同添加剂的储物罐中进行输送，针对每种添加剂确定其达到预设输送量时结束该种添加剂的输送，直至所需输送的添加剂均输送结束。
本实施例实现储料罐放料流程：控制单元设定放料参数，如放料名称或罐号、放料总量、放料速度、偏差等，控制单元自动执行逻辑判断，满足放料条件即自动关闭放料罐的进料阀，导通放料主管的分路换向阀至钻井液混合漏斗方向，开启放料罐底部的旋转落料阀，储料罐中的添加剂在重力作用下通过旋转落料阀、喷射混合器，进入放料支管、放料主管，正压气力输送至钻井液混合漏斗处。当放料支管通有高速流动的压力气体时，在与放料支管相连通的喷射混合器处局部形成真空，有利于将储料罐中的钻井液添加剂吸入放料支管内，进而通过放料主管气力输送到钻井液混合漏斗处。放料过程中，通过控制变频电机的转速调节旋转落料阀的放料速度，称重单元以减重方式监测和控制放料总量及罐内余料量。放料过程中各储料罐可按各自独立的放料速度和放料量达到配比需求。当达到设定的输送总量停止该储料罐放料流程。
实施例五
本发明实施例五提供一种钻井液添加剂加料方法，使用上述钻井液添加剂加料装置或系统实现，其流程如图5所示，在实施例是提供的方法基础上，还可以包括如下步骤：
步骤S201：响应于补料指令，在补料装置和进料主管连接后，控制进料主管上的进料主阀打开，根据预设的补料参数，确定待补料的储料罐，控制进料主管与连接待补料的补料罐的进料支管导通，向储料罐中输送添加剂。
当需要给储料罐中补料时，根据补料参数中包括的补料装置提供的添加剂名称、各储料罐中的添加剂名称和余量，确定待补料的储料罐；控制进料主管和连接待补料的补料罐的进料支管的换向分路阀使进料主管至待补料的储料罐的进料管路导通；开启补料装置上的气源，使进料管路中的添加剂流向待补料的储料罐。
步骤S202：当根据称重模块检测到的称重参数确定储料罐中的添加剂达到预设量或储料罐上的高料位计发出预警时，结束添加剂的输送。
针对待补料的储料罐，基于称重模块检测到的称重参数确定储料罐中的添加剂达到预设量或储料罐上的高料位计发出预警，结束该储料罐的补料过程。而每次补料可能不止一个储料罐需要不了，当有多个储料罐需要补料时，当补料装置所提供的添加剂被消耗完或所有需要补料的储料罐均补料完成时，断开补料装置和进料主管的连接。
在补料装置和进料主管连接后，还包括若存在回收管路，将回收管路的回收阀关闭，以便进行粉尘收集；和/或，若存在倒罐管路，将倒罐管路的倒罐阀关闭，以避面倒罐的发生。
在进料过程中还可以进行添加剂粉尘收集，旋风分离器和集尘罐之间的集尘气动蝶阀处于打开状态，集尘器底部气阀处于关闭状态，储料罐中产生的料气混合物经除尘管路进入旋风分离器，在旋风分离器中进行料气分离后，气体排放至外界环境中，添加剂经旋风分离器中的过滤装置过滤后，落入集尘罐中。
进料结束后还包括将收集的添加剂回装入储料罐中，此时，进料主阀和集尘气动蝶阀处于关闭状态，集尘器底部气阀处于打开状态，集尘罐内流化装置启动，在控制气路输送的气体产生的气体压力作用下，将集尘罐中收集的添加剂输送至对应的储料罐中。
本实施例实现储料罐进料流程：将气动补料装置(如灰罐车)的出料管与钻井液添加剂加料系统的进料主管通过快接接头连接，打开进料主阀，关闭回收阀和倒罐阀。通过控制单元的显示屏设定进料的名称、进料量、偏差等参数，控制单元运行内部逻辑判断程序自动检测储料罐中装有添加剂种类及现有余量，根据判断结果自动导通各气动粉料换向分路阀的流动方向，开启进料流程。开启气源，气源可为现场气源或气动灰车的自带气源，补料装置(灰罐车)内的钻井液添加剂便以流化方式正压气力通过进料管汇输送至相应的储料罐中。进料流程中，称重单元以增重方式监测进料量，当达到预设量或高料位计预警时即停止进料流程。在进料流程中，打开旋风分离器和集尘罐间的气动蝶阀，进料储料罐中会有气体携带部分粉粒状的钻井液添加剂由除尘支管、除尘主管，进入到旋风分离器，在旋风分离器内实现料气分离，并经过滤装置，钻井液添加剂粉尘落入集尘罐，气体携带微量无法收集的细小尘埃排放到空气中。进料流程结束后自动关闭进料主管路上的进料阀、集尘气动蝶阀，开启集尘罐出料阀和回收阀。开启集尘罐底部气阀，启动集尘罐内的流化装置，集尘罐内气体压力增加一定值时，集尘罐内收集的钻井液添加剂粉尘便以低流速、高浓度通过回收管路压送至进料主管，再通过气动分路换向阀的导流作用回收至相应进料操作的储料罐中。在进料及回收结束后给储料罐补充干燥洁净的压缩气体，保证罐内微正压防止湿气进入储料罐。为避免进料流程混料，进料操作只能单罐进料，单不影响其他储料罐放料操作。
实施例六
本发明实施例六提供的方法，在实施例四和实施例五的基础上，还包括：当需要从第一储料罐向第二储料罐转储添加剂时，进料主阀和回收阀处于关闭状态，倒罐阀处于打开状态，控制倒罐管路与进料主管、连接第二储料罐的进料支管导通，从第一储料罐向第二储料罐输送添加剂。
可选的，从第一储料罐向第二储料罐输送添加剂的过程中，还包括：当根据称重模块检测到的称重参数确定第二储料罐中的添加剂达到预设量或第二储料罐上的高料位计发出预警或第一储料罐的低料位计发出预警时，结束添加剂的输送。
本实施例实现储料罐倒料流程：若需要将一个储料罐中的添加剂转储至另一储料罐中，便可启动倒罐流程。关闭进料主阀和回收阀，导通预进料的分路换向阀流动方向，切换放料阀的流动方向为倒罐管路方向，启动倒罐流程。达到设定转输量或受料罐高料位计预警即停止倒罐操作，然后回收集尘罐中收集的添加剂粉尘。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种上述钻井液添加剂加料装置或上述钻井液添加剂加料系统在钻井液维护过程中的应用。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种钻井液，钻井液中的添加剂使用上述的钻井液添加剂加料装置或上述的钻井液添加剂加料系统添加。
关于上述各实施例中的钻井液添加剂加料装置、系统和方法，其相关内容已在一部分中进行描述的，在另一部分中不再详细阐述说明。
本发明实施例的上述系统和方法，是一种多仓式钻井液添加剂加料系统及加料方法，在钻井液配制及钻井液维护过程中，根据各种不同钻井液添加剂的物理化学特性差异，按钻井液配制及维护工艺要求设定钻井液添加剂的添加量及加料速度后，将储存在多个储料罐中的钻井液添加剂按设定参数自动输送到钻井液混合系统中。与现有的人工加料方式相比，可以将各种钻井液添加剂分别储存于不同的储料罐中，添加时针对不同钻井液添加剂的性质差异，控制系统设定添加剂的配方、添加顺序、总量和添加速度等参数，系统将所需要添加的添加剂按设定的参数密闭自动输送至钻井液混合系统中，提高所配置的钻井液质量；减少物料浪费；减轻钻井液工的劳动强度，减少粉尘对工人和环境的不利影响；同时还能够提高生产效率。
应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。
在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。
上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。
Claims (33)
1.一种钻井液添加剂加料装置，其特征在于，包括：支座、控制单元、位于所述支座上的至少一个称重单元和所述称重单元支撑的储料罐、设置于储料罐下的放料单元；
所述储料罐，用于储存钻井液添加剂；
所述称重单元安装在所述支座上，用于对所述储料罐进行称重，将称重参数提供给控制单元；
所述放料单元设有与储料罐连接的落料阀，通过落料阀使添加剂落入放料管路以便传输至钻井液混合系统；
所述控制单元，用于基于储料罐的称重参数和设置的添加剂放料参数，控制落料阀动作使相应储料罐中的添加剂输送至钻井液混合系统中。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述储料罐设置有至少三个耳座，所述称重单元包括至少三个称重设备；一个称重设备的顶板连接一个耳座；所述顶板和所述耳座采用固定式连接、半悬浮式连接和悬浮式连接中的至少一种。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述顶板和所述耳座至少一组采用固定式连接，至少一组采用半悬浮式连接，其它采用悬浮式连接。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述储料罐上还设置有高料位计、低料位计和振动辅助下料装置；
高料位计和低料位计，用于监控储料罐中的添加剂存储量；
振动辅助下料装置，用于使储料罐振动抖落罐壁上沾附的添加剂。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述放料单元，包括落料阀、混合器、放料支管和放料主管；
所述落料阀与储料罐连接，用于在控制单元控制下基于放料参数控制储物罐的落料速度；
所述混合器与落料阀连接，用于将添加剂导流至放料支管中；
所述放料支管一端与混合器连接，另一端与放料主管连接；
所述放料主管出口位于钻井液混合系统中，用于将添加剂输送至钻井液混合系统中。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述放料主管上设有放料阀和/或分路换向阀；
所述放料阀设置在最后一个放料支管和放料主管的出口之间；
所述分路换向阀设置在每个放料支管与放料主管之间，用于对放料支管和放料主管中输送的添加剂的流通方向。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述所述放料支管和放料主管之间采用软连接。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括进料管路；
所述进料管路包括进料主管和与进料主管连接的进料支管，每个进料支管连接一个储料罐；所述进料主管进料端设置快接接头，用于对接补料设备。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述进料管路中，进料支管和进料主管的连接处设置有换向分路阀，用于控制进料主管中添加剂的流通方向；
所述进料主管上还设置有进料主阀，用于控制进料主管的的导通状态和进料速度。
10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括集尘单元，所述集尘单元包括除尘管路、旋风分离器和集尘罐；
所述除尘管路连接储料罐与旋风分离器，用于将收集储料罐中产生的包含添加剂的料气混合物，输送至旋风分离器；
所述集尘罐位于所述旋风分离器下方；
所述旋风分离器，用于对输送的料气混合物进行料气分离，分离后的添加剂落入集尘罐中。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述集尘单元还包括回收管路；
所述回收管路一端连接进料主管，另一端连接集尘罐，用于将集尘罐中收集的添加剂通过进料管路输送到储料罐中。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述旋风分离器内设置过滤装置，对集尘罐中的添加剂进行过滤，下方设置集尘气动蝶阀；
所述集尘罐上方在所连接的回收管路上设置出料阀，内部设置流化装置，用于将集尘罐中的添加剂输送到回收管路中。
13.如权利要求10所述的装置，其特征在于，还包括：与控制单元连接的控制气路；
所述控制气路连接集尘罐，并在连接通路上设有集尘气阀，以控制集尘罐中的添加剂输送至回收管路中；
所述控制气路连接放料主管和各放料支管，并在每个连接通路上设有气阀，实现控制放料主管和放料支管中添加剂的输送。
14.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述支座包括架体、位于架体上方的支撑板、位于架体下方的底座，所述底座上设有调节螺杆；
所述支撑板被设计为能够安装所述称重单元，并设有储料罐孔以使储料罐下部进入；
所述底座上设置的调节螺杆用于调节各底座的高度。
15.如权利要求1-14任一所述的装置，其特征在于，还包括倒罐管路；
所述倒罐管路一端连接与放料管路的放料阀，另一端连接于进料管路的进料端，并设有倒罐阀，用于将一个储料罐中的添加剂转移至另一个储料罐中。
16.一种钻井液添加剂加料系统，其特征在于，包括至少两个如权利要求1-14任一所述的钻井液添加剂加料装置，相邻的两个钻井液添加剂加料装置之间的放料管路通过快接接头连接。
17.如权利要求16所述的系统，其特征在于，还包括：
相邻的两个钻井液添加剂加料装置之间的进料管路通过快接接头连接；和/或
各钻井液添加剂加料装置共用旋风分离器和集尘罐。
18.如权利要求16或17所述的系统，其特征在于，还包括：倒罐管路连接最后一个钻井液添加剂加料装置放料管路出口端和第一个钻井液添加剂加料装置的进料主管的进料端。
19.一种钻井液添加剂加料方法，其特征在于，使用如权利要求1-15任一所述的钻井液添加剂加料装置或如权利要求16-18任一所述的钻井液添加剂加料系统实现。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，包括：
响应于放料指令，根据预设的放料参数，控制储料罐所连接的落料阀的开启状态和落料速度，并调节控制气路的供气量使放料管路中的添加剂在预设压力下向钻井液混合系统流动。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，响应于放料指令，根据预设的放料参数，控制储料罐所连接的落料阀的开启状态和落料速度，包括：
响应于放料指令，控制需要放料的储料罐所连接的落料阀开启；以及
控制与落料阀连接的电机的转速，调节落料阀的转速，实现控制落料阀的落料速度。
22.如权利要求20所述的方法，其特征在于，还包括：
当根据称重模块检测到的称重参数确定从储料罐中输送的添加剂达到预设输送量或储料罐上的低料位计发出预警或时，结束添加剂的输送。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括：
若需要输送不止一种添加剂，则依次或同时从储存不同添加剂的储物罐中进行输送，针对每种添加剂确定其达到预设输送量时结束该种添加剂的输送，直至所需输送的添加剂均输送结束。
24.如权利要求20所述的方法，其特征在于，还包括：
响应于补料指令，在补料装置和进料主管连接后，控制进料主管上的进料主阀打开，根据预设的补料参数，确定待补料的储料罐，控制进料主管与连接待补料的补料罐的进料支管导通，向储料罐中输送添加剂。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，根据预设的补料参数，确定待补料的储料罐，控制进料主管与连接待补料的补料罐的进料支管导通，包括：
根据补料参数中包括的补料装置提供的添加剂名称、各储料罐中的添加剂名称和余量，确定待补料的储料罐；
控制进料主管和连接待补料的储料罐的进料支管的换向分路阀使进料主管至待补料的储料罐的进料管路导通；
开启补料装置上的气源，使进料管路中的添加剂流向待补料的储料罐。
26.如权利要求24所述的方法，其特征在于，在补料装置和进料主管连接后，还包括：
当根据称重模块检测到的称重参数确定储料罐中的添加剂达到预设量或储料罐上的高料位计发出预警时，结束添加剂的输送；或
当提供添加剂的补料装置中的添加剂消耗完或所有需要补料的储料罐均补料完成时，断开补料装置和进料主管的连接。
27.如权利要求24所述的方法，其特征在于，在补料装置和进料主管连接后，还包括：
若存在回收管路，将回收管路的回收阀关闭；和/或，若存在倒罐管路，将倒罐管路的倒罐阀关闭。
28.如权利要求24所述的方法，其特征在于，在进料过程中，还包括：
旋风分离器和集尘罐之间的集尘气动蝶阀处于打开状态，集尘器底部气阀处于关闭状态，储料罐中产生的料气混合物经除尘管路进入旋风分离器，在旋风分离器中进行料气分离后，气体排放至外界环境中，添加剂经旋风分离器中的过滤装置过滤后，落入集尘罐中。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，进料结束后，还包括：
进料主阀和集尘气动蝶阀处于关闭状态，集尘器底部气阀处于打开状态，集尘罐内流化装置启动，在控制气路输送的气体产生的气体压力作用下，将集尘罐中收集的添加剂输送至对应的储料罐中。
30.如权利要求20所述的方法，其特征在于，还包括：
当需要从第一储料罐向第二储料罐转储添加剂时，进料主阀和回收阀处于关闭状态，倒罐阀处于打开状态，控制倒罐管路与进料主管、连接第二储料罐的进料支管导通，从第一储料罐向第二储料罐输送添加剂。
31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，从第一储料罐向第二储料罐输送添加剂的过程中，还包括：
当根据称重模块检测到的称重参数确定第二储料罐中的添加剂达到预设量或第二储料罐上的高料位计发出预警或第一储料罐的低料位计发出预警时，结束添加剂的输送。
32.一种如权利要求1-15任一所述的钻井液添加剂加料装置或如权利要求16-18任一所述的钻井液添加剂加料系统在钻井液维护过程中的应用。
33.一种钻井液，其特征在于，所述钻井液中的添加剂使用如权利要求1-15任一所述的钻井液添加剂加料装置或如权利要求16-18任一所述的钻井液添加剂加料系统添加。
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