CN1318730C - 石油压裂液混配车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种石油压裂液混配车，其由驾驶主车、挂车和设置在所述挂车内的混配设备组成，其特征在于：所述挂车上部为一外包式厢体，所述厢体分成两部分，一部分作为操作间，一部分作为工作间，所述操作间内设置有操作控制台，所述混配设备设置在所述工作间内，所述挂车通过半挂车架连接在所述驾驶主车上，所述挂车的前后设置有可以折叠的支承腿；所述混配设备包括：储料给料装置，水、粉混合装置、释放罐、静态混合装置、高速搅拌装置、添加剂装置和发液装置。本发明的各个设备结构紧凑，可以充分利用空间，非常方便地安装在挂车厢体内，同时各个设备都可以连接至操作间的操作台，并通过计算机控制，实现了设备现场移动操作方便，并配制出高质量石油压裂液的目的。本发明可以广泛用于各种石油开采过程中配制石油压裂液的场合。

Description

石油压裂液混配车

技术领域

本发明涉及一种石油压裂液混配装置，特别是关于一种石油压裂液混配车。

背景技术

在石油开采过程中，为了提高石油的产量，目前国内外均普遍采用石油压裂技术，以提高油层内油的提取率，延长油田的开采寿命。而在石油压裂技术中，压裂液配制的质量对压裂作业的成功与否起着至关重要的作用。石油压裂液是由植物胶粉和水按一定的比例配制成溶液，再加上几种添加剂如破乳剂、助排剂、降粘剂等制成的均匀的具有一定粘度的液体。目前国内外石油行业对石油压裂液的质量要求越来越高，其要求主要包括：1、压裂液中各种组分的比例准确，最大误差不得超过±2％；2、压裂液中各种组分必须混合均匀，基液中不得有水包团出现；3、压裂液能够在压裂现场配制；4、现场配制的压裂液的即时粘度必须达到实验室最高粘度的90％以上；5、现场配制的压裂液的速度必须达到每分钟1.5立方米；6、现场配制压裂液时，必须能够根据现场压裂情况实现随用随配。

由于以上因素的限制，研制用于配备压裂液的设备的难度很大，目前国内外尚未研制出令人满意的设备。现在主要用的仍然是采用固定式厂房和设备进行配制，其缺点是：1、厂房和固定设备投资大，需建几个上百立方米的大池子；2、粘度释放慢，压裂液需放置4小时左右才能达到要求；3、距离远，由固定厂到现场一般在50～200公里；压裂如出现意外情况，运至现场的压裂液将被全部放掉，既造成了极大的浪费，又污染了环境。

发明内容

本发明的目的是提供一种移动方便，可以在压裂现场进行配置，而且配出的压裂液完全符合国际标准的石油压裂液混配车。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种石油压裂液混配车，其由驾驶主车、挂车和设置在所述挂车内的混配设备组成，其特征在于：

所述挂车上部为一外包式厢体，所述厢体分成两部分，一部分作为操作间，一部分作为工作间，所述操作间内设置有操作控制台，所述混配设备设置在所述工作间内，所述挂车通过半挂车架连接在所述驾驶主车上，所述挂车的前后设置有可以折叠的支承腿；所述混配设备包括：上料装置，给料装置，水、粉混合装置，释放罐，静态混合装置，高速搅拌装置，添加剂装置，发液装置；

所述上料装置包括电机带动的两个三级上料螺旋，最顶部的上料螺旋连接所述给料装置；所述给料装置包括瓜胶粉储料罐和颗粒状的防膨剂储料罐，每一罐体内设置一组由电机带动的给料螺旋，且在瓜胶粉储料罐的底部设置一出口，并连接一由变频电机带动的给料螺旋，所述防膨剂储料罐的出口通过另一给料螺旋设置在所述释放罐的上方；

所述水、粉混合装置包括一与给料螺旋出口径向连接的进口管路，一与所述进口管路连接的渐缩吸入室，一与出口管路连接的渐扩扩散室，一连接在所述吸入室和扩散室之间的喉管，一设置在所述吸入室、喉管、扩散室中心线上的射流管；

所述释放罐包括三个套接在一起直径依次减小的筒体，每个所述筒体顶部敞口，所述最外面的筒体的进口连接所述水、粉混合装置的出口管路，所述最里面的筒体底部设置出口；

所述静态混合装置包括一由曲折管线构成的混合室，所述混合室的进口连接所述释放罐底部的出口，所述混合室内间隔设置有若干旋转叶片，相邻的所述旋转叶片呈90°交错设置，且相邻的所述旋转叶片的旋转方向相反；

所述高速搅拌机包括机架，设置在所述机架上的电机，由电机带动的传动装置，连接所述传动装置的搅拌桨和设置在所述机架上的搅拌筒，所述搅拌筒包括由内至外直径递增的4～8层筒体，所述各层筒体的底部之间设置有支撑物，且各层筒体的底部分别与一垂向设置的通料管连接成一体，所述奇数层筒体的筒壁低于偶数层筒体的筒壁，所述偶数层筒体的筒壁下部设置有出料孔，所述通料管的接口连接一进料管，所述进料管连接所述静态混合装置的出口，所述最外层的筒体连接一出料管，所述搅拌桨为多根，且分别位于各上述搅拌筒之间；

所述添加剂装置包括一破乳剂储存罐、一助排剂储存罐和一降粘剂储存罐，所述各储存罐的流出口连接所述高速搅拌机的出料管；

所述发液装置包括一连接所述高速搅拌机出料管端部的发液管，所述发液管从所述挂车中部通至下部，用悬吊夹固定在所述挂车上，然后沿挂车两侧分成两路延伸至所述挂车后部，向上延伸一定高度，再分别连接一段可以旋转的管路。

本发明由于采取以上设计，其具有以下优点：1、本发明由于设置了由驾驶主车、挂车和设置车上的混配设备，并在挂车的前后设置了可折叠的支承腿，因此可以方便地移动到压裂现场，并将支承腿支承，稳定地进行压裂液的现场配置，不但省去了固定厂房的投资，节约了运费，而且也提高了工效和质量。2、本发明由于在厢体内设置了保温层，并将厢体分割成操作间和工作间，因此，可以为操作人员提供一个较好的工作环境，即使车厢外温度在零下40℃也可以保证车厢内温度在5℃以上，使本发明可以应用于各种野外操作环境。3、本发明的上料机构采用两组三级上料螺旋，且将第一级上料螺旋共有一个，并可以升降，因此既可以满足上料速度的要求，又充分考虑厢体内结构空间的限制，而且制作成本低，操作安全方便。4、本发明的给料装置在每个储料罐内设置了一组给料螺旋，并配合一精密给料螺旋给水、粉混合装置供瓜胶粉，配合另一给料螺旋给释放罐供防膨剂，结构简单紧凑，工作可靠易于维修，还可以防止瓜胶粉结块。5、本发明的水、粉混合装置利用射流原理，设置了一个渐缩的吸入室、一喉管和一个渐扩的扩散室，通过射流管喷出水或胶粉的高压喷雾作用，造成射流管周围的负压形成，将胶粉或水从物料口吸入，使雾状的水、粉可以均匀地混合在一起，从而有效地杜绝了干粉团的出现，使胶液的粘度迅速增长；特别是经过试验后，将喉管的长度缩短到零，有效地克服了胶粉粘附在喉管上，发生堵塞的现象。6、本发明的释放罐设置了三个直径递减的筒体，筒体的顶部敝口，当胶液流过释放罐时，使含有大量气体的液体能够在罐内迂回流动，并停留一段时间，使得液体中的气泡在漩流过程中受到挤压破裂，从而使气体能与液体分离排出，不影响下一泵体的工作。7、本发明的静态混合装置由于设置了由曲折管线构成的混合室，并在混合室内间隔设置了旋转叶片，并将相邻的旋转叶片的轴心呈90°交错设置，且将相邻的旋转叶片设计成左右相反的旋向，因此可以增加胶液在管线拐弯处冲撞管壁的机率，延长胶液在管线中停留的时间，使胶液的粘度充分释放，并使胶液经过时，被强迫忽而左旋，忽而右旋产生自身搅拌，而且可以在两相邻的旋转叶片之间的间隙内充分混合。特别是将旋转叶片采用圆形薄片对称开槽，并旋转60°制成，使胶液不受复杂结构的机械剪切，可以有效地降低胶液粘度的降解。8、本发明的高速搅拌机由于采取了多层筒体套合，并使溶液顺序流动的结构方式，并设置了多根搅拌桨于各层搅拌筒之间，因此使溶液好像是在几个串联使用的搅拌筒中进行搅拌，有效地增加了搅拌的时间和次数，可以使溶液得到连续的强制性搅拌和剪切，溶液粘度得到了充分的释放，完全满足了溶液即时粘度达到实验室最高粘度的90％以上的要求，而且流量上也可以满足1.5立方米/分钟的要求。特别是本发明在最外层筒体的底部设置了一夹层，并在夹层中设置了一个隔断板，因此可以将夹层分割成进料区和出料区两部分，使整体结构更加紧凑完整。9、本发明的发液装置将发液管设置成两支路，发液时，可以在本发明配液车两侧分别停一辆储液罐车，先通过一支路发液，储液罐注满后，可以通过电动阀关闭此支路，开启另一支路，为另一储液罐车发液，从而实现连续发液，不但可以提供发液效率，而且不必频繁的启动和停止配液设备。另外可以旋转的发液管不但发液时与储液罐车连接分别，而且完成发液后收藏方便。本发明的各个设备结构紧凑，可以充分利用空间，非常方便地安装在挂车厢体内，同时各个设备都可以连接至操作间的操作台，并通过计算机控制，实现了设备现场移动操作方便，并配制出高质量石油压裂液的目的。本发明可以广泛用于各种石油开采过程中配制石油压裂液的场合。

附图说明

图1是本发明结构示意图

图2是图1的俯视示意图

图3是上料装置结构示意图

图4是图3的侧视示意图

图5是储料装置结构示意图

图6是图5的侧视示意图

图7是水、粉混合装置结构示意图

图8是图7中喉管为零时结构示意图

图9是释放罐结构示意图

图10是静态混合装置结构示意图

图11是图10中旋转叶片开槽示意图

图12是图10中旋转叶片旋转后示意图

图13是高速搅拌机结构示意图

图14是发液装置示意图

图15是图14中发液管局部仰视图

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明由驾驶主车1、挂车2和设置在挂车内的混配设备组成。挂车2上部为一外包式厢体，厢体内可以设置保温层，厢体分成两部分，一部分作为操作间21，一部分作为工作间22，操作间21内设置有操作控制台23，工作间22内安装混配设备，挂车2通过半挂车架24连接在驾驶主车1上，挂车2的前后设置有可以折叠的支承腿25，以便在现场操作时辅助支承，使设备运行更平稳。

本发明的混配设备包括：上料装置3，给料装置4，水、粉混合装置5、释放罐6、静态混合装置7、高速搅拌装置8、添加剂装置9、发液装置10等。

如图1～4所示，本发明的上料装置3的作用是将固体粉状的配液原料从车下输送到车上的给料装置4中。由于需要给两个储料罐上料，因此本发明的上料装置3包括两个电机带动的三级上料螺旋31、32、33，同时由于两种物料可以间隔上料，因此两个三级上料螺旋的第一级螺旋31可以共用一个，第二级和第三级上料螺旋32、33均为两个，并分别伸向两个储料罐顶部。为使用方便，可以将第一级螺旋31设置成可升降或可旋转的，上料结束后，取下料斗34，将第一级螺旋收起来，不影响其它操作。

如图2、图5、图6所示，本发明的给料装置4包括用于存储瓜胶粉和氯化钾等防膨剂的两个储料罐41、42，两储料罐41、42内分别设置有由电机43通过减速机构44带动的三个给料螺旋45、46、47，其中给料螺旋45、46平行设置在上面，另一个给料螺旋47位于下面。两储料罐41、42的进口都设置在顶部，上料装置3的第三级上料螺旋33可以将粉料送入进口。胶粉储料罐41的出口设置在中间的底部，并通过一段料筒送入一由变频电机48带动的精密给料螺旋49，通过调节变频电机48，可以控制给料的多少。氯化钾储料罐42的出口设置在一侧，其通过另一给料螺旋直接加入释放罐6的顶部。

如图1、图7所示，本发明的水、粉混合装置5包括一进口管路51，进口管路51的一端径向设置一物料口52，物料口52与精密给料螺旋48连接进料。进口管路51的另一端依次连接一渐缩吸入室53，一喉管54和一渐扩扩散室55，在吸入室53、喉管54、扩散室55中心线上的射流管56，射流管56的进口通过管路连接一水泵57，水泵57可以通过管路连接水源。

本发明通过试验发现，水、粉混合装置5中射流管56在长时间工作后，在喉管54入口处容易产生粘粉的现象，且粘粉量随试验时间加长，愈来愈多，甚至可能出现阻塞射流管56喷嘴的情况。有鉴于此，本发明将喉管54的长度尽量缩短，在保证负压足够的情况下，加大液、  粉混合室的大小，经过多次试验后可以看到，当喉管54长度为零时(如图8所示)，产生的负压仍然足够吸入胶粉，且在这种极限情况下，水、粉混合空间最大，粘粉现象得到了极大的改善，这是对射流原理的一新的运用。在水、粉混合装置5中，可以用射流管56喷水，也可以喷胶粉，如果用射流管56喷胶粉，就从物料口52进水，其只需将物料和水的连接位置和结构加以适当变化即可。另外射流管56的喷嘴经试验，可以位于吸入室53内，也可以位于喉管54内，还可以位于扩散室55的进口处。

如图1和图9所示，本发明的释放罐6是考虑在射流混合过程中，空气可能进入胶液，为除去这些胶液中的气体而设置的。释放罐6包括三个直径依次减小的筒体61、62、63，每个筒体顶部均敝口，以便通气，从水、粉混合装置5扩散室55出来的胶液通过进口管路64进入最外面的筒体61，气体可以从顶部释放，胶液向下进入第二个套筒62下部的进口，由于出口管路65连接的泵体66的抽力作用，液面会逐渐上升并进入最里面的套筒63，然后通过套筒63底部从出口管路65流出。进口管路64与筒体61进口的连接是沿切线方向倾斜连接的，在释放罐6最外层的筒壁内可以设置若干凸起的挡板(图中未示出)，以使进入套筒61的胶液呈旋转方向进入，并碰撞凸起的挡板，促使气体尽快释放。

如图10所示，本发明的静态混合装置7包括一由曲折管线构成的混合室71和设置在混合室1内的若干旋转叶片72。在混合室71的进口通过管路73连接释放罐6的出口管路65，混合室71呈“S”形从顶部向下盘旋设置，其既加长了管线的长度，又避免了加大混合室71的体积。混合室1内的旋转叶片72是由一圆形的不锈钢薄片(如图11所示)，经径向对称开槽74，并两两相对旋转60°构成的(如图12所示)。旋转叶片72也可以开两个槽，并旋转60°或其它角度。相邻旋转叶片72的轴心呈90°交错设置，且相邻的旋转叶片72的旋转方向相反。由于在相邻的两旋转叶片72之间都留出一段间隙，因此当胶液流过时，在旋转叶片72的作用下，流体被迫忽而左旋、忽而右地产生“自身旋转搅拌”，并在两旋转叶片72之间的间隙内充分混合。

如图13所示，本发明的高速搅拌机8包括机架81、搅拌筒82、搅拌桨83、传动装置84、电机85等。搅拌筒82和电机85分别连接在机架81上，电机85通过传动装置84和搅拌桨83连接，传动装置84可以选用4根C型三角皮带传动。搅拌筒82包括六层筒体821、822、823、824、825、826，各层筒体底部之间设置3～6个支撑柱86，每层筒体821、822、823、824、825、826的底部中心均设计有一通孔，并将一根不锈钢管作为通料管87，用不锈钢螺母分别将这六层筒体与通料管87固定连接在一起，使这六层搅拌筒组成一个整体。奇数层筒体821、823、825的筒壁高度低于偶数层筒体的筒壁822、824、826，偶数层的筒体822、824、826筒壁下部均设置有一出料孔827、828、829，通料管87的进口通过一进料管88与静态混合装置的出口连接，最外层筒体826的出料孔829连接有一出料管89。搅拌桨83为多根，分别位于各搅拌筒之间，搅拌桨83的设置位置，各层之间可以处于不同的位置，比如从水平方向看，相邻层的位置可以相差90°。机架1的底部设置有地脚螺钉(图中未示出)，可以使其安装在地基或可移动的运输车上。在最外层筒体的底部可以设置一夹层810，并在夹层810中设置一个隔断板811，隔断板811一侧的夹层作为进料管88连接通料管87，隔断板811的另一侧的夹层作为出料管89连接最外层筒体底部的出料孔827。使整体结构更加紧凑完整，便于运输和安放。搅拌筒82筒体的数量是可以变化的，比如还可以选用4层或8层等。传动装置84除了使用三角皮带传动外，还可以采用其它各种传动方式。

本发明高速搅拌机工作时，胶粉和水按一定的比例配制成的具有一定粘度的液体由进料管88、通料管87进入第一层筒体821，溶液边从下向上运动，边受到搅拌桨83的搅拌和剪切，边由第一层筒体821的顶部溢流到第二层筒体822，再由第二层筒体内的搅拌桨进行搅拌和剪切，并从第二层筒体822下部的设置的出料孔827流入第三层筒体823，以此类推，溶液经过六次高速搅拌和剪切后由最外层筒体底部设置的出料孔829中流入出料管89，并由出料管89流出。

如图2所示，添加剂装置9包括一破乳剂储存罐91、一助排剂储存罐92和一降粘剂储存罐93，各储存罐91、92、93的流出口分别连接高速搅拌机8的出料管89，与胶液混合形成合格的石油压裂液。

如图14所示，本发明的发液装置10包括一连接配制好的石油压裂液的发液管11，发液管从11从挂车2中部通至车厢下部，用悬吊夹固定在车架上，然后沿挂车2两侧分成两路12延伸至车后部，向上延伸一定的高度13(如图14、15所示)，再分别连接一可以旋转的便于向储液罐发液的管路14。两支路上发液管路上分别配装电动阀，由操作间21控制，可分别实现两输送线路单独发液。

本发明的混配设备采用计算机统一进行流程控制，工作人员在操作间21内用计算机输入配制速度，成分配方的等各种参数，通过计算机自动启动设备，控制各个阀门的动作，调整变频给料速度等，同时通过计量计、物位采集数据，让操作人员了解目前系统状态。

Claims (8)

1、一种石油压裂液混配车，其由驾驶主车、挂车和设置在所述挂车内的混配设备组成，其特征在于：

所述挂车上部为一外包式厢体，所述厢体分成两部分，一部分作为操作间，一部分作为工作间，所述操作间内设置有操作控制台，所述混配设备设置在所述工作间内，所述挂车通过半挂车架连接在所述驾驶主车上，所述挂车的前后设置有可以折叠的支承腿；

所述混配设备包括：上料装置，给料装置，水、粉混合装置，释放罐，静态混合装置，高速搅拌装置，添加剂装置，发液装置；

所述上料装置包括电机带动的两个三级上料螺旋，最顶部的上料螺旋连接所述给料装置；

所述给料装置包括瓜胶粉储料罐和颗粒状的防膨剂储料罐，每一罐体内设置一组由电机带动的给料螺旋，且在瓜胶粉储料罐的底部设置一出口，并连接一由变频电机带动的给料螺旋，所述防膨剂储料罐的出口通过另一给料螺旋设置在所述释放罐的上方；

所述水、粉混合装置包括一与给料螺旋出口径向连接的进口管路，一与所述进口管路连接的渐缩吸入室，一与出口管路连接的渐扩扩散室，一连接在所述吸入室和扩散室之间的喉管，一设置在所述吸入室、喉管、扩散室中心线上的射流管；

所述释放罐包括三个套接在一起直径依次减小的筒体，每个所述筒体顶部敞口，所述最外面的筒体的进口连接所述水、粉混合装置的出口管路，所述最里面的筒体底部设置出口；

所述静态混合装置包括一由曲折管线构成的混合室，所述混合室的进口连接所述释放罐底部的出口，所述混合室内间隔设置有若干旋转叶片，相邻的所述旋转叶片呈90°交错设置，且相邻的所述旋转叶片的旋转方向相反；

所述高速搅拌机包括机架，设置在所述机架上的电机，由电机带动的传动装置，连接所述传动装置的搅拌桨和设置在所述机架上的搅拌筒，所述搅拌筒包括由内至外直径递增的4～8层筒体，所述各层筒体的底部之间设置有支撑物，且各层筒体的底部分别与一垂向设置的通料管连接成一体，所述奇数层筒体的筒壁低于偶数层筒体的筒壁，所述偶数层筒体的筒壁下部设置有出料孔，所述通料管的接口连接一进料管，所述进料管连接所述静态混合装置的出口，所述最外层的筒体连接一出料管，所述搅拌桨为多根，且分别位于各上述搅拌筒之间；

所述添加剂装置包括一破乳剂储存罐、一助排剂储存罐和一降粘剂储存罐，所述各储存罐的流出口连接所述高速搅拌机的出料管；

所述发液装置包括一连接所述高速搅拌机出料管端部的发液管，所述发液管从所述挂车中部通至下部，用悬吊夹固定在所述挂车上，然后沿挂车两侧分成两路延伸至所述挂车后部，向上延伸一定高度，再分别连接一段可以旋转的管路。

2、如权利要求1所述的石油压裂液混配车，其特征在于：在所述挂车厢体内设置有保温层。

3、如权利要求1所述的石油压裂液混配车，其特征在于：所述上料装置的两个三级上料螺旋的第一级螺旋共用一个，且所述第一级上料螺旋通过传动装置可升降地设置在所述挂车上。

4、如权利要求1所述的石油压裂液混配车，其特征在于：所述给料装置的给料螺旋包括三根，其中两根平行设置在上面，另一根设置在下面中间。

5、如权利要求1所述的石油压裂液混配车，其特征在于：所述释放罐的进液口沿最外层筒体的切向设置，所述最外层筒体内螺旋状设置有若干挡板。

6、如权利要求1所述的石油压裂液混配车，其特征在于：所述静态混合装置中的旋转叶片是一由圆形的不锈钢薄片，经径向对称开槽，并两两相对旋转60°构成。

7、如权利要求1所述的石油压裂液混配车，其特征在于：所述静态混合装置中构成所述混合室的曲折管线呈“S”形盘旋设置。

8、如权利要求1所述的石油压裂液混配车，其特征在于：所述高速搅拌机中最外层的筒体底部设置有一夹层，所述夹层内设置有一隔断板，所述隔断板一侧的夹层作为所述进料管，连接所述垂向通料管，所述隔断板的另一侧的夹层作为所述出料管，连接所述最外侧筒体底部的出料孔。

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