CN203961930U - 加砂混砂装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种加砂混砂装置，包括：吸入泵，其包括第一壳体、形成于所述第一壳体内并依次连通的进液腔、喷嘴、吸砂腔、喉道、增压腔；所述进液腔和增压腔在朝向垂直于横轴方向的截面的投影面积大于所述喷嘴和喉道朝向垂直于横轴方向的截面的投影面积；在所述第一壳体的壁上开设有与所述吸砂腔相连通的开口；至少一个旋流器，任一所述旋流器包括第二壳体、形成于所述第二壳体内壁上且沿着横轴方向螺旋延伸的一个或多个肋板，所述第二壳体与所述肋板之间形成搅砂通道，所述第二壳体与所述第一壳体相密封，所述搅砂通道与所述吸入泵的增压腔相连通。本实用新型所述加砂混砂装置，能够实现连续、均匀地输出混砂液，保证了砾石充填模拟试验的效果。

Description

加砂混砂装置

技术领域

本实用新型涉及一种砾石充填模拟试验的试验设备，特别涉及一种加砂混砂装置。 

背景技术

砾石充填防砂技术是一种能够主动控制出砂规模，长期保持油井高产和维持井壁稳定的防砂技术，尤其适合于疏松出细粉砂的油藏。通过砾石充填防砂技术的攻关研究可以将出砂对油井开发效果的影响降到最低，延长油井的开发寿命。 

在出砂油井开采过程中，采取防砂措施之前，一般需要进行砾石充填模拟试验。砾石充填模拟试验主要是为了获得室内试验优化工艺参数，然后指导现场实施。如图1所示，所述的砾石充填模拟试验设备沿液体流动方向依次包括：储液池51、控制阀52、高压泵53、加砂混砂装置54和砾石充填试验模型55，各部分之间由流程管线相连。其中，储液池51用于储备试验用清水或有一定粘度的携砂液。控制阀52用于控制水的开闭。高压泵53与所述水池51相连接，用于将水池51中的清水泵入加砂混砂装置54中。加砂混砂装置54用于将液体和加入的砂子充分混合后，完成加砂和混砂，并把混砂液注入砾石充填试验模型55。砾石充填试验模型55用于进行地面模拟充填试验，以获得优化的工艺参数。 

其中针对加砂混砂装置54，2000年9月29日，中国专利CN2451733Y说明书给出了一种实现方式。所述CN2451733Y说明书公开了一种加砂混砂装置，如图2所示，该装置包括绞龙69和砂箱62。所示砂箱62整体上为封闭结构，砂箱62的上部设置有箱盖61，砂箱62的下部安装有出液管610，砂箱62的外壁安装有调速电机66，进液管611从砂箱62的侧壁通过砂箱62内部，其出口处和出液管610的入口处正对准绞龙69的中心A处。使用时，砂箱62中充满砂粒，箱盖61密封箱体。当高压液体从进液管611进入，并从出液管610流出时，绞龙69在调速电机66的带动下缓慢旋转。砂箱62内的砂粒自绞龙69的两头向中心A移动，并与进液管611内的液体混合，再从出液管610排出。 

由于上述泵后加砂混砂装置的砂箱62内直接与高压液体所在的高压管路相连通，砂箱62内也必须与所述高压管路保持同样的压力，因此砂箱62采用了封闭式结构。由于砂箱62为封闭式结构，因此其装砂量受限。如果试验过程中砂子不够用就必须先停止高压泵，然后才能打开箱盖61加砂，加砂后封闭箱盖61再启动高压泵。然而所述试验过程中中途停泵会 影响实验效果。 

另外由于高速液体流速快，在中心A处与砂子的接触时间极短，造成混砂时间较短，砂液难以混合均匀，同样也会影响试验效果。 

由于上述加砂混砂装置的性能不佳，本领域技术人员迫切需要一种性能良好的加砂混砂装置。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种性能良好的加砂混砂装置，实现连续、均匀地输出混砂液，保证了实验效果。 

本实用新型的上述目的可采用下列技术方案来实现： 

一种泵后加砂混砂装置，它包括： 

吸入泵，其包括第一壳体、形成于所述第一壳体内并依次连通且沿横轴方向排布的进液腔、喷嘴、吸砂腔、喉道、增压腔；所述进液腔和增压腔在朝向垂直于横轴方向的截面的投影面积大于所述喷嘴和喉道朝向垂直于横轴方向的截面的投影面积；在所述第一壳体的壁上开设有与所述吸砂腔相连通的开口； 

至少一个旋流器，任一所述旋流器包括第二壳体、形成于所述第二壳体内壁上且沿着横轴方向螺旋延伸的一个或多个肋板，所述第二壳体与所述肋板之间形成搅砂通道，所述第二壳体与所述第一壳体相密封，所述搅砂通道与所述吸入泵的增压腔相连通。 

在优选的实施方式中，所述旋流器的个数为两个以上，任意两个紧邻的旋流器的螺旋方向相反，且所述两个紧邻的旋流器的搅砂通道相连通。 

在优选的实施方式中，所述两个紧邻的旋流器之间设置有具有空腔的过渡壳体，所述过渡壳体的空腔的两端分别与所述两个紧邻的旋流器的搅砂通道相连通。 

在优选的实施方式中，所述泵后加砂混砂装置还包括具有进砂端和出砂端的砂箱，所述砂箱的出砂端与所述吸入泵的开口相连通。 

在优选的实施方式中，所述泵后加砂混砂装置还包括超声波检测仪，且在旋流器远离吸入泵的一端设置有带有折弯的出口管线，所述超声波检测仪设置在所述出口管线折弯处的外表面上。 

在优选的实施方式中，所述喉道和所述喷嘴各自为形成于所述第一壳体内的圆柱型孔道，且所述喉道的孔径大于所述喷嘴的孔径。 

在优选的实施方式中，所述喷嘴与所述喉道各自孔道的中心线重合。 

在优选的实施方式中，所述喷嘴靠近所述喉道的一端延伸至空腔内，且接近所述喉道的 入口。 

在优选的实施方式中，在所述喷嘴与所述进液腔之间，在所述喉道与所述增压腔之间设置有过渡段。 

在优选的实施方式中，所述喉道与所述吸砂腔交界面上的端口为喉道的入口，在所述入口上设置有倒角。 

本实用新型的特点和优点是：本实用新型所述的加砂混砂装置可以实现连续、高压工作，其吸入泵的吸砂腔处产生的负压可以将砂子直接吸入低压液体中，低压液体不会进入开放式砂箱中。因此砂箱不需设计成密闭的高压砂箱，降低设备加工成本，提高了设备的安全性。当所述砂箱为开放式结构时，试验过程中可以随时向砂箱内添加砂子，不须试验中途停止，从而不会影响试验效果。所述吸入泵的出口端具有增压作用，可以将喉道内的低压混砂液转换成高压混砂液，从而实现高压填砂试验。 

另外本实用新型可以在液体流经旋流器时，其内部螺旋状的肋板能搅动混砂液，提高混砂液中砂子混合的均匀程度，保证了试验效果。另外从所述旋流器内出来的混砂液的含砂浓度可以通过超声波测试仪直接在线监测。若所述含砂浓度未达到试验要求，则可以通过调整砂箱的控制阀，进而调节进砂速度，操作方便。另外超声波检测仪不与含砂液体直接接触，因此所述超声波检测仪不易磨损。 

本实用新型所述加砂混砂装置只需要一个动力源，例如高压泵，由高压泵提供高压液体动力，吸入泵、旋流器均为非运动部件，可以提高整个加砂混砂装置的使用寿命，减少检修工作量，降低运行过程中的故障率，更好地保证了试验的连续进行。 

附图说明

图1是现有技术中所述的砾石充填试验设备组合示意图； 

图2是现有技术中一种泵后加砂混砂装置的结构示意图； 

图3是本实用新型一种加砂混砂装置的结构示意图； 

图4是本实用新型一种加砂混砂装置喷嘴和吸砂腔的A-A截面示意图； 

图5是本实用新型一种加砂混砂装置旋流器的B-B截面示意图； 

图6是本实用新型一种加砂混砂装置旋流器肋板的展开示意图。 

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例，对本实用新型的技术方案作详细说明，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领 域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。 

本实用新型提供一种加砂混砂装置，其设置在高压泵和砾石充填试验模型之间。如图3所示，所述加砂混砂装置包括：吸入泵1,以用于将砂子和高压液体初步混合，并送入旋流器2内，旋流器2,以用于将来自吸入泵1的混砂液进行搅拌均匀。 

其中所述吸入泵1包括：第一壳体10，以及形成于所述第一壳体10内并依次连通且沿横轴方向X排布的进液腔11、喷嘴14、吸砂腔13、喉道15、增压腔12。 

所述进液腔11位于所述吸入泵1高压液体流入的一端。例如，当所述吸入泵1与所述高压泵密封连接时，从高压泵内流出的高压液体通过所述进液腔11进入所述吸入泵1内。所述进液腔11可以为圆柱形通孔。 

所述增压腔12位于所述吸入泵1流体流出的一端，所述增压腔12一端与所述喉道15连通，另一端与旋流器2密封连通。所述增压腔12用于将从喉道15内流入的混砂液降低流速并增压后注入所述旋流器2内。所述增压腔12可以为圆柱形通孔。所述进液腔11和增压腔12的孔径远大于所述喷嘴14和喉道15的孔径。 

所述吸砂腔13位于所述喷嘴14和所述喉道15之间，并分别与所述喷嘴14和所述喉道15连通。所述吸砂腔13截面示意图如图4所示，其整体上可以为圆形腔体。在所述第一壳体11的壳壁上开设有与所述吸砂腔13相连通的开口131。所述开口131可以为设置在第一壳体11壳壁上的圆形孔或其他形状的孔，所述开口131可以与加砂设备相连通，用于向所述吸入泵1内加入砂子。 

所述喷嘴14设置在所述吸砂腔13和所述进液腔11之间，将所述进液腔11和吸砂腔13连通。在优选的实施方式中，所述喷嘴14的出液口可以延伸至空腔132内。如图4所示，当所述喷嘴14的出液口延伸至空腔132内时，所述喷嘴14可以为孔径较小的一段耐压圆管。所述喷嘴14的孔径较小，通常为几毫米。所述喷嘴14可以通过固定连接的方式与所述进液腔11所对应第一壳体10固定连接，也可以与所述进液腔11所对应第一壳体10一体成型。当所述喷嘴14延伸至所述空腔132内后，有利于在所述空腔132中部形成负压，将从开口131流入的砂子更好的吸下来并送入喉道15内。 

所述喷嘴14与所述进液腔11之间还可以设置第一过渡段114。所述第一过渡段114可为直径渐变的喇叭形，所述第一过渡段114的直径沿着高压液体的流动方向由大变小。所述第一过渡段114一端与所述进液腔11过渡连接，另一端与喷嘴14过渡连接，从而可以减小高压液体在吸入泵1内的摩擦，使得吸入泵1更耐用。 

所述吸砂腔13与所述增压腔12之间设置有喉道15。所述喉道15可以为圆柱形孔道， 其一端与所述吸砂腔13的空腔32相连通，另一端与吸入泵1的增压腔12相连通。所述喉道15的孔径比所述喷嘴14的直径大几毫米，但远小于增压腔12的孔径。 

在所述喉道15与所述增压腔12之间还可以设置第二过渡段125。所述第二过渡段125可为直径渐变的喇叭形，所述第二过渡段125的直径沿着的方向由小变大。所述第二过渡段125一端与所述喉道15过渡连接，另一端与所述吸入泵1增压腔12过渡连接，从而可以减小含砂液体在吸入泵1内的摩擦，使得吸入泵1更耐用。 

在优选的实施方式中，所述喉道15和所述喷嘴14各自为形成于所述第一壳体10内的圆柱型孔道。所述喉道15的孔径大于所述喷嘴14的孔径，从而可以将从所述喷嘴14内喷出的高压液体和所述开口131内流出的砂子顺利进入所述喉道15内，并以合理的速度通过。 

在优选的实施方式中，所述喷嘴14的高速液体流出的一端接近所述喉道15的入口，以更好地保证所述喷嘴14喷出的高速流液能够正好射入所述喉道15内。所述入口位于所述喉道15与所述吸砂腔13交界面上。例如，当将所述喷嘴14的高速液体流出的一端沿着横轴方向X投影时，能够投在喉道15入口所在的截面内。优选的，所述喷嘴14和所述喉道的中心轴线重合，以利于所述喷嘴14内喷出的高速液体能够将所述空腔132内的砂子在单位时间内更多地带入喉道15内，提高所述吸入泵1的工作效率。在所述喉道15的入口上可以设置倒角151过渡。所述倒角151一方面可以减少砂子的磨损，另一方面也增大了入口处的截面积，有利于砂子和液体向喉道15内流入。 

在所述吸砂腔13的开口处，还可以包括砂箱3，所述砂箱3为两端开口的敞口容器，进砂端用于加入砂子，出砂端与所述吸入泵1的吸砂腔13相连通。所述出砂端与吸砂腔连接的方式可以为焊接，以保证连接处的密封性。由于所述砂箱3属于开放式结构，可以随时添加砂子，不须试验中途停止，有利于保证试验效果。其中所加入的砂子可以是干燥砂子也可以是高浓度含砂液体。 

在所述砂箱3的出砂端还可以设置控制阀31，所述控制阀31用于控制砂子的加入速度。 

所述吸入泵1的工作原理如下：根据伯努利方程的机理，在忽略粘性损失的流动中，流线上任意两点的机械能即压力势能、动能与位势能之和保持不变。处于同一高度的管线上，位势能相等。 

此时根据液流机械能转化公式：P/k+0.5V²/g＝P₁/k+0.5V₁ ²/g 

式中，P为第一位置流体的压力，单位为牛/平方米；V为第一位置流体的流速，单位为米/秒；P₁为第二位置流体的压力，单位为牛/平方米；V₁为第二位置流体的流速，单位为米/秒；g为重力加速度，单位为米/平方秒；k为流体的密度与重力加速度的乘积，单位为牛/立方米。 

从上述公式中可知：在机械能总和不变时，当动能变大，则压力势能相应变小；当动能变小，则压力势能相应变大。而所述动能取决于流体的速度，在总能量不变的情况下，即流速低处压力高，流速高处压力低。 

在本实用新型的实施例中，例如在吸入泵1的进液腔11，高压泵中流入的高压液体压力为P，流经喷嘴14时，由于所述喷嘴14和喉道15直径远小于吸入端11的孔径，所述喷嘴14和喉道15处的液体流动速度很大，因此所述喷嘴14和喉道15处的机械能主要为动能，压力P1很小。当压力P1小于吸砂腔13附近的大气压力时，可以在吸砂腔13处形成负压，从而将砂子吸入空腔132内，进而进入喉道15内。当高速液体和砂子的混砂液流出喉道15后，进入吸入泵1的增压腔12。由于增压腔12处孔径大于喉道15的孔径，因此所述混砂液的流速快速下降，吸入泵1的增压腔12的压力迅速提高到Pˊ，从而实现混砂液的增压。经过增压后的混砂液再注入旋流器2中。 

由于所述吸入泵1的吸砂腔13处产生的压力P1小于大气压力，因此所述砂箱3不需设计成高压砂箱。所述吸砂腔13处产生的负压可以将砂子直接吸入低压液体中，所述低压液体也不会进入开放式砂箱3中，这样不仅降低设备的加工成本，而且提高了整个装置的安全性。 

所述旋流器2用于将来自吸入泵1的混砂液进行搅拌均匀。所述旋流器2包括第二壳体20、形成于所述第二壳体20内壁上且沿着横轴方向X螺旋延伸的一个或多个肋板21。请参阅图5和图6，其中图5为旋流器2的截面示意图，所述旋流器2整体上可为中空圆柱体。在圆周方向上所述肋板21的个数至少为一个，可以为多个，例如可以是5个、6个等。所述多个肋板21可以沿着旋流器2的周向均匀分布，沿着横轴方向X螺旋延伸，从而更有利于将所述旋流器2内的混砂液混合均匀。图6为旋流器2肋板21的展开示意图，所述肋板21与旋流器2的横轴方向X之间成一个非零的夹角。所述螺旋延伸的肋板21，能够使流经旋流器2内的混砂液产生旋转运动，提高混砂液的均匀程度。 

所述第二壳体20与所述肋板21之间形成搅砂通道22。所述第二壳体20与所述第一壳体1相密封连接，以使得所述搅砂通道22与所述吸入泵1的增压腔12相连通。所述密封连接的方式可以为焊接，也可以为螺纹连接。 

在优选的实施方式中，所述旋流器2第二壳体20与所述吸入泵1增压腔12在连通的位置处孔径相同，以利于所述从吸入泵1的增压腔12内流出的混砂液在进入搅砂通道22内时，能够平缓过渡，从而减少对所述旋流器2的磨损。 

所述旋流器2的数量至少为一个。在优选的实施方式中，所述旋流器2的数量可以采用两级或多级，以使得混砂液更均匀。当所述旋流器2的个数为两个或两个以上时，任意两个 紧邻的旋流器2之间的螺旋方向相反，以使得混砂液更均匀。所述两个紧邻的旋流器2之间还可以设置有具有空腔的过渡壳体23，所述过渡壳体23的两端分别与所述两个紧邻的旋流器2的搅砂通道22相连通。所述过渡壳体23可以为混砂液在进入不同旋向的旋流器2时，平滑过渡，减少摩擦阻力和降低对所述旋流器2第二壳体20的磨损。 

由于所述旋流器2可以在混砂液流经旋流器2时自动搅动，且所述旋流器2的长度长，且所述旋流器2的个数可以为多个，混砂液在所述旋流器2内能够得到充分地搅拌，从而能够提高混砂液的均匀程度，保证试验效果。 

本实用新型所述加砂混砂装置还可以包括超声波检测仪4，在旋流器2远离吸入泵1的一端设置有带有折弯的出口管线，所述超声波检测仪4设置在所述出口管线折弯处的外表面上。例如，在本实用新型所述的实施方式中，所述超声波检测仪4可以设置在所述旋流器2和砾石充填试验模型之间管线折弯处的外表面上。当混砂液中的砂子经过所述折弯处时，因流动方向发生改变，会与管线发生碰撞发出声波，所述超声波检测仪4，可以根据砂子与管线碰撞后产生的声波的频率，检测出旋流器2输出的混砂液中砂子的浓度。通过调整控制阀31可使砂子浓度达到要求。当所述砂子的浓度达到要求后，就可以将混砂液送往砾石充填试验模型开始试验。另外所述超声波检测仪4不与含砂液体接触，因此不易磨损。 

本实用新型所述加砂混砂装置工作过程如下： 

从高压泵泵送或者其他方式输送的高压液体在高压P的作用下，从吸入泵1的喷嘴14高速喷出。所述在喷嘴14喷出端喷出的高速液流产生负压，使得吸砂腔13处的压力降为P1。此时打开控制阀31，将砂箱3中储存的砂子通过吸入泵1的吸砂腔13吸进吸入泵1的喉道15内。砂子在喉道15内与液体初步混合，并加速进入吸入泵1的具有增压功能的增压腔12处，使混砂液的压力增高至高压P′。所述高压混砂液流再从增压腔12进入旋流器2，通过旋流器2肋条21的搅拌作用，使得混砂液进一步充分混合，形成均匀的混砂液。接着均匀的混砂液送至填砂试验模型中进行试验。其中所述混砂液的含砂浓度可以在超声波检测仪4测出，若含砂浓度没有达到试验要求，则可通过调整砂箱3的控制阀31，进而调整含砂浓度至满足实验要求。 

本实用新型所述的加砂混砂装置可以实现连续、高压工作，其吸入泵1的吸砂腔13处产生的负压可以将砂子直接吸入低压液体中，低压液体不会进入开放式砂箱3中。因此砂箱3不需设计成密闭的高压砂箱，降低设备加工成本，提高了设备的安全性。当所述砂箱3为开放式结构时，试验过程中可以随时向砂箱3内添加砂子，不须试验中途停止，从而不会影响试验效果。所述吸入泵1的增压腔12具有增压作用，可以将喉道15内的低压混砂液转换成高压混砂液，从而实现高压填砂试验。所述CN2451733Y说明书公开了一种加砂混砂装置 中，其进液管611和出液管610的管径尺寸没有变化，因而其液体流经绞龙时不会产生流速变化，更不会产生负压作用，也就无法产生对砂子的抽吸作用，无法实现砂子自动吸入高压液体中。 

本实用新型所述旋流器2可以在液体流经旋流器2时，其内部螺旋状的肋板21能搅动混砂液，提高混砂液的均匀程度，从而保证了试验效果。另外从所述旋流器2内出来的混砂液的含砂浓度可以通过超声波测试仪4直接在线监测。若所述含砂浓度未达到试验要求，则可以通过调整砂箱3的控制阀31，进而调节进砂速度，操作方便。另外超声波检测仪4不与含砂液体直接接触，因此所述超声波检测仪4不易磨损。 

本实用新型所述加砂混砂装置只需要一个动力源例如高压泵，由高压泵提供高压液体动力，吸入泵1、旋流器2均为非运动部件，可以提高整个加砂混砂装置的使用寿命，减少检修工作量，降低运行过程中的故障率，更好地保证了试验连续进行。 

以上所述仅为本实用新型的几个实施例，虽然本实用新型所揭露的实施方式如上，但所述内容只是为了便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用于限定本实用新型。任何本实用新型所属技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。 

Claims (10)

1.一种加砂混砂装置，其特征在于，它包括：

吸入泵，其包括第一壳体、形成于所述第一壳体内并依次连通且沿横轴方向排布的进液腔、喷嘴、吸砂腔、喉道、增压腔；所述进液腔和增压腔在朝向垂直于横轴方向的截面的投影面积大于所述喷嘴和喉道朝向垂直于横轴方向的截面的投影面积；在所述第一壳体的壁上开设有与所述吸砂腔相连通的开口；

至少一个旋流器，任一所述旋流器包括第二壳体、形成于所述第二壳体内壁上且沿着横轴方向螺旋延伸的一个或多个肋板，所述第二壳体与所述肋板之间形成搅砂通道，所述第二壳体与所述第一壳体相密封，所述搅砂通道与所述吸入泵的增压腔相连通。

2.如权利要求1所述的加砂混砂装置，其特征在于：所述旋流器的个数为两个以上，任意两个紧邻的旋流器的螺旋方向相反，且所述两个紧邻的旋流器的搅砂通道相连通。

3.如权利要求2所述的加砂混砂装置，其特征在于：所述两个紧邻的旋流器之间设置有具有空腔的过渡壳体，所述过渡壳体的空腔的两端分别与所述两个紧邻的旋流器的搅砂通道相连通。

4.如权利要求1所述的加砂混砂装置，其特征在于：它还包括具有进砂端和出砂端的砂箱，所述砂箱的出砂端与所述吸入泵的开口相连通。

5.如权利要求1所述的加砂混砂装置，其特征在于：它还包括超声波检测仪，且在旋流器远离吸入泵的一端设置有带有折弯的出口管线，所述超声波检测仪设置在所述出口管线折弯处的外表面上。

6.如权利要求1所述的加砂混砂装置，其特征在于：所述喉道和所述喷嘴各自为形成于所述第一壳体内的圆柱型孔道，且所述喉道的孔径大于所述喷嘴的孔径。

7.如权利要求6所述的加砂混砂装置，其特征在于：所述喷嘴与所述喉道各自孔道的中心轴线重合。

8.如权利要求7所述的加砂混砂装置，其特征在于：所述喷嘴靠近所述喉道的一端延伸至空腔内，且接近所述喉道的入口。

9.如权利要求1所述的加砂混砂装置，其特征在于：在所述喷嘴与所述进液腔之间，在所述喉道与所述增压腔之间设置有过渡段。

10.如权利要求1所述的加砂混砂装置，其特征在于：所述喉道与所述吸砂腔交界面上的端口为喉道的入口，在所述入口上设置有倒角。