CN214741268U - 一种闭式泵电驱混砂设备及其系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种闭式泵电驱混砂设备，包括功能模块，所述功能模块包括闭式泵和闭式泵驱动单元，在所述闭式泵内将压裂基液和支撑剂混合成压裂液，并将压裂液加压后排出；输砂装置，所述输砂装置与所述闭式泵连接以将支撑剂输送至所述闭式泵内；输液管汇，所述输液管汇与所述闭式泵的吸入端连接以将所述压裂基液输送至所述闭式泵内。有益效果：通过永磁电机的应用，引入集排出和混合功能为一体的闭式泵，或集吸入、排出和混合功能为一体的闭式泵，集成支撑剂输送装置(输砂装置)、优化管汇原理等方式实现一种闭式泵电驱混砂设备的实用新型，以此来解决传统混砂设备在应用中存在的不环保、结构繁琐、可靠性低、维护便利性差等问题。

Description

一种闭式泵电驱混砂设备及其系统

技术领域

本实用新型涉及油气田开采作业的混砂技术领域，具体涉及一种闭式泵电驱混砂设备，还涉及一种闭式泵电驱混砂系统。

背景技术

当前油气田压裂增产领域，混砂设备是压裂成套设备中的核心设备，其主要用于将上游供给的压裂基液、支撑剂、化学添加剂进行混合，最后将混合好的压裂液供给给下游泵送设备。

当前混砂设备在实际应用中主要有如下实现形式：

(1)、动力系统采用柴油机或者电动机作为动力驱动液压系统，进而带动各部件工作；这些实现形式存在不经济、不环保、驱动效率低等缺点。

(2)、动力系统采用全电驱动方式，电机数量多且常规电机体积大、重量重，导致设备布置困难，尺寸重量不受控，维护保养不便。

(3)、管汇原理简单，从设备一侧进液、一侧排出，井场设备布置受限，连接管线困难。

(4)、常规设计集成吸入泵、排出泵、混合装置实现设备功能，结构复杂、可靠性差、操作及维护便利性差。

(5)、为了节省空间，保证设备的尺寸不超限，将输砂装置去除，这种方式在现场使用需要单独配置输砂装置；或者采用闸板控制加砂的方式取代输砂装置，此种方式加砂精度差，无法保障现场施工工艺要求。

(6)、现有混砂设备配置多个输砂装置时，输砂装置均布置在混合罐或泵入口的一侧，距离较近，输砂装置上砂集中，当加砂量大时，砂子容易在罐口或泵口堆积导致积砂或砂子混合不均匀的现象。

鉴于当前油气田压裂增产作业向着大排量、平台化、智能化的方向发展，现有常规混砂设备在驱动形式、系统设计、可靠性、应用及维护便利性等方面无法存在诸多不足，制约现场应用。本实用新型通过新型电机应用、混排泵应用、功能优化等方式来弥补常规设备暴漏出的不足。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种闭式泵电驱混砂设备，本实用新型通过永磁电机的应用，引入集排出和混合功能为一体的闭式泵，或集吸入、排出和混合功能为一体的闭式泵，集成支撑剂输送装置(输砂装置)、优化管汇原理等方式实现一种闭式泵电驱混砂设备的实用新型，以此来解决传统混砂设备在应用中存在的不环保、结构繁琐、可靠性低、维护便利性差等问题。

本实用新型的目的是通过以下技术措施达到的：一种闭式泵电驱混砂设备，包括功能模块，所述功能模块包括闭式泵和闭式泵驱动单元，在所述闭式泵内将压裂基液和支撑剂混合成压裂液，并将压裂液加压后排出；输砂装置，所述输砂装置与所述闭式泵连接以将支撑剂输送至所述闭式泵内；输液管汇，所述输液管汇与所述闭式泵的吸入端连接以将所述压裂基液输送至所述闭式泵内。

进一步地，所述闭式泵包括混合排出模块，所述混合排出模块能够将压裂基液和所述支撑剂混合增压后排出；所述输砂装置、输液管汇分别与所述混合排出模块连接以分别将所述支撑剂和压裂基液输送至所述混合排出模块内。

进一步地，所述闭式泵还包括吸入模块，所述吸入模块分别与所述输液管汇和所述混合排出模块连通以将所述压裂基液输入至所述混合排出模块内。

进一步地，所述功能模块还包括吸入泵和与所述吸入泵连接且用于控制所述吸入泵的吸入泵驱动单元，所述吸入泵设于所述输液管汇和所述混合排出模块之间。

进一步地，所述混合排出模块包括泵体和设于所述泵体内腔中的离心叶轮，所述闭式泵驱动单元能够驱动所述离心叶轮高速旋转以将所述压裂基液和所述支撑剂充分混合后靠离心力排出。

进一步地，所述功能模块还包括排出管汇，所述排出管汇与所述泵体连通。

进一步地，所述吸入泵驱动单元包括吸入泵驱动电机或吸入泵驱动马达。

进一步地，所述功能模块还包括控制单元，所述控制单元包括远程控制子单元和/或本地控制子单元。

进一步地，所述闭式泵电驱混砂设备还包括承载体，所述功能模块设于所述承载体上。

进一步地，所述闭式泵和闭式泵驱动单元之间设有传动装置，所述闭式泵和所述闭式泵驱动单元通过所述传动装置连接。

进一步地，所述输砂装置包括两个螺旋输送器，两个所述螺旋输送器设于所述闭式泵驱动单元的两侧。

进一步地，所述闭式泵驱动单元包括闭式泵驱动电机或闭式泵驱动马达。

进一步地，所述闭式泵电驱混砂设备还包括干添系统，所述干添系统与闭式泵连通，所述干添系统设在输液管汇与闭式泵之间。

进一步地，所述闭式泵电驱混砂设备还包括液添系统，所述液添系统与所述输液管汇连接。

一种闭式泵电驱混砂系统，采用所述的闭式泵电驱混砂设备，还包括混配单元和运砂车，所述混配单元包括混配搅拌器、清水源和化添装置，所述清水源和化添装置分别通过管汇与所述混配搅拌器的输入端连接，在所述混配搅拌器内形成所述压裂基液，所述混配搅拌器的输出端通过管汇与所述混合排出模块连接以将所述压裂基液输送至所述闭式泵内；所述运砂车通过所述输砂装置与所述闭式泵连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：一种闭式泵电驱混砂设备，通过引入排出和混合功能为一体的闭式泵，或者引入吸入、排出和混合功能为一体的闭式泵，有效减少了传统混砂设备上的泵的数量，此为缩减混砂设备尺寸、简化结构手段之一；当增加吸入泵单独驱动供液时，能够满足部分压裂现场供液的高要求；采用永磁电机，相比于传统的变频电机，结构体积更小，此为缩减混砂设备尺寸、简化结构手段之二；将变频舱和控制单元集成在一起，此为缩减混砂设备尺寸、简化结构手段之三；将混排泵和闭式泵电机通过90°的传动装置连接，更方便了整体布局，此为缩减混砂设备尺寸、简化结构手段之四；设备尺寸减少了，结构更简单了，为混砂设备集成更多的功能提供了空间保障，故本混砂设备还集成了输砂装置和气源装置；通过吸入管汇和排出管汇与混排泵的连接优化设计，实现混排泵从任意一侧吸入，从任意一侧排出，更灵活的满足井场设备布置；整个设备通过闭式泵电机和输砂电机实现驱动，若有吸入泵时，吸入泵采用吸入泵驱动电机实现驱动，经济、环保、驱动效率高，集成度更高。输砂装置的输砂出口采用间隔设置在混排泵的入口上方，能够有效避免现有技术中的砂堆积导致的混合不均匀现象。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作详细说明。

附图说明

图1是本闭式泵电驱混砂设备的结构示意图。

图2是吸入泵和吸入泵驱动电机在承载体上的布置结构图。

图3是干添系统、液添系统和气源系统在闭式泵电驱混砂设备上的布置结构图。

图4是在俯视方向2个螺旋输送器与混排泵的布置结构图。

图5是输液管汇的管汇原理图。

图6是闭式泵电机与混排泵通过传动箱连接的结构示意图。

其中，1.控制单元，2.输液管汇，3.输砂电机，4.闭式泵电机，5.输砂装置，6.混排泵，7.承载体，8.吸入泵，9.吸入泵驱动电机，10.干添系统， 11.液添系统，12.气源装置，13.右输送器，14.左输送器，15.右出砂口，16. 左出砂口，17.传动装置，18.螺旋输送器，19.排出管汇，20.吸入管汇，21. 第一阀门，22.第二阀门，23.第三阀门，24.第四阀门，25.第一支路，26.第二支路，27.第三支路，28.第四支路。

具体实施方式

如图1和6所示，一种闭式泵电驱混砂设备，包括功能模块，所述功能模块包括闭式泵6和闭式泵驱动单元，在所述闭式泵6内将压裂基液和支撑剂混合成压裂液，并将压裂液加压后排出；所述闭式泵6包括混合排出模块，所述混合排出模块能够将压裂基液和所述支撑剂混合增压后排出；进一步的，所述混合排出模块包括泵体和设于所述泵体内腔中的离心叶轮，所述闭式泵驱动单元能够驱动所述离心叶轮高速旋转以将所述压裂基液和所述支撑剂充分混合后靠离心力排出。所述闭式泵6还包括吸入模块，所述吸入模块分别与所述输液管汇2和所述混合排出模块连通以将所述压裂基液输入至所述混合排出模块内。所述功能模块还包括吸入泵8和与所述吸入泵8连接且用于控制所述吸入泵8 的吸入泵驱动单元，所述吸入泵8设于所述输液管汇和所述混合排出模块之间。所述吸入泵驱动单元包括吸入泵驱动电机9或吸入泵驱动马达。

闭式泵电驱混砂设备还包括输液管汇2、输砂电机3、闭式泵电机4、输砂装置5、承载体7和排出管汇19，所述输液管汇2用于闭式泵6的供液和排液，输砂装置5与所述闭式泵6连接以将支撑剂输送至所述闭式泵6内；闭式泵电机4驱动闭式泵6，当然闭式泵电机4也可以替换为驱动马达。输砂电机3驱动输砂装置5，所述输液管汇2、输砂电机3、闭式泵电机4、输砂装置5和闭式泵6都设在承载体7上。本实用新型的技术方案解决传统混砂设备在应用中存在的不环保、结构繁琐、可靠性低、维护便利性差等问题。所述输液管汇2包括吸入管汇20，所述吸入管汇20和排出管汇19分别设置在承载体7宽度方向的两侧，吸入管汇20和排出管汇19相对设置。输砂装置5通过输砂电机3向闭式泵6内输入支撑剂。所述排出管汇19与所述泵体连通，排出管汇19用于闭式泵6混合后液体的输出。闭式泵电驱混砂设备通过多种自身尺寸的减少手段后终将输砂装置5配置在设备上，与现有技术相比，本实用新型功能多，相较于现有的简单设备功能的叠加，尺寸有所缩小，使用现场无需单独配置输砂装置5，可以实现支撑剂的添加、计量和控制，输砂效率高，混砂设备工作效率高。所述承载体7为橇架。通过橇架的承载可实现混砂设备的整体移动，运输，减少井场使用的安装强度。

所述闭式泵6为具有吸入、排出和混合功能的闭式泵；或者所述闭式泵6 为具有排出和混合功能的闭式泵，当所述闭式泵6不具有吸入功能时，所述闭式泵电驱混砂设备还包括吸入泵8和吸入泵驱动电机9，所述吸入泵驱动电机9 驱动吸入泵8，所述吸入泵8和吸入泵驱动电机9设置在承载体7上。吸入泵8 设置在吸入管汇20上。通过引入排出和混合功能为一体的闭式泵，或者引入吸入、排出和混合功能为一体的闭式泵，有效减少了传统混砂设备上的泵的数量，此为缩减混砂设备尺寸、简化结构。所述吸入管汇20通过吸入泵8向闭式泵6内输入基液，吸入泵8与闭式泵6匹配，即吸入泵8吸入的基液约等于进入闭式泵6的基液。采用吸入泵8为闭式泵6单独供液，满足了如液位低等供液的高要求。避免了集吸入、排出、混合功能为一体的闭式泵6吸入能力弱，针对如液位低等供液情况时，无法供液的现象。

所述吸入管汇20的一端分成第一支路25和第二支路26，所述第一支路25 和第二支路26分别接入吸入泵8的进液口和闭式泵6出液口，若没有吸入泵8，那第一支路25接入闭式泵6的进液口，图示5示出的就是没有吸入泵8的管汇原理图。所述排出管汇19的一端分成第三支路27和第四支路28，第三支路27 和第四支路28分别接入第一支路25和第二支路26，第一支路25，第二支路 26，第三支路27和第四支路28上分别设有阀门。通过阀门控制实现闭式泵6 从任意一侧吸入，从任意一侧排出，即可实现互换吸排的功能，更灵活的满足井场设备布置，连接管线快接方便。阀门包括：第一阀门21，第二阀门22，第三阀门23和第四阀门24，第一阀门21设在第一支路25上，第二阀门22设在第二支路26上，第三阀门23设在第三支路27上，第四阀门24设在第四支路 28上。当然也可以是排出管汇19的第三支路27和第四支路28分别接入吸入泵 8的进液口和闭式泵6出液口，吸入管汇20的第一支路25和第二支路26分别接入第三支路27和第四支路28上。

正常使用时，打开第一阀门21和第四阀门24，关闭第二阀门22和第三阀门23；当需要互换吸入和排出时，将第一阀门21和第四阀门24关闭，开启第二阀门22和第三阀门23。

所述闭式泵电驱混砂设备包括控制单元1，所述控制单元1用于所述闭式泵电驱混砂设备的控制，控制单元1与吸入管汇20相邻设置。所述控制单元1设置在承载体7长度方向的一端，输砂装置5设置在承载体7长度方向的另一端，在控制单元1和输砂装置5之间设置输液管汇2、闭式泵6和闭式泵电机4，输砂电机3设置在闭式泵6的上方，输砂电机3与输砂装置5连接。所述输砂装置5采用螺旋输送器18的形式，所述输砂装置5包括2个以上的螺旋输送器 18，2个以上的螺旋输送器18的输送出口间隔布置在闭式泵6的上方。图4示出，当有2个螺旋输送器18时，包括右输送器13和左输送器14，右输送器13 的出砂口为右出砂口15，左输送器14的出砂口为左出砂口16，右输送器13和左输送器14并排设置，左出砂口16和右出砂口15分别布置在闭式泵6入口的左右两侧，支撑剂可以直接注入闭式泵6中。螺旋输送器18的进口端与外接的支撑剂容器等连通，螺旋输送器18的出口端上方连接有减速机，减速机的另一端与输砂电机3连接。输砂电机3输出的动力通过减速机减速后驱动螺旋输送器18转动，实现支撑剂向闭式泵6中输入。螺旋输送器18输砂效果更好。

所述输砂电机3为永磁电机；所述闭式泵电机4为永磁电机。采用永磁电机，相比于传统的变频电机，结构体积更小，无需单独预留大空间的动力系统布设位置，进一步缩减混砂设备尺寸、简化结构，使得电驱形式的混砂设备可以向小型化、轻量化的方向更近一步。

所述控制单元1包括远程控制和本地控制，所述控制单元1内设有变频舱，在变频舱内设变频系统，所述变频系统分别与闭式泵电机4和输砂电机3 连接。将变频舱设在控制单元1内，再一步缩减混砂设备尺寸、简化结构。

所述闭式泵电驱混砂设备还包括气源装置12，所述气源装置12为闭式泵电驱混砂设备上的气动阀门提供动力，所述气源装置12设在控制单元1的底部。气源装置12为空压机等。气源装置12的设置，使得混砂设备的功能更多，大大方便了混砂设备的操作性，提升了混砂设备的使用效率，减少了混砂设备井场安装连接的人工难度和耗时长度。

所述闭式泵电驱混砂设备还包括干添系统10和液添系统11，所述干添系统 10与闭式泵6连通，所述干添系统10设在输液管汇2与闭式泵6之间，液添系统11与闭式泵6连通。干添系统10为闭式泵6输入干式化学添加剂(包括干粉，纤维等)。所述液添系统11与闭式泵6连接，或与吸入管汇20连接，或与排出管汇19连接。提供了多种液添系统11的连接方式，实现液添更灵活。

所述闭式泵6和闭式泵电机4并排设置在承载体7上，闭式泵6和闭式泵电机4通过90°的传动装置17连接，传动装置17将闭式泵6驱动方向从轴向转为径向，传动装置17为传动箱。闭式泵电机4经传动箱驱动闭式泵6，其中闭式泵电机4水平放置，传动箱的输入轴与输出轴成90度。缩减了传动装置17 轴向的长度，即缩减了闭式泵67和闭式泵电机4连接的轴向长度，可以使闭式泵6和闭式泵电机4的轴向距离缩短，更方便了混砂设备的整体布局，缩减混砂设备尺寸、简化结构。

闭式泵电驱混砂设备还包括冷却系统，冷却系统用于闭式泵电机4，输砂电机3和控制单元1中变频舱的冷却。所述冷却系统包括水泵，散热器和水管线，所述水泵，散热器和水管线组成闭合循环系统，散热器设在控制单元1的底部，散热器与气源装置12并排设置，水泵与散热器相邻设置，水管线分别穿过闭式泵电机4，输砂电机3和控制单元1。将传统的永磁电机风冷改进为水冷，即水管线穿过永磁电机的壳体，变频系统空调冷却优化为水冷，大大缩减混砂设备尺寸、简化结构。除了结构简化以外，同时散热能力提升，避免传统风冷散热方式受扬尘影响导致故障。

一种闭式泵电驱混砂系统，包括上述闭式泵电驱混砂设备，还包括混配单元和运砂车，所述混配单元包括混配搅拌器、清水源和化添装置，所述清水源和化添装置分别通过管汇与所述混配搅拌器的输入端连接，在所述混配搅拌器内形成所述压裂基液，所述混配搅拌器的输出端通过管汇与所述混合排出模块连接以将所述压裂基液输送至所述闭式泵内；所述运砂车通过所述输砂装置与所述闭式泵连接。

本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (15)

1.一种闭式泵电驱混砂设备，其特征在于：包括功能模块，所述功能模块包括闭式泵和闭式泵驱动单元，在所述闭式泵内将压裂基液和支撑剂混合成压裂液，并将压裂液加压后排出；输砂装置，所述输砂装置与所述闭式泵连接以将支撑剂输送至所述闭式泵内；输液管汇，所述输液管汇与所述闭式泵的吸入端连接以将所述压裂基液输送至所述闭式泵内。

2.根据权利要求1所述的闭式泵电驱混砂设备，其特征在于：所述闭式泵包括混合排出模块，所述混合排出模块能够将压裂基液和所述支撑剂混合增压后排出；所述输砂装置、输液管汇分别与所述混合排出模块连接以分别将所述支撑剂和压裂基液输送至所述混合排出模块内。

3.根据权利要求2所述的闭式泵电驱混砂设备，其特征在于：所述闭式泵还包括吸入模块，所述吸入模块分别与所述输液管汇和所述混合排出模块连通以将所述压裂基液输入至所述混合排出模块内。

4.根据权利要求2所述的闭式泵电驱混砂设备，其特征在于：所述功能模块还包括吸入泵和与所述吸入泵连接且用于控制所述吸入泵的吸入泵驱动单元，所述吸入泵设于所述输液管汇和所述混合排出模块之间。

5.根据权利要求2所述的闭式泵电驱混砂设备，其特征在于：所述混合排出模块包括泵体和设于所述泵体内腔中的离心叶轮，所述闭式泵驱动单元能够驱动所述离心叶轮高速旋转以将所述压裂基液和所述支撑剂充分混合后靠离心力排出。

6.根据权利要求5所述的闭式泵电驱混砂设备，其特征在于：所述功能模块还包括排出管汇，所述排出管汇与所述泵体连通。

7.根据权利要求4所述的闭式泵电驱混砂设备，其特征在于：所述吸入泵驱动单元包括吸入泵驱动电机或吸入泵驱动马达。

8.根据权利要求1-7任一所述的闭式泵电驱混砂设备，其特征在于：所述功能模块还包括控制单元，所述控制单元包括远程控制子单元和/或本地控制子单元。

9.根据权利要求1-7任一所述的闭式泵电驱混砂设备，其特征在于：还包括承载体，所述功能模块设于所述承载体上。

10.根据权利要求1-7任一所述的闭式泵电驱混砂设备，其特征在于：所述闭式泵和闭式泵驱动单元之间设有传动装置，所述闭式泵和所述闭式泵驱动单元通过所述传动装置连接。

11.根据权利要求1-7任一所述的闭式泵电驱混砂设备，其特征在于：所述输砂装置包括两个螺旋输送器，两个所述螺旋输送器设于所述闭式泵驱动单元的两侧。

12.根据权利要求1-6任一项所述的闭式泵电驱混砂设备，其特征在于：所述闭式泵驱动单元包括闭式泵驱动电机或闭式泵驱动马达。

13.根据权利要求1-7任一所述的闭式泵电驱混砂设备，其特征在于：还包括干添系统，所述干添系统与闭式泵连通，所述干添系统设在输液管汇与闭式泵之间。

14.根据权利要求1-7任一所述的闭式泵电驱混砂设备，其特征在于：还包括液添系统，所述液添系统与所述输液管汇连接。

15.一种闭式泵电驱混砂系统，其特征在于：采用权利要求1-14任一项所述的闭式泵电驱混砂设备，还包括混配单元和运砂车，所述混配单元包括混配搅拌器、清水源和化添装置，所述清水源和化添装置分别通过管汇与所述混配搅拌器的输入端连接，在所述混配搅拌器内形成所述压裂基液，所述混配搅拌器的输出端通过管汇与所述混合排出模块连接以将所述压裂基液输送至所述闭式泵内；所述运砂车通过所述输砂装置与所述闭式泵连接。

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