CN112127865A - 一种电驱动压裂混砂橇 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石油及天然气钻探技术，具体涉及一种电驱动压裂混砂橇，包括混砂装置，混砂装置用于将压裂砂和压裂基液混合为携砂压裂液；混砂装置顶部可拆卸地设有储砂装置，储砂装置用于向混砂装置添加压裂砂；储砂装置配套有输砂装置，输砂装置用于向储砂装置输送压裂砂；电驱动压裂混砂橇使用电机驱动并配套有电控***；本发明把混砂、储砂和输砂的相关设备集成为一体，占地面积小、运输方便且装配简单；整个工艺流程自动化运行，只需一名操作工，避免了传统的独立设备因衔接不良出现误操作，对杂质和雨水的防护能力强，维护简单、噪音小，能够快速有效地改变转速以控制出砂量，大幅提升了作业效率、显著降低了劳动强度和生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及油气钻探设备技术领域，特别涉及一种电驱动压裂混砂橇。
背景技术
在油田压裂作业中，混砂***是压裂***的心脏，其先进程度和可靠性决定了压裂机组的施工能力。
传统的混砂***由砂罐和混砂设备组成，其存在以下技术缺陷：
1.如图1所示，砂罐和混砂设备是两套独立设备，通常采用T形布置，需要较大的占地面积且装配接线复杂、对恶劣环境的适应性差；两套设备需要由不同的操作工独立操作，且对两道工序的衔接要求较高，容易因衔接不良出现误操作；
2.传统储砂装置与混砂设备配合使用时，需要配置1-2名切砂工，工人手动切换不同目数的压裂用砂以适应不同的压裂工况，操作效率低，响应速度慢；
3.传统混砂***为开放式钢制罐结构，罐顶设计有下砂进料口，使用后需要人工进行遮盖，以防止杂物和雨水侵袭；其防护能力差，压裂施工时容易因杂质和雨水的影响造成加砂中断，无法保障压裂施工的连续性；
4.传统混砂设备配套的输砂螺旋只能从混合搅拌罐的一侧加砂，压裂砂难以在有限的时间内散开，特别在加砂量大时，压裂砂混合搅拌效果差，引起排出泵负载不均匀，使排出泵长时间处于高负荷运转状态，影响排出泵使用寿命；
5.传统混砂操作中，输砂螺旋一般与地面呈45°角度安装，倾斜放置的输砂螺旋输送量不精确，且压裂施工时输砂螺旋底部轴承容易因密封失效导致输送能力减弱，无法满足压裂施工要求，甚至导致施工中断。
6.传统混砂***以柴油机作为动力源，维护难度大工、噪音大，且空间有限，结构复杂，不易维护，且采用单搅拌罐单排出泵设计，可靠性较低，难以适应非常规油气多井平台的高强度连续施工要求。
发明内容
本发明针对传统储砂装置与混砂设备的上述技术缺陷，提供一种电驱动压裂混砂橇；本发明将砂罐和混砂设备进行橇装并实现自动混砂、切砂，无需人工干预；压裂砂经水平加砂计量装置输送至搅拌罐顶部两侧的辅助下砂网，均匀落入搅拌罐，混砂均匀且连续性强；本发明采用变频电机和封闭式设计，实现对液体和压裂砂的快速准确地控制和对杂质、雨水的良好防护，能够满足复杂工况下的压裂工艺要求；本发明可实现24小时连续作业，安全性高，大幅降低劳动强度且节省至少两名操作工，实现混砂设备与储砂装置设备自动化控制和一体化操作，能够极大地提高压裂混砂操作的效率和质量、降低作业成本。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种电驱动压裂混砂橇，包括混砂装置，所述混砂装置用于将压裂砂和压裂基液混合为携砂压裂液；所述混砂装置顶部可拆卸地设有储砂装置，所述储砂装置用于向所述混砂装置添加压裂砂；所述储砂装置配套有输砂装置，所述输砂装置用于储存压裂砂以及向所述储砂装置输送压裂砂；所述电驱动压裂混砂橇使用电机驱动并配套有电控***或使用电机与液压混合驱动并配套有电液控制***，所述电机和电控***均与所述混砂装置集成为一体；所述混砂装置、储砂装置和输砂装置均采用模块化设计，以便于快速拆装和运输。
本发明将输砂、储砂、混砂装置集成为一体，占地面积小、运输方便且装配简单；整个工艺流程自动化运行，只需一名操作工控制自动开关阀的开闭，无需配备切砂工或衔接工序，避免了传统的独立设备因衔接不良出现误操作，能够实现自动控制，大幅提升了作业效率、显著降低了劳动强度和生产成本；
本发明为一体式封闭结构，对杂质和雨水的防护能力强，避免了传统混砂装置因杂质和雨水的影响造成加砂中断的技术缺陷，为连续高强度压裂施工提供了技术保障；
本发明以电动机作为动力源，维护简单、噪音小，使用变频电机时能够精确控制压裂砂加砂量、排出液量及输出压力，能够满足复杂工况下的压裂工艺要求；本发明还可以使用电机与液压混合驱动，并配套电液控制***进行控制。
作为本发明的优选方案，所述混砂装置包括混合搅拌罐、连接在所述混合搅拌罐顶部的自动开关阀、连接在所述混合搅拌罐底部的吸入管汇和排出管汇；所述自动开关阀用于连接所述储砂装置并向所述混合搅拌罐中添加压裂砂；所述混合搅拌罐配套有搅拌器、辅助下砂网和/或加砂计量装置和/或液位计和添加剂添加装置，用于提高携砂压裂液的搅拌质量；所述吸入管汇配套有吸入泵，所述排出管汇配套有排出泵；
所述储砂装置内设有至少一个砂仓，以匹配不同工况对不同目数压裂砂的需求；
所述输砂装置包括料斗和输送机，所述输送机用于把所述料斗中的压裂砂输送到所述储砂装置中。
实施压裂作业时，运砂车或运砂工只需在地面将压裂砂放入输砂装置的料斗中，当采用吊车装砂时，地面低位卸砂有利于吊车工及运砂工操作，吊装视野好，避免高空了作业和吊装风险，提高了安全性和效率；压裂砂放置好后，输送机把料斗中的压裂砂向上输送到储砂装置顶部，并按照压裂砂的目数分类加入储砂装置对应的砂仓内；
压裂砂准备完毕后，混砂操作工根据工况打开不同砂仓对应的自动开关阀，对应的压裂砂向下流出，经过加砂计量装置和辅助下砂网过滤分散后进入混合搅拌罐，在此过程中，操作工根据加砂计量装置和液位计的反馈控制自动开关阀的开闭，以准确控制加砂种类和加砂量；
与此同时，吸入泵通过吸入管汇将压裂基液注入混合搅拌罐，搅拌器将压裂基液和压裂砂充分搅拌，得到携砂压裂液；此时排出泵通过排出管汇将搅拌均匀的携砂压裂液抽出并输送至压裂泵，由压裂泵将携砂压裂液注入井底；
储砂装置设置在混合搅拌罐顶部，压裂砂经过加砂计量装置，沿搅拌罐顶两侧的辅助下砂网均匀落入搅拌罐中，压裂砂分布均匀且能够快速分散，即使加砂量大也能保证搅拌效果，避免了因井口堵砂引起的压裂泵吸空等问题，保证排出泵的使用寿命和压裂施工质量。
作为本发明的优选方案，所述自动开关阀为电动或气动或液动刀闸阀。
刀闸阀结构简单可靠、成本较低，其综合性能能够满足本发明所述的压裂工艺要求，可以根据实际情况选择不同驱动方式的刀闸阀，也可以使用其他形式的能够实现自动开关功能的阀门。
作为本发明的优选方案，所述自动开关阀布置在所述混合搅拌罐的螺旋入料口顶部，以提高加添加压裂砂的均匀性。
自动开关阀设置在混合搅拌罐的螺旋入料口顶部，布置在储砂装置底部两侧，能够方便地将储砂装置中压裂砂提供给加砂计量装置，无需配备切砂工或衔接工序，能够实现自动控制，进一步提高加砂搅拌的均匀性和稳定性。
作为本发明的优选方案，所述排出管汇布置在所述混合搅拌罐的底部两侧，以提高本发明的可靠性以及适应多平台大规模高强度压裂施工。
将排出泵布置在混合搅拌罐底部两侧，使本发明的整体布置得到优化、结构强度更加稳定；从而提升设备可靠性，以适应多井平台大规模高强度的压裂施工，施工期间不会因修泵而停工。
作为本发明的优选方案，所述加砂计量装置为输砂螺旋或皮带计量称。
输砂螺旋和皮带计量称均为常用的压裂砂计量设备，其结构简单可靠，能够满足压裂工艺的速度要求和精度要求；可以根据实际情况选择使用其他形式的加砂计量装置。
作为本发明的优选方案，所述储砂装置中设有四个砂仓。
砂仓越多，能够储存越多种类的压裂砂，但砂仓越多，每个砂仓对应的体积越小；为了保证本发明实施压裂作业的连续性，必须保证主要目数压裂砂的储存量，因此每个砂仓必须达到一定的体积；经过现场实际测试，储砂装置中设置四个砂仓具有较广的适用范围；也可以根据实际情况设置不同数量的砂仓。
作为本发明的优选方案，所述输送机为螺旋输送机或管链输送机或挡边皮带输送机或气动输送机或斗提机。
螺旋输送机、管链输送机、挡边皮带输送机、气动输送机和斗提机均为常用的压裂砂输送设备，经现场测试，均能够满足压裂工艺的速度要求和精度要求；也可以根据实际情况选择使用其他形式的输送机。
作为本发明的优选方案，所述电机为变频一体式电机。
变频一体式电机体积小，有效节省本发明装配空间，且维护简单、噪音小；使用变频一体式电机配合电控***，能够快速有效地改变转速以控制出砂量，能够满足复杂工况下的压裂工艺要求。
本发明的有益效果是：
1.本发明将输砂、储砂、混砂装置集成为一体，占地面积小、运输方便且装配简单；整个工艺流程自动化运行，只需一名操作工控制自动开关阀的开闭，无需配备切砂工或衔接工序，避免了传统的独立设备因衔接不良出现误操作，能够实现自动控制，大幅提升了作业效率、显著降低了劳动强度和生产成本；
2.本发明为一体式封闭结构，对杂质和雨水的防护能力强，避免了传统混砂装置因杂质和雨水的影响造成加砂中断的技术缺陷，为连续高强度压裂施工提供了技术保障；
3.本发明储砂装置设置在混合搅拌罐顶部，压裂砂经加砂计量装置从混合搅拌罐顶部两侧辅助下砂网流入混合搅拌罐，由于辅助下砂网面积是传统搅拌罐的两倍，使压裂砂分布均匀且能够快速分散，大面积下砂网能减少因集中加砂导致的搅拌罐液面波动，有利于提高搅拌效果，能够避免因搅拌不均匀导致的排出泵压力波动，能保证为压裂泵持续稳定的供液，提高排出泵及动力装置使用寿命，杜绝压裂泵吸空现象，提高压裂作业的安全性和稳定性；
4.本发明以电动机作为动力源，维护简单、噪音小，减少了冗余设计，快速准确控制加砂量、排量及稳定的压力，适应多井平台高强度的复杂工况下的压裂施工要求。
附图说明：
图1为传统混砂装置的布局图。
图2为本发明一种电驱动压裂混砂撬的结构示意图。
图3为本发明一种电驱动压裂混砂撬的结构示意图。
图4为混砂装置的结构示意图。
图5为隐藏栏杆和外壳结构后的混砂装置的结构示意图。
图6为图5中A处结构放大图。
其中附图标记为：
1-混砂装置，11-自动开关阀，12-混合搅拌罐，121-搅拌器，122-辅助下砂网，123-加砂计量装置，124-液位计，125-添加剂添加装置，126-螺旋入料口，13-吸入管汇，131-吸入泵，14-排出管汇，141-排出泵，2-储砂装置，21-砂仓，3-输砂装置，31-料斗，32-输送机，4-电机，5-电控***。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
为更清晰地展示本发明结构，附图中隐藏了部分栏杆和外壳结构。
如图2-3所示，一种电驱动压裂混砂橇，包括混砂装置1，混砂装置1用于将压裂砂和压裂基液混合为携砂压裂液；混砂装置1顶部可拆卸地设有储砂装置2，储砂装置2用于储存压裂砂以及向混砂装置1添加压裂砂；储砂装置2配套有输砂装置3，输砂装置3用于向储砂装置2输送压裂砂；本发明使用电机4驱动并配套有电控***5，电机4和电控***5均与混砂装置1集成为一体；混砂装置1、储砂装置2和输砂装置3均采用模块化设计，以便于快速拆装和运输；
储砂装置2内设有四个砂仓，以匹配不同工况对不同目数压裂砂的需求；输砂装置3包括料斗31和输送机32，输送机32用于把料斗31中的压裂砂输送到储砂装置2中；输送机32为螺旋输送机；
如图4-6所示，结合图2-3，本实施例中，混砂装置1包括混合搅拌罐12、连接在混合搅拌罐12顶部的自动开关阀11、连接在混合搅拌罐12底部的吸入管汇13和排出管汇14；自动开关阀11用于连接储砂装置2并向混合搅拌罐12中添加压裂砂；混合搅拌罐12配套有搅拌器121、辅助下砂网122、加砂计量装置123、液位计124和添加剂添加装置125，用于提高携砂压裂液的搅拌质量；吸入管汇13和排出管汇14分别配套有吸入泵131和排出泵141；电机4为变频一体式电机；
自动开关阀11为液动刀闸阀且布置在混合搅拌罐12的螺旋入料口126顶部，无需配备切砂工或衔接工序，能够实现自动控制，以提高加添加压裂砂的均匀性；
排出管汇14布置在混合搅拌罐12的底部两侧，以提高本发明的可靠性以及适应多平台大规模高强度压裂施工；加砂计量装置125为输砂螺旋。
实施压裂作业时，运砂车或运砂工只需在地面将压裂砂放入输砂装置3的料斗31中，当采用吊车装砂时，地面低位卸砂有利于吊车工及运砂工操作，吊装视野好，避免高空了作业和吊装风险，提高了安全性和效率；压裂砂放置好后，输送机32把料斗31中的压裂砂向上输送到储砂装置2顶部，并按照压裂砂的目数分类加入储砂装置2对应的砂仓内；
压裂砂准备完毕后，混砂操作工根据工况打开不同砂仓21对应的自动开关阀11，对应的压裂砂向下流出，经过加砂计量装置123和辅助下砂网122过滤分散后进入混合搅拌罐12，在此过程中，操作工根据加砂计量装置123和液位计124的反馈控制自动开关阀11的开闭，以准确控制加砂种类和加砂量；
与此同时，吸入泵131通过吸入管汇13将压裂基液注入混合搅拌罐12，搅拌器121将压裂基液和压裂砂充分搅拌，得到携砂压裂液；此时排出泵141通过排出管汇14将搅拌均匀的携砂压裂液抽出并输送至压裂泵，由压裂泵将携砂压裂液注入井底；
储砂装置2设置在混合搅拌罐12顶部，压裂砂经过加砂计量装置123，沿混合搅拌罐12顶部两侧的辅助下砂网122均匀落入搅拌罐中，压裂砂分布均匀且能够快速分散，即使加砂量大也能保证搅拌效果，避免了因井口堵砂引起的压裂泵吸空等问题，保证排出泵141的使用寿命和压裂施工质量；
刀闸阀结构简单可靠、成本较低，其综合性能能够满足本发明所述的压裂工艺要求，可以根据实际情况选择不同驱动方式的刀闸阀，也可以使用其他形式的能够实现自动开关功能的阀门；
自动开关阀11设置在混合搅拌罐12的螺旋入料口126顶部，布置在储砂装置2底部两侧，能够方便地将储砂装置2中压裂砂提供给加砂计量装置123，无需配备切砂工或衔接工序，能够实现自动控制，进一步提高加砂搅拌的均匀性和稳定性；
将排出泵141布置在混合搅拌罐12底部两侧，使本发明的整体布置得到优化、结构强度更加稳定；从而提升设备可靠性，以适应多井平台大规模高强度的压裂施工，施工期间不会因修泵而停工；
输砂螺旋为常用的压裂砂计量设备，其结构简单可靠，能够满足压裂工艺的速度要求和精度要求；可以根据实际情况选择使用其他形式的加砂计量装置；
砂仓21越多，能够储存越多种类的压裂砂，但砂仓21越多，每个砂仓21对应的体积越小；为了保证本发明实施压裂作业的连续性，必须保证主要目数压裂砂的储存量，因此每个砂仓21必须达到一定的体积；经过现场实际测试，储砂装置2中设置四个砂仓21具有较广的适用范围；也可以根据实际情况设置不同数量的砂仓21；
螺旋输送机、管链输送机、挡边皮带输送机、气动输送机和斗提机均为常用的压裂砂输送设备，经现场测试，均能够满足压裂工艺的速度要求和精度要求；也可以根据实际情况选择使用其他形式的输送机；
变频一体式电机体积小，有效节省本发明装配空间，且维护简单、噪音小；使用变频一体式电机配合电控***，能够快速有效地改变转速以控制出砂量，能够满足复杂工况下的压裂工艺要求。
本发明将输砂、储砂、混砂装置集成为一体，占地面积小、运输方便且装配简单；整个工艺流程自动化运行，只需一名操作工控制自动开关阀的开闭，无需配备切砂工或衔接工序，避免了传统的独立设备因衔接不良出现误操作，大幅提升了作业效率、显著降低了劳动强度和生产成本；
本发明为一体式封闭结构，对杂质和雨水的防护能力强，避免了传统混砂装置因杂质和雨水的影响造成加砂中断的技术缺陷，为连续高强度压裂施工提供了技术保障；
本发明储砂装置2设置在混合搅拌罐12顶部，压裂砂经加砂计量装置123从混合搅拌罐12顶部两侧辅助下砂网122流入混合搅拌罐12，由于辅助下砂网122面积是传统搅拌罐的两倍，使压裂砂分布均匀且能够快速分散，大面积下砂网能减少因集中加砂导致的搅拌罐液面波动，有利于提高搅拌效果，能够避免因搅拌不均匀导致的排出泵压力波动，能保证为压裂泵持续稳定的供液，提高排出泵及动力装置使用寿命，杜绝压裂泵吸空现象，提高压裂作业的安全性和稳定性；
本发明以电动机4作为动力源，维护简单、噪音小，减少了冗余设计，快速准确控制加砂量、排量及稳定的压力，适应多井平台高强度的复杂工况下的压裂施工要求。
以上公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种电驱动压裂混砂橇，其特征在于，包括混砂装置(1)，所述混砂装置(1)用于将压裂砂和压裂基液混合为携砂压裂液；所述混砂装置(1)顶部可拆卸地设有储砂装置(2)，所述储砂装置(2)用于储存压裂砂以及向所述混砂装置(1)添加压裂砂；所述储砂装置(2)配套有输砂装置(3)，所述输砂装置(3)用于向所述储砂装置(2)输送压裂砂；所述电驱动压裂混砂橇使用电机(4)驱动并配套有电控***(5)或使用电机与液压混合驱动并配套有电液控制***，所述电机(4)和电控***(5)均与所述混砂装置(1)集成为一体；所述混砂装置(1)、储砂装置(2)和输砂装置(3)均采用模块化设计，以便于快速拆装和运输。
2.根据权利要求1所述的一种电驱动压裂混砂橇，其特征在于，所述混砂装置(1)包括混合搅拌罐(12)、连接在所述混合搅拌罐(12)顶部的自动开关阀(11)、连接在所述混合搅拌罐(12)底部的吸入管汇(13)和排出管汇(14)；所述自动开关阀(11)用于连接所述储砂装置(2)并向所述混合搅拌罐(12)中添加压裂砂；所述混合搅拌罐(12)配套有搅拌器(121)、辅助下砂网(122)和/或加砂计量装置(123)和/或液位计(124)和添加剂添加装置(125)，用于提高携砂压裂液的搅拌质量；所述吸入管汇(13)配套有吸入泵(131)，所述排出管汇(14)配套有排出泵(141)；
所述储砂装置(2)内设有至少一个砂仓(21)，以匹配不同工况对不同目数压裂砂的需求；
所述输砂装置(3)包括料斗(31)和输送机(32)，所述输送机(32)用于把所述料斗(31)中的压裂砂输送到所述储砂装置(2)中。
3.根据权利要求2所述的一种电驱动压裂混砂橇，其特征在于，所述自动开关阀(11)为电动或气动或液动刀闸阀。
4.根据权利要求2所述的一种电驱动压裂混砂橇，其特征在于，所述自动开关阀(11)布置在所述混合搅拌罐(12)的螺旋入料口(126)顶部。
5.根据权利要求2所述的一种电驱动压裂混砂橇，其特征在于，所述排出管汇(14)布置在所述混合搅拌罐(12)的底部两侧，以提高排出压裂液的可靠性和稳定性。
6.根据权利要求2所述的一种电驱动压裂混砂橇，其特征在于，所述加砂计量装置(123)为输砂螺旋或皮带计量称。
7.根据权利要求1所述的一种电驱动压裂混砂橇，其特征在于，所述储砂装置(2)中设有四个砂仓(21)。
8.根据权利要求1所述的一种电驱动压裂混砂橇，其特征在于，所述输砂装置(3)为螺旋输送机或管链输送机或挡边皮带输送机或气动输送机或斗提机。
9.根据权利要求1-8任一所述的一种电驱动压裂混砂橇，其特征在于，所述电机(4)为变频一体式电机。
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