石油压裂液混配车

暂无

技术领域\n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。\n背景技术\n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。\n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。\n发明内容\n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。\n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：\n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；\n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；\n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；\n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；\n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；\n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；\n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；\n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。\n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。\n附图说明\n图1是本发明结构示意图\n图2是图1的俯视示意图\n图3是上料装置结构示意图\n图4是图3的侧视示意图\n图5是储料装置结构示意图\n图6是图5的侧视示意图\n图7是水、粉混合装置结构示意图\n图8是图7中喉管为零时结构示意图\n图9是释放罐结构示意图\n图10是静态混合装置结构示意图\n图11是图10中旋转叶片开槽示意图\n图12是图10中旋转叶片旋转后示意图\n图13是高速搅拌机结构示意图\n图14是发液装置示意图\n图15是图14中发液管局部仰视图\n具体实施方式\n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。\n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。\n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。\n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。\n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。\n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。\n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。\n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。\n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。\n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。\n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。\n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。\n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。