一种连续供砂系统及连续供砂方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及连续供砂系统及连续供砂方法。
【背景技术】
[0002]磨料射流技术是近代发展起来的新技术，在工业切割、岩石掘进、表面清洗和钻探开采等方面有广泛的应用。根据磨料加入方式的不同，磨料射流分为前混合磨料射流和后混合磨料射流。在相同能耗情况下，前混合磨料系统的切割深度可达到后混合磨料射流切割深度的两倍，且在岩石掘进、钻探开采等方面无法使用后混合磨料射流。相比于后混合磨料射流，前混合射流具有更广阔的利用空间和能量利用率。
[0003]但受磨料添加方式的影响，前混合磨料射流难以实现连续加砂。在实际应用中，不能实现连续加砂而大大降低了工作效率，在水力压裂、水射流切割等行业，中途暂停甚至会导致工艺失败。传统的前混合磨料射流结构简单，无易磨损部件，对栗无特殊要求，流量使用范围广，拥有较广阔的运用前景。但该系统实现连续加砂较为困难，严重制约了该系统的推广运用。
[0004]目前，为实现前混合磨料射流连续加砂，主要通过以下两种方式形成连续式的前混合射流:(1)针对前混合磨料浆液射流，在系统中设计两个并联的带活塞贮液罐，实现了磨料的连续供给。但该系统磨料浆液介质成本较高，活塞磨损严重，活塞运动速度限制了系统能提供的流量。(2 )石油系统加砂压裂领域利用砂浆栗直接对磨料与水的混合物进行加压。由于磨料需从栗中经过，对加压栗质量要求高，需配备专用的混砂装置，设备庞大，在其他领域无法应用。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种连续供砂系统和连续供砂方法，克服了传统的前混合磨料射流设备在工作过程中无法连续供砂的缺陷；克服了传统的前混合磨料射流设备在工作过程中磨料罐供砂时，需承受与高压管道相同压力的缺陷。克服了传统的前混合磨料射流设备在磨料罐供砂时，砂水混合不均匀、输送管道压力损失大的缺陷。
[0006]为解决上述技术问题，一种连续供砂系统，包括水栗、磨料的输送系统、二组以上的储料混合系统和喷砂枪；所述的储料混合系统包括储料系统、空化系统和混合系统；所述的水栗为隔膜栗；所述磨料的输送系统包括磨料计量罐和射流栗，磨料计量罐的出料口与射流栗相连接，射流栗的输入端与水栗相连接，射流栗的输出端与储料系统相连接；所述的储料系统包括蓄能料浆罐、第一阀门、第二阀门、出料管和第三阀门；所述的空化系统包括第四阀门和空化发生器；所述的混合系统包括混合仓；第一阀门连接在射流栗与蓄能料浆罐入料端之间，第二阀门设在蓄能料浆罐出料端与混合仓之间，出料管连接在蓄能料浆罐的入料端，第三阀门设在出料管上；第四阀门设在水栗与空化发生器之间；空化发生器的另一端与混合仓相连接；喷砂枪与混合仓相连接；在第四阀门的输出端与蓄能料浆罐的入料端之间连接有连接管，在连接管上设有单向阀，单向阀防止磨料回流到空化发生器中。
[0007]上述连续供砂系统，并联了两个或多个储料混合系统，运用阀门控制使得处于工作状态的储料混合系统与喷砂枪连通，处于加料状态的储料混合系统与喷砂枪断开，从而在常压状态下加料。在本发明中，一组或部分多组储料混合系统加料时，其它的一组或部分多组储料混合系统作业，当作业后的蓄能料浆罐内的水砂磨料用完时，未使用的一组或部分多组储料混合系统作业，对空的蓄能料浆罐加料，如此交替运行，实现了磨料射流连续加砂、连续作业的目的。在本发明中，空化发生器射出的水射流含有介孔气泡，使混合仓中的水砂磨料和水均质化混合，并显著减轻磨料流体输送过程中的阻力，延长磨料射流的输送距离，提高喷砂枪出口射流速度。在本发明中运用射流栗，实现了自行加砂，并且是在常压状态下加砂。经水栗加压的水射流一路进入到射流栗内，一路进入到空化系统中，将加料与产生空化水射流的管路分开，让加料的管路不需要承受与喷砂枪相同的压力，输送管道压力的损失小。由于采用了隔膜栗，因此，能实现精确的计量，并且能实现本系统的连续工作。
[0008]进一步的，在水栗与射流栗之间设有第一节流阀；在磨料计量罐的出料口与射流栗之间设有计量阀。在本发明中的计量阀、磨料计量罐可以精确控制磨料的添加，通过第一节流阀全程精确控制磨料和水的用量。
进一步的，所述的第一阀门为第一气动阀，第二阀门为第二气动阀，第三阀门为第三气动阀，第四阀门为第四气动阀，利用气动阀作为阀门，方便控制，而且控制的精度高。
[0009]进一步的，在第四阀门与空化发生器之间第二节流阀。通过第二节流阀可精确的控制喷砂枪喷出的水砂磨料与空化水射流之间的质量比。
[0010]进一步的，在水栗的输出端设有接头，射流栗和储料混合系统均连接在接头上。
[0011]—种连续供砂方法，其中连续供砂系统包括水栗、磨料的输送系统、喷砂枪和二组以上的储料混合系统；所述的储料混合系统包括储料系统、空化系统和混合系统；所述的水栗为隔膜栗；
连续供砂系统的供砂方法是:
(1)启动水栗，在水栗的作用下，通过磨料的输送系统向所有储料系统加料，储料系统中为水砂磨料；
(2)控制一组或多组储料混合系统工作，该组储料系统中的水砂磨料进入到混合系统中，水栗加压后的水射流经空化系统产生含有介孔气泡的空化水射流进入混合系统中，含有介孔气泡的空化会射流和水砂磨料在混合系统中充分混合为空化磨料水射流，空化磨料水射流经喷砂枪喷出；
(3)重复上述步骤(2)控制下一组或多组储料混合系统工作，让空化磨料水射流经喷砂枪喷出；同时，过磨料的输送系统向已经放料的储料系统加料；
(4)重复上述步骤(3)直到最后一组或多组储料混合系统工作完成；
(5)回到步骤(2)，同时，通过磨料的输送系统向最后一组或多组的储料系统加料；
(6)依次循环步骤(3)、(4)和(5)实现连续供砂。
[0012]上述供砂方法，并联了两个或多个储料混合系统，一组或部分多组储料混合系统加料时，其它的一组或部分多组储料混合系统作业，当作业后的储料系统内的水砂磨料用完时，未使用的一组或部分多组储料混合系统作业，对空的储料系统加料，如此交替运行，实现了磨料射流连续加砂、连续作业的目的。在本发明中，空化系统射出的水射流含有介孔气泡，使混合系统中的水砂磨料和水均质化混合，并显著减轻磨料流体输送过程中的阻力，延长磨料射流的输送距离，提高喷砂枪出口射流速度。在本发明中运用磨料的输送系统，实现了自行加砂，并且是在常压状态下加砂。经水栗加压的水射流一路进入到磨料的输送系统内，一路进入到空化系统中，将加料与产生空化水射流的管路分开，让加料的管路不需要承受与喷砂枪相同的压力，输送管道压力的损失小。由于采用了隔膜栗，因此，能实现精确的计量，并且能实现本系统的连续工作。
[0013]进一步的，所述磨料的输送系统包括磨料计量罐和射流栗，磨料计量罐的出料口与射流栗相连接，射流栗的输入端与水栗相连接，射流栗的输出端与储料系统相连接；所述的储料系统包括蓄能料浆罐、第一阀门、第二阀门、出料管和第三阀门；所述的空化系统包括第四阀门和空化发生器；所述的混合系统包括混合仓；第一阀门连接在射流栗与蓄能料浆罐入料端之间，第二阀门设在蓄能料浆罐出料端与混合仓之间，出料管连接在蓄能料浆罐的入料端，第三阀门设在出料管上；第四阀门设在水栗与空化发生器之间；空化发生器的另一端与混合仓相连接；喷砂枪与混合仓相连接；在第四阀门的输出端与蓄能料浆罐的入料端之间连接有连接管，在连接管上设有单向阀，单向阀防止磨料回流到空化发生器中；
连续供砂系统的供砂方法是:
(1)开启所有的第一阀门和第三阀门，关闭所有的第二阀门和第四阀门；启动水栗
(24)，水射流经水栗(24)加压后一路进入到磨料的输送系统中的射流栗(14)内，经过射流栗(14)的水射流通过射流栗(14)抽吸磨料计量罐(16)中的磨料为储料系统中的蓄能料浆罐加料；蓄能料浆罐中的水砂磨料满了后，停止水栗(24)；
(2)开启一组或多组储料混合系统中的第二阀门和第四阀门，关闭对应的一组或多组储料混合系统中的第一阀门和第三阀门；启动水栗(24 )，水射流经水栗(24 )加压后另一路经对应一组或多组空化系统中第四阀门进入到对应的空化发生器内，进入到空化发生器中的水射流经空化发生器产生含有介孔气泡的空化水射流进入到对应一组或多组混合系统中的混合仓内；经第四阀门的水射流经对应一组或多组的单向阀进入到对应的蓄能料浆罐中，来自一组或多组蓄能料浆罐中的水砂磨料和空化水射流在混合仓中充分混合为空化磨料水射流，空化磨料水射流经喷砂枪喷出；
(3)开启下一组或多组储料混合系统中的第二阀门和第四阀门，关闭下一组或多组储料混合系统中的第一阀门和第三阀门，同时开启已经放料的储料混合系统中的第一阀门和第三阀门，关