一种泥浆加料设备及其加料方法与流程

本发明涉及油气开发领域，具体涉及一种泥浆加料设备及其加料方法。

背景技术：

泥浆，即钻井液，被称为“钻井的血液”，是钻完井工程中非常重要的一环。钻井液配置过程中，无论是新浆还是胶液的配置，都需要添加大量添加剂。大部分的添加剂都是袋装粉末，需要工人逐袋人工搬运至加料口处，然后手动破袋、再将其翻转至破口朝下、怼至加料口内下料。一袋泥浆料动辄几十公斤，且根据井深不同，每次加料量一般在几十袋至几百袋不等，所以加料作业对于泥浆工而言是一个体力消耗巨大的工作。为了降低加料作业的人力消耗，现有技术中也出现了一些自动下料的设备。然而，这类现有技术存在以下缺陷：(1)普遍通过振动筛实现粉料与包装袋的分离，并还通过螺旋送料装置进行传输；振动筛工作过程中高速振动，会将粉料大量扬起，不仅污染现场环境、还会使得空气中存在大量粉尘污染；并且粉料还需经过螺旋送料装置传输，不仅造成二次污染，还会浪费多余动力进行二次传输，因此现有技术不满足目前节能环保的要求；(2)通过振动筛实现粉料与包装袋的分离，若振动筛平置、那么卸料完成后的包装袋会一直停留在振动筛上、甚至会平铺在振动筛表面导致下一袋添加剂无法正常下料；若振动筛斜放，袋子又会一直向前运动，原料来不及被完全振出袋子就会脱离振动筛范围，导致大量添加剂浪费。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种泥浆加料设备及其加料方法，以解决现有技术中泥浆添加剂下料过程污染严重且无法分离包装袋的问题，实现减少粉尘污染、节能环保，且能够分离包装袋的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

一种泥浆加料设备，包括料斗，所述料斗嵌设在工作台表面的凹槽内，工作台表面设置与所述凹槽相接的输送装置，凹槽靠近输送装置所在方向的一侧侧壁为斜面，所述斜面自上而下向凹槽内部方向倾斜，且斜面上固定一刀片；所述工作台内还设置有与凹槽连通的通道，所述通道位于凹槽远离输送装置所在方向的一侧，所述通道内设置送袋机构，所述送袋机构用于将空袋从通道靠近凹槽的一端输送至通道远离凹槽的一端；所述凹槽的相对两侧壁均设置若干传输滚筒。

针对现有技术中泥浆添加剂下料过程污染严重且无法分离包装袋的问题，本发明提出一种泥浆加料设备，将料斗嵌设在工作台表面，本申请中的工作台可以离地设置来配合泥浆工的高度，也可以直接设置在井场地面高度，工作台表面的输送装置用于将对装满泥浆添加剂的料袋输送至凹槽内，原料进入凹槽内后沿斜面下滑，同时被凹槽两侧的传输滚筒驱动向下运动，在此过程中料袋的底部即被刀片隔开。现有技术中由多块刀片并排形成刀片总成的方案，袋子底部会被同步划开多条并排的破口，相邻两破口之间仅有端部很窄的部分进行连接，当几十公斤的粉料快速下泄时，极易将相邻两破口之间的袋子扯断、形成大量的条状物，这类条状物无论附着在振动筛还是滤网表面，都会严重干扰粉料的正常快速添加。为此，本申请在斜面上仅设置一块刀片，只会形成一个破口，杜绝了袋子被破碎为条状物干扰正常加料的问题。此外，本申请中刀片位于下陷的凹槽的侧壁斜面上，也就是说刀片位于工作台内部，不会突出在外，相较于现有技术中将刀片总成或刀片组件直接外置的方式而言，本申请显著提高了使用安全性，降低了泥浆工作业的安全隐患。本申请的下料原理为：(1)袋装添加剂进入凹槽内后期破口正对凹槽底部的料斗，没有了振动筛筛网这种大面积的承托，袋子底部的破口部位在凹槽底部下坠，而钻井液添加剂中的粉料必然处于干燥状态，流动性极强，几十公斤的粉料从一个破口处下坠并快速进入料斗中，会自动的将本就处于下坠状态的破口扯大，有利于在只有一个破口的前提下快速均匀的下料；(2)袋装添加剂躺于凹槽内，两侧的传输滚筒不断的转动、挤压袋子，将其内的粉料向中心部分推动，通过两侧的传输滚筒使得装有添加剂的袋子不断进行蠕动，从而实现将原料挤出的效果。本申请还在工作台内设置内置的通道，通道与凹槽远离斜面的一端是连通的，当一袋添加剂下料完成后，由两侧的传输滚筒将空袋向通道内部输送，空袋进入通道后，由送袋机构将空袋从通道靠近凹槽的一端输送至通道远离凹槽的一端，实现彻底分离包装袋，避免影响下一袋添加剂快速下料的效果。本申请与现有技术相比：首先，本申请使用内置式的单刀片结构即可实现正常下料，从刀片位置与刀片数量上都减少了泥浆工受伤的风险，显著降低了作业安全隐患。其次，现有技术中使用振动筛等设备将粉料抖动出来，平铺在振动筛筛网上的料袋在高速振动过程中，扬起大量粉尘污染环境与空气；而本申请在使用时，料袋底部的破口直接下坠在凹槽底部的料斗上，因此粉状的添加剂在重力作用下会直接进入料斗内，而料斗顶端是由袋装添加剂本身进行遮挡的，因此在下料过程中粉尘是无法逸出的，所以显著降低了环境与空气污染，有利于降低对泥浆工的身体危害。此外，现有技术中料袋边缘部位堆积的粉料是难以自动下料的，一般需要泥浆工手动抖动料袋才能够将其抖出，所以现有的自动下料结构中，每带添加剂都会在边缘有大量残留，造成浪费；而本申请中通过传输滚筒使袋子蠕动变形的下料方式，能够有效驱动袋子边缘的粉料下料，避免了浪费、降低了添加剂的浪费率；同时与现有技术中高速振动相比，从两侧进行蠕动也能够大幅减少粉尘被扬起的概率。

进一步的，所述传输滚筒局部位于凹槽内部，凹槽一侧的所有传输滚筒的轴线共面，且相邻两个传输滚筒的外径不等。即是传输滚动局部嵌于凹槽侧壁内、另一部分位于凹槽内部，便于在转动过程中带动进入凹槽的料袋蠕动；任意相邻两个传输滚筒的外径不等，使得袋装添加剂的两侧为非平整的形状，通过凹凸不平且不断转动的两排传输滚筒，更加有效的对袋装添加剂的两侧进行推挤，在料袋还在凹槽内前行的过程中就将被迫进行高效的蠕动，使得两侧边缘堆积的粉料快速向中间的破口位置汇聚，有利于快速下料。

进一步的，所述送袋机构包括固定在通道内部顶端的滑轨、滑动连接在滑轨上的滑块、固定在滑块上的伸缩杆、用于驱动滑块沿滑轨移动的驱动机构；所述伸缩杆的轴线竖直，所述滑轨的两端分别与通道的两端齐平。当滑块位于滑轨靠近凹槽的一端时，伸缩杆下行有两个作用，首先是能够通过伸缩杆阻隔凹槽与通道之间的连通处，使得处于下料过程中的料袋不会继续前行，此时料袋前端受阻，而两侧的传输滚筒又在持续工作，这能够使得料袋进行更大幅度的蠕动变形，进一步提高下料速率；其次是当下料完成，料袋成为空袋后，此时伸缩杆首先上行，让出凹槽与通道之间的连通处，空袋在传输滚筒的输送下进入通道内，之后伸缩杆再次下行，钩住或拉住料袋，由驱动机构驱动滑块移动，带动料袋移动至滑轨远离凹槽的一端，此过程实现了空袋的分离与移位，彻底解决了现有技术中包装袋会停留在下料原地干扰下一袋添加剂下料的问题。

进一步的，所述驱动机构包括固定在工作台上且与所述滑轨平行的齿条、与所述齿条相啮合的齿轮、用于驱动所述齿轮转动的电机，所述电机与滑块相对固定。电机转动带动齿轮转动，齿轮在齿条上进行移动，实现带动滑块沿滑轨直线运动的目的。其中通过控制电机正反转即可对滑块的移动方向进行转换。

进一步的，所述通道的相对两侧壁均设置滑轨，所述滑块呈杆状，滑块的两端分别与两根滑轨滑动连接；沿滑块的长轴方向均匀分布若干伸缩杆。本方案中滑块呈杆状，沿其的长轴方向均匀分布若干伸缩杆，从而在下料过程中，能够由多个伸缩杆阻挡在凹槽与通道之间的连通处，为装有原料的料袋提供充分的阻挡；同时其两端均设置相匹配的滑轨，显著提高动作稳定性。

进一步的，所述刀片呈直角梯形，所述直角梯形的直角边朝向输送装置所在方向。直角梯形的直角边朝向输送装置所在方向，是指直角梯形的直角边垂直于凹槽侧壁的斜面且朝向向上。当袋装添加剂自输送装置进入凹槽后，沿斜面快速下行，通过刀片的直角边时被瞬间破开形成深度较大的破口；同理，本方案中直角梯形的斜边是背离输送装置所在方向的，这样在料袋脱离刀片时，能够通过斜边的过度逐渐使刀片与料袋分开，避免刀片钩住料袋、不便分开强行拉扯的问题。因此本方案通过刀片的形状以及布局，在刀片破开料袋与刀片脱离料袋时均取得了显著的效果。

进一步的，所述料斗顶端架设若干档杆，所述伸缩杆的底端设置电动卡爪。料斗顶端架设的档杆用于提供适当的阻隔，避免容量过小的袋装添加剂掉入其中。各档杆可以并排分布，也可以交叉分布；其间距根据井场常用添加剂的最小袋型号进行适应性设置即可。伸缩杆的底端设置电动卡爪，用于抓住空袋带动其进行移动；当时，所述电动卡爪使用现有技术中任意的、能够夹持空袋的夹具均可。

进一步的，所述料斗底端设置第一滤网，且料斗底端与加料管相连；加料管与负压管、进液管连通，且负压管位于进液管的上方；所述负压管内设置第二滤网，所述负压管连接负压泵，所述进液管通过泵从泥浆池中抽取钻井液，钻井液依次通过进液管、加料管回流至泥浆池。本方案通过负压泵在料斗下方制造负压，有利于粉状添加剂的快速下料，同时对于减少扬尘污染也具有极好的效果。进液管用于混料，在下料过程中，从泥浆池内抽取钻井液进入加料管进行循环，粉料下落与钻井液混合，实现快速混料加料。本方案通过负压下料与循环混料的方式实现粉状添加剂的快速添加，相较于现有技术而言能够提高下料速率且降低环境污染，同时避免粉料大量附着或堆积在管道内造成浪费。

基于上述泥浆加料设备的加料方法，包括以下步骤：

(a)送袋机构位于初始工位，所述初始工位为：送袋机构位于通道靠近凹槽的一端，且送袋机构中的伸缩杆向下伸长，阻隔通道与凹槽相连通的一端；启动输送装置与传输滚筒，将袋装添加剂放置在工作台上，输送装置输送袋装添加剂向凹槽方向移动；

(b)袋装添加剂从斜面处进入凹槽内，在重力和两侧传输滚筒的作用下向下滑动，袋装添加剂通过刀片时其底部被破开，原料开始从底部漏出进入料斗内；同时袋装添加剂继续向下滑动，直至袋装添加剂躺于凹槽内且被送袋机构阻止无法继续前行；

(c)下料完成后，送袋机构中的伸缩杆向上收缩，空袋被两侧的传输滚筒驱动局部进入通道内，送袋机构中的伸缩杆向下伸长，钩住或拉住空袋端部，然后送袋机构将空袋从通道靠近凹槽的一端拉动至通道远离凹槽的一端；

(d)伸缩杆向上收缩，送袋机构回复至初始工位。

进一步的，工人连续将袋装添加剂放置在工作台上，当前一袋原料躺于凹槽内时，后一袋原料局部位于斜面上且抵拢前一袋原料。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、现有技术中料袋边缘堆积的粉料是难以脱离出袋外的，所以每带添加剂都会在边缘有大量残留，造成浪费；而本申请中通过传输滚筒使袋子蠕动变形的下料方式，能够有效驱动袋子边缘的粉料下料，避免了浪费、降低了添加剂的浪费率；

2、本发明一种泥浆加料设备及其加料方法，通过凹凸不平且不断转动的两排传输滚筒，更加有效的对袋装添加剂的两侧进行推挤，在料袋还在凹槽内前行的过程中就将被迫进行高效的蠕动，使得两侧边缘堆积的粉料快速向中间的破口位置汇聚，有利于快速下料。

3、现有技术中使用振动筛等设备将粉料抖动出来，料袋平铺在筛网上，因此必须使用外置式的、多刀片并排的刀片总成或刀片组件，而本申请使用内置式的单刀片结构即可实现正常下料，从刀片位置与刀片数量上都减少了泥浆工受伤的风险，显著降低了作业安全隐患。

4、现有技术中使用振动筛等设备将粉料抖动出来，平铺在振动筛筛网上的料袋在高速振动过程中，扬起大量粉尘污染环境与空气；而本申请在使用时，料袋底部的破口直接下坠在凹槽底部的料斗上，因此粉状的添加剂在重力作用下会直接进入料斗内，而料斗顶端是由袋装添加剂本身进行遮挡的，因此在下料过程中粉尘是无法逸出的，同时与现有技术中高速振动相比，从两侧进行蠕动也能够大幅减少粉尘被扬起的概率，所以本申请显著降低了环境与空气污染，有利于降低对泥浆工的身体危害。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例的结构示意图；

图2为本发明具体实施例的剖视图；

图3为本发明具体实施例的俯视图；

图4为本发明具体实施例中通道的剖视图；

图5为本发明具体实施例工作时的俯视图；

图6为本发明具体实施例的剖视图；

图7为本发明具体实施例的俯视图；

图8为本发明具体实施例的俯视图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-料斗，2-工作台，3-凹槽，4-输送装置，5-刀片，6-通道，7-传输滚筒，8-滑轨，9-滑块，10-伸缩杆，11-齿条，12-齿轮，13-电机，14-档杆，15-电动卡爪，16-第一滤网，17-加料管，18-负压管，19-进液管，20-负压泵，21-第二滤网，22-推杆。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1至图3所示的一种泥浆加料设备，包括料斗1，其特征在于，料斗1嵌设在工作台2表面的凹槽3内，工作台2表面设置与凹槽3相接的输送装置4，凹槽3靠近输送装置4所在方向的一侧侧壁为斜面，斜面自上而下向凹槽3内部方向倾斜，且斜面上固定一刀片5；工作台2内还设置有与凹槽3连通的通道6，通道6位于凹槽3远离输送装置4所在方向的一侧，通道6内设置送袋机构，送袋机构用于将空袋从通道6靠近凹槽3的一端输送至通道6远离凹槽3的一端；凹槽3的相对两侧壁均设置若干传输滚筒7。其中，传输滚筒7局部位于凹槽3内部，凹槽3一侧的所有传输滚筒7的轴线共面且相邻两个传输滚筒7的外径不等。

如图1与图2所示，刀片5呈直角梯形，直角梯形的底边与斜面贴合、直角边朝向输送装置4所在方向。

本实施例中，凹槽3底部缺口的尺寸为长度35～40cm、宽度15～20cm，且其长轴方向平行于输送装置4、传输滚筒7的输送方向。此尺寸能够满足钻井液粉状添加剂普遍使用的65×40cm的编织袋规格，确保料袋正常下料而不会直接掉落至料斗内。更优选的实施方式是，料斗1顶端设置为自上往下收口状，能够使得料袋底部中心位置明显下坠，有利于添加剂在袋子内向中心自动汇集，有利于自动的快速下料。当然，具体的尺寸要求不应理解为本申请对技术方案的限定，本领域技术人员根据常用袋料的尺寸需要进行适应性设置即可。

优选的，传输滚筒可延伸至通道内。从而有利于确保卸料完成后的空袋稳定的进入至通道内部。

实施例2：

一种泥浆加料设备，在实施例1的基础上，如图4所示，送袋机构包括固定在通道6内部顶端的滑轨8、滑动连接在滑轨8上的滑块9、固定在滑块9上的伸缩杆10、用于驱动滑块9沿滑轨8移动的驱动机构；伸缩杆10的轴线竖直，滑轨8的两端分别与通道6的两端齐平。驱动机构包括固定在工作台2上且与滑轨8平行的齿条11、与齿条11相啮合的齿轮12、用于驱动齿轮12转动的电机13，电机13与滑块9相对固定。通道6的相对两侧壁均设置滑轨8，滑块9呈杆状，滑块9的两端分别与两根滑轨8滑动连接；沿滑块9的长轴方向均匀分布若干伸缩杆10。料斗1顶端架设若干档杆14，伸缩杆10的底端设置电动卡爪15。此外，图2所示意的实施方式中也具有上述结构，只是与图4的安装方式有所区别：图4中齿条11与齿轮12在工作台2的外侧壁进行啮合，且滑轨8穿过工作台2侧壁通过轴承与齿轮12进行转动连接。

更优选的实施方式是：如图6所示，滑轨8可延伸至通道6外侧，这样当电动卡爪15抓住空袋后，能够将空袋拉扯至通道外侧。若场地条件允许，滑轨8在通道6外延伸的距离，甚至可以设置为大于料袋的长度，这样能够确保自动将空袋拖出通道，使空袋自动掉落至地面。

本实施例的加料方法如下：

(a)送袋机构位于初始工位，初始工位如图2所示：送袋机构位于通道6靠近凹槽3的一端，且送袋机构中的伸缩杆10向下伸长，阻隔通道6与凹槽3相连通的一端；启动输送装置4与传输滚筒7，将袋装添加剂放置在工作台2上，输送装置4输送袋装添加剂向凹槽3方向移动；

(b)袋装添加剂从斜面处进入凹槽内，在重力和两侧传输滚筒7的作用下向下滑动，袋装添加剂通过刀片5时其底部被破开，原料开始从底部漏出进入料斗1内；同时袋装添加剂继续向下滑动，直至袋装添加剂躺于凹槽3内且被送袋机构阻止无法继续前行；

(c)下料完成后，送袋机构中的伸缩杆10向上收缩，空袋被两侧的传输滚筒7驱动局部进入通道6内，送袋机构中的伸缩杆10向下伸长至如图4所示，钩住或拉住空袋端部，然后送袋机构将空袋从通道6靠近凹槽3的一端拉动至通道6远离凹槽3的一端；

(d)伸缩杆10向上收缩，送袋机构回复至初始工位。

具体工作时，泥浆工连续将袋装添加剂放置在工作台2上，如图5所示，当前一袋原料躺于凹槽3内时，后一袋原料局部位于斜面上且抵拢前一袋原料；此时，对于前一袋原料而言，其前端由若干伸缩杆10阻挡无法继续前进，两侧的传输滚筒7不断挤压并将其向前输送，而后方又有后一袋原料的推挤，因此各方受力在原地蠕动变形，实现自动快速的将原料从底部倾泻而出的效果。其中图5中的虚线是对料斗顶部的示意，图5中的阴影部分分别表示了前一袋原料和后一袋原料。

本实施例的加料方法还可进行如下优化：

送袋机构的初始工位中，伸缩杆10是处于缩短状态的，当料袋进入凹槽后，由于没有伸缩杆10的阻挡，料袋前端逐渐进入通道6内，通过任意现有感应方式感应到料袋进入通道后，再使得伸缩杆10向下伸长，此时伸缩杆10插入至料袋上或通过卡爪抓住料袋表面，使料袋表面形成凹陷区域，不仅可以阻挡料袋的继续前行，还能够避免料袋回退向料斗内掉落，彻底确保料袋稳固。当下料完成后，保持伸缩杆长度不变，直接通过驱动机构驱动滑块移动即可。

实施例3：

在上述任一实施例的基础上，如图2所示，料斗1底端设置第一滤网16，且料斗1底端与加料管17相连；加料管17与负压管18、进液管19连通，且负压管18位于进液管19之上；负压管18内设置第二滤网21，负压管18连接负压泵20，进液管19通过泵从泥浆池中抽取钻井液，钻井液依次通过进液管19、加料管17回流至泥浆池。

本实施例通过负压泵20在料斗下方制造负压，有利于粉状添加剂的快速下料，同时对于减少扬尘污染也具有极好的效果。进液管用于混料，在下料过程中，从泥浆池内抽取钻井液进入加料管进行循环，粉料下落与钻井液混合，实现快速混料加料。其中，负压泵20的泵头压力控制在0.9～0.95个大气压的范围内，即仅提供轻微负压即可对粉状的添加剂提供稳定且有效的引导。

优选的，负压管18从远离加料管17的一端至靠近加料管17的一端，自上而下倾斜。此设置使得提供负压的方向不与粉料下落方向相同，确保负压仅仅起到引导作用，避免负压将粉料吸至负压泵内。本方案中粉料在重力作用与负压引导下快速下坠，在经过负压管位置后继续向下掉落，与下方处于循环状态的钻井液混合并回到泥浆池内，实现快速混料。

实施例4：

在上述任一实施例的基础上，如图6所示，本实施例在凹槽3的斜面侧壁嵌设推杆22，推杆22平时内置于凹槽3侧壁，不会影响料袋沿着斜面的正常下行。当前一袋料袋内的添加剂卸料完成后，推杆进行一次往复运动，将空袋推至通道6内，便于送袋机构捕获空袋并将其送走。本实施例虽增加了推杆22结构，但有利于提高本申请工作时的稳定性和自动化程度。当然，本实施例中对前一袋料袋卸料完成的判断，可以通过人工方式进行，也可在档杆14或其余合适位置设置称重传感器得以实现，甚至可在料斗下方设置感应原料的感应传感器来实现，如红外感应器、激光感应器等。

实施例5：

在实施例2的基础上，本实施例中所述凹槽3从靠近输送装置4的一端至靠近通道6的一端，宽度逐渐减小；如图7所示，凹槽3的逐渐向内收缩，此结构便于在料袋不断下料过程中，始终保持对料袋向前的传输趋势。图7中虚线部分示意的是通道6。

更优选的实施方式如图8所示，滑轨8从通道6内向外延伸至凹槽3内。本实施例工作时，在下料过程中，就控制滑块9移动至凹槽3内，下降伸缩杆10、并通过各电动卡爪15抓住料袋上表面，之后逐渐控制滑块9回位至通道6内，此过程中能够通过滑块9的移动带动料袋稳定均匀的进入通道。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，在本文中使用的术语“连接”在不进行特别说明的情况下，可以是直接相连，也可以是经由其他部件间接相连。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。