石油压裂液混砂用添加装置的制作方法

本发明涉及压裂液技术领域，具体涉及石油压裂液混砂用添加装置。

背景技术：

压裂液是指由多种添加剂按一定配比形成的非均质不稳定的化学体系，是对油气层进行压裂改造时使用的工作液，它的主要作用是将地面设备形成的高压传递到地层中，使地层破裂形成裂缝并沿裂缝输送支撑剂，水基压裂液是目前较为广泛使用的压裂液，水基压裂液是以水作溶剂或分散介质，向其中加入稠化剂、添加剂配制而成的，其主要采用三种水溶性聚合物作为稠化剂，即植物胶、纤维素衍生物及合成聚合物，这几种高分子聚合物在水中溶胀成溶胶，交联后形成粘度极高的冻胶，具有粘度高、悬砂能力强、滤失低、摩阻低等优点，且为了具有造缝及冷却地层的作用，需在混合后的清水和浓胍胶内添加支撑剂、交联剂等化学试剂，支撑剂一般都采用具有高硬度的石英砂、陶粒等，混砂车作为压裂施工车组中的核心设备,广泛应用于石油天然气领域。

为了更进一步的提高施工效率，一般都利用混砂半挂车进行实际的施工，混砂半挂车是实现按比例混砂,并能按压裂工艺的要求有效地向压裂设备供应不同要求砂胶液的专用设备，而现有的混砂半挂车一般包括混配罐、支撑剂输送装置以及用于将各个物料进行混合配比的搅拌桶，即在半挂车运输途中以及在施工现场可较为方便的实时的进行混合制备。

例如授权公告号为“cn103993869b”名称为“一种压裂液混配混砂半挂车”的中国专利，其通过在所述半挂车上集成所述发动机、所述液压系统、所述电气控制系统、所述升降控制室、所述螺旋输送机、所述清水吸入离心泵、所述压裂液吸入离心泵、所述搅拌机、所述排出离心泵、所述液添泵、所述干粉添加器和所述浓缩胍胶添加泵,通过操作人员在所述升降控制室内操作所述电气控制系统驱动所述液压泵,就可实现从压裂液的混配到砂胶液的混配并将砂胶液排入到下游压裂设备的作业步骤,从而高度集成了油田作业的作业步骤,减少了配套设备,降低了作业人员工作量,保障了施工质量。

现有技术的不足之处在于：现有半挂车内的搅拌装置在具体搅拌时，由于压裂液在进行搅拌时，添加的物料具有粘稠的状态，且压裂液中添加的支撑剂一般都采用具有高硬度的石英砂、陶粒等，而现有的搅拌轴与桨叶大多都是固定设置的，在粘稠的液态冲击以及高硬度的支撑剂的冲击下，不仅容易对搅拌桨叶产生较大的磨损，而且在粘稠的液态内不能均匀的搅拌，影响压裂液的形成质量。

技术实现要素：

本发明的目的是提供石油压裂液混砂用添加装置，以解决现有技术中的上述不足之处。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

石油压裂液混砂用添加装置，包括基座，所述基座上设置有混配罐、支撑剂输送机构以及搅拌机构，所述混配罐通过第一管道连通所述搅拌机构，所述支撑剂输送机构用于向所述搅拌机构输送支撑剂，所述搅拌机构包括搅拌桶以及设置于所述搅拌桶内的搅拌组件，所述搅拌组件包括中心轴以及连接于所述中心轴上的多个搅拌轴，各所述搅拌轴上均活动设置有多个搅拌叶，所述中心轴接收驱动单元的驱动进行自转时，所述搅拌叶能够自转。

优选的，所述基座为半挂车的车架、撬装底座以及混凝土底座。

优选的，当所述中心轴接收驱动自转时，所述搅拌叶由于液流的冲击而发生自转。

优选的，所述搅拌叶包括叶片轴以及设置于所述叶片轴上的至少两个叶片，所述叶片轴转动连接于所述所述搅拌轴上。

优选的，还包括旋转驱动组件，所述旋转驱动组件包括内套于所述中心轴内的固定轴杆、内套于所述搅拌轴内的传动轴杆以及齿轮组件，所述传动轴杆的端部通过齿轮组件与所述固定轴传动连接；

当所述中心轴接收驱动自转时，所述中心轴的自转通过搅拌轴带动所述传动轴杆公转，所述传动轴杆的公转通过齿轮组件使得与所述固定轴杆发生相对转动，致使所述传动轴杆自转，所述传动轴杆自转带动相固定连接的搅拌叶自转。

优选的，所述齿轮组件包括多个固定锥齿轮以及相啮合的多个第三传动齿轮，各所述固定锥齿轮分别固定安装于所述固定轴杆上，且各所述第三传动齿轮分别固定安装于相应传动轴杆上。

优选的，所述搅拌叶通过动密封组件转动连接于所述搅拌轴上。

优选的，各所述搅拌轴内均固定设置有支撑块，且各所述传动轴杆分别活动贯穿于所述支撑块。

优选的，所述搅拌桶的底部固定设置有固定板，所述固定轴杆的底端贯穿延伸至所述搅拌桶的底部，并固定安装于固定板上。

优选的，所述驱动单元为驱动电机，所述驱动电机通过齿轮组传动连接于所述中心轴上。

应当理解，前面的一般描述和以下详细描述都仅是示例性和说明性的，而不是用于限制本公开。

本申请文件提供本公开中描述的技术的各种实现或示例的概述，并不是所公开技术的全部范围或所有特征的全面公开。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一视角的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的搅拌桶的剖面结构示意图；

图4为本发明实施例提供的搅拌轴倾设置时，搅拌桶的内部结构示意图；

图5为本发明实施例提供a处放大结构示意图；

图6为本发明实施例提供的中心轴、搅拌轴以及搅拌叶的结构示意图

图7为本发明实施例中提供的旋转驱动组件的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的搅拌杆、搅拌刮板以及搅拌片的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的上箱体内部的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的上箱体省去挡板时，内部的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的挡板结构示意图；

图12为本发明实施例提供的a-a处的剖面结构示意图；

图13为本发明实施例提供的b-b处的剖面结构示意图。

附图标记说明：

1、搅拌桶；2、上箱体；3、驱动电机；4、固定轴杆；5、中心轴；6、连接轴杆；7、固定套筒；8、旋转盘；9、搅拌杆；10、固定柱；11、挡板；101、出料口；102、支撑腿；1021、固定板；31、第一传动杆；32、第二传动杆；401、固定锥齿轮；51、支撑块；52、第三传动齿轮；53、传动轴杆；54、搅拌轴；501、搅拌叶；502、传动槽；61、传动杆；601、回力弹簧；801、插接槽；91、搅拌片；81、搅拌刮板；201、下料槽。

具体实施方式

为使得本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，还可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

请参阅1-13，石油压裂液混砂用添加装置，包括基座，基座设置于现有技术中的用于混砂的半挂车中，所述基座上设置有混配罐、支撑剂输送机构以及搅拌机构，所述混配罐通过管道连通所述搅拌机构，所述支撑剂输送机构用于向所述搅拌机构输送支撑剂，所述搅拌机构包括搅拌桶1以及设置于所述搅拌桶1内的搅拌组件，即混配罐用于提供适宜比例的清水以及浓缩胍胶，将两者进行混合，然后将混合物输送至搅拌桶1内，所述搅拌组件包括中心轴5以及连接于所述中心轴5上的多个搅拌轴54，各所述搅拌轴54上均活动设置有多个搅拌叶501，所述中心轴5接收驱动单元的驱动进行自转时，所述搅拌叶501能够自转，本发明各实施例中，自转指的是其绕着结构自身的中心轴5线进行旋转，公转指的是其以其它结构为中心线进行转动，如中心轴5自转指的使其绕着中心轴的中心轴5线进行转动，而搅拌轴54公转则是其以中心轴5的中心轴线进行转动，通过在基座上搅拌桶1内设置中心轴5以及搅拌轴54，且在搅拌轴54上活动设置搅拌叶501，从而可在进行压裂液物料混合时，能够通过液体的流动带动活动设置的搅拌叶501旋转，即在搅拌轴54旋转(公转)的过程中，搅拌叶501也同时进行旋转(自转)，即不仅能够在粘稠状的混合物内增加搅拌效率，且在添加支撑剂进行混合后由于搅拌叶501是活动设置的，从而可减少石英砂对搅拌叶501的冲击，从而在增加搅拌效率的前提下，能够减少对搅拌叶501的磨损，提高搅拌装置的使用寿命；

本发明各实施例中，基座可以移动式结构，如为半挂车的车架、撬装底座，也可以是固定式的构造，如混凝土底座，此为现有技术，不赘述。

本发明实施例提供的搅拌叶501进行旋转的驱动方式可以是主动的，也可以是被动的，详述如下：

当搅拌叶501进行旋转的驱动方式是被动时，当所述中心轴5接收驱动自转时，所述搅拌叶501由于液流的冲击而发生自转，所述搅拌叶501包括叶片轴以及设置于所述叶片轴上的至少两个叶片，所述叶片轴转动连接于所述所述搅拌轴54上，即搅拌叶501直接活动安装于搅拌轴54上，叶片为具有一定弯曲度或者扭曲度的结构，如风车、螺旋桨类的构造，其在液流的冲击下能够自行转动，其转动驱动的原理等同于风力发电时的叶片转动的原理，在具体使用的过程中，处于搅拌桶1内的混合物通过转动的搅拌轴54转动，形成液体的冲击，搅拌叶501由于液体的冲击，发生不同幅度的摆动或者自行转动，即可对混合体进行搅拌，且相相对于固定设置的搅拌叶来说，能够减少与支撑剂的碰撞，或者说，当支撑剂撞击叶片时，由于叶片时顺着液流冲击力的方向进行转动的，而支撑剂主要通过液流的运动撞击叶片，此时，叶片通过转动降低受到的撞击力，从而可减少搅拌叶501的磨损，提高使用寿命；如图3所示，搅拌轴54与中心轴5保持垂直，

本实施例中，优选的，搅拌轴54还可以相对中心轴5倾斜设置，如图4所示，此时搅拌轴54上活动设置的搅拌叶501，仍然可在液体的冲击下，发生被动转动，如此设置的优点在于，对于搅拌桶1内搅拌轴能够覆盖的轴向空间，搅拌叶501对任意一点均进行了主动搅拌，由于压裂液粘稠度较大，主动搅拌能够获取更好的搅拌效果，能够最大化的对搅拌桶1内部的空间进行搅拌，提高搅拌效率。

优选的，本实施例中，叶片可通过弹性件活动设置在叶片轴上(如通过扭矩弹簧将叶片与叶片轴相铰接，使得叶片在叶片轴上具有一个弹性的摆动幅度，可整体提高搅拌叶501的摆动频率)，即在进行搅拌的过程中，叶片受到流体的冲击，以及弹性件对叶片的弹力，增加叶片的摆动幅度，在增加搅拌效率的同时，可减少与支撑剂的碰撞，提高使用寿命。

可选的，叶片轴活动套接于搅拌轴上的通孔中，同时，叶片轴的周向与通孔的孔壁之间具有一活动间隙，如此设置的作用在于，搅拌叶除了可以自转外，还可以一定的晃动幅度，便于其通过晃动降低受到的支撑剂冲击力。

当搅拌叶501进行旋转的驱动方式是主动时，本发明中，搅拌桶1内还包括旋转驱动组件，所述旋转驱动组件包括内套于所述中心轴5内的固定轴杆4、内套于所述搅拌轴54内的传动轴杆53以及齿轮组件，所述传动轴杆53的端部通过齿轮组件与所述固定轴杆传动连接。

本实施例中，当所述中心轴5接收驱动自转时，所述中心轴5的自转通过搅拌轴54带动所述传动轴杆53公转，所述传动轴杆53的公转通过齿轮组件使得与所述固定轴杆4发生相对转动，致使所述传动轴杆53同时公转和自转，所述传动轴杆53的自转带动相固定连接的搅拌叶501自转。

即本实施例中，可通过设置的固定轴杆4、传动轴杆53以及齿轮组件，在驱动中心轴5转动时，能够带动搅拌叶501主动旋转，即同样可在装置进行搅拌的过程中，通过搅拌叶501的主动旋转对物料进行混合，即增加装置的搅拌效率，且可减少与支撑剂的碰撞次数，减少对搅拌叶501的磨损。具体的，所述齿轮组件包括多个固定锥齿轮401以及相啮合的多个第三传动齿轮52，各所述固定锥齿轮401分别固定安装于所述固定轴杆4上，且各所述第三传动齿轮52分别固定安装于相应传动轴杆53上。如此，通过单个电机驱动中心轴转动的同时，还通过上述的旋转驱动组件带动各搅拌叶501主动的进行旋转。

本发明各实施例中，各运动机构之间的密封方式采用动密封结构，动密封组件为本领域技术人员的公知常识以及惯用技术手段，不赘述。

进一步的，所述搅拌叶501通过动密封组件转动连接于所述搅拌轴54上，动密封组件可避免对物料通过搅拌叶501与搅拌轴54连接处进入搅拌轴54内部。

更进一步的，各所述搅拌轴54内均固定设置有支撑块51，且各所述传动轴杆53分别活动贯穿于所述支撑块51，支撑块51的设置可对传动轴杆53进行支撑，提高传动轴杆53传动的稳定性。

具体的，本实施例中，所述搅拌桶1的底部固定设置有固定板1021，所述固定轴杆4的底端贯穿延伸至所述搅拌桶1的底部，并固定安装于固定板1021上，通过将固定轴杆4固定设置在固定板1021上，即使固定轴干不会转动，便于齿轮组件的传动，以带动传动轴杆53发生自转，搅拌桶1底部设置有支撑腿102，固定板1021固定设置在四个支撑腿102之间。

本实施例提供的进一步的方案中，所述驱动单元为驱动电机3，所述驱动电机3通过齿轮组传动连接于所述中心轴5上，所述齿轮组包括第一传动齿轮31以及相啮合第二传动齿轮32，所述第一传动齿轮31固定设置与驱动电机3的输出轴上，且所述第二传动齿轮32固定设置于中心轴5上。

本发明提供的具体的实施例中，搅拌桶1上还设有上箱体2，支撑剂输送机构向上箱体2内输送支撑剂，而上箱体间歇性的向搅拌桶输送支撑剂，以防止过多过快的向压裂液添加支撑剂导致搅拌不均匀，混合不充分，进一步的，所述上箱体2内设有预搅拌添加机构，所述搅拌添加机构包括搅拌杆9，所述搅拌杆9的顶端活动套接于上箱体2内固定设置的固定柱10内，即固定柱10固定设置在上箱体2内，搅拌杆9可转动的套接于固定柱10上，且所述搅拌杆9上固定设置有多个搅拌片91，且在进行上料以及下料时，搅拌杆9会相对下移或者上移，在搅拌杆9位置发生变化的过程中，固定柱10始终不会脱离搅拌杆9。

本发明进一步提供的实施例中，所述搅拌杆9的底端固定设置有旋转盘8，所述旋转盘8的周侧壁上均匀设置有至少两个搅拌刮板81，所述搅拌刮板81的底部固定设置有连接轴杆6，且连接轴杆6上套设有回力弹簧601，回力弹簧601的上端抵触于旋转盘8上，下端固定设置于搅拌桶1上，具体的搅拌刮板81上相对于旋转盘8呈倾斜设置，与旋转盘8成一定角度，从而能够在进行将上料箱2内的添加至搅拌桶1内时，可通过倾斜设置的搅拌刮板81，可推动物料至下料槽201内进行下料。

更进一步的，所述连接轴杆6的底端固定设置有传动杆61，所述传动杆61被配置为在所述搅拌刮板81受到物料压力时，能够啮合于中心轴5顶部开设的传动槽502内，且当不受到物料的压力以及在所述回力弹簧601的弹力下，所述传动杆61脱离所述传动槽502，即通过在旋转盘8底部设置的连接轴杆6，以及传动杆61，从而可实现搅拌杆9与中心轴5动力的通断，可实现物料在预先搅拌混合的同时，能够通过同一驱动装置驱动预先混合，从而可增加装置支撑剂与清水以及浓缩胍胶的混合效果，提高压裂液的质量，且在预先混合的物料进入搅拌桶1内时，能够通过回力弹簧601的弹力实现搅拌杆9与中心轴5动力的中断，即保证上箱体2内的搅拌搅拌杆9不会空转，进一步提高驱动电机3的使用效率，减少能源的损耗；

具体的，在上箱体2的底部设置有固定套筒7，且在固定套筒7的顶部插接在旋转盘8底部开设的插接槽801内，且在不受到且当不受到物料的压力以及在所述回力弹簧601的弹力下，所述传动杆61脱离所述传动槽502，且旋转盘8以及顶部的搅拌杆9会整体上移，在上移的后，旋转盘8仍然不会脱离固定套筒7，即固定套筒7始终转接在插接槽801内，固定套筒7的设置主要就是可避免支撑剂进入回力弹簧601所处的槽内，保证回力弹簧601能够正常使用。

所述上箱体2的底部开设有下料槽201，且所述下料槽201上滑动设置有挡板11，所述挡板11滑动连接于所述上箱体2内，挡板11外部设有液压伸缩杆(图未示)，用于驱动挡板11沿着下料槽201内的滑槽滑动，沿着挡板11的滑动方向上，下料槽201的槽口由d点至c点尺寸逐渐减小，沿着挡板11滑动方向相垂直的方向上，所述下料槽201的槽口由a点至b点尺寸逐渐减小，且所述挡板11和所述下料槽201相适配，设置的挡板11可轻易的拉进或者拉出上箱体2，且通过设置下料槽201以及与下料槽201相适配的挡板11，能够较为方便的将挡板11拉出以及推进，通过设置的下料槽201，下料槽201的槽口由d点至c点尺寸逐渐减小，所述下料槽201的槽口由a点至b点尺寸逐渐减小，且呈弧形变化，不仅便于预先混合物料的掉落至搅拌桶1内，而且可将装置在将挡板11插进下料槽201内时，能够通过相适配的挡板11沿着下料槽201推进，将下料槽201内的物料沿着倾斜弧形变化的槽面推出，即提高挡板11与下料槽201的贴合性，便于上箱体2的后续的使用，且便于下一次的下料。

本发明在进行使用时，首先向搅拌桶1内添加清水以及浓缩胍胶，启动驱动电机3，驱动电机3通过第二传动齿轮32以及第一传动齿轮31将动力传递给相连接的中心轴5，从而可带动中心轴5以及相连接的搅拌轴54旋转，对添加的物料进行搅拌，在中心轴5转动的过程中，由于中心轴5内部设有固定轴杆4，且固定轴杆4穿过搅拌桶1固定设置在固定板1021上，即设置在固定轴杆4上的多个固定锥齿轮401，也处于固定状态，即在搅拌轴54转动的过程中，能够带动通过第三传动齿轮52沿着相应位置设置的主动锥齿轮啮合转动，从而可在搅拌轴54旋转的过程中，能够通过齿轮组件带动传动轴杆53转动，即带动与传动轴杆53固定连接的搅拌叶501主动旋转，对搅拌桶1内部的物料进行搅拌，当转动一段时间后，向上箱体2内加入支撑剂以及交联剂，在加入的过程中，支撑剂向下压动搅拌刮板81，压动刮板带动相连接的旋转盘8向下压动，即带动相连接的连接轴杆6向下压动，连接轴杆6下方安装的传动杆61，向下运动，且在中心轴5持续转动的情况下，能够卡接于中心轴5顶部开设的传动槽502内，即将动力进行连接，同时带动上方的搅拌杆9转动，从而带动与搅拌杆9相连接的搅拌片91进行搅拌，从而对支撑剂以及交联剂进行搅拌，在搅拌预定时间后，启动液压伸缩杆，拉动挡板11，即挡板11沿着下料槽201向外拉出，下料槽201与搅拌桶1上顶部开设的锥形槽相连通，即上箱体2内搅拌好的支撑剂通过下料槽201向下搅拌桶1掉落，由于下料槽201开设在上箱体2的底部的一侧，且通过搅拌刮板81的持续转动，可将大部分的支撑剂实现间歇式向搅拌桶1内添加，同时便于支撑剂与搅拌桶1内的物料混合，通过搅拌刮板81对支撑剂持续的推进，可将支撑剂间歇式的推送至下料口内，实现间歇式下料，当上箱体2内的支撑剂基本下落至搅拌桶1内时，由于内部的搅拌刮板81不受到支撑剂的下压力，且在回力弹簧601的弹力下，将旋转盘8以及搅拌杆9向上抬起，从而使传动杆61脱离传动槽502，即将动力中断，然后驱动电机3带动中心轴5转动继续进行搅拌，搅拌一定时间后即可，然后可通过离心泵连通搅拌桶1底部开设的出料口，将搅拌好的物料输送至压裂设备内。

本发明通过在半挂设备的搅拌桶1内设置中心轴5以及搅拌轴54，且在搅拌轴54上活动设置搅拌叶501，从而可在进行压裂液物料混合时，能够通过液体的流动带动活动设置搅拌叶501旋转，即在搅拌轴54旋转的过程中，能够通过液体混合物的冲击下带动搅拌叶501旋转，即不仅能够粘稠状的混合物内增加搅拌效率，且在添加支撑剂进行混合后由于搅拌叶501是活动设置的，从而可减少石英砂对搅拌叶501的冲击，从而在增加搅拌效率的前提下，能够减少对搅拌叶501的磨损，提高搅拌装置的使用寿命，且通过在搅拌桶1的上方设置上箱体2，即在上箱体2设置可预先混合支撑剂以及交联剂，且通过内部设置的搅拌刮板81以及搅拌片91，可对支撑剂进行预先混合，且通过上箱体2底部设置的下料槽201以及配合搅拌刮板81，可将上箱体2内混合好的支撑剂间歇式的添加至搅拌桶1内，不仅能够提高支撑剂与浓缩胍胶以及水的混合效果，且能够避免上箱体2内支撑剂的堵塞。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。