专利名称：一种应用在油气井纤维辅助压裂过程中的纤维输送装置及其工作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用在油气井纤维辅助压裂过程中的纤维输送装置及其工作方法，属于石油开采的技术领域。
背景技术：
压裂井加快排液速度和控制支撑剂回流返吐是一对矛盾排液速度太快就可能超过临界出砂流速，导致支撑剂回流；排液速度太低又会导致排液时间增加和返排率下降，解决这一矛盾，一直是个难题。采用混注纤维压裂技术(纤维增强加砂压裂技术)，可以提高填砂裂缝的临界出砂流速，提高压裂后返排的速度，有效预防支撑剂回流。混注纤维压裂技术是指把具有一定柔韧性的纤维物质混在携砂液中同时注入地层，在人工裂缝中形成复合性支撑剂，支撑剂是基体，纤维是增强相。混入的纤维起到稳固支撑剂填充层的作用，每根纤维与若干支撑剂颗粒相互接触，通过接触压力和摩擦力相互作用；纤维与支撑剂间的相互作用形成空间网状结构而增强支撑剂的内聚力，从而将支撑剂稳定在原始位置，而流体可以自由通过，达到预防支撑剂回流的目的。支撑剂中的纤维成分能够增强支撑剂砂拱移动变形的阻力；纤维可以同时与多个砂粒作用使它们缠绕在一起，从而增加了支撑剂耐冲刷的能力。这两种作用将大大提高支撑剂充填层稳定性，使一盘散砂变成了一个整体。混注纤维压裂技术的优点是没有复杂的化学反应而是通过物理作用来稳定裂缝中的支撑剂，受地层流体、地层温度、闭合压力和关井时间的影响较小，与压裂液的配伍性良好，可在压后直接开井返排，有利于提高返排效率和降低地层伤害。目前，针对上述纤维的输送一般采用气力输送装置，输送的介质为空气和纤维的混合物。气力输送装置一般由供料器、输料管道、风机和分离器四个部分组成。混注纤维压裂技术目前所使用的气力输送装置存在以下问题(1)气力输送装置体积大，且需要专门的车辆运装；( 使用风机进行纤维输送，成本高，纤维浪费量大，且容易造成环境污染； (3)使用的电源为380v动力电源，不利于压裂现场操作施工。
发明内容
针对以上的技术不足，本发明提供一种应用在油气井纤维辅助压裂过程中的纤维输送装置，该装置不但能控制纤维的加入速度，还能防止纤维抱团，最终使纤维均勻的加入混砂罐中。本发明还提供一种上述纤维输送装置的工作方法。本发明的技术方案在于一种应用在油气井纤维辅助压裂过程中的纤维输送装置，包括外形呈正圆锥台的输料腔、马达a和马达b，所述的输料腔的小端与混砂罐的顶部固定连接，所述输料腔与混砂罐相连通，在输料腔的大端设置有顶盖，在顶盖的圆心处设置有搅拌孔，在搅拌孔的内壁上固定设置有轴承，空心轴贯通顶盖通过轴承设置在输料腔内，所述空心轴的上部设置有从动齿轮，在顶盖上设置有马达b，所述马达b上设置有主动齿轮，所述主动齿轮与从动齿轮啮合传动连接；在顶盖上还设置有与输料腔相连通的进料口 ；在空心轴的外表面均勻分布设置有多个搅拌斜杆，所述搅拌斜杆的末端朝向输料腔的小端方向倾斜，所述的搅拌斜杆与空心轴之间的夹角范围是30-60° ；所述空心轴的旋转速度范围是10转/min-100转/min ；在顶盖上固定设置有马达a，马达a的传动端与搅拌轴相连，所述搅拌轴贯穿设置在空心轴内，所述搅拌轴的末端穿出空心轴的末端，在搅拌轴的末端固定设置有搅拌横杆； 所述搅拌横杆的旋转速度范围是2000转/min-6000转/min ；所述空心轴和搅拌横杆的旋转方向相同。根据本发明优选的，所述的搅拌斜杆的数量为9-12个。根据本发明优选的，所述正圆锥台形的输料腔的小端直径范围是20-30cm;所述正圆锥台形的输料腔的大端直径范围是50-75cm ；正圆锥台形的输料腔的垂直高度范围是 50_75cmo根据本发明优选的，所述搅拌斜杆的长度范围是8-12cm ；所述搅拌横杆的长度范围是 10-15cm。一种上述纤维输送装置的工作方法，包括步骤如下(1)将纤维输送装置的输料腔小端与混砂罐的顶部固定连接，使输料腔与混砂罐相连通；(2)将纤维输送装置接通电源，马达a以2000转/min-6000转/min的速度带动搅拌轴、搅拌横杆转动；马达b带动空心轴6和搅拌斜杆10以10转/min-100转/min的速度转动；所述空心轴和搅拌横杆的旋转方向相同；(3)将纤维沿进料口放入输料腔内，放入纤维的速度范围是0. l-20000g/min。本发明的优点在于1.本发明所述纤维输送装置中马达a和马达b分别以相对较高和较低的转速传动，马达b传动搅拌斜杆转动使纤维均勻落入输料腔内，避免了由于气送纤维所出现的纤维吹出等问题，马达a传动搅拌横杆以高速旋转，使纤维能够均勻的落入到混砂罐中，并防止纤维抱团。2.本发明所述纤维输送装置结构简单，安装、看管方便，占地面积小，设备及维修费用少。3.本发明所述纤维输送装置电源为220v交流电源，压裂现场使用更便捷。4.本发明所述纤维输送装置能够安全高效的将纤维与混砂罐内的物料混合，防止纤维外露，避免对工作人员的健康威胁，减少环境的污染，节约纤维的用量，生产成本和操作成本低廉。
图1是本发明的纤维输送装置的结构示意图；在图1中，1、输料腔；2、输料腔的小端；3、输料腔的大端；4、顶盖；5、搅拌孔；6、空心轴；7、从动齿轮；8、主动齿轮；9、进料口 ；10、搅拌斜杆；11、搅拌轴；12、搅拌横杆；13、正圆锥台形的输料腔1的垂直高度；其中，a为马达a ；b为马达b。
具体实施例方式下面结合说明书附图和实施例对本发明做详细的说明，但不限于此。实施例1、3和5为本发明所述纤维输送装置的3个具体实例；实施例2、4和6分别为实施例1、3和5的具体工作方法。以上实施例中所选用的纤维，其直径范围是l_200um，其长度范围是l_30mm。实施例1、一种应用在油气井纤维辅助压裂过程中的纤维输送装置，包括外形呈正圆锥台的输料腔1、马达a和马达b，所述的输料腔1的小端2与混砂罐的顶部固定连接，所述输料腔 1与混砂罐相连通，在输料腔1大端3设置有顶盖4，在顶盖4的圆心处设置有搅拌孔5，在搅拌孔5的内壁上固定设置有轴承，空心轴6贯通顶盖4通过轴承设置在输料腔1内，所述空心轴6的上部设置有从动齿轮7，在顶盖4上设置有马达b，所述马达b上设置有主动齿轮8，所述主动齿轮8与从动齿轮7啮合传动连接；在顶盖4上还设置有与输料腔1相连通的进料口 9 ；在空心轴6的外表面均勻分布设置有9个搅拌斜杆10，搅拌斜杆10的长度是 8cm，所述搅拌斜杆10的末端朝向输料腔的小端2方向倾斜，所述的搅拌斜杆10与空心轴 6之间的夹角是30° ；所述空心轴6的旋转速度是100转/min ；在顶盖4上固定设置有马达a，马达a的传动端与搅拌轴11相连，所述搅拌轴11贯穿设置在空心轴6内，所述搅拌轴 11的末端穿出空心轴6的末端，在搅拌轴11的末端固定设置有搅拌横杆12，搅拌横杆12 的长度是IOcm ；所述搅拌横杆12的旋转速度是2000转/min，所述空心轴和搅拌横杆的旋转方向相同。所述正圆锥台形的输料腔1的小端2直径是20cm ；所述正圆锥台形的输料腔1的大端3直径是50cm ；正圆锥台形的输料腔1的垂直高度13是50cm。实施例2、一种如实施例1所述纤维输送装置的工作方法，包括步骤如下(1)将纤维输送装置的输料腔小端2与混砂罐的顶部固定连接，使输料腔1与混砂罐相连通；(2)将纤维输送装置接通电源，马达a以2000转/min的速度带动搅拌轴11、搅拌横杆12转动；马达b带动空心轴6和搅拌斜杆10以100转/min的速度转动；所述空心轴 6和搅拌横杆12的旋转方向相同；(3)将纤维沿进料口 9放入输料腔1内，放入纤维的速度为0. 1-lOOg/min。实施例3、一种如实施例1所述的纤维输送装置，其区别在于，所述搅拌斜杆10的长度是 IOcm,所述的搅拌斜杆10与空心轴6之间的夹角是45° ；所述空心轴6的旋转速度是50转 /min ；搅拌横杆12的长度是12cm ；所述搅拌横杆12的旋转速度是4000转/min。所述正圆锥台形的输料腔1的小端2直径是25cm ；所述正圆锥台形的输料腔1的大端3直径是60cm ；正圆锥台形的输料腔1的垂直高度13是62. 5cm。实施例4、一种如实施例2所述纤维输送装置的工作方法，其区别在于，步骤O)中马达a以
54000转/min的速度带动搅拌轴、搅拌横杆转动；马达b带动空心轴6和搅拌斜杆10以50 转/min的速度转动；步骤(3)中放入纤维的速度为100-5000g/min。实施例5、一种如实施例1所述的纤维输送装置，其区别在于，所述搅拌斜杆10的长度是 12cm,所述的搅拌斜杆10与空心轴6之间的夹角是60° ；所述空心轴6的旋转速度是10转 /min ；搅拌横杆12的长度是15cm ；所述搅拌横杆12的旋转速度是6000转/min。所述正圆锥台形的输料腔1的小端2直径是30cm ；所述正圆锥台形的输料腔1的大端3直径是75cm ；正圆锥台形的输料腔1的垂直高度13是75cm。实施例6、一种如实施例2所述纤维输送装置的工作方法，其区别在于，步骤O)中马达a以 6000转/min的速度带动搅拌轴、搅拌横杆转动；马达b带动空心轴6和搅拌斜杆10以10 转/min的速度转动；步骤(3)中放入纤维的速度为5000-20000g/min。
权利要求
1.一种应用在油气井纤维辅助压裂过程中的纤维输送装置，其特征在于，其包括外形呈正圆锥台的输料腔、马达a和马达b，所述的输料腔的小端与混砂罐的顶部固定连接，所述输料腔与混砂罐相连通，在输料腔的大端设置有顶盖，在顶盖的圆心处设置有搅拌孔，在搅拌孔的内壁上固定设置有轴承，空心轴贯通顶盖通过轴承设置在输料腔内，所述空心轴的上部设置有从动齿轮，在顶盖上设置有马达b，所述马达b上设置有主动齿轮，所述主动齿轮与从动齿轮啮合传动连接；在顶盖上还设置有与输料腔相连通的进料口 ；在空心轴的外表面均勻分布设置有多个搅拌斜杆，所述搅拌斜杆的末端朝向输料腔的小端方向倾斜，所述的搅拌斜杆与空心轴之间的夹角范围是30-60° ；所述空心轴的旋转速度范围是10转/min-100转/min ；在顶盖上固定设置有马达a，马达a的传动端与搅拌轴相连，所述搅拌轴贯穿设置在空心轴内，所述搅拌轴的末端穿出空心轴的末端，在搅拌轴的末端固定设置有搅拌横杆；所述搅拌横杆的旋转速度范围是2000转/min-6000转/min ；所述空心轴和搅拌横杆的旋转方向相同。
2.根据权利要求1所述的一种应用在油气井纤维辅助压裂过程中的纤维输送装置，其特征在于，所述的搅拌斜杆的数量为9-12个。
3.根据权利要求1所述的一种应用在油气井纤维辅助压裂过程中的纤维输送装置，其特征在于，所述正圆锥台形的输料腔的小端直径范围是20-30cm;所述正圆锥台形的输料腔的大端直径范围是50-75cm ；正圆锥台形的输料腔的垂直高度范围是50-75cm。
4.根据权利要求1所述的一种应用在油气井纤维辅助压裂过程中的纤维输送装置，其特征在于，所述搅拌斜杆的长度范围是8-12cm ；所述搅拌横杆的长度范围是10-15cm。
5.一种如权利要求1所述纤维输送装置的工作方法，其特征在于，其包括步骤如下(1)将纤维输送装置的输料腔小端与混砂罐的顶部固定连接，使输料腔与混砂罐相连通；(2)将纤维输送装置接通电源，马达a以2000转/min-6000转/min的速度带动搅拌轴、搅拌横杆转动；马达b带动空心轴和搅拌斜杆以10转/min-100转/min的速度转动；所述空心轴和搅拌横杆的旋转方向相同；(3)将纤维沿进料口放入输料腔内，放入纤维的速度范围是0.l-20000g/min。
全文摘要
本发明涉及一种应用在油气井纤维辅助压裂过程中的纤维输送装置，包括外形呈正圆锥台的输料腔、马达a和马达b，所述的输料腔的小端与混砂罐的顶部固定连接，所述输料腔与混砂罐相连通，在输料腔的大端设置有顶盖，在顶盖的圆心处设置有搅拌孔，在搅拌孔的内壁上固定设置有轴承，空心轴贯通顶盖通过轴承设置在输料腔内，所述空心轴的上部设置有从动齿轮，在顶盖上设置有马达b，所述马达b上设置有主动齿轮，所述主动齿轮与从动齿轮啮合传动连接；在顶盖上还设置有与输料腔相连通的进料口。本发明能安全高效的将纤维与混砂罐内的物料混合，防止纤维外露，避免对工作人员的健康威胁，减少环境的污染，节约纤维的用量，生产成本和操作成本低廉。
文档编号E21B43/267GK102536188SQ201210073480
公开日2012年7月4日 申请日期2012年3月20日 优先权日2012年3月20日
发明者战永平, 温庆志, 潘晓军, 罗明良, 胡蓝霄, 贾长贵 申请人:中国石油大学(华东)