一种用于煤矿井下压裂的加砂混合单元

1.本发明属于煤层气开发领域，具体涉及一种用于煤矿井下压裂的加砂混合单元。


背景技术：

2.在煤矿领域，以水力压裂为代表的水力化措施被广泛应用于煤（岩）层增透，以提高煤层瓦斯的抽采效果。鉴于煤矿井下煤（岩）层压裂环境的特殊性，本申请人曾提出了如何解决上向钻孔的加砂压裂方案，该方案已于2019年5月6日向中国国家知识产权局申请了专利，该申请的公开号为cn110005393a，公开日期2019年7月12日。该方案通过采用大比重溶液携带小比重支撑剂的方法解决了上向钻孔支撑剂下沉问题，其压裂液在井下的现场配液池里通过粉剂原料加清水搅拌混合的方式现场配制。在实际应用过程中，申请人发现该方案还具有一定的局限性。一是配液池需求空间过大，若压裂区域无类似于绕道、钻场等空间，则无法修筑配液池，压裂系统现场实用性不佳；二是由于井下巷道环境潮湿，配液前期粉剂遇水汽结坨后，需要人工使用筛子筛分，只有筛分后粒度充分小的粉剂搭配风枪搅拌才能与清水充分融合，作业人员劳动强度大、工具多、人员数量多；配液后期随着压裂液浓度升高，粉剂溶解性差，容易出现絮状物，与低密度压裂砂混合容易集结成坨，通过系统阻力增大，通过性较差，增大了水泵、压裂泵组及整个系统运行负荷。尽管目前市面上出现了一种即用即配型压裂液基液，其为一种小分子粘弹性清洁压裂液，遇水10秒内分散溶解，具有低粘度高携砂性能，破胶彻底，对煤层无吸附伤害，可以即时调整浓度，改变压裂液粘度，满足不同砂比携砂性能要求。即用即配型压裂液基液可解决粉剂原料后期增大系统运行负荷问题，但因配液池导致的作业空间受限问题需要进一步解决。


技术实现要素：

3.本发明的目的就是针对现有技术中，煤矿井下加砂压裂系统配液池占用空间大的不足，提供一种用于煤矿井下压裂的加砂混合单元，该单元采用负压进液器与静态混合器相结合的方式，利用负压进液器抽吸清水和即用即配型基液，再由静态混合器将清水、基液和支撑剂充分混合后供压裂系统使用，从而取消了配液池，以及专门的配液专项工作。可有效节省空间，以适用于空间受限的井下环境，拓宽了应用范围，显著减少了压裂准备工作量，节省了人力，并提高了压裂效率。
4.为实现前述目的，本发明采用如下技术方案。
5.一种用于煤矿井下压裂的加砂混合单元，包括混砂系统，还包括负压进液器和静态混合器，负压进液器具有清水接口和压裂液基液接口，负压进液器的出口连接在混砂系统的进口端；所述静态混合器连接在混砂系统的出口端。
6.采用前述方案的本发明，用于构成煤矿井下压裂系统的砂液混合部分，采用负压进液器与静态混合器相结合，利用连接在混砂系统进口端的负压进液器的抽吸功能，通过清水接口抽吸清水，通过压裂液基液接口抽吸即用即配型基液，再通过静态混合器将清水、基液和支撑剂充分混合后供压裂使用，与现有井下建造配液池和用粉剂现场配制压裂液相
比，取消了配液池，以及专门的配液工作，且盛装容器体积远远小于配液池。可有效节省整个压裂系统设备的布置空间，从而适用于空间受限的井下环境，拓宽了应用范围，显著减少了压裂准备工作量，节省了人力，并提高了压裂效率。
7.优选的，所述负压进液器呈管状结构，负压进液器的主进口构成清水进口，负压进液器中间形成有负压腔，负压进液器上设有至少一根压裂液吸附管，压裂液吸附管的进口构成压裂液基液接口。以确保在负压进液器出口的抽吸条件下，主通道进入清水，压裂液吸附管吸入即用即配型高浓度基液，在两者进口通道上设置阀门后，可调节吸入比例，为加砂后均匀混合提供保障。
8.进一步优选的，按液体流动方向，所述负压腔形成在进口端的漏斗形变径缩径段和出口端的等径缩径段之间，且漏斗形变径缩径段与等径缩径段二者与负压腔接通处的通径相等。以使负压进液器具有良好的吸附功能，确保可靠性。
9.更进一步优选的，所述漏斗形变径缩径段的大端与负压腔的通径相等；所述负压进液器在漏斗形变径缩径段的大端形成有进口延伸段；所述等径缩径段的出口端形成有出口延伸段，出口延伸段的通径与负压腔的管径相等。更进一步确保负压腔具有良好的抽吸功能，确保压裂基液进料可靠，并方便进出口端设置相同规格的连接法兰。
10.更进一步优选的，所述漏斗形变径缩径段的锥角为15
°
～25
°
。更进一步确保负压腔具有良好的抽吸效果。
11.更进一步优选的，所述负压腔的通径是等径缩径段的通径的1.5～2.0倍。更进一步确保负压腔具有良好的抽吸效果，其中， 按1.75～1.85倍选取时，效果最佳。
12.优选的，所述所述静态混合器和负压进液器的两端均具有连接法兰。以通过法兰连接确保连接可靠，并能够形成良好密封，确保适用于高压压裂场合。
13.优选的，所述静态混合器由至少两个旋向相反的螺旋混合单元组成，相邻螺旋混合单元中的叶片螺旋方向相反。以确保水、基液与支撑剂混合均匀，且结构简单。
14.进一步优选的，两种所述螺旋混合单元中叶片的螺旋升角为20
°
～45
°
度。以通过合理的螺旋升角设置，有效提升混合效果。其中，螺旋升角为22
°
～25
°
度时，混合效果最佳。
15.进一步优选的，所述静态混合器的长度是通径的10～20倍。以通过合理的长径设置延长混合时间，提升混合效果；其中，长度是通径的10～20倍，综合效果最佳。
16.本发明的有益效果是，通过负压进液器与静态混合器是结合，可使清水、基液和支撑剂充分混合后供压裂使用；与现有井下建造配液池和用粉剂现场配制压裂液相比，取消了配液池，以及专门的配液工作。可有效节省压裂系统设备的布置空间，从而适用于空间受限的井下环境，拓宽了应用范围，显著减少了压裂准备工作量，节省了人力，并提高了压裂效率。
附图说明
17.图1是本发明的结构示意图。
18.图2是本发明中的静态混合器结构示意图。
19.图3是本发明中的负压进液器结构示意图。
具体实施方式
20.下面结合附图对本发明作进一步的说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
21.参见图1、图2、图3，一种用于煤矿井下压裂的加砂混合单元，包括混砂系统3，还包括负压进液器2和静态混合器1，负压进液器2具有清水接口和压裂液基液接口，负压进液器2的出口连接在混砂系统3的进口端；所述静态混合器1连接在混砂系统3的出口端。
22.其中，所述负压进液器2呈管状结构，负压进液器2的主进口构成清水进口，负压进液器2中间形成有负压腔21，负压进液器2上设有至少一根压裂液吸附管22，压裂液吸附管22的进口构成压裂液基液接口；压裂液吸附管22一端与负压腔21连通，另一端用于与基液容器23连接，压裂液吸附管22上设有流量控制阀门24。
23.按液体流动方向，所述负压腔21形成在进口端的漏斗形变径缩径段和出口端的等径缩径段之间，且漏斗形变径缩径段与等径缩径段二者与负压腔21接通处的通径d相等。其中，漏斗形变径缩径段的大端与负压腔21的通径d相等；所述负压进液器2在漏斗形变径缩径段的大端形成有进口延伸段；所述等径缩径段的出口端形成有出口延伸段，出口延伸段的通径与负压腔21的管径相等。漏斗形变径缩径段的锥角α为15
°
～25
°
；负压腔21的通径d是等径缩径段的通径d的1.5～2.0倍，并按1.75～1.85倍选取时，效果最佳。
24.而所述静态混合器1和负压进液器2的两端均具有连接法兰。其中，静态混合器1由至少一个右螺旋混合单元1a和至少一个旋螺旋混合单元1b组成，相邻螺旋混合单元中的叶片螺旋方向相反。两种所述螺旋混合单元中叶片的螺旋升角β为20
°
～45
°
度，螺旋升角为22
°
～25
°
度时，混合效果最佳；静态混合器1的长度是通径的10～20倍；其中，长度是通径的12～15倍，综合效果最佳。
25.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。