混合装置的制作方法

1.本实用新型涉及压裂混砂技术领域，具体而言，涉及一种混合装置。


背景技术：

2.目前，在石油和天然气开采领域，压裂技术是利用高压的含砂液体使油气层形成裂缝的一种方法，以改善油气在地下的流动环境，从而增加产量，因此压裂技术已经被广泛应用于油气开采中。具体地，混砂装置用于在前端将压裂液与砂砾进行充分混合，并将混合后的含砂液体泵送至压裂泵处，以便压裂泵进行加压工作。
3.然而，在现有技术中，压裂液与砂砾的混合只发生在砂砾落入混砂罐后的阶段内，当要求砂砾密度较高、供液量较大时，存在压裂液与砂砾混合不均匀的问题，影响压裂泵的正常运行。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的在于提供一种混合装置，以解决现有技术中压裂液与砂砾混合不充分的问题。
5.为了实现上述目的，本实用新型提供了一种混合装置，用于混合砂砾和压裂液，混合装置包括：储料结构，具有砂砾容纳腔和与砂砾容纳腔连通的第一出料口；输送组件，包括导砂结构和设置在导砂结构内的输送结构，导砂结构具有开口和第二出料口，第一出料口通过开口与第二出料口连通；压裂液输送管路，包括第一管道和设置在第一管道内的第二管道，第一管道的侧壁上具有进料口，第二出料口通过进料口与第一管道的内腔连通；其中，第一管道的延伸方向与第二管道的延伸方向一致，第二管道位于进料口处且与第二出料口相对设置。
6.进一步地，压裂液输送管路还包括：锥形过渡管道，位于第一管道内，锥形过渡管道的一端与第一管道的内壁连接，锥形过渡管道的另一端与第二管道连接；其中，沿第一管道内压裂液的流动方向，锥形过渡管道的内径逐渐减小。
7.进一步地，混合装置还包括：引导板，设置在第一管道内，引导板与第二管道的外壁、锥形过渡管道的外壁及第一管道的内壁中的至少一个连接，以用于对从第二出料口排出的砂砾进行导向。
8.进一步地，锥形过渡管道的外壁、第二管道的至少部分外壁、引导板及第一管道的至少部分内壁之间围绕形成封闭腔，封闭腔位于第二管道的下方。
9.进一步地，第二管道与第一管道同轴设置。
10.进一步地，导砂结构包括：导砂本体，具有开口和与开口连通的连通孔；管体，设置在导砂本体上，第二出料口设置在管体的一端，管体的另一端与连通孔连通；其中，输送结构为绞龙，导砂本体与绞龙的延伸方向一致，开口和连通孔沿导砂本体的延伸方向间隔设置；管体的延伸方向与导砂本体的延伸方向之间呈夹角设置。
11.进一步地，混合装置还包括：控制阀，控制阀设置在管体上，以用于控制管体的通
断状态或者用于调整管体内砂砾的流速或者流量。
12.进一步地，混合装置还包括：压力检测装置，压力检测装置设置在管体上且位于控制阀与压裂液输送管路之间，以用于检测管体内的负压值；气阀，气阀设置在管体上，以用于控制气体进入管体内或控制气体从管体排出；其中，在压力检测装置的检测值大于预设负压值时，通过气阀控制气体进入管体内。
13.进一步地，沿导砂本体的延伸方向，第一出料口与第二出料口之间的最小距离s与绞龙的叶片导程h之间满足：s＞h。
14.进一步地，混合装置还包括：排气环，设置在储料结构内且位于第一出料口处，排气环具有多个沿其周向间隔设置的排气孔，排气孔的排气方向沿排气环的径向。
15.应用本实用新型的技术方案，压裂液输送管路包括第一管道和设置在第一管道内的第二管道，第一管道的侧壁上具有进料口，导砂结构的第二出料口通过进料口与第一管道的内腔连通。由于第一管道的延伸方向与第二管道的延伸方向一致，第二管道位于进料口处且与第二出料口相对设置，以在进料口处产生文丘里效应。这样，在压裂液与砂砾进行混合的过程中，位于第一管道内的压裂液经第二管道喷出，由于空间突然变大，在进料口处形成大量旋涡(紊流现象)。同时，在文丘里效应下，第一管道的进料口处形成负压，以将从第二出料口落下的砂砾抽吸至进料口内与从第二管道喷出的压裂液进行充分混合，进而解决了现有技术中压裂液与砂砾混合不充分的问题，提升了二者的混合均匀性。
附图说明
16.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
17.图1示出了根据本实用新型的混合装置的实施例的内部结构示意图；
18.图2示出了图1中的混合装置的压裂液输送管路内压裂液的流动方向示意图；
19.图3示出了图2中的混合装置的局部结构示意图；
20.图4示出了图2中的混合装置的压裂液输送管路与部分管体装配后的结构示意图；以及
21.图5示出了图2中的混合装置的排气环的立体结构示意图。
22.其中，上述附图包括以下附图标记：
23.10、储料结构；11、砂砾容纳腔；12、第一出料口；20、输送组件；21、导砂结构；211、第二出料口；212、导砂本体；213、管体；22、输送结构；30、压裂液输送管路；31、第一管道；32、第二管道；33、锥形过渡管道；40、引导板；50、控制阀；60、压力检测装置；70、气阀；80、排气环；81、排气孔；90、驱动装置；110、混砂罐。
具体实施方式
24.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
25.需要指出的是，除非另有指明，本技术使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
26.在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“左、右”通常是针对附图所示的左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本实用新型。
27.为了解决现有技术中压裂液与砂砾混合不充分的问题，本技术提供了一种混合装置。
28.如图1至图4所示，混合装置用于混合砂砾和压裂液。混合装置包括储料结构10、输送组件20及和压裂液输送管路30。储料结构10具有砂砾容纳腔11和与砂砾容纳腔11连通的第一出料口12。输送组件20包括导砂结构21和设置在导砂结构21内的输送结构22，导砂结构21具有开口和第二出料口211，第一出料口12通过开口与第二出料口211连通。压裂液输送管路30包括第一管道31和设置在第一管道31内的第二管道32，第一管道31的侧壁上具有进料口，第二出料口211通过进料口与第一管道31的内腔连通。其中，第一管道31的延伸方向与第二管道32的延伸方向一致，第二管道32位于进料口处且与第二出料口211相对设置。
29.应用本实施例的技术方案，压裂液输送管路包括第一管道31和设置在第一管道31内的第二管道32，第一管道31的侧壁上具有进料口，导砂结构21的第二出料口211通过进料口与第一管道31的内腔连通。由于第一管道31的延伸方向与第二管道32的延伸方向一致，第二管道32位于进料口处且与第二出料口相对设置，以在进料口处产生文丘里效应。这样，在压裂液与砂砾进行混合的过程中，位于第一管道31内的压裂液经第二管道32喷出，由于空间突然变大，在进料口处形成大量旋涡(紊流现象)。同时，在文丘里效应下，第一管道31的进料口处形成负压，以将从第二出料口211落下的砂砾抽吸至进料口内与从第二管道32喷出的压裂液进行充分混合，进而解决了现有技术中压裂液与砂砾混合不充分的问题，提升了二者的混合均匀性。
30.在本实施例中，混合装置为预混装置，压裂液与砂砾在混合装置内初步混合，混合完成的溶液再进入混砂罐110内进行二次混合。
31.需要说明的是，文丘里效应也称文氏效应，即受限流动在通过缩小的过流断面时，流体出现流速增大的现象，其流速与过流断面成反比。而由伯努利定律知流速的增大伴随流体压力的降低，即常见的文丘里现象。通俗地讲，这种效应是指在高速流动的流体附近会产生低压，从而产生吸附作用。
32.需要说明的是，紊流现象是流体的一种流动状态，当流速较小时，流体分层流动，互不混合，称为层流；当流速增加到较大时，流线不再清楚可辨，流场中有产生许多小漩涡，称为紊流。其中，紊流现象的特点为：流体质点的运动极不规则，流场中各种流动参数的值具有脉动现象。由于脉动的急剧混掺，流体动量、能量、温度以及含有物的浓度的扩散速率较层流为大。紊流是有涡流动，并且具有三维特征。
33.在本实施例中，储料结构10为敞口结构且下端为锥形面，以使砂砾在储料结构10堆积，便于输送结构22对砂砾进行输送。
34.如图1、图2及图4所示，压裂液输送管路30还包括锥形过渡管道33。锥形过渡管道33位于第一管道31内，锥形过渡管道33的一端与第一管道31的内壁连接，锥形过渡管道33的另一端与第二管道32连接。其中，沿第一管道31内压裂液的流动方向，锥形过渡管道33的内径逐渐减小。这样，第一管道31和第二管道32通过锥形过渡管道33连接，以确保第一管道
31内的压裂液均能够穿过第二管道32，以在进料口处产生负压。同时，锥形过渡管道33用于对压裂液进行引导，以确保压裂液能够顺畅地流入第二管道32内，提升了第一管道31内压裂液的流动流畅性。
35.具体地，锥形过渡管道33的两端分别与第一管道31的内壁和第二管道32焊接，以防止锥形过渡管道33与第一管道31的连接处、锥形过渡管道33与第二管道32的连接处发生压裂液泄露而影响压裂液与砂砾的混合均匀性。
36.如图2和图4所示，混合装置还包括引导板40，引导板40设置在第一管道31内，引导板40与第二管道32的外壁、锥形过渡管道33的外壁及第一管道31的内壁中的至少一个连接，以用于对从第二出料口211排出的砂砾进行导向。这样，引导板40用于对进入进料口内的砂砾进行引导，以避免砂砾在第一管道31内发生堆积而影响压裂液与砂砾的混合均匀性。同时，上述设置有利于砂砾快速地经由第二出料口211和进料口进入第一管道31内。
37.如图2和图4所示，锥形过渡管道33的外壁、第二管道32的至少部分外壁、引导板40及第一管道31的至少部分内壁之间围绕形成封闭腔，封闭腔位于第二管道32的下方。这样，上述设置进一步确保位于第一管道31内的压裂液均经由第二管道32喷出，以使进料口处产生负压并将砂经由进料口抽吸至第一管道31内。同时，第二管道32通过引导板40安装在第一管道31内且形成封闭腔，不仅提升了第一管道31和第二管道32的连接稳定性，也能够避免砂砾进入封闭腔内而影响压裂液与砂砾的混合均匀性。
38.具体地，引导板40为倾斜板，倾斜板、锥形过渡管道33的外壁、第二管道32的至少部分外壁及第一管道31的至少部分内壁之间围绕形成封闭腔e。其中，倾斜板与第一管道31的内壁之间呈第一夹角设置，锥形过渡管道33的外壁与第一管道31的内壁之间呈第二夹角设置，第一夹角和第二夹角均为锐角。
39.在本实施例中，第一夹角与第二夹角相等。需要说明的是，第一夹角与第二夹角之间的关系不限于此，可根据工况和使用需求进行调整。可选地，第一夹角小于第二夹角。
40.如图2和图4所示，第一管道31内具有第一区域a、第二区域b、第三区域c及第四区域d。在文丘里效应下，封闭腔e和第四区域d处均产生负压，压裂液通过第一区域a进入第二区域b中，从第二管道32喷出的压裂液与砂砾完成混合后进入第三区域c中，最终进入混砂罐110内进行二次混合。
41.可选地，第二管道32的出口位置位于第二出料口211在第一管道31内的延伸区域、或者超过延伸区域、或者伸入延伸区域的90％的位置处。这样，上述设置使得第二管道32的出口位置更加灵活，以满足不同的使用需求和工况，也提升了工作人员的加工灵活性。
42.如图1、图2及图4所示，第二管道32与第一管道31同轴设置。这样，上述设置使得进料口处的文丘里效应达到最佳效果，进一步提升了压裂液与砂砾的混合均匀性。
43.如图3所示，导砂结构21包括导砂本体212和管体213。导砂本体212具有开口和与开口连通的连通孔。管体213设置在导砂本体212上，第二出料口211设置在管体213的一端，管体213的另一端与连通孔连通。其中，输送结构22为绞龙，导砂本体212与绞龙的延伸方向一致，开口和连通孔沿导砂本体212的延伸方向间隔设置。管体213的延伸方向与导砂本体212的延伸方向之间呈夹角设置。这样，上述设置使得导砂结构21的进料部与出料部错位设置，以通过绞龙将进入导砂本体212内的砂砾输送至管体213内，并从第二出料口211排入第一管道31内。同时，上述设置避免砂砾从储料结构10内直接泄漏至第一管道31内。
44.可选地，管体213的延伸方向与导砂本体212的延伸方向之间相互垂直设置，以使导砂结构21为l形导管。
45.具体的，输送结构22安装在导砂本体212内，且与导砂本体212的内壁之间保持一定的间隙，该间隙小于砂砾的直径，以避免砂砾堆积在上述间隙内而影响输送结构22的输送效率。
46.如图1至图3所示，混合装置还包括驱动装置90，驱动装置90与输送结构22驱动连接，以驱动输送结构22转动。这样，上述设置能够实现输送结构22对砂砾的自动输送，降低了工作人员的劳动强度，也提升了混合装置的智能化程度。
47.在本实施例中，驱动装置90为电机，电机的电机轴与绞龙同轴设置。
48.可选地，驱动装置90为可调速电机。
49.如图1和图2所示，混合装置还包括控制阀50，控制阀50设置在管体213上，以用于控制管体213的通断状态或者用于调整管体213内砂砾的流速或者流量。这样，控制阀50安装在管体213上，工作人员可通过控制阀50控制管体213的通断状态或者管体213内砂砾的流速或者流量，进而便于工作人员对混合装置的运行状态进行控制，降低了控制难度。
50.具体地，当压裂工艺要求不加砂砾时，通过控制阀50控制管体213处于断开状态，位于管体213内的砂砾无法从第二出料口211排出，以便能够封隔管体213和导砂本体212。同时，也可通过控制阀50控制管体213的通断状态，进而避免在文丘里效应的负压吸力作用下砂砾沿着输送结构22被抽吸到第一管道31内。
51.在本实施例中，控制阀50为蝶阀。需要说明的是，控制阀50的种类不限于此，可根据工况和使用需求。可选地，控制阀50为板阀、或者球阀。
52.如图1和图2所示，混合装置还包括压力检测装置60和气阀70。压力检测装置60设置在管体213上且位于控制阀50与压裂液输送管路30之间，以用于检测管体213内的负压值。气阀70设置在管体213上，以用于控制气体进入管体213内或控制气体从管体213排出。其中，在压力检测装置60的检测值大于预设负压值时，通过气阀70控制气体进入管体213内。这样，压力检测装置60能够检测文丘里效应产生的负压压力值，以将负压值控制在预设范围内，气阀70可根据压力检测装置60的检测值控制气体进入管体213内或控制气体从管体213排出，进而确保混合装置能够正常运行，提升了混合装置的运行可靠性。
53.具体的，压力检测装置60用于检测文丘里效应产生的负压压力值，当输送结构22以较小的速率供砂时，控制阀50处于开启状态，进而避免文丘里效应的负压将砂砾直接从输送结构22间抽吸走；当压力检测装置60检测到管体213内的负压压力过大时，气阀70会按比例打开，以使一部分空气进入，进而平衡文丘里效应产生的负压压力。
54.可选地，气阀70为比例气阀。这样，气阀70可按比例打开，以控制气体流量或流速。
55.如图3所示，沿导砂本体212的延伸方向，第一出料口12与第二出料口211之间的最小距离s与绞龙的叶片导程h之间满足：s＞h。这样，上述设置避免砂砾从储料结构10直接泄露至第一管道31内而影响压裂液与砂砾的混合均匀性。
56.如图5所示，混合装置还包括排气环80。排气环80设置在储料结构10内且位于第一出料口12处，排气环80具有多个沿其周向间隔设置的排气孔81，排气孔81的排气方向沿排气环80的径向。这样，气体从排气孔81喷出并与储料结构10内的砂砾进行混合，进而提升了砂砾的流动性，避免砂砾在储料结构10积压成拱甚至阻碍其流动。
57.在本实施例中，多个排气孔81围绕成一圈，以在排气孔81能够充分排气的前提下提升了排气环80的结构强度，进而延长了排气环80的使用寿命。
58.需要说明的是，多个排气孔81的圈数不限于此，可根据工况和使用需求进行调整。可选地，多个排气孔81为两圈、或者三圈、或者多圈。
59.具体地，混砂装置的工作原理如下：
60.当需要增大供砂比例时，打开控制阀50，启动驱动装置90，以使驱动装置90驱动绞龙转动，绞龙推动导砂本体212内的砂砾向导砂本体212的连通孔处运动。在绞龙对砂砾进行输送的过程中，储料结构10的砂砾从第一出料口12落下并及时补充到绞龙中，以保证绞龙的叶片间始终处于填满状态。在导砂本体212内的砂砾经绞龙推送到第二出料口211内并进入进料口时，在文丘里效应下，砂砾被抽吸到第一管道31中，同时在紊流作用下与从第二管道32喷出的压裂液充分混合，并在后续压裂液的推动下进入混砂罐110内。
61.当需要减小供砂比例时，减小驱动装置90的转速，以使绞龙的推送砂量减少。当输送砂量减少到预设砂量值时，压力检测装置60检测到第二出料口211附近区域内的真空度达到一定值，此时气阀70按比例打开，少量空气从气阀70进入到第二出料口211附近区域，以平衡较大的负压，保证第二出料口211的附近区域的负压可以满足抽吸砂砾的同时又不至于将绞龙叶片内的砂砾一起吸走。
62.当需要供砂比例为零时，控制驱动装置90停止转动，关闭气阀70，避免空气混入到第一管道31中，进而提高了第一管道31内的压裂液输送效率。
63.从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：
64.压裂液输送管路包括第一管道和设置在第一管道内的第二管道，第一管道的侧壁上具有进料口，导砂结构的第二出料口通过进料口与第一管道的内腔连通。由于第一管道的延伸方向与第二管道的延伸方向一致，第二管道位于进料口处且与第二出料口相对设置，以在进料口处产生文丘里效应。这样，在压裂液与砂砾进行混合的过程中，位于第一管道内的压裂液经第二管道喷出，由于空间突然变大，在进料口处形成大量旋涡(紊流现象)。同时，在文丘里效应下，第一管道的进料口处形成负压，以将从第二出料口落下的砂砾抽吸至进料口内与从第二管道喷出的压裂液进行充分混合，进而解决了现有技术中压裂液与砂砾混合不充分的问题，提升了二者的混合均匀性。
65.显然，上述所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
66.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
67.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
68.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本
领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。