水带干灰砂人工井壁防砂自动配砂系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种水带干灰砂人工井壁防砂自动配砂系统，包括灰罐车、固井水泥车、砂罐、仪表车、混砂车；混砂车上设置的混砂容器底部设置转动搅拌机构，混砂容器上部安装有螺旋输砂系统。所述螺旋输砂器绞龙机构伸入砂斗，并设置为在旋转搅拌的过程中将由砂罐倒入砂斗里的石英砂由下至上携带入混砂容器内，且绞龙携带的石英砂体积量可自动控制并计量；混砂容器还与固井水泥车的水泥浆输出端口连通。全过程机械自动化配置，配比搅拌均匀，无需人工运输、搅拌，极大减轻操作劳动强度，避免粉尘外扬污染环境。
【专利说明】水带干灰砂人工井壁防砂自动配砂系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于石油钻井机械领域，具体涉及一种在水带干灰砂人工井壁防砂作业时会用到的自动配砂系统及工艺。
【背景技术】
[0002]水带干灰砂人工井壁防砂是国内使用较为广泛的一种防砂工艺，这种防砂工艺以水泥为胶结剂，以石英砂为支撑，按比例在地面拌合均匀，用水携至井下，挤入套管外，堆积于出砂层位，凝固后形成具有一定强度和渗透性的人工井壁，可以阻挡地层砂流进井筒并具备一定的堵水作用。适用于处于后期的低压油水井、已出砂的油水井、多油层、高含水油井及防砂井段在50m以内的油水井的防砂。室内试验表明注入地层的水泥干灰和石英砂重量比在1:2时，防砂效果最好。此工艺存在以下不足:
[0003]1、人工混合干灰砂、人工加入干灰砂均占用的人力多，需25人左右提前一天拌灰备用，劳动强度大，粉尘污染严重，尤其夏天汗水较多，干灰砂接触到人皮肤会造成皮肤烧伤，不慎吹到眼睛里还会灼伤眼角膜(曾经出现过干灰砂灼伤眼睛事故)，这种最原始粗犷的施工方式极不利于员工身心健康。
[0004]2、拌砂时采取简单的2袋石英砂+1袋干水泥灰地面混合，没有衡量标准，不能保证石英砂和干水泥的比例是严格的2:1，室内试验表明，灰砂比的比值对人工井壁的胶结强度、地层渗透率都有较大影响，从而影响防砂效果。如果水泥量偏低，胶结后在井下形成的人工井壁不牢固，不能有效地阻挡地层砂，水泥量偏高，会降低人工井壁的渗透性，从而影响防砂效果。常有水防施工完成后没有防住砂或者防砂成功但地层注不进水的现象发生，与干灰砂的比例不均勻有很大关系。
[0005]3、加入干灰砂时，没有计量砂比的装置，只能简单的根据施工压力的高低决定加砂快慢，模糊砂比，影响防砂效果。
[0006]4、施工中如果遇到管堵或者地层压力过高，受限于400型水泥车泵压、排量极限值，加砂不能达到设计量，极易导致施工失败。
[0007]5、干灰砂若有大量剩余，会造成极大浪费，污染井场，也给后期处置带来困扰。
[0008]6、水泥、石英砂包装袋的残屑混入搅拌罐里后，会造成管汇、柱塞泵体、井下管柱堵塞，造成施工中途失败。
实用新型内容
[0009]本实用新型要解决的技术问题是:提供一种水带干灰砂人工井壁防砂自动配砂系统，配砂比例更均匀、准确，并改善落后的施工工艺，可以大幅降低工人劳动强度，减少环境污染，提闻施工质量。
[0010]为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案:
[0011]一种水带干灰砂人工井壁防砂自动配砂系统，其特征在于:包括一个仪表车，一个用于装卸水泥的灰罐车、一个用于将水泥配成水泥浆的固井水泥车、一个用于装载石英砂的砂罐车、一个用于将水泥浆和石英砂混合搅拌形成水带干灰砂水泥浆的混砂车，混砂车后设置加压泵车，所述加压泵将水带干灰砂水泥浆直接泵入井下地层；混砂车上设置的混砂容器底部设置转动搅拌机构，混砂容器顶部与砂罐车之间倾斜设置筒状螺旋输砂器；螺螺旋输砂器内绞龙轴上安装有由钢板卷制成的叶片，且螺旋输砂器顶端设置砂量计数器；螺旋输砂器底端伸入砂罐车之间；螺旋输砂器设置为在旋转搅拌的过程中将石英砂由下至上携带入混砂容器内，绞龙轴每圈转动所携带的石英砂体积量一致且能够由砂量计数器自动控制并计量；螺旋输砂器与自动混砂控制系统连接，自动混砂控制系统装在仪表车上；混砂容器还与固井水泥车的水泥浆输出端口连通；固井水泥车上设置水泥浆密度检测装置；砂量计数器与水泥浆密度检测装置均与自动混砂控制系统中央控制器相连。
[0012]按上述技术方案，所述砂量计数器为计量齿轮。
[0013]按上述技术方案，所述转动搅拌机构为立式搅拌叶轮。
[0014]按上述技术方案，所述系统还设置供水车，供水车与固井水泥车相连通。
[0015]按上述技术方案，所述灰罐车中设置储灰罐，储灰罐底部两侧均设置气化室，供气系统通过气动阀与气化室连通；储灰罐通过下灰阀与气化室连通；灰罐车上还设置气控系统和管汇总成。
[0016]当砂浆密度和液体流速发生变化时，混砂车可以根据事先编制好的程序模型自动调整砂液密度。全过程机械自动化配置，配比搅拌均匀，无需人工运输、搅拌，极大减轻操作劳动强度，避免粉尘外扬污染环境。
[0017]采用上述配砂系统的自动配砂工艺，其特征在于:
[0018]首先进行水泥浆配制，从灰罐车中将水泥与水分别注入固井水泥车搅拌配制成低密度水泥浆，并实时检测水泥浆密度反馈到中央控制器；
[0019]将水泥浆注入混砂车混砂容器中，并同时通过螺旋输砂器4将石英砂旋转搅拌带入混砂容器内，此过程中计数器记下螺旋输砂器中绞龙轴转动的圈数，反馈到中央控制器并根据设定程序计算出石英砂含量或砂比；
[0020]中央控制器根据反馈的水泥浆密度和砂比，确定配砂比是否达到设定值，如果达到则可以稳定输出作业；如果没有达到设定值根据反馈结果继续调整需要的配料；
[0021]配砂完成并搅拌均匀后，由混砂车经排出泵和加压泵出直接将配砂浆泵入井内地层。
[0022]按上述技术方案，配砂比设定为水泥干灰和石英砂重量比在1:2。
[0023]相对于现有技术，
[0024]本实用新型的系统和工艺优势体现在:
[0025]全过程机械自动化配置，无需人工运输、搅拌，极大减轻操作劳动强度。
[0026]灰砂比机械配置，电子监控，比例更均匀、准确，施工质量有保障。
[0027]无粉尘污染、无干灰浪费，施工环保、节能。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]以下结合附图和各实施例对本实用新型作进一步说明。
[0029]图1为本实用新型的水带干灰砂人工井壁防砂自动配砂系统主体结构示意图。
[0030]图2为本实用新型水带干灰砂人工井壁防砂自动配砂系统将水泥配成水泥浆的流程图。
[0031]图3为本实用新型的水带干灰砂人工井壁防砂自动配砂系统的灰罐车出灰流程示意图。
[0032]图4为本实用新型的水带干灰砂人工井壁防砂自动配砂系统的砂与水泥浆混合过程示意图。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图和实例对本实用新型作进一步详细的说明。
[0034]根据本实用新型实施的水带干灰砂人工井壁防砂自动配砂系统如图1-4所示，包括一个仪表车、至少一个用于装卸水泥的灰罐车6、一个用于将水泥配成水泥浆的固井水泥车、一个用于装载石英砂的砂罐车1、一个用于将水泥浆和石英砂混合搅拌形成水带干灰砂水泥浆的混砂车，混砂车后设置加压泵车，所述加压泵将水带干灰砂水泥浆直接泵入井下地层；混砂车上设置的混砂容器2底部设置立式搅拌叶轮3，混砂容器2顶部与砂罐车I之间倾斜设置筒状螺旋输砂器4 ;螺旋输砂器4内绞龙轴上安装有由钢板卷制成的叶片，且螺旋输砂器4顶端设置砂量计数器，螺旋输砂器4底端伸入砂罐车I之间；螺旋输砂器4在旋转搅拌的过程中将石英砂由下至上携带入混砂容器2内，且绞龙携带的石英砂体积量可自动控制并计量；螺旋输砂器4与自动混砂控制系统连接，自动混砂控制系统装在仪表车上；混砂容器2还与固井水泥车的水泥浆输出端口连通；固井水泥车上设置水泥浆密度检测装置；砂量计数器与水泥浆密度检测装置均与自动混砂控制系统中央控制器相连。当砂浆密度和液体流速发生变化时，混砂车可以根据事先编制好的程序模型自动调整砂液密度。
[0035]混砂车上设置的混砂容器2采用罐中套罐的结构，保证砂浆完全连续混合，防止不均匀混合砂浆。且内腔的表面积较大，能完全浸透石英砂避免产生气泡。立式搅拌叶轮3安装在混合罐的中心，能完全不断地将砂浆搅拌成匀质的混合液，在内腔底部排出口到排出砂泵间最大限度地减少产生气体，立式搅拌叶轮3转速由装在仪表台上的电位计控制，速度可调。混合均匀的水带干灰砂浆液经排出泵吸入，途经流量计后完成由加压泵出排出，流量计前面还装有一个放射性密度计，可以测量携砂液密度。
[0036]按上述技术方案，所述砂量计数器为计量齿轮5，通过传感器和电缆将输砂信号传到中央控制器，瞬间砂量和累计砂量数据直接显示。
[0037]如图2所示，灰罐车6装载水泥干灰，依次动作下灰阀和气动阀，让水泥干灰到达古井水泥车的搅拌槽中，同时供水车依次通过清水计量罐和喷射泵将清水加压输送到固井水泥车中与水泥干灰进行搅拌，搅拌完成后形成低密度水泥浆作为携砂液；进行密度检测计量并反馈结果至自动混砂控制系统中央控制器，待密度合格后停止搅拌，由柱塞泵加压泵泵出水泥浆至混砂车的混砂容器2内。
[0038]如图3所示，灰罐车6中设置储灰罐7用于装载水泥干灰，储灰罐7底部两侧均设置气化室7.1，供气系统通过气动阀与气化室7.1连通；储灰罐7通过下灰阀与气化室7.1连通；灰罐车6上还设置气控系统和管汇总成，通过气化室7.1后喷出流态化水泥干灰。该过程主要利用车装空压机所产生的压缩空气，借助管汇总成、配气系统及气化器，使罐内干水泥灰流态化，利用罐内、外气压差，将物料排出储料罐。
[0039]一种采用上述配砂系统的自动配砂工艺，其特征在于:[0040]首先进行水泥浆配制，从灰罐车6中将水泥与水分别注入固井水泥车搅拌配制成低密度水泥浆作为携砂液，并实时检测水泥浆密度反馈到中央控制器；
[0041]将水泥浆注入混砂车混砂容器2中，并同时通过螺旋输砂器4将石英砂旋转搅拌带入混砂容器2内，此过程中计数器记下螺旋输砂器4中绞龙轴转动的圈数，反馈到中央控制器并根据设定程序计算出石英砂含量(在水中的体积比，或砂比)；
[0042]中央控制器根据反馈的水泥浆密度和石英砂含量(砂比)，确定配砂比是否达到设定值，如果达到则可以稳定输出作业；如果没有达到设定值根据反馈结果继续调整需要的配料；
[0043]配砂完成并搅拌均匀后，由混砂车经排出泵和加压泵出直接将配砂浆泵入井内地层。
[0044]按上述技术方案，配砂比设定为水泥干灰和石英砂重量比在1:2。
[0045]配砂方式全过程机械自动化:实际使用SNC35-16 II型固井水泥车和JSJ5258GXH型灰罐车配置低密度水泥浆作为携砂液；由砂罐车装载石英砂并自动输出至混砂车，水泥浆与石英砂在混砂车内搅拌均匀后泵入井内地层，电子监控、调制施工参数，使施工更科学合理，质量有保障。克服了现有工艺人工混合搅拌水泥+石英砂，地层水作为携砂液时各项施工参数的盲目、混乱无计量性。
[0046]室内试验表明注入地层的水泥干灰和石英砂重量比在1:2时，防砂效果最好。基于此结论，通过理论计算得到水泥浆密度和砂比之间的函数关系式，指导现场施工时参数的调制。
[0047]用施工排量、泵压更高级的水泥车，施工车辆升级，更易处理突发事件及优化施工参数。
[0048]目前此工艺已在现场实施6 口井，施工参数全部满足地质需要，效果较好。
[0049]本实用新型的有益效果在于:
[0050]全过程机械自动化配置，无需人工运输、搅拌。极大减轻操作劳动强度。
[0051]灰砂比机械配置，电子监控，比例更均匀、准确，施工质量有保障。
[0052]无粉尘污染、无干灰浪费，施工环保、节能。
[0053]以上所揭露的仅为本实用新型的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等效变化，如对工艺参数或装置做出的变动和改良仍属本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种水带干灰砂人工井壁防砂自动配砂系统，其特征在于:包括一个仪表车，一个用于装卸水泥的灰罐车、一个用于将水泥配成水泥浆的固井水泥车、一个用于装载石英砂的砂罐车、一个用于将水泥浆和石英砂混合搅拌形成水带干灰砂水泥浆的混砂车，混砂车后设置加压泵车，所述加压泵将水带干灰砂水泥浆直接泵入井下地层；混砂车上设置的混砂容器底部设置转动搅拌机构，混砂容器顶部与砂罐车之间倾斜设置筒状螺旋输砂器；螺螺旋输砂器内绞龙轴上安装有由钢板卷制成的叶片，且螺旋输砂器顶端设置砂量计数器；螺旋输砂器底端伸入砂罐车之间；螺旋输砂器设置为在旋转搅拌的过程中将石英砂由下至上携带入混砂容器内，绞龙轴每圈转动所携带的石英砂体积量一致且能够由砂量计数器自动控制并计量；螺旋输砂器与自动混砂控制系统连接，自动混砂控制系统装在仪表车上；混砂容器还与固井水泥车的水泥浆输出端口连通；固井水泥车上设置水泥浆密度检测装置；砂量计数器与水泥浆密度检测装置均与自动混砂控制系统中央控制器相连。
2.根据权利要求1所述的水带干灰砂人工井壁防砂自动配砂系统，其特征在于:所述砂量计数器为计量齿轮。
3.根据权利要求1或2所述的水带干灰砂人工井壁防砂自动配砂系统，其特征在于:所述转动搅拌机构为立式搅拌叶轮。
4.根据权利要求3所述的水带干灰砂人工井壁防砂自动配砂系统，其特征在于:所述系统还设置供水车，供水车与固井水泥车相连通。
5.根据权利要求1或2或4所述的水带干灰砂人工井壁防砂自动配砂系统，其特征在于:所述灰罐车中设置储灰罐，储灰罐底部两侧均设置气化室，供气系统通过气动阀与气化室连通；储灰罐通过下灰阀与气化室连通；灰罐车上还设置气控系统和管汇总成。
【文档编号】E21B43/02GK203515512SQ201320651016
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年10月21日 优先权日:2013年10月21日
【发明者】黄永刚, 杨桂林, 钱勇 申请人:中国石化江汉油田分公司井下作业处