本發(fā)明涉及油田壓裂技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于油田壓裂的帶壓混砂裝置。

背景技術(shù)：

壓裂施工作業(yè)是改造油氣藏，實現(xiàn)油氣井增產(chǎn)增效的重要手段之一。通過壓裂，使地層產(chǎn)生裂縫，改善油在地下的流動環(huán)境，使油井產(chǎn)量增加，對改善油井井底流動條件、減緩層間和改善油層動用狀況可起到重要的作用。

目前國內(nèi)外最常用的油氣層改造技術(shù)是水力壓裂技術(shù)，即采用水基壓裂液對油氣層進行改造。但水基壓裂液體系存在水資源大量浪費、黏土膨脹和壓裂液殘渣傷害油氣層、返排不完全造成地下水污染以及污水處理費用高昂等缺點。

二氧化碳無水蓄能壓裂技術(shù)源于北美，是一種采用液態(tài)二氧化碳作為壓裂液來代替水的技術(shù)，主要針對煤層氣、水敏性儲層、含原油較稠儲層、低壓儲層的油氣開發(fā)而設(shè)計。與常規(guī)的水力壓裂相比，二氧化碳無水蓄能壓裂增產(chǎn)效果顯著，是水力壓裂效果的5到6倍、氮氣泡沫壓裂的4倍，且?guī)缀鯚o需添加劑，成本相對較低；液態(tài)二氧化碳在汽化后，無水相、無殘渣，僅有支撐劑留在地層，不會對儲層造成傷害，可實現(xiàn)快速排液投產(chǎn)；此外，二氧化碳具備比甲烷更強的吸附力，可置換出吸附于母巖的甲烷，從而提高天然氣或煤層氣的產(chǎn)量，并實現(xiàn)部分二氧化碳的永久埋存。

目前，國內(nèi)現(xiàn)有的二氧化碳混砂裝置，主要包括固體輸送裝置及與其導(dǎo)通的壓力容器，該壓力容器上，有支撐劑的充裝口及固體的排出口。在實際使用過程中，需提前三天通過外部裝置，往壓力容器中，充裝支撐劑，之后再對壓力容器進行加壓，將罐體內(nèi)壓力添加至2.3mpa。施工完成后，對設(shè)備加注低溫二氧化碳，并對內(nèi)部支撐劑進行降溫處理。工序全部準備完畢，設(shè)備才可以滿足施工條件?，F(xiàn)場施工過程中，將外接低溫液體于壓力容器頂部連接，從上往下加注低溫c02，通過這種加壓的方式，將支撐劑帶出壓力儲罐，實現(xiàn)二氧化碳液體攜砂壓裂的工藝。

然而，在實際施工過程中，容易造成以下幾個問題：1、前期低溫二氧化碳液體加注過程中容易出現(xiàn)罐體結(jié)冰現(xiàn)象，導(dǎo)致壓力容器底部輸出管道堵塞，從而造成整個設(shè)備，甚至于整個施工隊伍無法完成正常的施工作業(yè)；2、由于壓力容器采用的是車載式工藝，設(shè)備自身施工準備周期較長，導(dǎo)致罐體固體加注完成后，無法再補加支撐劑，造成無法滿足大型施工的連續(xù)性操作工況。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)不足，提出一種用于油田壓裂的帶壓混砂裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問題。

為達到上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案提供一種用于油田壓裂的帶壓混砂裝置，包括：一混合罐、若干加砂裝置、一控制器；所述混合罐包括罐體、第一液體添加管線、第二液體添加管線、排出管線、攪拌裝置；所述加砂裝置包括驅(qū)動油缸、推桿、加砂活塞、密封缸套、密封盤根、應(yīng)急關(guān)斷閥；在所述罐體底部設(shè)有一隔倉板，所述隔倉板將所述罐體分為內(nèi)罐、外罐，所述外罐為隔倉板以上的罐體，所述內(nèi)罐為隔倉板以下的罐體，所述隔倉板上設(shè)有若干貫通的徑向孔；第一液體添加管線包括沖洗支路、液體添加支路，所述第一液體添加管線、所述第二液體添加管線同時連接一進液泵，所述進液泵通過所述第一液體添加管線、所述第二液體添加管線從所述罐體外部引入高壓二氧化碳液體到所述罐體內(nèi)，所述沖洗支路的出液口設(shè)置在所述加砂裝置上方，所述液體添加支路的出液口設(shè)置于外罐中，所述第二液體添加管線的出液口設(shè)置在所述內(nèi)罐底部；所述排出管線連接一排出沙泵，所述排出管線設(shè)置在所述外罐底部，所述排出沙泵通過所述排出管線排出所述外罐中混合均勻的攜砂液到罐體外部；所述攪拌裝置安裝在外罐中心，所述攪拌裝置攪拌外罐中的攜砂液；所述加砂裝置設(shè)置在所述罐體側(cè)壁，所述加砂裝置的前端伸入所述罐體；所述驅(qū)動油缸連接所述推桿，所述推桿連接所述加砂活塞，所述加砂活塞設(shè)于所述密封缸套內(nèi)，所述密封盤根套設(shè)于所述加砂活塞；所述加砂活塞內(nèi)部設(shè)有上下均開口的儲砂腔，所述儲砂腔內(nèi)存放有支撐劑，徑向孔的直徑小于支撐劑顆粒的直徑；所述應(yīng)急關(guān)斷閥設(shè)置在所述加砂裝置的末端，所述應(yīng)急關(guān)斷閥關(guān)閉后封閉所述加砂裝置的末端；所述驅(qū)動油缸驅(qū)動所述推桿推動所述加砂活塞沿著所述密封缸套做往復(fù)運動，所述沖洗支路的出液口噴出高壓二氧化碳液體將所述儲砂腔中的支撐劑沖洗到所述外罐中；所述控制器與所述進液泵、所述排出沙泵、所述攪拌裝置、所述驅(qū)動油缸、所述應(yīng)急關(guān)斷閥電性連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果包括：第一液體添加管線的沖洗支路的出液口噴出高壓二氧化碳液體將加砂裝置儲砂腔中的支撐劑沖洗到外罐中，第一液體添加管線的液體添加支路向外罐中添加二氧化碳液體，外罐中的二氧化碳液體通過徑向孔流入內(nèi)罐，內(nèi)罐中的二氧化碳液體在第二液體添加管線的沖洗下在內(nèi)罐中進行切向流動并透過徑向孔再次流入到外罐中從而沖洗外罐底部沉積的支撐劑，外罐的攪拌裝置攪拌外罐中由二氧化碳液體和支撐劑混合而成的攜砂液，外罐的攜砂液攪拌均勻后從外罐底部的排出管線排出，用于油田壓裂，罐體中的攜砂液不易產(chǎn)生堆積，混合均勻、混合效果好，不易產(chǎn)生氣泡，罐體中的攜砂液處于流動狀態(tài)，罐體底部不易結(jié)冰，可實現(xiàn)連續(xù)加砂作業(yè)，效率高；同時，控制器與進液泵、排出沙泵、攪拌裝置、驅(qū)動油缸、應(yīng)急關(guān)斷閥、緊急排空裝置、自動排壓閥、壓力檢測裝置、液位檢測裝置、報警裝置電性連接，可以對混合罐的工作狀態(tài)進行監(jiān)測，發(fā)生異常情況時，會發(fā)出報警，自動采取應(yīng)急措施，安全性高；控制器、控制器電性連接的器件形成電控系統(tǒng)，可以對本發(fā)明的帶壓混砂裝置進行精確電控操作，使用方便，節(jié)省人工。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的用于油田壓裂的帶壓混砂裝置主視圖；

圖2是圖1中加砂裝置的剖視圖；

圖3是用于油田壓裂的帶壓混砂裝置的控制圖。

附圖中：1、混合罐，2、加砂裝置，3、控制器，11、罐體，111、外罐，112、內(nèi)罐，113、徑向孔，12、第一液體添加管線，121、沖洗支路，122、液體添加支路，123、進液泵，13、第二液體添加管線，14、緊急排空裝置，15、排出管線，151、排出沙泵，16、攪拌裝置，161、驅(qū)動裝置，162、攪拌軸,163、攪拌葉片，17、排壓閥，171、自動排壓閥，172、手動排壓閥，18、測量裝置，181、壓力檢測裝置，182、液位檢測裝置，19、報警裝置，21、驅(qū)動油缸，22、推桿，23、加砂活塞，24、密封缸套，25、密封盤根，26、應(yīng)急關(guān)斷閥，231、儲砂腔。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明提供了一種用于油田壓裂的帶壓混砂裝置，包括：一混合罐1、若干加砂裝置2、一控制器3；混合罐1包括罐體11、第一液體添加管線12、第二液體添加管線13、排出管線15、攪拌裝置16、緊急排空裝置14、排壓閥17、測量裝置18、報警裝置19；加砂裝置2包括驅(qū)動油缸21、推桿22、加砂活塞23、密封缸套24、密封盤根25、應(yīng)急關(guān)斷閥26；排壓閥17包括自動排壓閥171、手動排壓閥172，測量裝置18包括壓力檢測裝置181、液位檢測裝置182。

上述技術(shù)方案中，在罐體11底部設(shè)有一隔倉板，隔倉板將罐體11分為內(nèi)罐112、外罐111，外罐111為隔倉板以上的罐體，內(nèi)罐112為隔倉板以下的罐體，隔倉板上設(shè)有若干貫通的徑向孔113；第一液體添加管線12包括沖洗支路121、液體添加支路122，第一液體添加管線12、第二液體添加管線13同時連接一進液泵123，進液泵123通過第一液體添加管線12、第二液體添加管線13從罐體11外部引入高壓二氧化碳液體到罐體11內(nèi)，沖洗支路121的出液口設(shè)置在加砂裝置2上方，每一個加砂裝置2配套有一個沖洗支路121用于沖洗加砂裝置2儲砂腔231中的支撐劑，液體添加支路122的出液口設(shè)置于外罐中，液體添加支路122用于向外罐中添加需要的二氧化碳液體，罐體中大部分二氧化碳液體來自于液體添加支路122；第二液體添加管線13的出液口設(shè)置在內(nèi)罐112底部；排出管線15連接一排出沙泵151，排出管線15設(shè)置在外罐111底部，排出沙泵151通過排出管線15排出外罐111中混合均勻的攜砂液到罐體11外部；攪拌裝置16安裝在外罐111中心，攪拌裝置16攪拌外罐111中的攜砂液；緊急排空裝置14設(shè)置在內(nèi)罐112底部，緊急排空裝置14開啟后排空罐體11內(nèi)攜砂液，自動排壓閥171、手動排壓閥172設(shè)置在罐體11上，壓力檢測裝置181設(shè)置在罐體11上并測量罐體11內(nèi)部壓力，液位檢測裝置182插入罐體11中并測量罐體11內(nèi)部液位，報警裝置19設(shè)置在罐體11上。

上述技術(shù)方案中，加砂裝置2設(shè)置在罐體11側(cè)壁，加砂裝置2的前端伸入罐體11；驅(qū)動油缸21連接推桿22，推桿22連接加砂活塞23，加砂活塞23設(shè)于密封缸套24內(nèi)，密封盤根25套設(shè)于加砂活塞23，密封盤根25用于在加砂活塞23和密封缸套24間起到密封作用；加砂活塞23內(nèi)部設(shè)有上下均開口的儲砂腔231，儲砂腔231的上開口為進砂口，儲砂腔231的下開口為出砂口，儲砂腔231的進砂口和出砂口錯開設(shè)置，儲砂腔231內(nèi)存放有支撐劑，優(yōu)選的，支撐劑為陶粒砂；應(yīng)急關(guān)斷閥26設(shè)置在加砂裝置2的末端，在混合罐1發(fā)生低溫二氧化碳泄露后，關(guān)閉應(yīng)急關(guān)斷閥26，從而封閉加砂裝置2的末端，防止進一步發(fā)生泄露。

上述技術(shù)方案中，驅(qū)動油缸21驅(qū)動推桿22推動加砂活塞23沿著密封缸套24做往復(fù)運動，當加砂活塞23向罐體11外運動，加砂活塞23儲砂腔231的進砂口脫離密封缸套24的范圍時，往儲砂腔231的進砂口中添加支撐劑，實現(xiàn)物料裝填；當加砂活塞23向罐體11內(nèi)運動，加砂活塞23的儲砂腔231脫離密封缸套24的范圍并處于沖洗支路121的出液口下方時，沖洗支路121的出液口噴出高壓二氧化碳液體將儲砂腔231中的支撐劑沖洗到外罐111中，實現(xiàn)支撐劑添加到罐體11中；當驅(qū)動油缸21不作業(yè)時，使加砂活塞23處于密封缸套24中間，儲砂腔231的進砂口和出砂口均被密封缸套24封閉；當混合罐1發(fā)生低溫二氧化碳泄露后，例如密封盤根25損壞后會產(chǎn)生二氧化碳泄露，此時，驅(qū)動油缸21往前推推桿22，加砂活塞23向罐體11內(nèi)部移動，關(guān)閉應(yīng)急關(guān)斷閥26，從而封閉加砂裝置2的末端，防止進一步發(fā)生泄露。

上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的，罐體11側(cè)壁安裝有4個加砂裝置2，通過調(diào)節(jié)各加砂裝置2的驅(qū)動油缸21的運動間隙，實現(xiàn)本發(fā)明的帶壓混砂裝置的連續(xù)加砂工況需求。

上述技術(shù)方案中，控制器3與進液泵123、排出沙泵151、攪拌裝置16、驅(qū)動油缸21、應(yīng)急關(guān)斷閥26、緊急排空裝置14、自動排壓閥171、壓力檢測裝置181、液位檢測裝置182、報警裝置19電性連接；控制器3控制進液泵123、排出沙泵151的開/關(guān)、排量、輸送速度，控制器3控制攪拌裝置16的開/關(guān)、轉(zhuǎn)速，控制器3控制驅(qū)動油缸21的開/關(guān)、運轉(zhuǎn)速度，控制器3控制應(yīng)急關(guān)斷閥26、緊急排空裝置14的開關(guān)；控制器3控制自動排壓閥171的開度，自動排壓閥171打開后可進行罐體11排壓；液位檢測裝置182測量罐體11中液位并將液位信息發(fā)送給控制器3，壓力檢測裝置181測量罐體11中壓力并將壓力測量信息發(fā)送給控制器3，當壓力測量信息、液位信息異常時，控制器3控制報警器發(fā)出報警；控制器3根據(jù)壓力測量信息、液位信息控制進液泵123、排出沙泵151、攪拌裝置16、驅(qū)動油缸21、應(yīng)急關(guān)斷閥26、緊急排空裝置14、自動排壓閥171。

上述技術(shù)方案中，自動排壓閥171包括一機械排壓閥，當自動排壓閥171承受的壓力達到一定數(shù)值時，機械排壓閥自動打開進行排壓。

上述技術(shù)方案中，攪拌裝置16包括一驅(qū)動裝置161、一攪拌軸162、若干攪拌葉片163，驅(qū)動裝置161與攪拌軸162連接并驅(qū)動攪拌軸162轉(zhuǎn)動，若干攪拌葉片163設(shè)置于攪拌軸162上；優(yōu)選的，驅(qū)動裝置161為液壓馬達或電機。攪拌裝置16不斷地將外罐111的攜砂液攪拌成均質(zhì)的混合液，減少氣體的產(chǎn)生，增加攜砂液流動性，防止罐體11底部結(jié)冰。

上述技術(shù)方案中，混合罐1的罐體11設(shè)計采用壓力容器的方式，可以滿足設(shè)備的帶壓作業(yè)，并能滿足低溫工況需求，具體地，罐體11設(shè)計正常工作壓力為3.0mpa，罐體11直徑1800mm，高度2200mm。罐體11工作壓力及尺寸可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求進行靈活調(diào)整?；旌瞎?的罐體11采用“罐中套罐”的結(jié)構(gòu)，設(shè)置外罐111、內(nèi)罐112，沖洗支路121的出液口噴出高壓二氧化碳液體將加砂裝置2儲砂腔231中的支撐劑沖洗到外罐111中，液體添加支路122向外罐中添加二氧化碳液體，外罐中的二氧化碳液體通過徑向孔流入內(nèi)罐(徑向孔的大小設(shè)置為不允許支撐劑通過)，內(nèi)罐中的二氧化碳液體在第二液體添加管線的沖洗下在內(nèi)罐中進行切向流動并透過徑向孔再次流入到外罐中從而沖洗外罐底部沉積的支撐劑，外罐的攪拌裝置攪拌外罐中由二氧化碳液體和支撐劑混合而成的攜砂液，外罐的攜砂液攪拌均勻后從外罐底部的排出管線15排出，混合罐1的結(jié)構(gòu)設(shè)計使得本發(fā)明的帶壓混砂裝置在大砂比攜砂液的情況下能完全、連續(xù)地混合二氧化碳液體、支撐劑，混合罐1直徑大、表面積大，從而不易產(chǎn)生氣泡，不堆積，不結(jié)塊，混合效果好，在小砂比和小排量時亦可以均勻地混合二氧化碳液體、支撐劑。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果包括：第一液體添加管線的沖洗支路的出液口噴出高壓二氧化碳液體將加砂裝置儲砂腔中的支撐劑沖洗到外罐中，第一液體添加管線的液體添加支路向外罐中添加二氧化碳液體，外罐中的二氧化碳液體通過徑向孔流入內(nèi)罐，內(nèi)罐中的二氧化碳液體在第二液體添加管線的沖洗下在內(nèi)罐中進行切向流動并透過徑向孔再次流入到外罐中從而沖洗外罐底部沉積的支撐劑，外罐的攪拌裝置攪拌外罐中由二氧化碳液體和支撐劑混合而成的攜砂液，外罐的攜砂液攪拌均勻后從外罐底部的排出管線排出，用于油田壓裂，罐體中的攜砂液不易產(chǎn)生堆積，混合均勻、混合效果好，不易產(chǎn)生氣泡，罐體中的攜砂液處于流動狀態(tài)，罐體底部不易結(jié)冰，可實現(xiàn)連續(xù)加砂作業(yè)，效率高；同時，控制器與進液泵、排出沙泵、攪拌裝置、驅(qū)動油缸、應(yīng)急關(guān)斷閥、緊急排空裝置、自動排壓閥、壓力檢測裝置、液位檢測裝置、報警裝置電性連接，可以對混合罐的工作狀態(tài)進行監(jiān)測，發(fā)生異常情況時，會發(fā)出報警，自動采取應(yīng)急措施，安全性高；控制器、控制器電性連接的器件形成電控系統(tǒng)，可以對本發(fā)明的帶壓混砂裝置進行精確電控操作，使用方便，節(jié)省人工；使用二氧化碳和支撐劑混合的攜砂液進行油田壓裂，壓裂效果好，幾乎無需添加劑，成本相對較低，液態(tài)二氧化碳在汽化后，無水相、無殘渣，僅有支撐劑留在地層，不會對儲層造成傷害，可實現(xiàn)快速排液投產(chǎn)。

以上所述本發(fā)明的具體實施方式，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限定。任何根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思所做出的各種其他相應(yīng)的改變與變形，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。