专利名称：颗粒或干粉状固体连续加料装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及石油行业中气体钻井技术领域，特别涉及一种颗粒或干粉状固体连续地输送到井眼中，实现加料量精确控制。
背景技术：
在石油行业钻井行业中，有一种气体钻井技术应用于欠平衡钻井。气体钻井具有能够保护和发现储层、提高油气产量和采收率、提高钻井速度、减少或避免低压破碎地层井漏问题等优势，在国内外应用得越来越广泛。气体钻井也有诸多局限性，其中，井壁稳定问题和地层出水问题是限制气体钻井优势发挥的瓶颈问题。气体钻井方式适用于地层岩石坚硬、井壁稳定性强、较少地层流体侵入等情况下的钻进作业。如果气体钻进过程中钻遇水层，细小的钻屑遇水后就会粘结成块。 当钻屑和水的比例达到一定值，钻屑就会粘附在钻具与井壁上形成泥饼环，堵塞环空通道， 钻屑无法正常返出地面，造成粘附卡钻和掩埋钻具等复杂情况或事故。应对地层出水问题一般采取以下措施①采用化学干粉处理较小量地层出水；②增大注气量，雾化地层水并将其带出地而；③转换成雾化钻井或泡沫钻井；④找准出水地层，针对性地打水泥塞堵水。目前，没有发现报道针对气体钻井过程中化学颗粒或干粉处理的配套装置，更没有能够实现连续地输送化学颗粒或干粉到井眼，并能实现加料量精确控制的装置。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种颗粒或干粉状固体连续加料装置，在气体钻井过程中钻遇较少地层流体侵入过程中，能通过螺旋输送机将人工喂料箱中的颗粒或干粉状固体连续地送入料箱中，并经过旋转物料阀的精确计量下入到喷射器的引射口。同时，进气管路中的压缩气体经喷射器的喷嘴在接受室形成的负压将引射口的颗粒或干粉状固体引射至喷射器的混合室，并与主进气管路中的压缩气体在混合器中相混合，混合后的固气混合物被输送到井眼中，最终解决气体钻井中出现的地层出水问题。本实用新型采用的技术方案是颗粒或干粉状固体连续加料装置，主要由人工喂料箱、手动球阀、三个气动球阀、螺旋输送机、料箱、旋转物料阀、气动蝶阀、三个音叉料位计、喷射器、一个混合器、压力传感器、消声器和控制系统组成，其特征在于在漏斗形料箱的底部出料口固定有旋转物料阀，旋转物料阀的下部固定有一个气动蝶阀，气动蝶阀的下部连接管线，管线的下端连接在喷射器的物料进口 ；喷射器的进气口连接有进气管线，在进气管线上串连有第三气动球阀和手动球阀；在喷射器的出口连接有混料管线，混料管线的另一端连接第一气动球阀，第一气动球阀的另一端通过管线连接混合器进口，混合器的出口连接有出料管，在出料管上连接有压力传感器；在料箱的上料口到地面之间有一个螺旋输送机；在螺旋输送机的进料口上部有人工喂料箱。在喷射器与第一气动球阀之间的管线上，通过三通连接有第二气动球阀，在第二气动球阀的另一端连接有消声器。[0008]在料箱的壁上固定有第一音叉料位计和第二音叉料位计，第一音叉料位计与第二音叉料位计的高度不同，能检测料箱内的不同料位高度。在人工喂料箱壁上固定有第三音叉料位计。第一气动球阀、第二气动球阀和第三气动球阀的控制器与计算机控制系统相连； 螺旋输送机的电机控制器与计算机控制系统相连；旋转物料阀的电机变频器与计算机控制系统相连；第一音叉料位计、第二音叉料位计和第三音叉料位计与计算机控制系统相连； 压力传感器与计算机控制系统导线连接。结合功能解释颗粒或干粉状固体连续加料装置的结构。主要由螺旋上料机构、可调输出量的加料机构、管汇系统及控制系统组成。螺旋上料机构包括一个人工喂料箱、一个螺旋输送机及一个第三音叉料位计。人工喂料箱由现场操作人员进行人工装料，螺旋输送机的电机驱动螺旋式上料机构将颗粒或干粉状固体从低处输送到高处的料箱中，实现物料的的输送功能。同时，在人工喂料箱的低端安装有一个第三音叉料位计。当人工喂料箱缺料时，控制系统进行声光报警。可调输出量的加料机构包括一个料箱、一个旋转物料阀、一个气动蝶阀、两个音叉料位计及一个喷射器。料箱中的物料经过旋转物料阀的精确计量下入到喷射器的引射口， 喷射器的喷嘴在接受室形成的负压将引射口的颗粒或干粉状固体引射至喷射器的混合室， 颗粒或干粉状固体与进气管路中的压缩气体经过充分混合后，进入喷射器的扩压段，输出压力稳定的固气混合物。由于喷射器在引射口形成负压，使得料箱的设计可以采用常压储料方式替代压力容器式的储料方式，降低成本并提高了现场操作的安全性。管汇系统包括一组进气管路、一组主进气管路、一个手动球阀、三个气动球阀、一个消声器及一个混合器。进气管路中的压缩气体主要是保证颗粒或干粉状固体通过喷射器后出口压力和流量稳定，主进气管路中的压缩气体保证维持气体钻井正常钻进时所需的压力和流量。进气管路中的压缩气体压力略小于主进气管路中的压缩气体压力，而进气管路中的压缩气体流量远小于主进气管路中的压缩气体流量。进气管路和主进气管路的压缩气体最终在混合器中进行混合，混合后的固气混合物被输送到井眼中。三个气动球阀开启情况由现场工况决定，消声器起到降低压缩气体放空时产生的噪音，手动球阀接通或截止进气管路中的压缩气体。控制系统包括一套可编程逻辑控制器(PLC)、一套控制电路、一个变频器、一个压力压力传感器、一个数显表及三个音叉料位计。控制系统整体采用正压防爆设计，数显表可以实时显示加料量的大小。简述颗粒或干粉状固体连续加料装置的使用。实现连续加料控制的关键是保证颗粒或干粉状固体通过喷射器后计量的准确和出口压力流量的稳定。现场操作人员把颗粒或干粉状固体装入人工喂料箱，螺旋输送机将物料从低处输送到高处的料箱中。当料位高于料箱上端的第一音叉料位计时，螺旋上料机构停止上料；而当料位低于料箱下端的第二音叉料位计时，螺旋上料机构实现连续自动上料。通过控制旋转物料阀变频电机的转速，可以精确地计量下入到喷射器引射口处的物料量大小。进气管路中的压缩气体在喷射器的喷嘴处形成的负压将引射口的物料引射至喷射器的混合室，颗粒或干粉状固体与进气管路中的压缩气体经过充分混合后，进入喷射器的扩压段，输出压力稳定的固气混合物。而后，与主进气管路中的压缩气体在混合器中再次进行混合，混合后的固气混合物被输送到井眼中。控制系统根据设定的加料量来控制旋转物料阀变频电机的转速，并在控制面板上实时显示加料量的大小。同时，可以根据井口出水情况，控制旋转物料阀变频电机的转速， 实时调整加料的速度。当钻进过程中发生遇阻情况时，压力传感器检测到压力超高信号反馈到控制系统。控制系统发出指令，旋转物料阀停止下料，关闭气动蝶阀、第一气动球阀及第三气动球阀，开启第二气动球阀，此时进气管路中的压缩气体经喷射器、第二气动球阀及消音器直接排入到大气，保证了进气管路中气体的畅通，使得喷射器在引射口始终处于负压状态，避免了常压状态下的料箱受到冲击。经延迟5秒钟后，第二气动球阀关闭，手动球阀也关闭。这样气体钻井正常钻进时所需的压力和流量完全由主进气管路中的压缩气体提供，此时相应地提高主进气管路的压力和流量就可以解决钻进过程中的遇阻问题。本实用新型的有益效果本实用新型颗粒或干粉状固体连续加料装置，采用了螺旋上料机构和可调输出量的加料机构相结合的控制方式，能将物料连续地送入到井眼中， 实现了加料量的精确控制，并具有应急解决方案。同时，减少了作业的时间，降低了现场操作人员的劳动强度，简化操作人员的操作步骤，避免了加料量计量的不准确性，解决了目前气体钻井过程中不能连续、准确地控制加料量大小的问题，达到了延长气体钻井井段的目的。
图1是本实用新型颗粒或干粉状固体连续加料装置的结构示意图。图中，1.混合器；2.压力传感器；3.第一气动球阀；4.第二气动球阀；5.消声器； 6.第一音叉料位计；7.第二音叉料位计；8.料箱；9.喷射器；10.气动蝶阀；11.旋转物料阀；12.螺旋输送机；13.第三气动球阀；14.手动球阀；15.人工喂料箱；16.第三音叉料位计。
具体实施方式
实施例1 以一个颗粒或干粉状固体连续加料装置为例，对本实用新型作进一步详细说明。参阅图1。本实用新型颗粒或干粉状固体连续加料装置，主要由人工喂料箱15、手动球阀14、三个气动球阀、螺旋输送机12、料箱8、旋转物料阀11、气动蝶阀10、三个音叉料位计、喷射器9、一个混合器1、压力传感器2、消声器5和控制系统组成。三个气动球阀的型号是Q641-Pm6。三个音叉料位计的型号是FTM 50。在漏斗形料箱8的壁上固定有第一音叉料位计6和第二音叉料位计7，第一音叉料位计6与第二音叉料位计7的高度不同。在漏斗形料箱8的底部出料口固定有旋转物料阀11，旋转物料阀11的型号是HRA100APQ0DE。旋转物料阀11的下部固定有一个气动蝶阀 10，气动蝶阀10的型号是几D671X/F。气动蝶阀10的下部连接管线，管线的下端连接在喷射器9的物料进口 ；喷射器9的进气口连接有进气管线，在进气管线上串连有第三气动球阀 13和手动球阀14，手动球阀14的型号是Q41F-160P(R)。在喷射器9的出口连接有混料管线，混料管线的另一端连接第一气动球阀3，第一气动球阀3的另一端通过管线连接混合器1进口，混合器1的出口连接有出料管，在出料管上连接有压力传感器2，压力传感器2的型号是PTX7517。在料箱8的上料口到地面之间有一个螺旋输送机12 ；在螺旋输送机12的进料口上部有人工喂料箱15。在人工喂料箱15壁上固定有第三音叉料位计16。在喷射器9与第一气动球阀3之间的管线上，通过三通连接有第二气动球阀4，在第二气动球阀4的另一端连接有消声器5，消声器5的型号是XSQ-KQ。第一气动球阀3、第二气动球阀4和第三气动球阀13的控制器与计算机控制系统相连；螺旋输送机12的电机控制器与计算机控制系统相连；旋转物料阀11的电机变频器与计算机控制系统相连；第一音叉料位计6、第二音叉料位计7和第三音叉料位计16与计算机控制系统相连；压力传感器2与计算机控制系统导线连接。
权利要求1.一种颗粒或干粉状固体连续加料装置，主要由人工喂料箱(15)、手动球阀(14)、三个气动球阀、螺旋输送机(12)、料箱(8)、旋转物料阀(11)、气动蝶阀(10)、三个音叉料位计、喷射器(9)、混合器(1)、压力传感器( 、消声器( 和一个控制系统组成，其特征在于 在漏斗形料箱(8)的底部出料口固定有旋转物料阀(11)，旋转物料阀(11)的下部固定有一个气动蝶阀(10)，气动蝶阀(10)的下部连接管线，管线的下端连接在喷射器(9)的物料进口 ；喷射器(9)的进气口连接有进气管线，在进气管线上串连有第三气动球阀(1 和手动球阀(14)；在喷射器(9)的出口连接有混料管线，混料管线的另一端连接第一气动球阀(3)，第一气动球阀(3)的另一端通过管线连接混合器(1)进口，混合器(1)的出口连接有出料管，在出料管上连接有压力传感器O)；在料箱(8)的上料口到地面之间有一个螺旋输送机(1 ；在螺旋输送机(1 的进料口上部有人工喂料箱(15)。
2.根据权利要求1所述的颗粒或干粉状固体连续加料装置，其特征是在喷射器(9) 与第一气动球阀( 之间的管线上，通过三通连接有第二气动球阀G)，在第二气动球阀(4)的另一端连接有消声器(5)。
3.根据权利要求1所述的颗粒或干粉状固体连续加料装置，其特征是在料箱(8)的壁上固定有第一音叉料位计(6)和第二音叉料位计(7)；在人工喂料箱(1 壁上固定有第三音叉料位计(16)。
4.根据权利要求1所述的颗粒或干粉状固体连续加料装置，其特征是第一气动球阀 (3)、第二气动球阀(4)和第三气动球阀(1 的控制器与计算机控制系统相连；螺旋输送机 (12)的电机控制器与计算机控制系统相连；旋转物料阀(11)的电机变频器与计算机控制系统相连；第一音叉料位计(6)、第二音叉料位计(7)和第三音叉料位计(16)与计算机控制系统相连；压力传感器(2)与计算机控制系统导线连接。
专利摘要颗粒或干粉状固体连续加料装置，应用于石油气体钻井的颗粒或干粉状固体连续加料。在漏斗形料箱的底部出料口固定有旋转物料阀和气动蝶阀，气动蝶阀的下部与喷射器的物料进口连接；喷射器的进气口连接第三气动球阀和手动球阀。在喷射器的出口连接有第一气动球阀和混合器，混合器的出料管上连接有压力传感器；在料箱的上料口到地面之间有一个螺旋输送机；在螺旋输送机的进料口上部有人工喂料箱。效果是能实现颗粒状固体连续地下入井眼内，解决井下复杂地层的出水等问题，从而避免或抑制地层出水引起的井壁失稳等复杂情况，延长气体钻井井段。
文档编号E21B37/06GK202165054SQ20112019536
公开日2012年3月14日 申请日期2011年6月10日 优先权日2011年6月10日
发明者冯杰, 张晔, 彭嵩, 王爱国, 肖建秋, 胡志坚, 邵强 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油集团钻井工程技术研究院