用于油气井压裂现场的支撑剂给料装置的制作方法

本发明是关于石油天然气井压裂作业领域，特别是压裂液配制过程，尤其涉及一种用于油气井压裂现场的支撑剂给料装置。

背景技术：

近年来，国内外大力推进非常规油气资源勘探开发，特别是页岩气、致密气的规模开发，其核心技术之一是采用体积压裂技术。油气井压裂过程往往需要连续配置大量压裂液注入深部地层，其中，压裂液的配置过程需要不间断的加入压裂支撑剂(即加砂)，伴随着压裂支撑剂源源不断的运输至压裂现场进行卸载、储存、加砂作业，提高这些环节的效率有助于提高油气井压裂作业的整体效率。

现阶段，石英砂、陶粒等压裂支撑剂主要采用吨袋包装，通过半挂车运输至压裂现场，由吊车卸载、破袋后进入储罐，进一步进行加砂作业。通常，包装袋使用的一次性吨袋成本较高，或是使用能反复利用的吨袋，其包装、拆袋效率低，不能满足压裂支撑剂的加砂要求；同时，吨袋破袋过程采用吊装容易受大风、雨雪天气影响，加砂给料过程流量也无法控制，一定程度上影响了压裂作业。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种用于油气井压裂现场的支撑剂给料装置，以克服现有技术的缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于油气井压裂现场的支撑剂给料装置，无需破袋给料，对压裂支撑剂进行装卸、运输和储存更加便利，且受天气影响小，加砂作业效率高。

本发明的目的是这样实现的，一种用于油气井压裂现场的支撑剂给料装置，包括：

物料输送机构，至少具有一水平输送段以及一出砂口，在水平输送段的上表面间隔设有多个进砂口；

多个储砂箱，在每个储砂箱的顶面均开设有进砂孔，并在储砂箱的顶部转动连接有能封堵进砂孔的旋转盖板；在每个储砂箱的底部均开设有出砂孔，并在出砂孔处设有第一开关阀；各储砂箱均架设在水平输送段上方且各出砂孔与对应的进砂口上下正对设置；

以及给料缓冲仓，其顶部和底部分别开设有进料口和卸料口，出砂口与进料口相连通，在卸料口处设有第二开关阀。

在本发明的一较佳实施方式中，每个储砂箱均包括上下两端均敞开的方形箱架以及固设在方形箱架内的方形箱体，进砂孔和旋转盖板均设在方形箱体的顶面，出砂孔设在方形箱体的底面且出砂孔与方形箱架的下端端口之间留有间隙。

在本发明的一较佳实施方式中，方形箱体的底面为直径向下渐缩的第一锥面，出砂孔设在第一锥面的底端。

在本发明的一较佳实施方式中，用于油气井压裂现场的支撑剂给料装置还包括支撑架；物料输送机构固设在支撑架上，在支撑架上且对应各进砂口的位置均设有多个第一凸起；每个储砂箱的方形箱架顶部均设有多个第二凸起，其底部均开设有多个凹槽；各第一凸起能卡设在对应的凹槽中，或者其中一个储砂箱上的各第二凸起能卡设在另一个储砂箱上的各凹槽中。

在本发明的一较佳实施方式中，物料输送机构包括水平设置的第一闭式螺旋输送机以及倾斜设置的第二闭式螺旋输送机，第一闭式螺旋输送机构成水平输送段；第一闭式螺旋输送机的出料端通过转接管与第二闭式螺旋输送机的底部进料端连通，出砂口设在第二闭式螺旋输送机的顶部出料端。

在本发明的一较佳实施方式中，在第一闭式螺旋输送机的底部下表面设有称重传感器，第一闭式螺旋输送机的电机的转速与第二闭式螺旋输送机的电机的转速相同，并在第一闭式螺旋输送机的电机上设有转速传感器；用于油气井压裂现场的支撑剂给料装置还包括控制器，控制器与第一开关阀、第一闭式螺旋输送机的电机、第二闭式螺旋输送机的电机、称重传感器、转速传感器和第二开关阀均电连接。

在本发明的一较佳实施方式中，在卸料口处且位于第二开关阀的下方设有电驱星型卸料阀，电驱星型卸料阀通过变频器与控制器连接。

在本发明的一较佳实施方式中，在电驱星型卸料阀的出口端连接有卸料导管。

在本发明的一较佳实施方式中，给料缓冲仓的容积与单个储砂箱的容积相同；给料缓冲仓的底部呈直径向下渐缩的第二锥面，第二开关阀设在第二锥面的底端。

在本发明的一较佳实施方式中，在给料缓冲仓的顶部设有位置传感器，位置传感器与控制器电连接。

由上所述，本发明中的支撑剂给料装置，通过各储砂箱、物料输送机构和给料缓冲仓的配合，大大提高了加砂效率；利用各储砂箱方便对压裂支撑剂进行装卸、运输和储存，替代了传统的一次性吨袋包装，不再需要破袋给料，操作更简便，各储砂箱可以反复利用，降低了运营成本，提升了工作效率。同时利用各储砂箱向各进砂口加砂的过程基本不受大风、雨雪等天气影响，更加环保；通过物料输送机构将压裂支撑剂先输送至给料缓冲仓，再由给料缓冲仓将物料输送至压裂液配制设施，也能有效防止储砂箱给料过快而导致支撑剂堆积和溢出，运行更加稳定。此外，各储砂箱、物料输送机构和给料缓冲仓既可以一起配合使用，也可以单独使用或是用于其他工艺中，通用性更强。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1：为本发明提供的用于油气井压裂现场的支撑剂给料装置的结构示意图。

图2：为本发明提供的储砂箱的立体图。

图3：为本发明提供的储砂箱的主视图。

图4：为本发明提供的储砂箱的俯视图。

图5：为本发明提供的物料输送机构的结构示意图。

图6：为本发明提供的给料缓冲仓的结构示意图。

附图标号说明：

1、储砂箱；11、方形箱架；111、第二凸起；12、方形箱体；121、进砂孔；122、出砂孔；123、第一锥面；13、旋转盖板；14、第一开关阀；

2、物料输送机构；21、第一闭式螺旋输送机；211、进砂口；22、第二闭式螺旋输送机；221、出砂口；23、转接管；24、称重传感器；25、转速传感器；

3、给料缓冲仓；31、进料口；32、卸料口；33、第二锥面；34、第二开关阀；35、电驱星型卸料阀；36、卸料导管；37、位置传感器。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1至图6所示，本实施例提供一种用于油气井压裂现场的支撑剂给料装置，包括：

物料输送机构2，至少具有一水平输送段以及一出砂口221，在水平输送段的上表面间隔设有多个进砂口211；

多个储砂箱1，在每个储砂箱1的顶面均开设有进砂孔121，并在储砂箱1的顶部转动连接有能封堵进砂孔121的旋转盖板13；在每个储砂箱1的底部均开设有出砂孔122，并在出砂孔122处设有第一开关阀14；各储砂箱1均架设在水平输送段上方且各出砂孔122与对应的进砂口211上下正对设置；

以及给料缓冲仓3，其顶部和底部分别开设有进料口31和卸料口32，出砂口221与进料口31相连通，在卸料口32处设有第二开关阀34。

其中，旋转盖板13可以通过一转轴与储砂箱1的顶部转动连接，以便于打开和封堵进砂孔121，根据需要，旋转盖板13盖上进砂孔121后，还可以通过多个螺栓将旋转盖板13与储砂箱1顶部固定。第一开关阀14和第二开关阀34可以采用球阀、闸阀或者蝶阀等开关阀，以实现打开或关闭，具体结构为现有技术。对于进砂口211的数量与储砂箱1的数量相同并根据需要而定，例如本实施例中共设有三个进砂口211和三个储砂箱1。将压裂支撑剂储存于各储砂箱1内后，可以储存在压裂作业现场备用，通过叉车将各储砂箱1搬运至各进砂口211正上方固定后便可以将压裂支撑剂通过物料输送机构2的输送作用输送至给料缓冲仓3，再由给料缓冲仓3将压裂支撑剂输送给压裂液配制设施内，以便于压裂液的配制。

由此，本实施例中的支撑剂给料装置，通过各储砂箱1、物料输送机构2和给料缓冲仓3的配合，大大提高了加砂效率；利用各储砂箱1方便对压裂支撑剂进行装卸、运输和储存，替代了传统的一次性吨袋包装，不再需要破袋给料，操作更简便，各储砂箱1可以反复利用，降低了运营成本，提升了工作效率。同时利用各储砂箱1向各进砂口211加砂的过程基本不受大风、雨雪等天气影响，更加环保；通过物料输送机构2将压裂支撑剂先输送至给料缓冲仓3，再由给料缓冲仓3将物料输送至压裂液配制设施，也能有效防止储砂箱1给料过快而导致支撑剂堆积和溢出，运行更加稳定。此外，各储砂箱1、物料输送机构2和给料缓冲仓3既可以一起配合使用，也可以单独使用或是用于其他工艺中，通用性更强。

在具体实现方式中，为了更便于各储砂箱1的运输和储存，如图1至图4所示，每个储砂箱1均包括上下两端均敞开的方形箱架11以及固设在方形箱架11内的方形箱体12，进砂孔121和旋转盖板13均设在方形箱体12的顶面，出砂孔122设在方形箱体12的底面且出砂孔122与方形箱架11的下端端口之间留有间隙。

其中，一般方形箱体12的顶面与方形箱架11上端基本平齐。方形箱架11优选采用多个横梁和多个纵梁构成的钢结构架体，方形箱体12优选采用多个钢板焊接构成，以保证结构强度。对于储砂箱1的大小根据需要而定，例如本实施例中方形箱架11的长、宽、高分别为2000mm、2000mm和2150mm，方形箱体12的设计容积为7.5m³，设计载荷12吨。

在使用时，压裂支撑剂在生产基地的成品砂仓内通过体积或质量计量方式从进砂孔121加装至储砂箱1内，按照10吨和12吨两种规格进行加装，满足市场上15吨、28吨和35吨规格集装箱半挂车的运输要求。将各储砂箱1运输至压裂作业现场后由叉车卸载储存备用，由于出砂孔122与方形箱架11的下端端口之间留有间隙，也即方形箱架11的底部镂空，因此在运输以及现场储存时可以将各储砂箱1上下叠放在一起，更加方便、安全，例如可采用两层码放整齐、平整；之后各储砂箱1由叉车进行倒运至物料输送机构2的各进砂口211处。

如图1和图2所示，一般方形箱体12的底面为直径向下渐缩的第一锥面123，出砂孔122设在第一锥面123的底端，以使出砂更加方便。

在实际应用中，为了便于各储砂箱1在运输和储存时放置更加稳定，同时为了便于储砂箱1架设在水平输送段的上方，如图2和图3所示，用于油气井压裂现场的支撑剂给料装置还包括支撑架，物料输送机构2固设在支撑架上，在支撑架上且对应各进砂口211的位置均设有多个第一凸起。每个储砂箱1的方形箱架11顶部均设有多个第二凸起111，其底部均开设有多个凹槽。各第一凸起能卡设在对应的凹槽中，或者其中一个储砂箱1上的各第二凸起111能卡设在另一个储砂箱1上的各凹槽中。

可以理解，各储砂箱1的规格相同，每个方形箱架11顶部的第二凸起111的数量与其底部的凹槽的数量相同，本实施例中每个方形箱架11上共设有四个第二凸起111和四个凹槽，并均设在方形箱架11的四个边角处；每个进砂口211周围的第一凸起的数量与各方形箱架11底部的凹槽数量相同。这样，对各储砂箱1利用半挂车输送或者在压裂作业现场储存时，相互叠放的各储砂箱1之间通过第二凸起111与对应的凹槽配合卡设，同时利用半挂车输送时，半挂车上也设有相应的凸起，以与储砂箱1的凹槽配合，对最底层的各储砂箱1进行固定。使用该支撑剂给料装置时，将各储砂箱1放置在支撑架上，并利用各第一凸起与对应的凹槽配合卡设，便可以方便将各储砂箱1架设在对应的进砂口211上方，操作简便。

进一步地，为了更便于物料输送机构2的安装和输送，如图5所示，物料输送机构2包括水平设置的第一闭式螺旋输送机21以及倾斜设置的第二闭式螺旋输送机22，第一闭式螺旋输送机21构成水平输送段。第一闭式螺旋输送机21的出料端通过转接管23与第二闭式螺旋输送机22的底部进料端连通，出砂口221设在第二闭式螺旋输送机22的顶部出料端。

其中，水平布置的第一闭式螺旋输送机21方便各储砂箱1卸料，倾斜设置的第二闭式螺旋输送机22便于将物料输送至给料缓冲仓3内；由于给料缓冲仓3也通过一架体固定支撑在地面，其高度较高，整个物料输送机构2由两组闭式螺旋输送机构成，可以使得水平输送段架设的高度较低，不仅方便物料输送机构2的安装，还便于对储砂箱1的安装和更换等操作。对于第一闭式螺旋输送机21和第二闭式螺旋输送机22的具体结构均为现有技术，本实施例中闭式螺旋输送机选用dn400，120t/h规格，满足压裂现场压裂泵最大5m³/min要求的加砂比30％(砂/液比)情况下1.5t/min的加砂量的要求。

由于储砂箱1的出砂孔122与进砂口211的对接处的缝隙以及出砂口221与进料口31的对接处的缝隙均较小，可以忽略不计，整个储砂箱1以及给料缓冲仓3也基本为封闭结构，因此，物料输送机构2采用闭式螺旋输送机，使得整个支撑剂给料装置基本形成全密封设计，避免了加砂过程中灰尘较大，满足各类天气情况下加砂(即支撑剂给料)作业，更加经济环保。

进一步优选地，如图1所示，在第一闭式螺旋输送机21的底部下表面设有称重传感器24，第一闭式螺旋输送机21的电机的转速与第二闭式螺旋输送机22的电机的转速相同，并在第一闭式螺旋输送机21的电机上设有转速传感器25。用于油气井压裂现场的支撑剂给料装置还包括控制器，控制器与第一开关阀14、第一闭式螺旋输送机21的电机、第二闭式螺旋输送机22的电机、称重传感器24、转速传感器25和第二开关阀34均电连接。

两个闭式螺旋输送机的电机转速相同，可以使得进入第一闭式螺旋输送机21中给料量与第二闭式螺旋输送机22的出料量相同，不会造成闭式螺旋输送机内物料堆积等现象。第一闭式螺旋输送机21构成计量螺旋输送机，通过称重传感器24可以检测出第一闭式螺旋输送机21内物料的实时重量，通过转速传感器25可以检测出第一闭式螺旋输送机21中电机的实时转速，利用该重量和转速可以计算出支撑剂的实时流量，以便于工作人员方便了解支撑剂的流量大小。

上述的控制器可以控制各开关阀的开闭、各电机的动作，还可以接受各传感器检测的信号，并根据检测的重量信号和转速信号计算出实时流量，具体控制过程以及称重传感器24和转速传感器25的具体结构均为现有技术。另外，当其中一个储砂箱1发生堵塞等问题时，控制器还可以控制该储砂箱1的第一开关阀14关闭，并控制另一储砂箱1打开继续工作，操作更加灵活。

更优选地，为了更方便控制卸料口32处物料的流量大小，如图1和图6所示，在卸料口32处且位于第二开关阀34的下方设有电驱星型卸料阀35，电驱星型卸料阀35通过变频器与控制器连接。

通过电驱星型卸料阀35可以使得卸料口32处的物料按照一定流量输出，通过变频器的设置可以方便控制器调节电驱星型卸料阀35中的电机转速，来调节其出口流量，达到定量控制支撑剂给料量大小的目的，以满足不同工艺的加砂流量需求。对于电驱星型卸料阀35和变频器的结构均为现有技术，在此不再赘述。由于电驱星型卸料阀35的出口端开口较大，为了避免输出的物料受大风等天气影响，如图1所示，一般在电驱星型卸料阀35的出口端连接有卸料导管36，以对物料输送起到导向作用。

进一步地，本实施例中优选给料缓冲仓3的容积与单个储砂箱1的容积相同。这样，在工作时，各储砂箱1逐个打开，在其中一个储砂箱1的支撑剂卸料完成后，且给料缓冲仓3内的料位较低时，再打开另一个储砂箱1继续卸料，以避免因储砂箱1卸砂过程流量无法控制导螺旋输送机堵塞和支撑剂溢出。由于压裂作业现场存储各储砂箱1的地方距离该支撑剂给料装置使用地较远，该装置上其中一个储砂箱1卸料完成后将其他储砂箱1搬运后进行装卸过程耗时较长，因此，本实施例中在水平输送段上设置三个储砂箱1，更能有效保证工作效率。

为了更便于出砂，如图6所示，给料缓冲仓3的底部呈直径向下渐缩的第二锥面33，第二开关阀34设在第二锥面33的底端。本实施例中给料缓冲仓3采用钢制斗仓，直径和高分别为2200mm和2000mm，具体尺寸根据需要而定，本实施例仅为距离说明。

更优选地，如图1所示，在给料缓冲仓3的顶部设有位置传感器37，位置传感器37与控制器电连接。该位置传感器37也即料位传感器，具体结构为现有技术，其探头伸入给料缓冲仓3内，用于实时检测给料缓冲仓3内物料的料位，当料位达到给料缓冲仓3内顶部时，可以配备相应的警报器响起，使用更加安全。

综上，本实施例中的支撑剂给料装置，由储砂箱1、便于计量传输的物料输送机构2以及便于定量给料的给料缓冲仓3组成，石英砂、陶粒等支撑剂储存于固定容积的储砂箱1内，各储砂箱1存储于压裂作业现场备用，由叉车搬运至物料输送机构2，经计量螺旋输送机称重计量后进入给料缓冲仓3，再由给料缓冲仓3下部的电驱星型卸料阀35定量给料至压裂液配制设施，即完成该作业流程。有效解决了压裂支撑剂的现场储存、支撑剂传输、计量和加砂给料过程的流量控制问题，具有便于压裂支撑剂运输、储存、计量和定量给料的功能。至少具有如下优点：

(1)该装置完全不同于现有压裂支撑剂的包装、运输、卸载及支撑剂给料加砂作业环节技术路线，不同于以往压裂支撑剂采用吨袋包装、破袋给料方式，重新设计了压裂支撑剂包装方式、免破袋卸载、支撑剂的计量及给料工艺；通过采用固定体积的储砂箱1进行包装、运输，采用能快速安装和拆卸的物料输送机构2进行计量和卸砂，采用给料缓冲仓3进行流量调节，从整体上解决了现有压裂支撑剂包装、运输、加砂运行成本高，效率低的操作运行方式；大幅度提高了压裂支撑剂在包装、运输、储存及给料环节的效率，降低了运行成本。

(2)储砂箱1为钢结构和钢板焊接而成，与传统吨袋相比，其运行成本低，不重复浪费，提高了行业技术水平。

(3)实现计量传输的物料输送机构2和实现定量加砂的给料缓冲仓3结构和工艺简单、可靠、成本低，无需大型吊装设备作业，仅需两人即可完成所有操作运行，大大增加了该作业效率；支撑剂由物料输送机构2传输至给料缓冲仓3，防止因储砂箱1给料过快导致支撑剂堆积和溢出，造成各螺旋输送机堵塞和扬尘损失。

(4)整个装置采用模块化、全密封设计，便于运输、安装和检修，满足各类天气情况下加砂作业，经济环保，具有占地空间小、连续运转效率高，连续称重计量等优点；而且储砂箱1、物料输送机构2和给料缓冲仓3还可以分别单独使用或用于其他物料包装、运输、卸载及计量传输和定量给料作业中，同样能大幅度提高各个环节的作业效率，经济性好、降低运行成本，适用范围更广。

(5)整个装置结合压裂作业现场加砂工艺，简化了压裂支撑剂运输、储存及给料操作，实现了支撑剂给料过程的连续性、可计量、定量给料功能，同时采用模块与橇装设计，适应压裂作业设备快速安装与拆卸要求，大大提高了支撑剂运输、给料的效率。

以上仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。