一种集混砂、压裂功能于一体的多功能设备

技术领域

本发明涉及一种集混砂、压裂功能于一体的设备。

背景技术

在油田设备领域，压裂成套设备占据较大的比重。通常压裂施工根据施工作业需求会配备数量不等的压裂、混砂设备。随着现场施工工艺的不断发展优化，对配套设备也提出了一些新的需求，如小排量压裂、连续油管喷砂射孔作业、小型酸化压裂、泵送桥塞、钻磨桥塞等。

目前，针对这些新的现场需求，尚没有完善的解决方案。如果按照常规思路配置设备，需要客户配套压裂设备、混砂设备、酸化压裂设备等，施工需要根据不同的需求进行设备组合。然而，常规设备参数不匹配，需要新投入设备多，现场摆放及设备连接繁琐。而这类作业相对较少，投入大量设备同样会导致设备利用率偏低。

为解决上述问题，现有技术中提出了组合式专用设备：

（1）公告号为CN208347762U的中国实用新型专利《一种压裂混砂车》公开了一种压裂混砂车，该设备较为符合需求。但其改进并不彻底，只是简单的将压裂和混砂功能模块进行串联布置，无法实现混砂、压裂单独使用，无法实现钻磨桥塞、泵送桥塞等作业需求，设备应用范围受限。同时，该设备没有配置酸化压裂所需的酸液混合缓冲装置，无法实现酸化压裂作业。

（2）公布号为CN106089159A的中国发明专利《一种集成加砂混合增压泵车》所提供的设备与上述专利中的设备相似，存在同样的问题。而且，其动力系统方案为发动机驱动分动箱，分动箱驱动增压装置，这种方案的缺点在于分动箱没有换挡调速功能，增压装置的排量调节只能靠发动机转速变化来实现，受限于发动机特性，其调节范围小，无法覆盖不同排量的作业需求，应用极其受限。

发明内容

本发明提出了一种集混砂、压裂功能于一体的多功能设备，其目的是：（1）实现混砂和压裂的联合应用及各自的独立应用；（2）满足酸液混合等液体缓冲搅拌的使用需求；（3）拓宽转速调节范围。

本发明技术方案如下：

一种集混砂、压裂功能于一体的多功能设备，包括混砂部分和压裂部分，还包括排出管汇，所述排出管汇包括用于将混砂部分的输出物料输送到外部的混砂输出管路和用于将混砂部分的输出物料输送到压裂部分的中间输出管路（28）；

所述排出管汇还包括安装在混砂输出管路上的第二阀门和安装在中间输出管路（28）上的第三阀门。

作为本设备的进一步改进：所述混砂部分包括混合罐和用于向排出管汇泵送混合罐内物料的排出泵；

所述多功能设备还包括安装第五阀门、第六阀门和外接口；

所述第五阀门安装在排出泵的第一输入口与混合罐输出口之间的连接管路上；

所述第六阀门安装在外接口与排出泵的第二输入口之间的连接管路上。

作为本设备的进一步改进：所述混砂部分还包括吸入口和用于将吸入口吸入的进液输送到混砂部分的吸入泵；

所述多功能设备还包括第九阀门，所述第九阀门安装在吸入泵的输出口与压裂部分的进液口之间的连接管路上。

作为本设备的进一步改进：还包括搅拌罐，所述搅拌罐用于进行液体的缓冲搅拌，所述搅拌罐的输出口通过管路与所述压裂部分的进液口相连通。

作为本设备的进一步改进：所述混砂部分还包括吸入口和用于将吸入口吸入的进液输送到混砂部分的吸入泵；所述吸入泵的输出口与搅拌罐的进液口通过第二管路相连接，且该管路上安装有第七阀门；

或者，所述搅拌罐的进液口连接有输入泵。

作为本设备的进一步改进：所述搅拌罐的输出口通过管路与所述压裂部分的进液口相连通是指：

所述混砂部分包括混合罐和用于向排出管汇泵送混合罐内物料的排出泵；所述搅拌罐的输出口通过第一搅拌输送管路与排出泵的输入口相连通且第一搅拌输送管路上设有第八阀门；

或者，所述搅拌罐的输出口通过第二搅拌输送管路与压裂部分的进液口直接相连通。

作为本设备的进一步改进：还包括动力系统；所述动力系统为电驱式或燃油式；

所述动力系统包括同时为压裂部分和混砂部分提供动力的动力模块；或者，所述动力系统包括为压裂部分提供动力的第一动力模块和为混砂部分提供动力的第二动力模块。

作为本设备的进一步改进：还包括变速箱，所述变速箱连接在动力系统与压裂部分之间。

作为本设备的进一步改进：所述多功能设备还包括承载装置，所述混砂部分和压裂部分安装在承载装置上，所述承载装置上的动力装置作为所述第一动力模块。

作为本设备的进一步改进：所述压裂部分包括两个以上的并联设置的压裂泵，各压裂泵所在的支路上分别设有控制阀门。

作为本设备的进一步改进：还包括第一干粉添加装置和第一液体添加剂添加装置中的至少一种；

所述第一干粉添加装置用于向混合罐中注入干粉；

所述第一液体添加剂添加装置用于向混合罐中注入液体类添加剂。

作为本设备的进一步改进：还包括第二干粉添加装置和第二液体添加剂添加装置中的至少一种；

所述第二干粉添加装置用于向搅拌罐中注入干粉；

所述第二液体添加剂添加装置用于向搅拌罐中注入液体类添加剂。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：（1）本发明通过在管路上设置不同的阀门，控制管路的通断，从而实现混砂、压裂功能的联合应用及独立应用，使设备一机多用，扩宽设备的应用能力，提高了设备的利用率；（2）为压裂部分设置单独的外接管路，压裂泵既可以通过吸入泵供液，也可以通过排出泵供液，压裂功能的实现不需要外部额外配置增压供液装置，可以直接从储罐等设施直接吸液，方便现场使用；（3）配备搅拌罐，当现场作业需要泵注酸液或其它需要在设备上缓冲搅拌的液体时，可以通过吸入泵将液体注入搅拌罐中进行缓冲及搅拌，然后通过排出泵将液体供给给压裂泵，从而将设备的应用领域进一步拓宽，满足需要缓冲搅拌液体的作业需求；（4）根据承载装置的动力情况灵活配备动力系统，当使用承载装置的发动机直接驱动压裂泵、并使用台上发动机驱动其它部件，或者使用台上发动机驱动压裂泵、使用承载装置的发动机驱动混砂部分及其它部件时，可以充分利用底盘资源，使台上发动机的功率大幅降低，进一步降低设备的成本投入；（5）采用两组以上并列设置的压裂泵时，混砂系统可以为其中一组供液，也可以同时向两组压裂泵供液，显著提高了作业效率；（6）动力系统通过变速箱驱动压裂泵工作，通过调节变速箱就可以改变增压装置的排量，便于覆盖不同排量的作业需求。

附图说明

图1为实施例一的结构示意图之一；

图2为实施例一的结构示意图之二；

图3为实施例一的管路原理图；

图4为实施例二的管路原理图；

图5为实施例三的管路原理图；

图6为实施例五的管路原理图；

图7为实施例六的结构示意图，图中未包含承载装置部分。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的技术方案：

实施例一

如图1和2，一种集混砂、压裂功能于一体的多功能设备，包括：动力系统1、变速箱2、传动轴3、压裂部分、混砂部分、承载装置10和液压系统12。

所述压裂部分包括压裂泵5。所述混砂部分包括吸入管汇4、混合罐7、排出管汇9、吸入泵13、用于向混合罐7输送外部支撑剂的输砂装置6和用于向排出管汇9泵送混合罐7内物料的排出泵8。

如图3，所述吸入管汇4包括连接吸入口14与混合罐7的第一管路29，且第一管路29上设有吸入泵13和第一阀门15。

所述排出管汇9包括用于将混砂部分的输出物料输送到排出口17的混砂输出管路27和用于将混砂部分的输出物料输送到压裂部分的中间输出管路28。

所述排出管汇9还包括安装在混砂输出管路27上的第二阀门16和安装在中间输出管路28上的第三阀门18。

还包括用于为压裂泵5供液的的压裂输入管路以及安装在压裂输入管路上的第四阀门19。

工作时，外部进液通过吸入口14进入，经吸入泵13和第一阀门15进入混合罐7，同时，外部支撑剂通过输砂装置6注入混合罐7。混合罐7中的物料再经排出泵8排出。当第三阀门18打开、第二阀门16关闭时，液体注入压裂泵5中，压裂泵5处理后的物料从排出口输出，通过高压管汇输送到下游设备。当第二阀门16打开、第三阀门18关闭时，液体通过排出口17注入外部设备中。

本实施例中，所述承载装置10为车底盘，也可以是半挂车、橇载等。所述混砂部分和压裂部分等安装在承载装置10上。

动力方面，可以使用车底盘自带的发动机为压裂泵5及混砂部分提供动力，也可以使用车底盘自带的发动机单独为压裂泵5提供动力，再单独配置台上发动机为混砂部分等提供动力，还可以使用台上发动机驱动压裂泵5、使用车底盘的发动机来驱动混砂部分及其它部件。

进一步的，还可以使用电机作为动力装置提供动力。同样的，可以统一提供动力，也可以是分开提供动力。

进一步的，当压裂泵5与混砂部分使用不同的动力装置时，两组动力装置可以分别是电驱式和燃油式的，根据实际情况灵活搭配。

本实施例中，动力装置是通过变速箱2和传动轴3连接压裂泵5的，从而实现了动力的变速控制和长距离传输。

进一步的，本设备还包括为发动机等动力装置配备的散热器，散热器的布置可以采用立式或卧式。

本设备还可以进一步集成第一干粉添加装置和第一液体添加剂添加装置。所述第一干粉添加装置可以布置在混合罐7的上方，将干粉直接添加到混合罐7内。所述第一液体添加剂添加装置布置在设备的底部，通过液添泵的入口从外部吸入液体添加剂，液添泵的出口通过管汇系统将液体添加剂输送到混合罐7中。进一步的，还包括第三液体添加剂添加装置，用于向排出管汇9注入液体类添加剂；还包括第四液体添加剂添加装置，用于向吸入管汇4注入液体类添加剂。

所述添加装置的数量不受限制，可以是一个，也可以是多个。

实施例二

如图4，本实施例与实施例一的不同之处在于：所述多功能设备还包括安装第五阀门20、第六阀门21和外接口22。

所述第五阀门20安装在排出泵8的第一输入口与混合罐7输出口之间的连接管路上；所述第六阀门21安装在外接口22与排出泵8的第二输入口之间的连接管路上。

本实施例的优势在于，其外部供液可以经过排出泵8增压，保证压裂泵5供液压力可以满足要求，无需在本设备之外另配增压供液设备，可以直接从储罐等设施直接吸液。

实施例三

如图5，本实施例与实施例一的不同之处在于：

所述多功能设备还包括第九阀门23，所述第九阀门23安装在吸入泵13的输出口与压裂部分的进液口之间的连接管路上。

本实施例的优势在于，其外部供液可以经过吸入泵13增压，保证压裂泵5供液压力可以满足要求，无需在本设备之外另配增压供液设备，可以直接从储罐等设施直接吸液。

实施例四

本实施例是将实施例二和实施例三结合起来，实现吸入泵13、排出泵8均可向压裂泵5注入液体的功能。其优势在于现场设备的摆放不受空间限制影响，无论外部供液装置在设备的哪一侧，都可以方便的连接管线，为压裂泵5供液。且当吸入泵13或排出泵8之一故障时，可以使用另外一个泵来供液，做到一用一备。

实施例五

如图6，本实施例在上述实施例的基础之上，增加搅拌罐25，所述搅拌罐25用于液体的缓冲搅拌，所述搅拌罐25的输出口通过管路与所述压裂部分的进液口相连通。

所述吸入泵13的输出口与搅拌罐25的进液口通过第二管路30相连接，且第二管路30上安装有第七阀门24；同时，所述搅拌罐25的输出口通过第一搅拌输送管路与排出泵8的输入口相连通且第一搅拌输送管路上设有第八阀门26。

当现场作业需要泵注酸液或其它需要在设备上缓冲搅拌的液体时，可以通过吸入泵13、第七阀门24将液体注入搅拌罐25中进行缓冲及搅拌，然后通过第八阀门26和排出泵8将液体供给给压裂泵5。

作为搅拌罐25的另一种输入方式，所述搅拌罐25的进液口连接有输入泵，由输入泵直接输入液体。

作为搅拌罐25的另一种输出方式，所述搅拌罐25的输出口通过排出泵8与压裂泵5的进液口直接相连通。

还可以进一步为搅拌罐25集成第二干粉添加装置和第二液体添加剂添加装置。所述第二干粉添加装置可以布置在搅拌罐25的上方，将干粉直接添加到搅拌罐25内。所述第二液体添加剂添加装置布置在设备的底部，通过液添泵的入口从外部吸入液体添加剂，液添泵的出口通过管汇系统将液体添加剂输送到搅拌罐25中。

实施例六

如图7，所述压裂部分包括两个以上的并联设置的压裂泵5，各压裂泵5所在的支路上分别设有控制阀门。

具体的，在混砂部分的排出泵8后端管汇中设计两个并联的分支管路，两个支路分别与两套压裂泵5相连，且在每个支路上设置控制阀门。在作业中根据需要对阀门进行开关控制，以实现单独向一套压裂泵5供液或两套同时供液。