一种用于固井设备的高能混合器

技术领域

本发明涉及石油钻采专用设备固井车（或固井撬）上用来的配制水泥浆的一种装置，具体说是涉及一种用于配制水泥浆的高能混合器。

背景技术

对于固井车来说，该高能混合器的作用就是将干灰与清水充分混合成一定密度的水泥浆，用来完成固井施工作业的一种装置。它是固井施工过程中配置一定密度水泥浆最关键的一种装置，直接决定油气开采固井施工作业的固井质量和性能。

目前，在我国油气田开采固井施工作业中，固井设备采用的混合器为二次回流混合器, 其作用就是使混浆液与干水泥灰充分混合成水泥浆。二次回流混合器主要由进水集水管、进灰管、导流喷嘴块、调水板、二次回流喷嘴等组成。混浆液经喷射泵泵入进水集水管，高压经导流喷嘴块喷出，干水泥灰由灰罐车气动下灰进入进灰管，与混浆液混合后进入混浆池。经搅拌器搅拌后，回流泵从泥浆池中吸取水泥浆，一部分灌注给三缸泵泵入井底，另一部分经回流管进入混合器继续参与混浆即二次回流混浆。水泥浆的密度，通过调节水量和干水泥灰量来控制。由安装在操纵台上的两只手动换向阀，通过控制液压油缸来操纵混合器上的调水板控制水量，操纵进灰管上的蝶阀控制干水泥灰量。具体描述详见已过期失效专利《二次回流混浆混合器》（申请号/专利号：ZL200620079123.X）

该装置的缺点就是调水板容易挂水泥浆，导致调水板和导流喷嘴的堵塞，而处理该缺点极易影响固井施工的作业质量和性能，为解决该问题，研发新型混合器就显得更为需要，在这一背景下，一种用于固井设备的高能混合器就应运而生了。

发明内容

为解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供了一种用于固井设备的高能混合器，具有输出泥浆密度精准、混合效率高等特点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于固井设备的高能混合器，它包括灰阀总成以及通过支架与灰阀总成连接的混合器；

所述灰阀总成包括阀体、密封设置在阀体上口的轴承座、通过多个轴承密封设置在轴承座内的阀芯、以及设置在阀体进灰口部的蝶阀；所述阀芯的阀杆轴上伸出端设置有调灰装置；在位于阀芯下部的阀体内设置有弧形挡板，在与弧形挡板位置相对应的阀体侧部设置有单向阀，在单向阀的外端设置有堵头；在位于阀体的下端出灰口处设置有外螺纹接头；

所述混合器包括上口通过内螺纹接头与灰阀总成连接的进灰弯管、与进灰弯管另一端口水平段密封连接的混合管、以及水平密封穿装在进灰弯管内的清水阀；所述清水阀的出水口以同轴的方式伸入至进灰弯管靠近混合管的水平段内；所述混合管以夹套的方式与进灰弯管的下水平段连接，所述混合管的侧部对称设置有一对回流管口，且所述回流管口的出口方向向混合管中心轴倾斜；

所述混合管的出泥口连接至泥浆搅拌槽内，所述泥浆搅拌槽的侧面底部通过设置有循环泵以及U形密度计的泥浆循环管路分别与两个回流管口连通，所述泥浆搅拌槽连接有达标泥浆输出口；所述U形密度计的信号输出端与设置有人机交互界面的控制器连接。

优选的，所述清水阀包括侧部设置有进水口的清水阀体以及同轴设置在清水阀体内的阀杆；所述阀杆的一端密封穿过与清水阀体密封滑动连接的过渡法兰与清水油缸的伸缩杆连接，阀杆的另一端设置有锥形阀芯；所述锥形阀芯与清水阀体出水口所开设的内锥孔配合，所述清水油缸与设置有手动换向阀的液压管路连接。

优选的，所述阀杆与清水油缸的伸缩杆之间通过连接套连接。

优选的，所述清水油缸与清水阀体之间通过支座架连接。

优选的，所述调灰装置包括一端固定连接在轴承座上面的安装板、缸座端通过支座设置在安装板另一端的调灰油缸、一端与阀杆轴上伸出端固定连接的摆杆以及通过销轴与摆杆另一端连接的螺纹连接套；所述螺纹连接套与调灰油缸的液压杆端连接，所述调灰油缸与设置有手动换向阀的液压管路连接。

优选的，所述阀芯与轴承座之间所形成的密封腔内设置有Y型密封圈。

优选的，所述轴承座的外侧壁上设置有用于向轴承室内加注润滑油的油杯。

优选的，所述轴承座与阀体之间通过链接卡箍相连接。

固井水泥车混浆系统工作原理：

混浆系统的工作原理如下:下灰车或灰罐的干水泥经过管线输送到高能混合器，清水泵在液压马达的驱动下，通过清水阀向高能混合器提供有一定压力的清水。清水进入高能混合器后，在高能混合器内部形成高速喷射的水流，并形成真空将干水泥通过灰阀总成吸入高能混合器，与流体混合形成一次混浆。混合后的泥浆在泥浆搅拌槽中经液压系统驱动的搅拌叶片进一步混合，由泥浆循环泵将混合后的泥浆经过加压再次输送到高能混合器，实现水泥浆的二次和多次混合。循环泥浆管线的旁路上装有U形密度计，它将水泥浆的真实密度反馈给计算机，并在计算机屏幕上显示。操作者通过手动控制调灰油缸和清水油缸的液压机构（手动换向阀）调整灰阀和清水阀的开口大小，让泥浆密度自动控制到设定密度。充分混合后达到要求的泥浆通过增压泵输送到三缸柱塞泵进行固井作业。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明混合器采用对称设置有一对回流管口对经过搅拌的水泥浆进行二次或多次混合，能使水泥浆混合的效果更好；灰阀总成侧部装有单向阀，用来防止该混合器形成的负压过高导致干水泥进入量过大造成混合效果不好，单向阀可以有效的平衡气压，保证混合效果；实施中装在阀体进灰口部装的是蝶阀、调灰装置和调水装置都是用液压缸，可以依据实际需要和客户需求，改为手动、液动、电动或电液联动；该混合器解决了传统混合器混合效果不好容易下干灰造成堵塞的现象；该混合器结构简单，降低了操作者的劳动强度，提高了混合效果。

附图说明

图1为本发明的总体结构图。

图2为图1的俯视图。

图3为本发明中泥浆回流二次混合管路图。

图4为本发明中灰阀总成的结构图。

图5为图4中A-A向视图。

图6为本发明中混合器的结构图。

图7为图6的俯视图。

图8为图6中清水阀的结构图。

图9为图8的俯视图。

图10为图4中调灰装置的结构图。

图中：1、灰阀总成；2、混合器；3、支架；4、泥浆搅拌槽；5、循环泵；6、U形密度计；1-1、阀体；1-2、轴承座；1-3、轴承；1-4、阀芯；1-5、阀杆轴；1-6、蝶阀；1-7、调灰装置；1-8、弧形挡板；1-9、单向阀；1-10、堵头；1-11、外螺纹接头；1-12、Y型密封圈；1-13、油杯；1-14、链接卡箍；2-1、清水阀；2-2、进灰弯管；2-3、内螺纹接头；2-4、混合管；2-5、回流管口；1-7-1、摆杆；1-7-2、销轴；1-7-3、螺纹连接套；1-7-4、调灰油缸；1-7-5、支座；1-7-6、安装板；2-1-1、清水油缸；2-1-2、支座架；2-1-3、连接套；2-1-4、过渡法兰；2-1-5、进水口；2-1-6、清水阀体；2-1-7、阀杆；2-1-8、锥形阀芯；。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述。

本发明实施例的用于固井设备的高能混合器，如图1-7所示，它包括灰阀总成1以及通过支架3与灰阀总成连接的混合器2；

所述灰阀总成1包括阀体1-1、密封设置在阀体1-1上口的轴承座1-2、通过两个轴承1-3密封设置在轴承座1-2内的阀芯1-4、以及设置在阀体1-1进灰口部的蝶阀1-6；所述阀芯1-4的阀杆轴1-5上伸出端设置有调灰装置1-7；在位于阀芯1-4下部的阀体1-1内设置有弧形挡板1-8，在与弧形挡板1-8位置相对应的阀体1-1侧部设置有单向阀1-9，在单向阀1-9的外端设置有堵头1-10（该单向阀1-9用于平衡灰阀总成1内的压力，弧形挡板1-8用于阻挡水泥灰进入单向阀1-9）；在位于阀体1-1的下端出灰口处设置有外螺纹接头1-11；

所述混合器2包括上口通过内螺纹接头2-3与灰阀总成1连接的进灰弯管2-2、与进灰弯管2-2另一端口水平段密封连接的混合管2-4、以及水平密封穿装在进灰弯管2-2内的清水阀2-1；所述清水阀2-1的出水口以同轴的方式伸入至进灰弯管2-2靠近混合管2-4的水平段内；所述混合管2-4以夹套的方式与进灰弯管2-2的下水平段连接，所述混合管2-4的侧部对称设置有一对回流管口2-5，且所述回流管口2-5的出口方向向混合管2-4中心轴倾斜；

所述混合管2-4的出泥口连接至泥浆搅拌槽4内，所述泥浆搅拌槽4的侧面底部通过设置有循环泵5以及U形密度计6的泥浆循环管路分别与两个回流管口2-5连通，所述泥浆搅拌槽4连接有达标泥浆输出口；所述U形密度计6的信号输出端与设置有人机交互界面的控制器连接。

本实施例中的清水阀如图8-9所示，所述清水阀2-1包括侧部设置有进水口2-1-5的清水阀体2-1-6以及同轴设置在清水阀体2-1-6内的阀杆2-1-7；所述阀杆2-1-7的一端密封穿过与清水阀体2-1-6密封滑动连接的过渡法兰2-1-4与清水油缸2-1-1的伸缩杆连接，阀杆2-1-7的另一端设置有锥形阀芯2-1-8；所述锥形阀芯2-1-8与清水阀体2-1-6出水口所开设的内锥孔配合，所述清水油缸2-1-1与设置有手动换向阀的液压管路连接。所述阀杆2-1-7与清水油缸2-1-1的伸缩杆之间通过连接套2-1-3连接。在所述清水油缸2-1-1与清水阀体2-1-6之间通过支座架2-1-2连接。

本实施例中调灰装置如图10所示，所述调灰装置1-7包括一端固定连接在轴承座1-2上面的安装板1-7-6、缸座端通过支座1-7-5设置在安装板1-7-6另一端的调灰油缸1-7-4、一端与阀杆轴1-5上伸出端固定连接的摆杆1-7-1以及通过销轴1-7-2与摆杆1-7-1另一端连接的螺纹连接套1-7-3；所述螺纹连接套1-7-3与调灰油缸1-7-4的液压杆端连接，所述调灰油缸1-7-4与设置有手动换向阀的液压管路连接。

本实施例中，所述阀芯1-4与轴承座1-2之间所形成的密封腔内设置有Y型密封圈1-12。所述轴承座1-2的外侧壁上设置有用于向轴承室内加注润滑油的油杯1-13。所述轴承座1-2与阀体1-1之间通过链接卡箍1-14相连接。

本发明的工作原理是：本发明的高能混合器通过清水阀的进水口2-1-5进入带有一定压力的清水，带压清水由于在高流速作用下形成一定的负压，在清水阀2-1与进灰弯管2-2保持一定距离形成的负压更为理想，在负压和下灰车或灰罐的干水泥通过气流输送的共同作用下，干水泥进入混合管2-4完成水灰的首次混合进入泥浆搅拌槽4，水泥浆在泥浆搅拌槽4通过搅拌并通过循环泵5输送到混合管2-4侧部对称设置的一对回流管口2-5再次进行混合形成二次混合，这样经过充分搅拌多次混合的水泥浆效果优良，能够保证油气井的固井施工作业。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。