水帶干灰砂人工井壁防砂自動配砂系統(tǒng)及工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種水帶干灰砂人工井壁防砂自動配砂系統(tǒng)及工藝，包括灰罐車、固井水泥車、砂罐、儀表車、混砂車；混砂車上設(shè)置的混砂容器底部設(shè)置轉(zhuǎn)動攪拌機構(gòu)，混砂容器上部安裝有螺旋輸砂系統(tǒng)。所述螺旋輸砂器絞龍機構(gòu)伸入砂斗，并在旋轉(zhuǎn)攪拌的過程中將由砂罐倒入砂斗里的石英砂由下至上攜帶入混砂容器內(nèi)，且絞龍攜帶的石英砂體積量可自動控制并計量；混砂容器還與固井水泥車的水泥漿輸出端口連通，當(dāng)砂漿密度和液體流速發(fā)生變化時，混砂車可以根據(jù)事先編制好的程序模型自動調(diào)整砂液密度。全過程機械自動化配置，配比攪拌均勻，無需人工運輸、攪拌，極大減輕操作勞動強度，避免粉塵外揚污染環(huán)境。
【專利說明】水帶干灰砂人工井壁防砂自動配砂系統(tǒng)及工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于石油鉆井機械領(lǐng)域，具體涉及一種在水帶干灰砂人工井壁防砂作業(yè)時會用到的自動配砂系統(tǒng)及工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]水帶干灰砂人工井壁防砂是國內(nèi)使用較為廣泛的一種防砂工藝，這種防砂工藝以水泥為膠結(jié)劑，以石英砂為支撐，按比例在地面拌合均勻，用水?dāng)y至井下，擠入套管外，堆積于出砂層位，凝固后形成具有一定強度和滲透性的人工井壁，可以阻擋地層砂流進井筒并具備一定的堵水作用。適用于處于后期的低壓油水井、已出砂的油水井、多油層、高含水油井及防砂井段在50m以內(nèi)的油水井的防砂。室內(nèi)試驗表明注入地層的水泥干灰和石英砂重量比在1:2時，防砂效果最好。此工藝存在以下不足:
[0003]1、人工混合干灰砂、人工加入干灰砂均占用的人力多，需25人左右提前一天拌灰備用，勞動強度大，粉塵污染嚴重，尤其夏天汗水較多，干灰砂接觸到人皮膚會造成皮膚燒傷，不慎吹到眼睛里還會灼傷眼角膜(曾經(jīng)出現(xiàn)過干灰砂灼傷眼睛事故)，這種最原始粗獷的施工方式極不利于員工身心健康。
[0004]2、拌砂時采取簡單的2袋石英砂+1袋干水泥灰地面混合，沒有衡量標準，不能保證石英砂和干水泥的比例是嚴格的2:1，室內(nèi)試驗表明，灰砂比的比值對人工井壁的膠結(jié)強度、地層滲透率都有較大影響，從而影響防砂效果。如果水泥量偏低，膠結(jié)后在井下形成的人工井壁不牢固，不能有效地阻擋地層砂，水泥量偏高，會降低人工井壁的滲透性，從而影響防砂效果。常有水防施工完成后沒有防住砂或者防砂成功但地層注不進水的現(xiàn)象發(fā)生，與干灰砂的比例不均勻有很大關(guān)系。
[0005]3、加入干灰砂時，沒有計量砂比的裝置，只能簡單的根據(jù)施工壓力的高低決定加砂快慢，模糊砂比，影響防砂效果。
[0006]4、施工中如果遇到管堵或者地層壓力過高，受限于400型水泥車泵壓、排量極限值，加砂不能達到設(shè)計量，極易導(dǎo)致施工失敗。
[0007]5、干灰砂若有大量剩余，會造成極大浪費，污染井場，也給后期處置帶來困擾。
[0008]6、水泥、石英砂包裝袋的殘屑混入攪拌罐里后，會造成管匯、柱塞泵體、井下管柱堵塞，造成施工中途失敗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供一種水帶干灰砂人工井壁防砂自動配砂系統(tǒng)及工藝，配砂比例更均勻、準確，并改善落后的施工工藝，可以大幅降低工人勞動強度，減少環(huán)境污染，提高施工質(zhì)量。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0011]一種水帶干灰砂人工井壁防砂自動配砂系統(tǒng)，其特征在于:包括一個儀表車，一個用于裝卸水泥的灰罐車、一個用于將水泥配成水泥漿的固井水泥車、一個用于裝載石英砂的砂罐車、一個用于將水泥漿和石英砂混合攪拌形成水帶干灰砂水泥漿的混砂車，混砂車后設(shè)置加壓泵車，所述加壓泵將水帶干灰砂水泥漿直接泵入井下地層；混砂車上設(shè)置的混砂容器底部設(shè)置轉(zhuǎn)動攪拌機構(gòu)，混砂容器頂部與砂罐車之間傾斜設(shè)置筒狀螺旋輸砂器；螺螺旋輸砂器內(nèi)絞龍軸上安裝有由鋼板卷制成的葉片，且螺旋輸砂器頂端設(shè)置砂量計數(shù)器；螺旋輸砂器底端伸入砂罐車之間；螺旋輸砂器在旋轉(zhuǎn)攪拌的過程中將石英砂由下至上攜帶入混砂容器內(nèi)，絞龍軸每圈轉(zhuǎn)動所攜帶的石英砂體積量一致且能夠由砂量計數(shù)器自動控制并計量；螺旋輸砂器與自動混砂控制系統(tǒng)連接，自動混砂控制系統(tǒng)裝在儀表車上；混砂容器還與固井水泥車的水泥漿輸出端口連通；固井水泥車上設(shè)置水泥漿密度檢測裝置；砂量計數(shù)器與水泥漿密度檢測裝置均與自動混砂控制系統(tǒng)中央控制器相連。
[0012]按上述技術(shù)方案，所述砂量計數(shù)器為計量齒輪。
[0013]按上述技術(shù)方案，所述轉(zhuǎn)動攪拌機構(gòu)為立式攪拌葉輪。
[0014]按上述技術(shù)方案，所述系統(tǒng)還設(shè)置供水車，供水車與固井水泥車相連通。
[0015]按上述技術(shù)方案，所述灰罐車中設(shè)置儲灰罐，儲灰罐底部兩側(cè)均設(shè)置氣化室，供氣系統(tǒng)通過氣動閥與氣化室連通；儲灰罐通過下灰閥與氣化室連通；灰罐車上還設(shè)置氣控系統(tǒng)和管匯總成。
[0016]當(dāng)砂漿密度和液體流速發(fā)生變化時，混砂車可以根據(jù)事先編制好的程序模型自動調(diào)整砂液密度。全過程機械自動化配置，配比攪拌均勻，無需人工運輸、攪拌，極大減輕操作勞動強度，避免粉塵外揚污染環(huán)境。
[0017]一種采用上述配砂系統(tǒng)的自動配砂工藝，其特征在于:
[0018]首先進行水泥漿配制，從灰罐車中將水泥與水分別注入固井水泥車攪拌配制成低密度水泥漿，并實時檢測水泥漿密度反饋到中央控制器；
[0019]將水泥漿注入混砂車混砂容器中，并同時通過螺旋輸砂器4將石英砂旋轉(zhuǎn)攪拌帶入混砂容器內(nèi)，此過程中計數(shù)器記下螺旋輸砂器中絞龍軸轉(zhuǎn)動的圈數(shù)，反饋到中央控制器并根據(jù)設(shè)定程序計算出石英砂含量或砂比；
[0020]中央控制器根據(jù)反饋的水泥漿密度和砂比，確定配砂比是否達到設(shè)定值，如果達到則可以穩(wěn)定輸出作業(yè)；如果沒有達到設(shè)定值根據(jù)反饋結(jié)果繼續(xù)調(diào)整需要的配料；
[0021]配砂完成并攪拌均勻后，由混砂車經(jīng)排出泵和加壓泵出直接將配砂漿泵入井內(nèi)地層。
[0022]按上述技術(shù)方案，配砂比設(shè)定為水泥干灰和石英砂重量比在1:2。
[0023]相對于現(xiàn)有技術(shù)，
[0024]本發(fā)明的系統(tǒng)和工藝優(yōu)勢體現(xiàn)在:
[0025]全過程機械自動化配置，無需人工運輸、攪拌，極大減輕操作勞動強度。
[0026]灰砂比機械配置，電子監(jiān)控，比例更均勻、準確，施工質(zhì)量有保障。
[0027]無粉塵污染、無干灰浪費，施工環(huán)保、節(jié)能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]以下結(jié)合附圖和各實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0029]圖1為本發(fā)明的水帶干灰砂人工井壁防砂自動配砂系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖2為本發(fā)明水帶干灰砂人工井壁防砂自動配砂系統(tǒng)將水泥配成水泥漿的流程圖。
[0031]圖3為本發(fā)明的水帶干灰砂人工井壁防砂自動配砂系統(tǒng)的灰罐車出灰流程示意圖。
[0032]圖4為本發(fā)明的水帶干灰砂人工井壁防砂自動配砂系統(tǒng)的砂與水泥漿混合過程示意圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0034]根據(jù)本發(fā)明實施的水帶干灰砂人工井壁防砂自動配砂系統(tǒng)如圖1-4所示，包括一個儀表車、至少一個用于裝卸水泥的灰罐車6、一個用于將水泥配成水泥漿的固井水泥車、一個用于裝載石英砂的砂罐車1、一個用于將水泥漿和石英砂混合攪拌形成水帶干灰砂水泥漿的混砂車，混砂車后設(shè)置加壓泵車，所述加壓泵將水帶干灰砂水泥漿直接泵入井下地層；混砂車上設(shè)置的混砂容器2底部設(shè)置立式攪拌葉輪3，混砂容器2頂部與砂罐車I之間傾斜設(shè)置筒狀螺旋輸砂器4 ;螺旋輸砂器4內(nèi)絞龍軸上安裝有由鋼板卷制成的葉片，且螺旋輸砂器4頂端設(shè)置砂量計數(shù)器，螺旋輸砂器4底端伸入砂罐車I之間；螺旋輸砂器4在旋轉(zhuǎn)攪拌的過程中將石英砂由下至上攜帶入混砂容器2內(nèi)，且絞龍攜帶的石英砂體積量可自動控制并計量；螺旋輸砂器4與自動混砂控制系統(tǒng)連接，自動混砂控制系統(tǒng)裝在儀表車上；混砂容器2還與固井水泥車的水泥漿輸出端口連通；固井水泥車上設(shè)置水泥漿密度檢測裝置；砂量計數(shù)器與水泥漿密度檢測裝置均與自動混砂控制系統(tǒng)中央控制器相連。當(dāng)砂漿密度和液體流速發(fā)生變化時，混砂車可以根據(jù)事先編制好的程序模型自動調(diào)整砂液密度。
[0035]混砂車上設(shè)置的混砂容器2采用罐中套罐的結(jié)構(gòu)，保證砂漿完全連續(xù)混合，防止不均勻混合砂漿。且內(nèi)腔的表面積較大，能完全浸透石英砂避免產(chǎn)生氣泡。立式攪拌葉輪3安裝在混合罐的中心，能完全不斷地將砂漿攪拌成勻質(zhì)的混合液，在內(nèi)腔底部排出口到排出砂泵間最大限度地減少產(chǎn)生氣體，立式攪拌葉輪3轉(zhuǎn)速由裝在儀表臺上的電位計控制，速度可調(diào)?；旌暇鶆虻乃畮Ц苫疑皾{液經(jīng)排出泵吸入，途經(jīng)流量計后完成由加壓泵出排出，流量計前面還裝有一個放射性密度計，可以測量攜砂液密度。
[0036]按上述技術(shù)方案，所述砂量計數(shù)器為計量齒輪5，通過傳感器和電纜將輸砂信號傳到中央控制器，瞬間砂量和累計砂量數(shù)據(jù)直接顯示。
[0037]如圖2所示，灰罐車6裝載水泥干灰，依次動作下灰閥和氣動閥，讓水泥干灰到達古井水泥車的攪拌槽中，同時供水車依次通過清水計量罐和噴射泵將清水加壓輸送到固井水泥車中與水泥干灰進行攪拌，攪拌完成后形成低密度水泥漿作為攜砂液；進行密度檢測計量并反饋結(jié)果至自動混砂控制系統(tǒng)中央控制器，待密度合格后停止攪拌，由柱塞泵加壓泵泵出水泥漿至混砂車的混砂容器2內(nèi)。
[0038]如圖3所示，灰罐車6中設(shè)置儲灰罐7用于裝載水泥干灰，儲灰罐7底部兩側(cè)均設(shè)置氣化室7.1，供氣系統(tǒng)通過氣動閥與氣化室7.1連通；儲灰罐7通過下灰閥與氣化室7.1連通；灰罐車6上還設(shè)置氣控系統(tǒng)和管匯總成，通過氣化室7.1后噴出流態(tài)化水泥干灰。該過程主要利用車裝空壓機所產(chǎn)生的壓縮空氣，借助管匯總成、配氣系統(tǒng)及氣化器，使罐內(nèi)干水泥灰流態(tài)化，利用罐內(nèi)、外氣壓差，將物料排出儲料罐。
[0039]一種采用上述配砂系統(tǒng)的自動配砂工藝，其特征在于:[0040]首先進行水泥漿配制，從灰罐車6中將水泥與水分別注入固井水泥車攪拌配制成低密度水泥漿作為攜砂液，并實時檢測水泥漿密度反饋到中央控制器；
[0041]將水泥漿注入混砂車混砂容器2中，并同時通過螺旋輸砂器4將石英砂旋轉(zhuǎn)攪拌帶入混砂容器2內(nèi)，此過程中計數(shù)器記下螺旋輸砂器4中絞龍軸轉(zhuǎn)動的圈數(shù)，反饋到中央控制器并根據(jù)設(shè)定程序計算出石英砂含量(在水中的體積比，或砂比)；
[0042]中央控制器根據(jù)反饋的水泥漿密度和石英砂含量(砂比)，確定配砂比是否達到設(shè)定值，如果達到則可以穩(wěn)定輸出作業(yè)；如果沒有達到設(shè)定值根據(jù)反饋結(jié)果繼續(xù)調(diào)整需要的配料；
[0043]配砂完成并攪拌均勻后，由混砂車經(jīng)排出泵和加壓泵出直接將配砂漿泵入井內(nèi)地層。
[0044]按上述技術(shù)方案，配砂比設(shè)定為水泥干灰和石英砂重量比在1:2。
[0045]配砂方式全過程機械自動化:實際使用SNC35-16 II型固井水泥車和JSJ5258GXH型灰罐車配置低密度水泥漿作為攜砂液；由砂罐車裝載石英砂并自動輸出至混砂車，水泥漿與石英砂在混砂車內(nèi)攪拌均勻后泵入井內(nèi)地層，電子監(jiān)控、調(diào)制施工參數(shù)，使施工更科學(xué)合理，質(zhì)量有保障?？朔爽F(xiàn)有工藝人工混合攪拌水泥+石英砂，地層水作為攜砂液時各項施工參數(shù)的盲目、混亂無計量性。
[0046]室內(nèi)試驗表明注入地層的水泥干灰和石英砂重量比在1:2時，防砂效果最好?；诖私Y(jié)論，通過理論計算得到水泥漿密度和砂比之間的函數(shù)關(guān)系式，指導(dǎo)現(xiàn)場施工時參數(shù)的調(diào)制。
[0047]用施工排量、泵壓更高級的水泥車，施工車輛升級，更易處理突發(fā)事件及優(yōu)化施工參數(shù)。
[0048]目前此工藝已在現(xiàn)場實施6 口井，施工參數(shù)全部滿足地質(zhì)需要，效果較好。
[0049]本發(fā)明的有益效果在于:
[0050]全過程機械自動化配置，無需人工運輸、攪拌。極大減輕操作勞動強度。
[0051]灰砂比機械配置，電子監(jiān)控，比例更均勻、準確，施工質(zhì)量有保障。
[0052]無粉塵污染、無干灰浪費，施工環(huán)保、節(jié)能。
[0053]以上所揭露的僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明申請專利范圍所作的等效變化，如對工藝參數(shù)或裝置做出的變動和改良仍屬本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種水帶干灰砂人工井壁防砂自動配砂系統(tǒng)，其特征在于:包括一個儀表車，一個用于裝卸水泥的灰罐車、一個用于將水泥配成水泥漿的固井水泥車、一個用于裝載石英砂的砂罐車、一個用于將水泥漿和石英砂混合攪拌形成水帶干灰砂水泥漿的混砂車，混砂車后設(shè)置加壓泵車，所述加壓泵將水帶干灰砂水泥漿直接泵入井下地層；混砂車上設(shè)置的混砂容器底部設(shè)置轉(zhuǎn)動攪拌機構(gòu)，混砂容器頂部與砂罐車之間傾斜設(shè)置筒狀螺旋輸砂器；螺螺旋輸砂器內(nèi)絞龍軸上安裝有由鋼板卷制成的葉片，且螺旋輸砂器頂端設(shè)置砂量計數(shù)器；螺旋輸砂器底端伸入砂罐車之間；螺旋輸砂器在旋轉(zhuǎn)攪拌的過程中將石英砂由下至上攜帶入混砂容器內(nèi)，絞龍軸每圈轉(zhuǎn)動所攜帶的石英砂體積量一致且能夠由砂量計數(shù)器自動控制并計量；螺旋輸砂器與自動混砂控制系統(tǒng)連接，自動混砂控制系統(tǒng)裝在儀表車上；混砂容器還與固井水泥車的水泥漿輸出端口連通；固井水泥車上設(shè)置水泥漿密度檢測裝置；砂量計數(shù)器與水泥漿密度檢測裝置均與自動混砂控制系統(tǒng)中央控制器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水帶干灰砂人工井壁防砂自動配砂系統(tǒng)，其特征在于:所述砂量計數(shù)器為計量齒輪。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水帶干灰砂人工井壁防砂自動配砂系統(tǒng)，其特征在于:所述轉(zhuǎn)動攪拌機構(gòu)為立式攪拌葉輪。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水帶干灰砂人工井壁防砂自動配砂系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)還設(shè)置供水車，供水車與固井水泥車相連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的水帶干灰砂人工井壁防砂自動配砂系統(tǒng)，其特征在于:所述灰罐車中設(shè)置儲灰罐，儲灰罐底部兩側(cè)均設(shè)置氣化室，供氣系統(tǒng)通過氣動閥與氣化室連通；儲灰罐通過下灰閥與氣化室連通；灰罐車上還設(shè)置氣控系統(tǒng)和管匯總成。
6.一種采用上述權(quán)利要求之一所述配砂系統(tǒng)的自動配砂工藝，其特征在于: 首先進行水泥漿配制，從灰罐車中將水泥與水分別注入固井水泥車攪拌配制成低密度水泥漿，并實時檢測水泥漿密度反饋到中央控制器； 將水泥漿注入混砂車混砂容器中，并同時通過螺旋輸砂器4將石英砂旋轉(zhuǎn)攪拌帶入混砂容器內(nèi)，此過程中計數(shù)器記下螺旋輸砂器中絞龍軸轉(zhuǎn)動的圈數(shù)，反饋到中央控制器并根據(jù)設(shè)定程序計算出石英砂含量或砂比； 中央控制器根據(jù)反饋的水泥漿密度和砂比，確定配砂比是否達到設(shè)定值，如果達到則可以穩(wěn)定輸出作業(yè)；如果沒有達到設(shè)定值根據(jù)反饋結(jié)果繼續(xù)調(diào)整需要的配料； 配砂完成并攪拌均勻后，由混砂車經(jīng)排出泵和加壓泵出直接將配砂漿泵入井內(nèi)地層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自動配砂工藝，其特征在于:配砂比設(shè)定為水泥干灰和石英砂重量比在1:2。
【文檔編號】E21B43/02GK103485748SQ201310494689
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月21日
【發(fā)明者】黃永剛, 楊桂林, 錢勇 申請人:中國石化江漢油田分公司井下作業(yè)處