用于石油矿场的压裂基液配制车及配制压裂基液的方法 技术领域 本发明涉及一种用于石油矿场的压裂基液配制车及配制压裂基液的方法，具体的说是一种在油田加砂压裂施工中用来在井场现场配制压裂基液的特种车辆及配制方法。
背景技术 目前在油田加砂压裂施工中，在井场现场配酸与供酸时，需要人工搬动配酸管线，还要爬上2～3米高度的地面配酸罐上，曾经发生过两例人掉进地面配酸罐中，被灼死、灼伤的事件。现有的“用于石油矿场的配液泵车”，在载重汽车底盘上未装有配酸系统，不能在一车上完成即配液又配酸。
发明内容 本发明克服了现有技术的缺点，解决了现有的配液泵车不能在一车上完成即配液又配酸及需要人工搬动配酸管线的问题。
本发明包括一辆载重汽车，在其汽车底盘上装有传动系统、液压系统、配液系统、气路系统、操纵监视系统、电路系统，操纵监视系统设在汽车后部的台架上，其上装有柴油机油门、粉料罐充气及粉料罐排粉阀、照明灯开关、电源开关、汽车离合器推拉阀、配液泵离合推拉阀、柴油机转速表；传动系统主要由汽车变速器、取力器、分动箱、三轴减速箱组成，取力器安装在汽车变速器后端，两输出万向轴分别联接分动箱输入轴和汽车中桥；分动箱由四根平行轴组成，位于箱体下部的轴为输入轴，位于箱体上部的三根轴为输出轴，分动箱的输入轴为惯通式整轴，一端为输入端，另一端为输出端，其输出端通过万向轴与三轴减速箱相连，三轴减速箱与配液泵相连；液压系统主要由油箱、滤油器、液压泵、液压油缸、液压马达、控制阀、溢流阀等组成，分动箱地三根输出轴分别与三个液压泵相连，液压泵与液压马达相连；配液系统包括配液泵、空压机、粉料罐、上粉管线、排气蝶阀，粉料罐上连有上粉管线和排气蝶阀，空压机通过止回阀与粉料罐的进口端相连；配液泵的进口端连接有吸入管汇蝶阀；电路系统主要由熔断器、开关、流量计、照明灯、电线组成；配液系统还包括粉料称量罐、旋风除尘器、可调配粉器、上液泵、添加剂液箱、添加剂液泵，粉料罐通过排粉软管与粉料称量罐的进口端相连，排粉软管上装有粉料罐排粉阀，粉料称量罐一路通过示流器、蝶阀与可调配粉器的进口端相连，另一路与旋风除尘器的进口端相连，旋风除尘器的出口端通过示流器、蝶阀与可调配粉器的进口端相连；添加剂液箱的进口端通过上液泵、吸液软管与添加剂地面液箱相连，添加剂液箱的出口端通过添加剂液泵、单流阀与压裂基液排出管汇相连；配液泵的出口端通过流量计、配液出口蝶阀与可调配粉器相连，可调配粉器的出口端通过蝶阀、片式止回阀与压裂基液排出管汇相连；液压系统的液压马达分别与上液泵、添加剂液泵、空压机、液压油缸相连；汽车底盘上还装有配酸系统，配酸系统包括吸入管汇蝶阀、配液泵、旋转吊臂，旋转吊臂上固定有旋转伸缩管，配液泵的出口端通过配酸出口蝶阀、旋转伸缩管与地面配酸罐相接，地面配酸罐通过吸入管汇蝶阀与配液泵的进口端相连，配液泵的出口端还通过流量计、供酸出口蝶阀、压裂基液排出管汇与地面配酸罐相连；操纵监视系统上还装有称量罐起落控制阀、解堵气阀、扫线阀、流量计的流量表和压力表、添加剂流量表。
本发明的配制压裂基液的方法包括下述几个步骤：
添加剂上液流程：
由添加剂地面液箱通过吸液软管、上液泵向添加剂液箱供送添加液；
上粉流程：
粉料自上粉口由上粉管线进入粉料罐，粉料罐内的空气经排气蝶阀排入地面水箱或大气；
配液流程：
清水由吸水软管进入清水吸入口再进入吸入管汇蝶阀到达配液泵，而后自流量计通过配液出口蝶阀进入可调配粉器，然后通过蝶阀、片式止回阀由压裂基液排出管汇排出；
空压机压缩空气通过止回阀进入粉料罐，粉料罐内的粉料由蝶阀、扫线蝶阀、排粉软管进入粉料称量罐，由粉料称量罐出来的粉料经示流器、蝶阀进入可调配粉器，然后通过蝶阀、片式止回阀由压裂基液排出管汇排出；
添加剂液箱中的添加液由添加剂液泵经单流阀由压裂基液排出管汇排出；
配液泵吸入清水，经流量计计量后进入可调配粉器，粉料从粉料罐经称量罐计量后，由真空抽吸粉料在可调配粉器里混合，混好后的粉水液经排出管与从添加剂液泵来的添加剂再次混合，按所需比例配好的压裂基液由排出管汇送到地面储液罐里；
转粉流程：
空压机压缩空气通过止回阀进入粉料罐，粉料罐内的粉料由蝶阀、排粉软管进入粉料称量罐，由粉料称量罐出来的余尘进入旋风除尘器内进行除尘；
配酸流程：
地面配酸罐的酸液经吸入管汇蝶阀进入配液泵，而后通过配酸出口蝶阀供给旋转伸缩管，然后返回地面配酸罐；
供酸流程：
地面配酸罐的酸液经吸入管汇蝶阀进入配液泵，而后通过流量计、供酸出口蝶阀到达压裂基液排出管汇，返回地面配酸罐。
本发明是油田加砂压裂施工中用来在井场现场配制压裂基液的特种车辆，同时也可用在酸化压裂中的配酸与供酸，它实现了在有水源的井场现场配制压裂基液的作业。当油田使用田青粉或瓜胶粉配制压裂基液时，该车可在压裂施工中按各种比例要求边配制边泵送给储液罐，以溶胀后备用。同时还可在压裂基液中按各种比例添加各种液体添加剂。该车具有配粉配液比例范围大，调节简便、计量准确等特点。配粉配液参数均为数字显示，直接明了。与油田基地配液站配液方法相比，它具有干粉不浪费，减少大量清水运输工作量，降低施工成本，减轻工人劳动强度，提高劳动生产率等优点。在配酸与供酸方面，本发明排量大、速度快、联接管线方便，尤其在配酸方面，管线采用液压式旋转吊臂伸缩结构，在4～5米长度距离，2～3米高度距离不用人工搬动合线，减少劳动强度。本发明可谓多功能压裂配液设备，实现了一车多用。各种主要操纵手柄、阀门和仪表都集中在汽车尾部的台架上，分布在操纵椅周围，便于集中控制和监视。因此本设备只需司机1人，操作员1人，助手1人就可完成全部流程的操作。
附图说明 图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是本发明传动系统的结构示意图；
图4是本发明液压系统的结构示意图；
图5是本发明配液系统的结构示意图；
图6是本发明旋转吊臂的结构示意图；
图7是图6的A-A向视图；
图8是本发明旋风除尘器的结构示意图；
图9是图8的B-B向视图；
具体实施方式 如图所示，本发明包括一辆载重汽车，在其汽车底盘上装有传动系统1、液压系统2、配液系统3、气路系统5、操纵监视系统6、电路系统7，操纵监视系统6设在汽车后部的台架上，其上装有柴油机油门、粉料罐充气(即空压机17离合)及粉料罐排粉阀57、照明灯开关、电源开关、汽车离合器推拉阀、配液泵离合推拉阀、柴油机转速表；传动系统1主要由汽车变速器69、取力器8、分动箱11、三轴减速箱9组成，取力器8安装在汽车变速器69后端，两输出万向轴分别联接分动箱11输入轴和汽车中桥；分动箱11由四根平行轴组成，位于箱体下部的轴为输入轴，位于箱体上部的三根轴为输出轴，分动箱11的输入轴为惯通式整轴，一端为输入端，另一端为输出端，其输出端通过万向轴与三轴减速箱9相连，三轴减速箱9与配液泵10相连；液压系统2主要由油箱、滤油器、液压泵12、液压油缸、液压马达14、控制阀23、溢流阀等组成，液压系统为开式液压系统，溢流阀在油路不通时起释放作用。分动箱11的三根输出轴分别与三个液压泵12相连，液压泵12与液压马达14相连；配液系统3包括配液泵10、空压机17、粉料罐30、上粉管线32、排气蝶阀33，粉料罐30上连有上粉管线32和排气蝶阀33，空压机17通过止回阀36与粉料罐30的进口端相连；配液泵10的进口端连接有吸入管汇蝶阀34。电路系统7主要由熔断器、开关、流量计、照明灯、电线组成；用汽车蓄电池作电源，电压24V。电子称自带电池。配液系统3还包括粉料称量罐31、旋风除尘器27、可调配粉器28、上液泵15、添加剂液箱29、添加剂液泵16，粉料罐30通过排粉软管21与粉料称量罐31的进口端相连，排粉软管21上装有粉料罐排粉阀57，粉料罐30与粉料称量罐31之间装有扫线蝶阀43；粉料称量罐31一路通过示流器37、蝶阀52与可调配粉器28的进口端相连，另一路与旋风除尘器27的进口端相连，可调配粉器28上装有解堵气缸26。旋风除尘器27的出口端通过示流器37、蝶阀52与可调配粉器28的进口端相连；添加剂液箱29的进口端通过上液泵15、吸液软管25与添加剂地面液箱50相连，添加剂液箱29的出口端通过添加剂液泵16、单流阀与压裂基液排出管汇35相连，添加剂液箱29的底部装有添加剂液箱排污阀58；配液泵10的出口端通过流量计38、配液出口蝶阀41与可调配粉器28相连，可调配粉器28的出口端通过蝶阀51、片式止回阀42与压裂基液排出管汇35相连；液压系统2的液压马达14分别与上液泵15、添加剂液泵16、空压机17、液压油缸22、液压油缸55相连，两个添加剂液泵16分别装有阀53、阀54，其作用为停泵时放尽残留液体。汽车底盘上还装有配酸系统4，配酸系统4包括吸入管汇蝶阀34、配液泵10、旋转吊臂，旋转吊臂上固定有旋转伸缩管13，配液泵10的出口端通过配酸出口蝶阀39、旋转伸缩管13与地面配酸罐相接，地面配酸罐通过吸入管汇蝶阀34与配液泵10的进口端相连，配液泵10的出口端还通过流量计38、供酸出口蝶阀40、压裂基液排出管汇35与地面配酸罐相连。
气路系统5主要由一台空压机17、空气过滤器、止回阀36组成。由于在本发明上配置了较大排量的空压机17，供粉料罐30侧风使用，因此能使粘性较大的田菁粉或瓜胶粉在粉料罐30里形成旋流状态，从而使得粉料罐30锥形部位的粉料下落比使容易。粉料罐30的安全阀开启压力为0.1Mpa。
操纵监视系统6上还装有称量罐起落控制阀(即控制电子称的起升)、解堵气阀、扫线阀、监视仪表，监视仪表有柴油机转速表、流量计的流量表和压力表(用于控制气压与粉料罐气压)、添加剂流量表。用液压换向阀带动空压机17的转停，操纵监视系统可以显示清水流量、清水累积量、添加液流量、添加液累积量、输送气压、控制气压、粉料罐气压、柴油机转速、粉料称重量。
旋转吊臂包括立柱20、后臂19、前臂18，分别与两个液压油缸22、一个立柱液压油缸55固定连接，立柱20与后臂19通过销轴44活动连接，后臂19与前臂18通过销轴44活动连接；立柱20内装有转柱48，立柱20通过固定板49与立柱液压油缸55的缸体固定连接，转柱48上装有旋转板45，旋转板45通过滚轮24与立柱液压油缸55的活塞杆46活动连接，旋转板45的边缘开有渐开线形轨道47，滚轮24沿渐开线形轨道47滚动。转柱48的旋转带动旋转伸缩管13旋转，旋转角度在0-100°范围内运行。
旋风除尘器27包括外筒60和内筒61，内筒61设在外筒60内，由上内筒62、中内筒63、下内筒64组成，上内筒62、中内筒63、下内筒64的形状均为上部圆形，下部为圆锥台形，进气管65穿过外筒60与中内筒63相通，上内筒62通过内筒排气管67与外筒60相通，外筒60上装有外筒排气管66，筒体底部装有余粉收集管68。上内筒62用于收集余尘，中内筒63可防止返尘。
如图3、图4所示，取力器8是一个三轴两级渐开线圆柱齿轮传动箱，最下一根传动轴装有渐开线圆柱齿轮接合器，用来选择驱动分动箱11或汽车中桥，其接合器挂合和脱离通过安装在汽车驾驶室内的推拉气阀控制离合器来实现。动力通过取力器8、万向轴传至分动箱11输入轴，输入轴既输入动力、又输出动力，其输出端通过万向轴带动三轴减速箱9，然后驱动配液泵10。位于箱体上部的三根输出轴带动三台液压泵12驱动五个液压马达14工作并向三个液压油缸提供液压油。液压油缸22、55驱动旋转伸缩管13的伸缩和上下。起动汽车发动机，以中速空转一段时间，使发动机逐渐升温，待汽车组合表上气压达到0.6Mpa时，踏下离合器，汽车置于8档，挂合取力器8；松开汽车离合器，此时分动箱11输入动力，取力指示灯发亮。在进行各流程的操作时，严禁将取力器控制阀转到行车位置。
如图5所示，本发明的配制压裂基液的方法包括下述几个步骤：
配液前，关闭蝶阀52，当管线循环产生真空度后，打开蝶阀52，开始配粉；在真空吸收时，由位于粉料称量罐31下端的蝶阀59增给大气。
A、添加剂上液流程
由添加剂地面液箱50通过吸液软管25、齿轮式上液泵15向添加剂液箱29供送各种添加液，以备配制压裂基液时使用。在汽车八档柴油机1700rpm下启动上液泵15的液马达，观察添加剂液箱29的上液情况，液体装至所需液量后停泵。
B、上粉流程(此流程在粉剂储存站进行)
粉料自上粉口由上粉管线32进入粉料罐30，粉料罐30内的空气经排气蝶阀33排入地面水箱或大气。开启排气蝶阀33，调整储粉站上粉管线32上的相应阀门，往粉料罐30上粉，待粉料罐30装满粉后，关闭上粉管线32上的相应阀门。
C、配液流程
清水由吸水软管进入清水吸入口再进入吸入管汇蝶阀34(每边四只)到达配液泵10，而后自流量计38通过配液出口蝶阀41进入可调配粉器28，然后通过蝶阀51、片式止回阀42由压裂基液排出管汇35排出(每边三只)。
空压机17压缩空气通过止回阀36进入粉料罐30，粉料罐30内的粉料由蝶阀57、扫线蝶阀43、排粉软管21进入粉料称量罐31，由粉料称量罐31出来的粉料经示流器37、蝶阀52进入可调配粉器28，然后通过蝶阀51、片式止回阀42由压裂基液排出管汇35排出。
添加剂液箱29中的添加液由添加剂液泵16经单流阀由压裂基液排出管汇35排出；
配液泵10吸入清水，经流量计38计量后进入可调配粉器28，粉料从粉料罐30经称量罐31计量后，由真空抽吸粉料在可调配粉器28里混合，混好后的粉水液经排出管与从添加剂液泵16来的添加剂再次混合，按所需比例配好的压裂基液由排出管汇35送到地面储液罐里。
D、转粉流程
空压机17压缩空气通过止回阀36进入粉料罐30，粉料罐30内的粉料由蝶阀57、排粉软管21进入粉料称量罐31，由粉料称量罐31出来的余尘进入旋风除尘器27内进行除尘。从称量罐31出来的含尘空气由进气管65进入旋风除尘器27的中内筒63，经一次除尘后的空气由上内筒62收集后，通过内筒排气管67排入外筒60，经二次分离后，由外筒排气管66排入大气；落入筒体底部的余尘从余粉收集管68出来后进入可调配粉器28。
E、配酸流程
主要是配置酸液，用于酸化压裂。配酸时，关闭供酸出口蝶阀40、配液出口蝶阀41、蝶阀51，打开配酸出口蝶阀39。
地面配酸罐的酸液经吸入管汇蝶阀34进入配液泵10，而后通过配酸出口蝶阀39供给旋转伸缩管13，然后返回地面配酸罐，完成一个配酸循环。
F、供酸流程
地面配酸罐的酸液经吸入管汇蝶阀34进入配液泵10，而后通过流量计38、供酸出口蝶阀40到达压裂基液排出管汇35，返回地面配酸罐，完成一个供酸循环。
配液时，在操纵监视系统6的操作台上，拨动电子称和流量表的电源开关，(夜间操作还可拨动大灯开关)，按下电子称仪表的启动钮。将粉料称量罐31底部的两个凸轮卡子松开放倒。拉起操作台上的手动气阀(电子称起升)，使粉料称量罐61悬空。关闭粉料罐30所有阀，扭动操作台上的空压机启动手柄。此时，空压机17旋转，粉料罐30开始充气。当气压表压力指向0.05Mpa时，间断拉起手动气阀(扫线)，扫线蝶阀43时开时关使管路扫线流道畅通。拉起粉料罐排粉阀57，此时观察电子称显示，同时严格注视充气压力表不得超过0.1Mpa。从电子显示仪上观察，你所需的粉料够了时(电子称最大称量为250kg)压下手动气阀(送粉)粉料罐排粉阀57关闭，同时拉起手动气阀(扫线)，扫线蝶阀43开启。关闭空压机17停止送气，粉料罐30充气停止。扫线完毕后压阀(扫线)，扫线蝶阀43关闭，扫线停止。在操作台上拉动离合器气阀和配液泵气阀，此时，配液泵10启动，液体运转正常后，打开配液出口蝶阀41，配液开始，调可调配粉器28的手轮，达到粉料所需真空度(-0.03～-0.05Mpa)。调整蝶阀52，使粉料在一罐水走完的时间走完(参照手表走过的时间与电子称显示表数字递减的速度进行阀门调整)。第一罐配完后，在低压管汇上倒阀，并重复以上动作，进行第二罐配液，直至全部配完为止。需加添加剂液时挂合添加剂液泵16，调整添加剂液泵16的流量达到液水比要求为止。配液达到所需量后，首先关闭配液出口蝶阀41，然后脱开添加剂液泵16和配液泵10。将管线中存留的液体放干净，关闭其余阀门。
配酸时，接好地面配酸罐与吸入管汇蝶阀34的连接管线，松开旋转吊臂的凸轮卡子后再操作旋转吊臂。抬起手把，使吊臂升起，越过限位块的高度后，抬起手把(旋转吊臂旋转)，使旋转吊臂对准地面配酸罐，下压手把，吊臂收缩，使前臂下降，调整吊臂升降与吊臂伸缩，达到所需位置，当吊臂与地面配酸罐对准后，开启吸入管汇蝶阀34、配酸出口蝶阀39，关闭配液出口蝶阀41、供酸出口蝶阀40。在操作台上拉动汽车离合器气阀和配液泵气阀，使配液泵10启动，调整油门，达到配酸所需排量为止。供酸时，接好压裂基液排出管汇35与压裂车的吸入管汇，在操作台上拉动汽车离合器气阀和配液泵气阀，使配液泵10启动，调整油门，达到供酸所需排量为止。
注：该流程各操作步骤应相互衔接，相隔时间越短越好，确保其配液精度。位于粉料称量罐31底部的两个凸轮卡子，在汽车动行时要卡紧，工作时要松开放倒。没放倒时千万不要拉气阀(电子称起升)，以免气缸拉力太大，损坏电子称传感器。可调配粉器28上方的解堵气缸26用于解堵，因喷粉嘴易粘结干粉而堵塞，所以在工作时需要经常解堵，通过示流器37观察干粉的流动情况，如果出现异常现象应及时解决。只有在配液泵10进入正常工作后，才能将配液出口蝶阀41打开，起泵和停泵前必须关闭配液出口蝶阀41，因起泵前和停泵后排出管内有真空度的影响，水易进入上粉管内，造成事故，影响施工的正常进行。
当配液完毕后，完成如下动作，即可收车。打开粉料罐的排气蝶阀33；压手动气阀(电子称起升)，使粉料称量罐31落在台板上，并压紧两个凸轮卡子。关闭所有电源。打开蝶阀53、蝶阀54、蝶阀56，放净管线中残余液体。