一种密闭混砂装置及方法技术领域
本发明属于井下作业压裂技术领域，具体涉及一种密闭混砂装置及方法。
背景技术
低渗透油气藏具有低孔、低渗透、低丰度、孔喉细小，强水锁伤害的特点，目前采用
的水基压裂液大规模水力压裂技术的水锁伤害大、返排较困难。二氧化碳干法加砂压裂技
术作为无水压裂技术的一种，对低渗透、低压油气藏具有较好的适用性。该技术能够实现
“无水压裂”，消除储层水敏和水锁伤害，提高压裂改造效果；压裂液无残渣，能够保护储层
和支撑裂缝；实现自主快速返排。可以大幅缩短返排周期；用于页岩气、煤层气压裂可促进
吸附天然气的解析。此外，通过对二氧化碳气体的回收利用，可大量节约压裂作业用水，减
少常规压裂作业返排液处理工作量；压后返排无废液产出，消除了废液处理环节，降低了成
本；二氧化碳废气的综合利用，可实现循环经济。尤其是目前用于致密气、页岩气的“体积压
裂”，通常压裂规模达到“千方砂、万方液”，其节水效果与减少废液处理意义重大。
二氧化碳干法加砂压裂技术中的核心技术就是在密闭带压的条件下将液态二氧
化碳与固体颗粒（如下称支撑剂）按一定比例混合后输出，因此，解决好这一问题是二氧化
碳干法加砂压裂技术能否成功的关键所在。
发明内容
本发明的目的是提供了一种密闭混砂装置，其能够在密闭带压的条件下将液态二
氧化碳或其他液化气体与支撑剂按一定比例混合后输出，为压裂车提供一定砂比的混砂
液。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种密闭混砂装置，包括框架、设于框架内的罐体和设于罐体下方的主管汇，所述罐体
为卧式压力罐，所述罐体顶部设有气相通道，顶部上设有多个装砂口，底部设有液相通道，
底部上设有多个出砂口，所述罐体内底面上设有多个输砂装置，所述出砂口和输砂装置一
一对应，所述出砂口一端与输砂装置的出口相连通，另一端与主管汇相连通，所述输砂装置
连接有电控柜，所述罐体上部设有气相排放管汇，该气相排放管汇上设有气相排放阀。
所述主管汇的进液口沿液体流动方向依次设有补液管汇、流量计和差压阀，所述
补液管汇与罐体中部连通，该补液管汇上设有补液阀，所述流量计、补液管汇均与电控柜电
连接。
所述罐体为可移动卧式压力罐，所述罐体上设有压力传感器和温度传感器，所述
罐体外设有保温层，所述压力传感器和温度传感器均与电控柜电连接。
所述罐体上部设有氮气增压管汇，所述氮气增压管汇上设有氮气增压阀，所述罐
体底部设有液相排放管汇，该液相排放管汇上设有液相排放阀，所述氮气增压阀、液相排放
阀均与电控柜电连接。
所述气相排放管汇、氮气增压管汇、液相排放管汇、补液管汇与罐体相连通部分均
设有过滤装置。
所述输砂装置为输砂螺旋，所述输砂螺旋包括螺旋轴和电机，所述螺旋轴的螺旋
由正旋向螺旋部分和反旋向螺旋部分组成，所述正旋向螺旋部分和反旋向螺旋部分之间的
光轴与所述出砂口对准，所述电机与电控柜电连接。
本发明还提供了一种密闭混砂方法，采用密闭混砂装置，包括以下步骤：
步骤1）充压：通过装砂口在罐体内装入支撑剂，将罐体的气相通道与二氧化碳或其他
气体的储液罐相通，进行充压，使罐体的压力与储液罐压力一致；
步骤2）冷却：待罐体的压力与储液罐压力一致后，关闭罐体的气相通道，打开罐体的液
相通道，使二氧化碳或其他气体液相进入，开启气相排放阀进行排气，对罐体和支撑剂进行
冷却；
步骤3）充液：保持气相排放阀进行排气，待罐体和支撑剂冷却完成后，液位逐渐上升，
液位上升至高于砂面高度时停止充液，关闭气相排放阀；
步骤4）混砂：同时开启多个输砂装置，按施工砂比设定输砂装置的输砂速度，根据输砂
速度，电控柜调节补液阀开度，使通过补液管汇进入罐体的二氧化碳或其他气体液相容积
与输出罐体的混砂液容积一致，混砂液通过主管汇的出液口进入压裂车。
本发明的有益效果是：
1．本发明提供的这种密闭混砂装置，采用卧式布局，在同等容积，达到同等输砂能力条
件下，可通过增设输砂螺旋数量，减小螺旋转速的方式提高输砂速度，降低因螺旋转速过高
造成的密封失效；
2．输砂螺旋采用电机驱动，在低转速条件下、大扭矩输出，可实现无级调速功能，在充
分保证装置容积的条件下，较液压站占用空间小；
3．主管汇进液口端设置补液管汇，可实现罐体由内向外输砂的同时进行补液，差压阀
可调节开度大小，使阀前与阀后产生一定压差，进而在主管汇上产生一定摩阻，使主管汇的
一部分液体通过补液管汇进入罐体，达到补液的目的，根据螺旋输砂量调节补液阀开度，使
补液量与输砂量基本平衡，实现稳定砂比。
下面将结合附图做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1、框架；2、罐体；3、装砂口；4、保温层；5、气相排放管汇；6、气相排放阀；7、
气、液相排放口；8、电控柜；9、b电机；10、液相排放阀；11、出液口；12、b输砂螺旋；13、液相排
放管汇；14、b出砂口；15、主管汇；16、a出砂口；17、a输砂螺旋；18、差压阀；19、流量计； 20、
进液口；21、补液阀；22、氮气增压接口；23、氮气增压管汇；24、a电机；25、补液管汇；26、温度
传感器；27、压力传感器；28、氮气增压阀。
具体实施方式
实施例1：
本实施例提供了一种密闭混砂装置，包括框架1、设于框架1内的罐体2和设于罐体2下
方的主管汇15，所述罐体2为卧式压力罐，所述罐体2顶部设有气相通道，顶部上设有多个装
砂口3，底部设有液相通道，底部上设有多个出砂口，所述罐体2内底面上设有多个输砂装
置，所述出砂口和输砂装置一一对应，所述出砂口一端与输砂装置的出口相连通，另一端与
主管汇15相连通，所述输砂装置连接有电控柜8，所述罐体2上部设有气相排放管汇5，该气
相排放管汇5上设有气相排放阀6。
密闭混砂装置连接在二氧化碳储液罐与压裂车之间，通过装砂口3在罐体2内装入
支撑剂，液相二氧化碳通过液相通道进入罐体2，形成混砂液后通过输砂装置由出砂口进入
主管汇15，再由主管汇15出液口11进入压裂车。
实施例2：
在实施例1的基础上，本实施例提供了一种密闭混砂装置，所述主管汇15的进液口20沿
液体流动方向依次设有补液管汇25、流量计19和差压阀18，所述补液管汇25与罐体2中部连
通，该补液管汇25上设有补液阀21，所述流量计19、补液管汇25均与电控柜8电连接。
在本实施例中，所述输砂装置为输砂螺旋，所述输砂螺旋包括螺旋轴和电机，所述
螺旋轴的螺旋由正旋向螺旋部分和反旋向螺旋部分组成，所述正旋向螺旋部分和反旋向螺
旋部分之间的光轴与所述出砂口对准，所述电机与电控柜8电连接。
输砂螺旋采用电机驱动，螺旋轴的转动使得物料往对应出砂口输送，在低转速条
件下、大扭矩输出，可实现无级调速功能，在充分保证装置容积的条件下，较液压站占用空
间小。主管汇15进液端设置补液管汇25，可实现罐体2由内向外输砂的同时进行补液；差压
阀18可调节开度大小，使阀前与阀后产生一定压差，进而在主管汇15上产生一定摩阻，使主
管汇15的一部分液体通过补液管汇25进入罐体2，达到补液的目的。根据输砂螺旋输砂量调
节补液阀21开度，使补液量与输砂量基本平衡，实现稳定砂比。
实施例3：
在实施例2的基础上，本实施例提供了一种密闭混砂装置，所述罐体2上部设有氮气增
压管汇23，所述氮气增压管汇23上设有氮气增压阀28，所述罐体2底部设有液相排放管汇
13，该液相排放管汇13上设有液相排放阀10，所述氮气增压阀28、液相排放阀10均与电控柜
8电连接。
其中，氮气增压管汇23，施工过程中可实现液位控制，施工完成后顶替罐体2内液
体，将液体全部排放，防止罐体2内结干冰。
在本实施例中，气相排放管汇5、氮气增压管汇23、液相排放管汇13、补液管汇25与
罐体2相连通部分均设有过滤装置。将固体颗粒过滤在罐体2内。
实施例4：
在前述实施例的基础上，本实施例提供了一种如图1所示的密闭混砂装置，在本实施例
中，出砂口有a出砂口16和b出砂口14，对称分布在罐体2底部，输砂螺旋分为a输砂螺旋17、b
输砂螺旋12，对称分布在罐体2底部，分别由a电机24、b电机9驱动，a输砂螺旋17、b输砂螺旋
12的出口分别与a出砂口16、b出砂口14对准，a输砂螺旋17、b输砂螺旋12的转动使混砂液分
别往a出砂口16、b出砂口14输送。
罐体2为可移动卧式压力罐，罐体2上设有压力传感器27和温度传感器26，所述罐
体2外设有保温层4，压力传感器27、温度传感器26、a电机24、b电机9、流量计19、气相排放阀
6、氮气增压阀28、液相排放阀10、补液阀21的控制信号均与电控柜8相连，并通过信号远传，
实现远程控制。
实施例5：
本实施例提供了一种密闭混砂方法，采用前述实施例密闭混砂装置，包括以下步骤：
步骤1）充压：通过装砂口3在罐体2内装入支撑剂，将罐体2的气相通道与二氧化碳或其
他气体的储液罐相通，进行充压，使罐体2的压力与储液罐压力一致；
步骤2）冷却：待罐体2的压力与储液罐压力一致后，关闭罐体2的气相通道，打开罐体2
的液相通道，使二氧化碳或其他气体液相进入，开启气相排放阀6进行排气，对罐体2和支撑
剂进行冷却；
步骤3）充液：保持气相排放阀6进行排气，待罐体2和支撑剂冷却完成后，液位逐渐上
升，液位上升至高于砂面高度时停止充液，关闭气相排放阀6；
步骤4）混砂：同时开启多个输砂装置，按施工砂比设定输砂装置的输砂速度，根据输砂
速度，电控柜8调节补液阀21开度，使通过补液管汇25进入罐体2的二氧化碳或其他气体液
相容积与输出罐体2的混砂液容积一致，混砂液通过主管汇15的出液口11进入压裂车。
待压裂施工完成后，关闭进液口20、出液口11两端的阀门，通过氮气增压接口22连
通氮气增压管汇23与液氮泵车管线，打开氮气增压阀28，使罐体2压力控制在安全范围内，
开启液相排放阀10至一定开度，通过气、液相排放口7进行排液，直至罐体2液位为零，关闭
液相排放阀10，关闭氮气增压阀28，开启气相排放阀6于适当开度进行排气，直至罐体2压力
为零，至此，密闭带压条件下混砂的全部过程结束。
本发明中电控柜8为现有技术，以上各实施例没有详细叙述的方法和结构属本行
业的公知常识，这里不一一叙述。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡
是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。