УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ДОЗИРОВАНИЯ И ТРАНСПОРТИРОВКИ СУХОГО ПОРОШКА К МЕШАЛКЕ
DEVICE AND METHOD FOR DOSING AND TRANSPORTING DRY POWDER TO MIXER

Настоящее изобретение, в общем, относится к устройствам и способам для дозирования сухого порошка или гранулированных материалов и их транспортирования к мешалке, а точнее к устройству и способу для точного дозирования и транспортировки сухого порошка или гранулированных материалов к мешалке в по существу закрытой системе.
При выполнении обычных операций на нефтяных месторождениях сухой порошок или гранулированные материалы транспортируют в мешках к месту нахождения скважин. Затем мешки вручную перемещают к дозирующему питателю, установленному на устройстве для перемешивания текучей среды. Дозирующее устройство имеет бункер для накапливания сухого порошка или гранулированного материала, служащий в качестве резервуара. Бункер поддерживают заполненным посредством открывания мешков с сухим порошком или гранулированным материалом и их опорожнения в бункер. Количество сухого порошка или гранулированного материала должно поддерживаться в бункере на постоянном уровне, так чтобы довести до максимума точность и повторяемость работы дозирующего питателя. Точность и повторяемость работы дозирующего питателя зависит от постоянной плотности массы материала у винтового шнека.
Уровни колебаний порошка или гранулированного материала в бункере могут привести к изменению плотности массы материала и, таким образом, негативно повлиять на желаемое качество эксплуатационной текучей среды на нефтяном месторождении. Однако трудно поддерживать постоянную подачу материала к бункеру, когда бункер заполняют вручную. Следовательно, недостаток таких систем заключается в том, что имеется вероятность либо переполнения бункера, и в этом случае сухой порошок или гранулированный материал будет рассыпаться, либо недостаточного заполнения, и в этом случае плотность массы будет изменена, что, в свою очередь, приведет к снижению качества эксплуатационной текучей среды на нефтяном месторождении. В том случае, когда сухой порошок или гранулированный материал рассыпается, этот материал будет потерян и необходимо выполнение чистки, что приводит к потерям доходов. Этот способ также приводит к образованию большого количества пыли, поскольку бункер открыт по отношению к наружному воздуху.
Были предложены альтернативные способы, которым свойственны свои собственные недостатки. Один из таких способов заключается в транспортировании сухого порошка или гранулированного материала к месту нахождения скважины в большом резервуаре для сыпучего материала и в пневматическом или механическом перемещении материала к дозирующему питателю на устройстве для перемешивания текучей среды. Однако этот способ требует, чтобы было обеспечено управление транспортирующим устройством либо автоматически с помощью датчиков уровня и контуров управления, либо вручную, чтобы поддерживать сухой порошок или гранулированный материал в дозирующем бункере на постоянном уровне для доведения до максимума точности и повторяемости работы. Перевозки по дорогам на транспортных средствах и вибрация оборудования приводят к уплотнению порошка или гранулированного материала и вызывают существенные изменения плотности массы материала, что влияет на точность и повторяемость работы дозирующего питателя. Этот способ также требует интенсивных затрат труда, он восприимчив к нарушениям работы датчиков и, вероятно, приводит к образованию пыли.
Настоящее изобретение относится к устройству и способу, которые исключают или по меньшей мере доводят до минимума недостатки обычных систем для дозирования и транспортировки сухого порошка и гранулированного материала.
Один из объектов настоящего изобретения предлагает устройство для точного дозирования и транспортировки сухого порошка или гранулированного материала к мешалке. Устройство содержит резервуар для хранения сухого порошка или гранулированного материала, бункер, расположенный внутри резервуара, и транспортер для подачи сухого порошка или гранулированного материала из резервуара к бункеру в по существу закрытой окружающей среде. Это устройство дополнительно содержит дозирующий питатель, по меньшей мере частично расположенный внутри резервуара и предназначенный для подачи сухого порошка или гранулированного материала из бункера к мешалке с по существу равномерной плотностью.
Другой объект настоящего изобретения относится к способу точного дозирования и транспортировки сухого порошка или гранулированного материала к мешалке, содержащему стадии хранения сухого порошка или гранулированного материала в резервуаре, дозированной подачи сухого порошка или гранулированного материала из резервуара к смесителю с по существу равномерной плотностью посредством дозирующего питателя и подвода к дозирующему питателю сухого порошка или гранулированного материала в по существу закрытой окружающей среде.
Отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут вполне понятны квалифицированным специалистам в этой области при прочтении следующего далее описания приведенных в качестве примера вариантов осуществления изобретения.
Более полное представление о предлагаемом изобретении и его преимуществах можно получить, если ознакомиться с последующим описанием совместно с прилагаемыми фигурами, на которых:
Фиг.1 - схема устройства для точного дозирования и транспортировки сухого порошка или гранулированного материала к мешалке, выполненного согласно настоящему изобретению;
Фиг.2 - схема альтернативного варианта осуществления устройства для точного дозирования и транспортировки сухого порошка или гранулированного материала к мешалке, выполненного согласно настоящему изобретению.
Детали настоящего изобретения далее будут описаны со ссылками на прилагаемые чертежи. Если обратиться к Фиг.1, то на ней устройство для точного дозирования и транспортировки сухого порошка или гранулированного материала 1, выполненное согласно настоящему изобретению, в общем, обозначено позицией 10. Устройство 10 содержит резервуар 12 для сыпучего материала, который обычно имеет цилиндрическую или прямоугольную форму в его верхней части и обычно воронкообразную форму в его нижней части. Резервуар 12 обычно представляет собой закрытый контейнер. Он имеет уплотняемое отверстие (не показано) для введения в него сухого порошка или гранулированного материала и выходное отверстие для выпуска сухого порошка или гранулированного материала, что более подробно описано ниже. Резервуар 12 для сыпучего материала сконструирован таким образом, чтобы он был мобильным, то есть чтобы его можно было транспортировать к месту ведения работ, например к нефтяной или газовой скважине.
Устройство 10, кроме того, содержит транспортер 14, который имеет горизонтальный участок 16, закрепленный у основания резервуара 12 для сыпучего материала, и вертикальный участок 18, который соединен с горизонтальным участком 16 в соединительной коробке 20, расположенной снаружи резервуара для хранения сыпучего материала. В одном из вариантов осуществления конструкции горизонтальный и вертикальный участки 16, 18 транспортера 14 представляют собой винтовые шнеки, например шнеки Martin Sprocket and Gear - Type 1 Super Screw Conveyor. В другом варианте выполнения вертикальный участок 18 представляет собой ковшовый элеватор, например элеватор Martin Sprocket and Gear - Series 100. Вертикальный участок 18 транспортера 14 содержит желоб 22 для направления сухого порошка или гранулированного материала 1 в бункер 24, более подробно описанный ниже.
В одном из вариантов транспортер 14 представляет собой закрытую и изолированную конструкцию. В этом варианте сухой порошок или гранулированный материал, перемещаемый транспортером 14, не подвержен воздействию внешней среды. Это обеспечивают посредством формирования транспортера 14 с наружным корпусом, который окружает шнеки и другие транспортировочные механизмы, и изоляции тех зон, где транспортер крепят к резервуару 12 для сыпучего материала посредством о-образных эластомерных колец, пайки или с помощью других подобных средств. Как вариант наружный корпус транспортера 14 формируют за одно с корпусом резервуара 12 для сыпучего материала. В таком варианте горизонтальный и вертикальный участки 16 и 18 также изолированы по отношению к соединительной коробке 20 во многом тем же самым способом, то есть либо посредством использования эластомерных уплотнений и пайки, либо посредством формирования в виде одного целого. Для квалифицированных специалистов в этой области будет очевидно, что могут быть использованы альтернативные способы ограждения и уплотнения транспортера 14. Специалистам в этой области будет понятно, что цели, поставленные в настоящем изобретении, по существу будут выполнены, даже если транспортер 14 не будет полностью огражден и изолирован. Кроме того, специалистам в этой области также будет понятно, что транспортер 14 может представлять собой какую-либо известную систему транспортирования объема или массы.
Что касается бункера 24, то он по существу представляет собой открытый контейнер, в котором происходит временное накапливание сухого порошка или гранулированного материала 1 и его подача к дозирующему питателю 26. Бункер 24 установлен в верхней цилиндрической части резервуара 12 для сыпучего материала. Бункер 24 устанавливают выше линии наполнения сухим порошком или гранулированным материалом 1 в резервуаре и предпочтительно по возможности ближе к верхней части резервуара 12. Бункер 24 открыт сверху для захождения в него сухого порошка или гранулированного материала 1, подаваемого по желобу 22. В одном из вариантов осуществления конструкции бункер 24 представляет собой бункер Acrison Model 140. Однако специалистам в этой области будет понятно, что для временного накапливания сухого порошка или гранулированного материала 1 и его подачи к дозирующему питателю 26 могут быть использованы и другие устройства.
Дозирующий питатель 26 устанавливают для дозирования сухого порошка или гранулированного материала 1 из резервуара 12 для сыпучего материала. В одном из вариантов осуществления конструкции дозирующий питатель 26 представляет собой весьма устойчивый винтовой питатель, который способен дозировать точные объемы сухого порошка или гранулированного материала. В одном из вариантов дозирующий питатель 26 представляет собой питатель Acrison Model 140. Однако специалистам в этой области будет понятно, что могут быть использованы другие подобные устройства, обеспечивающие точное дозирование. Предпочтительно, чтобы дозирующий питатель 26 был прикреплен к основанию бункера 24. На чертеже можно видеть, что дозирующий питатель 26 частично расположен внутри резервуара 12 для сыпучего материала и частично снаружи него. Также предпочтительно, чтобы подобно транспортеру 14 дозирующий питатель 26 был огражден и изолирован. Дозирующий питатель 26 содержит желоб 28, который действует таким образом, чтобы выпускать сухой порошок или гранулированный материал 1 из резервуара 12 для сыпучего материала. В некоторых вариантах осуществления конструкции дозирующий питатель 26 выпускает сухой порошок или гранулированный материал 1 в мешалку 30 для выполнения его дальнейшей обработки. Это происходит в случаях применения на нефтяных и газовых скважинах. В одном из таких случаев сухой порошок или гранулированный материал 1 представляет собой гуар или зерна, являющиеся производными гуара, которые используют для формирования геля, применяемого при заканчивании скважины. В другом случае сухой порошок или гранулированный материал 1 представляет собой один или более сухие компоненты, используемые при формировании цементного раствора для буровой скважины. Однако специалистам в этой области будет понятно, что сухой порошок или гранулированный материал 1 может представлять собой какой-либо материал для его использования в том случае, когда требуются один или более компоненты материала в виде сухого порошка или гранул.
Устройство 10 по желанию может быть обеспечено вибратором, смесительной системой или другим подобным устройством 32, предназначенным для содействия силе гравитации, вызывающей подачу сухого порошка или гранулированного материала 1 к транспортеру 14. Предпочтительно, чтобы вибратор 32 был прикреплен у донной части резервуара 12 для сыпучего материала или вблизи от нее, как показано на чертеже.
Далее будет описана работа устройства 10. Во-первых, горизонтальный участок 16 транспортера 14 вытягивает сухой порошок или гранулированный материал 22 от основания резервуара 12 для сыпучего материала и перемещает его к соединительной коробке 20, как показано на чертеже большой стрелкой. Поскольку происходит вытягивание сухого порошка или гранулированного материала 1 из донной части резервуара 12, он имеет тенденцию к образованию комков (уплотнению) вследствие его сдавливания. Однако вращательное движение шнека разрушает эти комки на более мелкие части (разрыхляет их) и, таким образом, возвращает материал в его первоначальное состояние в виде порошка или гранул.
После этого вертикальный участок 18 транспортера 14 перемещает сухой порошок или гранулированный материал 1 из соединительной коробки 20 к бункеру 24 по желобу 22, что на чертеже вновь показано большой стрелкой. Транспортер 14 сконструирован и действует таким образом, чтобы перемещать сухой порошок или гранулированный материал 1 к бункеру 24 с объемной скоростью, которая превышает максимальную скорость, с которой дозирующий питатель 26 может транспортировать сухой порошок или гранулированный материал из резервуара 12. Поскольку бункер 24 расположен выше линии заполнения сухим порошком или гранулированным материалом в резервуаре 12 для сыпучего материала, избыточная часть сухого порошка или гранулированного материала 1, подаваемая к бункеру посредством транспортера 14, ссыпается назад в резервуар. Поэтому постоянно происходит переполнение бункера 24 и ссыпание материала. После этого происходит рециркуляция избыточного количества порошка или гранулированного материала назад к транспортирующей системе, при этом уровень порошка или гранул в бункере 24 остается постоянным и плотность материала также будет постоянной. Любое пыление охвачено резервуаром 12 для сыпучего материала.
После этого дозирующий питатель 26 отмеряет дозу сухого порошка или гранулированного материала 1, выходящего из резервуара 12, в весьма точных по объему количествах. Поскольку сухой порошок или гранулированный материал 1 находится в виде порошка или гранул, когда его подают к дозирующему питателю 26, а бункер 24 всегда будет полным, дозирующий питатель 26 всегда будет забирать постоянный объем сухого порошка или гранулированного материала 1, при этом устройство 10 может подавать сухой порошок или гранулированный материал 1 из резервуара 12 для сыпучего материала по существу с постоянной плотностью. Кроме того, поскольку устройство 10 по существу является закрытым, то есть оно открыто только у выпускного желоба 28, устройство может подавать сухой порошок или гранулированный материал 1 к смесителю 30 по существу без пыли.
В альтернативном варианте осуществления конструкции согласно настоящему изобретению вертикальный участок 18 транспортера 14 полностью расположен снаружи резервуара 12 для сыпучего материала, как показано на чертеже 2. В этом варианте дозирующий бункер 24 расположен выше остальной части резервуара 12 для сыпучего материала, так что сухой порошок или гранулированный материал может перетекать в основную часть резервуара. В этом варианте верхняя часть корпуса 12 резервуара имеет приподнятый участок для размещения бункера 24. Такая конструкция позволяет заполнять резервуар 12 для сыпучего материала по вертикали сверху и, таким образом, довести до максимума емкость резервуара с одновременным получением полезных результатов, обеспечиваемых настоящим изобретением.
Следовательно, настоящее изобретение хорошо подходит для достижения поставленных целей, а также для получения тех результатов и преимуществ, которые упомянуты, и тех, которые ему свойственны. Хотя изобретение представлено, описано и определено посредством ссылки на взятые в качестве примера варианты его осуществления, такие ссылки не налагают на изобретение каких-либо ограничений, поэтому не следует делать выводы о таких ограничениях. Изобретение в значительной степени может быть модифицировано, изменено по составу и может быть выполнено эквивалентным по форме и выполняемой функции специалистами в этой области с обеспечением при этом полезных результатов согласно тому, что указано в приведенном описании. Показанные и описанные варианты выполнения являются лишь примерными. Поэтому настоящее изобретение ограничено только существом и объемом прилагаемых пунктов формулы изобретения, охватывающей все предполагаемые эквиваленты во всех отношениях.