逆向设计在油田混砂车搅拌器制作中的应用

（江苏油田分公司，江苏 扬州 225265）

逆向设计在油田混砂车搅拌器制作中的应用

王 青，倪 弘，吕卫祥，刘铭强，唐梓青

（江苏油田分公司，江苏 扬州 225265）

通过对混砂车搅拌器的结构、原理、制造工艺等进行分析研究，采用逆向设计方法对其进行重新设计、制造，实现了混砂车搅拌器性能恢复。

混砂车；搅拌器；逆向设计 应用

一、前言

2004年投入使用的1台MC-75型混砂车截止到2013年1月共完成压裂施工1 304井次，累计工作2 300h。从2011年起，随着压裂工作时间增加，各种化学药剂的腐蚀和压裂砂浆的冲刷，混砂车搅拌器内壁陆续出现了锈蚀、渗漏等现象，经修补可勉强使用。2013年初，又出现了大面积渗漏现象，无法焊补，只能更换部件恢复。

MC-75型混砂车为进口设备，国内无备件，从国外进口费用高、时间长。因此，决定采用逆向设计的思路自主制作混砂车搅拌器。

二、资料收集和方案制定

混砂车的搅拌器安装在靠近底盘车的后部是一个工作容积为1．25m3的圆柱形罐，采用罐中套罐结构，罐中间装有叶轮，通过液压马达驱动对压裂液和压裂砂等压裂料进行搅拌，其主入口和排污口由法兰连接，主出口由卡箍连接，内有液力驱动的涡轮搅拌叶轮。

采用定制加工存在的问题：没有加工图纸；罐体连接部位不规则，难以测绘；搅拌器罐体与混砂车的安装无法准确定位。

采用逆向设计的方法可以完成混砂车搅拌器的重新设计、制造。所谓逆向设计也叫反求工程，是对现有的产品实物采用激光扫描和点采集等手段，获取产品的三维数据和空间几何形状，把获取的数据通过计算机专业设计软件设计成图纸，用于生产制造的过程。

从逆向设计的要求出发，首先对混砂车搅拌器从能量、物料、信息与环境4个方面进行了宏观分析，搅拌器安装位置在靠近底盘车的后部，自身无需动力和能量。其外形是一个工作容积为1．25m3的圆柱形罐，承载介质为砂浆、化学支撑药剂等压裂液。搅拌器运行对周围环境因素如温度、湿度、防尘、防爆、防磁等无特殊要求，其运行时仅对坏境略有噪声的影响，无需特殊防护。

其次对混砂车搅拌器的工作原理、结构分析、设计思想等方面进行了如下分析。

1．原理方案分析

搅拌器的主要工作原理是通过液力驱动的涡轮搅拌叶轮保证压裂介质在高砂比砂浆的情况下能完全和连续地混合。

2．结构分析

搅拌器采用罐中套罐的结构，具体工作形式是吸入泵吸入液体从侧面进入罐中，并在外腔中切向流动。当液体在外腔中循环结束后，通过内腔外壁上的径向孔进入内腔，并与输砂器输来的支撑剂充分混合。搅拌系统安装在搅拌器的中心，它能完全不断地将砂浆搅拌成匀质的混合液。排出砂泵从内腔底部吸入混合液并排到排出管汇中。

3．设计思想

需要制造一只新的混砂车搅拌器，以替代原有搅拌器。在保证原有功能的前提下，不改变原有结构、形状、外形尺寸、安装位置及接口合缝。

三、方案实施

1．数据采集处理

逆向工程设计就是采用实物模型通过数量采集取得适型数据，提取模型参数。通过模型重构进行设计，具体流程如下：实物→三坐标测点系统→提取几何特征→三维重构→二维图样（工程图）→加工零部件（产品）。

首先，采用三坐标测点系统对混砂车搅拌器进行实物测绘，对其表面进行数字化采集，再将数据运用专业制图软件进行去噪点、数据插补、数据平滑、数据光顺、点云的重定位整合等数据预处理。

对搅拌器能直接测绘的零件可用手工画出图纸。

然后，对搅拌器中不便测量部位应提取坐标，为后续三维重构提供基准，如图1所示部件。

2．绘制加工图纸

根据三维图样，自动生成所需的二维图样图2。

3．确定制造工艺

通过探求搅拌器加工过程和关键工艺，在保证产品精度的基础上确定新搅拌器采用卷管焊接工艺制作。制作完成后搅拌器各连接口和焊缝部位要进行水密封试验。

图1

图2

4．优化改进

新罐体选用了304不锈钢板制作，主体8mm厚，底面板及固定支撑10mm 厚，其余材料采用304型材。表面需经喷砂预处理，除锈等级≥sa2．5级，粗糙度不低于40μm，清洁度达到3级以内。油漆满足耐酸、耐油、耐碱、耐潮湿、防盐雾、防风沙侵蚀等要求。

四、 应用结果

更换后混砂车性能得到了完全恢复和提高，满足了生产要求。目前，已上井压裂施工作业20井次，搅拌器已运行超过40h，未出现任何异常现象，改造的效果明显。

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