CN103775302A - 压裂车及其传动输送系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种压裂车及其传动输送系统。该压裂车传动输送系统包括一个或多个发动机、多个油泵、控制阀组、第一输送机构和第二输送机构，其中：第一输送机构和第二输送机构均包括油缸和增压缸，油缸的活塞杆的伸出端设置有塞体，塞体可移动地设置于增压缸内；发动机为一个时，发动机用于驱动多个油泵，发动机为多个时，发动机用于驱动至少一个油泵；控制阀组用于控制第一输送机构中油缸和第二输送机构中油缸的进回油状态。实施本发明，能有效提高扩大输出压力和流量覆盖范围，能有效降低相关部件的选型难度和成本，同时还能有效提高压裂车传动输送系统的安全冗余度及输送机构的使用寿命。

Description

压裂车及其传动输送系统

技术领域

本发明涉及压裂车技术领域，特别涉及一种压裂车及其传动输送系统。

背景技术

压裂施工作业是改造油气藏的重要手段之一，对于低渗透油气井，一般需要借助于压裂作业才能达到稳产和增产的目的。压裂车是压裂施工的主要设备，它的作用是向地层内注入高压、大排量的压裂液，将地层压开，把支撑料（如压裂砂）挤入裂缝，以增强地层渗透率，增加油气的流动性，提高油气采收率。

目前，常见的压裂车采用“柴油发动机—液力变矩器—传动轴—压裂泵”的传动方案，在工作过程中，柴油发动机启动后，经液力变矩器变速、变矩后，通过传动轴带动压裂泵转动，以实现压裂作业；由于压裂作业所需的功率较大，因而，为了满足要求，柴油发动机的功率也要足够大（能够满足最大功率），此外，柴油发动机需要依赖于从底盘发动机取力的启动马达才能实现启动。

另外，上述传动方案中，作为输送机构的压裂泵一般采用曲轴式柱塞泵，这种压裂泵的冲次高，柱塞频繁动作频繁，需时常更换，影响施工，使用成本高，且压裂泵的输出压力、流量的覆盖范围较窄，为了提高覆盖范围，需通过更换不同缸径的液力端。

另外，上述传动方案中，由于需要选用满足最大功率的柴油发动机，当超过一定功率（如1500KW）时，所需的成本将迅速上升，选型困难，这样也造成配套的变矩器等元件选型范围窄、价格高；造成上述传动方案选型困难和成本高的另一个因素在于，在世界范围内，各个国家的压裂作业相关元件和部件的技术成熟度和产业链完善度相差较大，构成上述传动方案的柴油发动机、液力变矩器或传动轴等需要从某些国家或地区购买，这样将造成使用这种传动方案的压裂车成本高昂，且受到进口件周期和货源的限制。

另外，上述传动方案的安全冗余度（可靠性）低，一旦柴油发动机、液力变矩器和传动轴中的任一个发生故障，将造成压裂作业停止，由于压裂作业场地一般位于偏远地区，且这些部件价格昂贵、难以一次性备足，即便是在压裂作业技术发展相对成熟的国家，恢复压裂作业也需要很长时间。

因此，如何针对现有的上述不足和缺陷进行改进，以便更加适应油气开发需要，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种压裂车传动输送系统，以有效提高扩大输出压力和流量覆盖范围，有效降低压裂车传动输送系统相关部件的选型难度和成本，同时还有效提高压裂车传动输送系统的安全冗余度及输送机构的使用寿命。

具体而言，所述压裂车传动输送系统包括一个或多个发动机、多个油泵、控制阀组、第一输送机构和第二输送机构，其中：所述第一输送机构和所述第二输送机构均包括油缸和增压缸，所述油缸的活塞杆的伸出端设置有塞体，所述塞体可移动地设置于所述增压缸内；发动机为一个时，发动机用于驱动多个油泵，发动机为多个时，发动机用于驱动至少一个油泵；所述控制阀组用于控制所述第一输送机构中油缸和所述第二输送机构中油缸的进回油状态。

进一步地，所述压裂车传动输送系统包括第三输送机构，所述第三输送机构包括所述油缸和所述增压缸；所述控制阀组还用于控制所述第三输送机构中油缸的进回油状态。

进一步地，所述第一输送机构中的增压缸处于排出状态时，所述第二输送机构中的增压缸处于吸入状态。

进一步地，所述第一输送机构、所述第二输送机构和所述第三输送机构中，其中一个的增压缸处于排出状态时，剩余两个中的其中一个的增压缸处于吸入状态，剩余两个中的另一个的增压缸处于准备状态。

进一步地，所述发动机为多个，其中一个为压裂车底盘发动机。

进一步地，各增压缸的出口端均连接配流体。

进一步地，各输送机构的油缸的有杆腔依次连通；所述控制阀组还用于控制各油缸的无杆腔的进回油状态。

本发明的第二目的在于提供一种压裂车，以有效降低压裂车的制造成本和生产难度，同时有效提高作业性能、作业效率和可维护性。

具体而言，所述压裂车包括底盘，所述底盘的车体上设置有上述任一项所述的压裂车传动输送系统。

进一步地，所述车体上设置有支撑架，在压裂车传动输送系统未包含底盘发动机的情形下，多个发动机从前到后依次设置于所述支撑架上，各输送机构设置于所述车体与所述支撑架之间。

采用本发明的压裂车传动输送系统时，至少一个发动机驱动多个油泵或者至少一个油泵，多个油泵输出压力油，并通过控制阀组控制第一输送机构和第二输送机构的进回油状态，由第一输送机构和第二输送机构中的增压缸实现压裂液的连续输送，不同缸径的油缸和不同缸径的增压缸相互配合能够实现不同压力下的多种排量要求，且覆盖范围较广；再者，油缸和增压缸的行程较大，运行时换向次数较少、线速度较低，这样能够有效提高输送机构相关部件（如增压缸、油缸等）的使用寿命。另外，采用至少一个发动机、多个油泵实现传动，能够有效扩大传动系统相关部件的选型范围，能够有效降低实施难度，也便于实现多种匹配方式，以及便于实现压裂泵转速和输出功率的控制。另外，采用多个发动机时，在满足最大功率的前提下，各个发动机承担的功率能够有效减少，因而，可以选用常见的小功率发动机，这样大大提高了选型范围，相应地，各个油泵、各油缸、各增压缸等液压元件的选型范围也能够得到有效提高。另外，采用这种传动方式后，各发动机、各油泵、各油缸和各增压缸等易于获得，实施容易，无需受到进口、专用的限制，因而能够有效降低压裂车传动输送系统的部件成本；另外，采用这种传动方式后，若某一个发动机或油泵损坏后，整个传动输送系统仍能保证压裂作业继续进行一段时间，因而有效提高了安全冗余度，降低了施工方发生损失的风险。

在一种可选的方案中，可以同时采用三个输送机构，以实现压裂液的连续输送；在此基础上，第一输送机构中的增压缸处于排出状态时，第二输送机构中的增压缸处于吸入状态，第三输送机构中的增压缸处于准备状态；这样能够实现压裂液的稳定、连续输送。

在一种可选的方案中，多个发动机的其中一个压裂车底盘发动机，这样充分发挥了底盘发动机的使用效率，使得底盘发动机在行走过程中能够发挥作用，在作业过程中也能发挥作用。

本发明的压裂车具有上述的压裂车传动输送系统，因而能够有效降低压裂车的制造成本和生产难度，同时能够有效提高作业性能、作业效率和可维护性。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的一种压裂车传动输送系统的组成原理示意图；

图2为本发明其他实施例提供的一种压裂车的结构示意图。

图中主要元件符号说明：

1发动机

2油泵

3控制阀组

4油缸

5增压缸

6配流体

7分动箱

8液压油箱

10底盘

11车体

12支撑架

41活塞杆

42有杆腔

43塞体

具体实施方式

应当指出，本部分中对具体结构的描述及描述顺序仅是对具体实施例的说明，不应视为对本发明的保护范围有任何限制作用。此外，在不冲突的情形下，本部分中的实施例以及实施例中的特征可以相互组合。

请参考图1和图2，下面将结合附图对本发明实施例作详细说明。

结合图1所示，本发明实施例的压裂车传动输送系统可以包括多个发动机1、多个油泵2、控制阀组3、液压油箱8、第一输送机构、第二输送机构和第三输送机构。在本申请中，“多个”是指两个及两个以上。

其中，第一输送机构、第二输送机构和第三输送机构均包括油缸4和增压缸5，油缸4的活塞杆41的伸出端设有塞体43，塞体43可移动地设置于增压缸5内；每个发动机1驱动至少一个油泵2；第一输送机构中油缸4、第二输送机构中油缸4和第三输送机构中油缸4的有杆腔41依次连通，控制阀组3连接于多个油泵2与第一输送机构、第二输送机构、第三输送机构之间，用于控制第一输送机构中油缸4、第二输送机构中油缸4和第三输送机构中油缸4的无杆腔进回油状态。

在具体实施过程中，每个发动机1的动力输出端与至少一个油泵2的动力轴传动连接，发动机1可以直接驱动油泵2，当然也可以采用间接驱动，即在发动机1与油泵2之间的传动连接线路上可以设置分动箱7，由分动箱7带动一个或者同时带动多个油泵2。

另外，在具体实施过程中，每个油泵2的吸油口接于液压油箱8，每个油泵2的出油口连接于控制阀组3的进油口，控制阀组3的回油口接于液压油箱8，控制阀组3的三个工作油口分别接于三个油缸4的无杆腔，这样通过改变控制阀组的工作状态，即可控制三个油缸4的进回油状态。

另外，在具体实施过程中，设于各油缸4的活塞杆41伸出端的塞体可以采用多种形式，只要能够实现塞体在增压缸5中来回伸缩进而使增压缸5的出口吸入或排出压裂液即可；例如，该塞体可以是活塞杆41伸出端自身形成，也可以是连接于活塞杆伸出端的活塞或者柱塞等。

下面结合具体场景说明上述实施例的压裂车传动输送系统的原理及技术效果：

在使用过程中，各增压缸5的出口连接配流体6及管汇系统（图1中未示出）；在工作过程中，多个发动机1启动，带动多个油泵2运转，控制阀3动作，控制至少一个油缸4的无杆腔进油，其他油缸4的无杆腔回油，从而使增压缸5通过配流体6将压裂液吸入和连续输出，以满足压裂作业的需要。

与现有技术相比，各输送机构的油缸4可以采用不同缸径，相应地，对应的增压缸5也可以采用不同缸径，由此油缸4与增压缸5相互配合能够实现不同压力下的多种排量要求，且覆盖范围较广；再者，油缸4和增压缸5的行程较大，运行时换向次数较少、线速度较低，这样能够有效提高输送机构相关部件（如增压缸、油缸等）的使用寿命。另外，采用多个发动机时，在满足最大功率的前提下，各个发动机承担的功率能够有效减少，因而，可以选用常见的小功率发动机，这样也大大提高了选型范围，相应地，各个油泵、各油缸、各增压缸等液压元件的选型范围也能够得到有效提高，有效降低了实现难度，也便于实现多种匹配方式。另外，采用这种传动方式后，各发动机1、各油泵2、各油缸4和各增压缸5等易于获得，实施容易，无需受到进口、专用的限制，因而能够有效降低压裂车传动输送系统的部件成本；另外，采用这种传动方式后，若某一个发动机1或油泵2损坏后，整个传动输送系统仍能保证压裂作业继续进行一段时间，因而有效提高了安全冗余度，降低了施工方发生损失的风险。

需要说明的是，上述实施例在具体实施过程中，多个发动机1中的其中一个可以采用压裂车底盘发动机，这样能够充分发挥底盘发动机的使用效率，使得底盘发动机在行走过程中能够发挥作用，在作业过程中也能发挥作用。

需要说明的是，上述实施例中，为了实现三个输送机构稳定、连续地实现压裂液的输送，可以通过改变控制阀组3的状态，使得在第一输送机构中的增压缸5处于排出状态时，第二输送机构中的增压缸5处于吸入状态，第三输送机构中的增压缸5处于准备状态，进一步地，在第二输送机构中的增压缸5处于排出状态时，第三输送机构中的增压缸5处于吸入状态，第一输送机构中的增压缸5处于准备状态，进一步地，在第三输送机构中的增压缸5处于排出状态时，第一输送机构中的增压缸5处于吸入状态，第二输送机构中的增压缸5处于准备状态，按照上述步骤循环往复。需要说明的是，实现这种控制方式的控制阀组3具有多种多样，有关控制阀组3的各种实现方式可以参考现有技术中的已知结构，在此不再展开描述。

需要说明的是，上述实施例中，发动机1为多个，便于选型、控制成本和增强可靠性（安全冗余度），但在其他实施例中，发动机1也可以为一个，即通过单个较大功率的发动机驱动（如通过分动箱）多个油泵2，这种方案也便于各油泵2、各油缸4和各增压缸5等的选型以及适当提高传动输送系统的可靠性。

需要说明的是，上述实施例中，为了更好地实现三个油缸4依次进行相应动作，三个油缸4的有杆腔依次连通，但在其他实施例中，并不受限于此，控制三个油缸4依次动作可以由控制阀组3分别控制实现。

需要说明的是，上述各种实施例中，均以三个输送机构进行举例说明，但在其他实施例中，并不受限于此；例如，还可以仅采用两个输送机构（如第一输送机构和第二输送机构），为了实现连续输送，可以使第一输送机构中的增压缸5在处于排出（吸入）状态时，第二输送机构中的增压缸5处于吸入（排出）状态；又如，还可以采用三个以上的输送机构，各个输送机构的油缸4的进回油状态均由控制阀组3控制。

结合图2所示，本发明其他实施例还提供了一种压裂车，该压裂车包括底盘10以及上述实施例所述的压裂车传动输送系统，该压裂车传动输送系统设置于底盘10的车体11上。由前述压裂车传动输送系统的技术效果可知，该压裂车能够有效降低压裂车的制造成本和生产难度，同时能够有效提高作业性能、作业效率和可维护性。

在具体实施过程中，该压裂车可以采用如下优选方案：在车体11上设置有支撑架12，多个发动机1（未包含底盘发动机）从前到后依次设置于支撑架12上，各输送机构设置于车体11与支撑架12之间，即各油缸4及相应的各增压缸5可以从前到后安装于支撑架12下方的车体11上，将配流体6安装于车体11尾部，从而便于增压缸5与配流体6的连接；这种布置方式便于安装和维护。

压裂车其他部分的具体实施过程可参见现有技术的相关描述，兹不赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种压裂车传动输送系统，其特征在于，所述压裂车传动输送系统包括一个或者多个发动机（1）、多个油泵（2）、控制阀组（3）、第一输送机构和第二输送机构，其中：

所述第一输送机构和所述第二输送机构均包括油缸（4）和增压缸（5），所述油缸（4）的活塞杆（41）的伸出端设有塞体（43），所述塞体（43）可移动地设置于所述增压缸（5）内；

发动机（1）为一个时，发动机（1）用于驱动多个油泵，发动机（1）为多个时，发动机（1）用于驱动至少一个油泵（2）；所述控制阀组（3）用于控制所述第一输送机构中油缸（4）和所述第二输送机构中油缸（4）的进回油状态。

2.如权利要求1所述的压裂车传动输送系统，其特征在于，所述压裂车传动输送系统包括第三输送机构，所述第三输送机构包括油缸（4）和增压缸（5）；所述控制阀组还用于控制所述第三输送机构中油缸（4）的进回油状态。

3.如权利要求1所述的压裂车传动输送系统，其特征在于，所述第一输送机构中的增压缸（5）处于排出状态时，所述第二输送机构中的增压缸（5）处于吸入状态。

4.如权利要求2所述的压裂车传动输送系统，其特征在于，所述第一输送机构、所述第二输送机构和所述第三输送机构中，其中一个的增压缸（5）处于排出状态时，剩余两个中的其中一个的增压缸（5）处于吸入状态，剩余两个中的另一个的增压缸（5）处于准备状态。

5.如权利要求1所述的压裂车传动输送系统，其特征在于，所述发动机（1）为多个，其中一个为压裂车底盘发动机。

6.如权利要求1至5任一项所述的压裂车传动输送系统，其特征在于，各增压缸（5）的出口均连接配流体（6）。

7.如权利要求1至5任一项所述的压裂车传动输送系统，其特征在于，各输送机构的油缸（4）的有杆腔（42）依次连通；所述控制阀组用于控制各油缸（4）的无杆腔的进回油状态。

8.一种压裂车，包括底盘（10），其特征在于，所述底盘（10）的车体（11）上设置有权利要求1至7任一项所述的压裂车传动输送系统。

9.如权利要求8所述的压裂车，其特征在于，所述车体（11）上设置有支撑架（12），在压裂车传动输送系统未包含底盘发动机的情形下，多个发动机（1）从前到后依次设置于所述支撑架（12）上，各输送机构设置于所述车体（11）与所述支撑架（12）之间。

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