CN104196513A - 流量可调的压裂作业系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流量可调的压裂作业系统，该作业系统包括管汇、混砂车、仪表车及压裂泵组；所述压裂泵组设置有汽车底盘、驱动装置、压裂泵和散热装置，驱动装置、压裂泵和散热装置均设置在汽车底盘上，驱动装置通过传动机构将动力传递给压裂泵，散热装置设置在传动机构的上方；其中，压裂泵组的压裂泵的液力端上设置有调节塞、限位杆和调节旋钮，调节塞可以在限位杆和液力端壳体之间的范围活动，当要缩小或增大调节塞的移动范围时，可以通过调节旋钮改变限位杆伸入到液力端壳体内的长度；通过改变调节塞的移动范围，可以改变压裂泵在作业过程中的容积变化大小，进而改变压裂泵的输出流量。

Description

流量可调的压裂作业系统

技术领域

本发明涉及油气开采技术，特别涉及一种流量可调的压裂作业系统。

背景技术

水力压裂是利用地面高压泵，通过井筒向油层挤注具有较高粘度的压裂液。当注入压裂液的速度超过油层的吸收能力时，则在井底油层上形成很高的压力，当这种压力超过井底附近油层岩石的破裂压力时，油层将被压开并产生裂缝。这时，继续不停地向油层挤注压裂液，裂缝就会继续向油层内部扩张。为了保持压开的裂缝处于张开状态，接着向油层挤入带有支撑剂(通常石英砂)的携砂液，携砂液进入裂缝之后，一方面可以使裂缝继续向前延伸，另一方面可以支撑已经压开的裂缝，使其不致于闭合。再接着注入顶替液，将井筒的携砂液全部顶替进入裂缝，用石英砂将裂缝支撑起来。最后，注入的高粘度压裂液会自动降解排出井筒之外，在油层中留下一条或多条长、宽、高不等的裂缝，使油层与井筒之间建立起一条新的流体通道。压裂施工作业是改造油气藏的重要手段之一，它是增加油气的流动性，提高油气采收率的一种行之有效的方法；尤其对于低渗透油气井，需要借助于压裂作业才能达到稳产和增产的目的。

压裂作业系统通常包括多台压裂泵组、混砂车、高低压管汇及仪表车；压裂泵组是压裂作业的主要设备，它的作用是向井内注入高压、大排量的压裂液，将地层压开，把支撑剂挤入裂缝；混砂车是的作用是将支撑剂、压裂基液及其它的添加剂混合得到压裂液并将压裂液经低压管汇供给压裂泵组；压裂泵组将压裂液加压后经高压管汇注入井口；仪表车通过各种传感器对整个压裂作业进行监控。在压裂作业过程中，如果始终以统一的速度(即流量)向油气井注入压裂液，极有可能导致井内压力波动过大，引起生产事故或设备损坏等问题，因此，在不同工况/施工阶段，需要以不同的速度注入压裂液。

发明内容

基于上述原因，本发明提出一种流量可调的压裂作业系统，利用该压裂作业系统可以根据不同工况及施工阶段采取不同的输出流量，以保证作业安全。

一方面，本发明提出了一种流量可调的压裂作业系统，包括管汇、混砂车、仪表车及压裂泵组；所述压裂泵组设置有汽车底盘、驱动装置、压裂泵和散热装置，驱动装置、压裂泵和散热装置均设置在汽车底盘上，驱动装置通过传动机构将动力传递给压裂泵，散热装置设置在传动机构的上方；其中，压裂泵包括动力端和液力端，动力端和液力端通过连接件固定连接，动力端设置有动力端壳体、曲轴和连杆，所述曲轴可转动地架设在动力端壳体内，驱动装置的动力经传动机构传递至曲轴进而驱使曲轴转动；所述液力端设置有液力端壳体、进液口、排液口、柱塞、进液阀组和排液阀组，进液口设置于液力端壳体的底部，排液口设置于液力端壳体的顶部，柱塞可滑动地设置在液力端壳体上；所述连杆一端与曲轴连接，另一端与柱塞连接；所述液力端还设置有调节塞、限位杆和调节旋钮，所述调节塞设置在与柱塞相对的位置上，并可相对液力端壳体滑动，调节塞另一端设有敞开口，限位杆的第一端插入到敞开口内，限位杆的第二端与调节旋钮连接；所述第一端上设置有用于限制调节塞位置的限位结构，所述调节塞可在限位杆和液力端壳体限定的范围内滑动。

在优选地技术方案中，所述调节塞和柱塞同轴设置。

在优选地技术方案中，所述液力端还设置有弹簧，所述弹簧套设在限位杆上，其一端抵靠在调节塞上，另一端抵靠在液力端壳体上。

在优选地技术方案中，所述柱塞由陶瓷材料制成。

在优选地技术方案中，所述驱动装置为柴油机或电动机。

在优选地技术方案中，所述压裂作业系统还包括液罐车和运砂车，运砂车用于为混砂车提供石英砂，液罐车用于为混砂车提供压裂基液。

压裂泵属于容积式泵，即通过改变容积来吸入/排出压裂液，当柱塞向液力端壳体外移动时，液力端内的容积增大，压裂液从进液口被吸入，当柱塞向液力端壳体内移动时，容积缩小，压裂液从排液口被排出；在柱塞往复运动过程中，容积改变多少是影响压裂泵输出流量的一个重要因素。本发明提出的压裂作业系统在压裂泵的液力端上设置有调节塞、限位杆和调节旋钮，调节塞可以在限位杆和液力端壳体之间的范围活动，当要缩小或增大调节塞的移动范围时，可以通过调节旋钮改变限位杆伸入到液力端壳体内的长度；通过改变调节塞的移动范围，可以改变压裂泵在作业过程中的容积变化大小，进而改变压裂泵的输出流量。

附图说明

图1为本发明具体实施例提供的压裂作业系统的工作原理图；

图2为本发明具体实施例提供的压裂泵组的机构示意图；

图3为本发明具体实施例提供的压裂泵的结构示意图；

图4为图3所示压裂泵的液力端的剖视图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本发明具体实施例提出的压裂作业系统包括多台压裂泵组10、混砂车30、管汇车20、液罐车40、运砂车50和仪表车60；运砂车50用于为混砂车30提供石英砂，液罐车40用于为混砂车30提供压裂基液；作业时，混砂车30将运砂车50和液罐车40提供的石英砂和压裂基液按一定比例混合后得到压裂液并提供给压裂泵组10，压裂泵组10上的压裂泵5将压裂液加压后经管汇车20输往油气田的井口70，仪表车60对混砂车30、压力泵组、管汇车20及井口70的当前状态进行监测，并根据监测情况控制整个压裂作业过程。

如图2所示，压裂泵组10包括汽车底盘1、驱动装置2、压裂泵5和散热装置4，驱动装置2、压裂泵5和散热装置4均设置在汽车底盘1上，驱动装置2通过传动机构3将动力传递给压裂泵5，散热装置4设置在传动机构3的上方。如图3和图4所示，压裂泵5包括动力端51和液力端51，其中，动力端51设置有动力端壳体511、曲轴(图中未示出)和连杆(图中未示出)；液力端52设置有液力端壳体521、进液口522、排液口523、柱塞524、进液阀组525和排液阀组526；动力端壳体511通过连接件53与液力端壳体521固定连接；进液口522设置于液力端壳体521的底部，排液口523设置于液力端壳体521的顶部，柱塞524可滑动地设置在液力端壳体521上；曲轴通过轴承可转动地架设在动力端壳体511内，连杆一端与曲轴连接，另一端与柱塞524连接，当驱动装置2驱动曲轴转动时，曲轴带动连杆做往复运动，连杆带动柱塞524左右往复移动；作业时，当柱塞524向左移动时，进液阀组525打开(此时排液口523关闭)，压裂液从进液口522进入压裂泵5，当柱塞524向右移动时，进液口522关闭，排液阀组526打开，压裂液在柱塞524的挤压下从排液口523排出。

为了调节压裂泵5的流量，如图4所示，该压裂泵5在液力端(52)上还设置有调节塞527、弹簧528、限位杆520和调节旋钮529，调节塞527设置于液力端壳体521内并可相对液力端壳体521左右移动，弹簧528套在限位杆520上，且弹簧528的左端抵靠在调节塞527的右端上，调节塞527右端设有敞开口，限位杆520的左端插入到调节塞527内，限位杆520的右端与调节旋钮529连接，通过转动调节旋钮529可以调整限位杆520伸入到液力端52内部的长度，调节塞527可以在限位杆520和液力端壳体521所限定的范围内(即最右端位置为调节塞527完全封堵在A位置处，最左端位置为调节塞527与限位杆520配合的极限位置)；鉴于压裂泵5的柱塞在往复运动过程中所改变的容积量是影响输出流量的一个重要因素，因此，可以通过改变调节塞527的移动范围来调节压裂泵5的排量，该压裂泵5的工作过程是：当柱塞524往左运动时，调节塞527在弹簧528的作用下(也可以是在负压下，即调节塞527的右侧压力大于左侧压力)向左移动，当调节塞527移动至左端的极限位置时，柱塞524仍然在向左移动，液力端壳体521内产生真空，此时进液阀组525打开，在大气压力作用下，压裂液进入到压裂泵5内；当柱塞524向右运动时，调节塞527在压力作用下往右运动直至到达右端极限位置，柱塞524继续向右运动，排液阀组526打开，在柱塞524推动下，压裂泵5从排液口523排出。调节压裂泵5的排量时，转动调节旋钮529，调节旋钮529驱使限位杆520向液力端壳体521内或外移动，从而调节限位杆520伸入液力端壳体521内的长度，进而改变调节塞527的左端极限位置；在柱塞524冲次不变的情况下，限位杆520伸入液力端壳体521的长度越长，柱塞524往复过程中，压裂泵5的容积改变越小，输出流量也越小，反之，输出流量越大。

在多缸压裂泵5上，采用本发明提出的结构，可以根据需要调节每个缸的输出流量。

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 (6)

1.流量可调的压裂作业系统，包括管汇(20)、混砂车(30)、仪表车(60)及压裂泵组(10)，其特征在于，所述压裂泵组(10)设置有汽车底盘(1)、驱动装置(2)、压裂泵(5)和散热装置(4)，驱动装置(2)、压裂泵(5)和散热装置(4)均设置在汽车底盘(1)上，驱动装置(2)通过传动机构(3)将动力传递给压裂泵(5)，散热装置(4)设置在传动机构(3)的上方；其中，压裂泵(5)包括动力端(51)和液力端(52)，动力端(51)和液力端(52)通过连接件固定连接，动力端(51)设置有动力端壳体(511)、曲轴和连杆，所述曲轴可转动地架设在动力端壳体(511)内，驱动装置(2)的动力经传动机构(3)传递至曲轴进而驱使曲轴转动；所述液力端(52)设置有液力端壳体(521)、进液口(522)、排液口(523)、柱塞(524)、进液阀组(525)和排液阀组(526)，进液口(522)设置于液力端壳体(521)的底部，排液口(523)设置于液力端壳体(521)的顶部，柱塞(524)可滑动地设置在液力端壳体(521)上；所述连杆一端与曲轴连接，另一端与柱塞(524)连接；所述液力端(52)还设置有调节塞(527)、限位杆(520)和调节旋钮(529)，所述调节塞(527)设置在与柱塞(524)相对的位置上，并可相对液力端壳体(521)滑动，调节塞(527)另一端设有敞开口，限位杆(520)的第一端插入到敞开口内，限位杆(520)的第二端与调节旋钮(529)连接；所述第一端上设置有用于限制调节塞(527)位置的限位结构，所述调节塞(527)可在限位杆(520)和液力端壳体(521)限定的范围内滑动。

2.根据权利要求1所述的流量可调的压裂作业系统，其特征在于，所述调节塞(527)和柱塞(524)同轴设置。

3.根据权利要求1所述的流量可调的压裂作业系统，其特征在于，所述液力端(52)还设置有弹簧(528)，所述弹簧(528)套设在限位杆(520)上，其一端抵靠在调节塞(527)上，另一端抵靠在液力端壳体(521)上。

4.根据权利要求1所述的流量可调的压裂作业系统，其特征在于，所述柱塞(524)由陶瓷材料制成。

5.根据权利要求1至4任一项所述的流量可调的压裂作业系统，其特征在于，还包括液罐车(40)和运砂车(50)，运砂车(50)用于为混砂车提供石英砂，液罐车(40)用于为混砂车(30)提供压裂基液。

6.根据权利要求1至4任一项所述的流量可调的压裂作业系统，其特征在于，所述驱动装置(2)为柴油机或电动机。