CN104696213B - 压裂泵系统及压裂车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压裂泵系统及压裂车。所述压裂泵系统包括安装位置相固定的油缸、第一增压缸和液力端，所述油缸的活塞杆的伸出端通过活塞可移动地设置于所述第一增压缸中，所述第一增压缸的另一端连接于所述液力端的输送腔增压接口，所述液力端的输送腔与所述增压接口相对的一侧的侧壁上开设有可封闭的更换通道，所述更换通道的通径不小于所述第一增压缸的内径。采用本发明的方案后，在更换活塞时，可通过更换通道将活塞推到液力端外侧，作业空间大，拆装方便；无需更换(额外配置)液力端，只需装入或拆除增压缸和更换对应的活塞就可以实现所有工况下的排量和压力输出；增压缸更换简单快捷，可在施工现场进行更换作业，大大提高维护效率。

Description

压裂泵系统及压裂车

技术领域

本发明涉及压裂车技术领域，特别涉及一种压裂泵系统及压裂车。

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，常见的压裂车一般包括底盘以及设置于底盘上的柴油发动机、液力变矩器、传动轴和压裂泵等，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。

现有技术中，作为输送机构的压裂泵一般采用曲轴式柱塞泵，图1示出了这种曲轴式柱塞泵的结构示意图，如图所示，该曲轴式柱塞泵1'包括曲轴11'、多个连杆12'和多个柱塞13'等，曲轴11'的两端设置有动力输入齿轮，多个柱塞13'布置在曲轴11'的一侧，多个柱塞13'的一端可分别在液力端14'中来回移动，多个连杆12'设置在多个柱塞13'的另一端与曲轴11'之间，这样当曲轴11'转动时，将带动连杆12'作曲柄连杆运动，连杆12'进而驱动柱塞13'作往复运动(类似于发动机曲轴与活塞的运动)，从而实现通过液力端14'将工作介质(压裂液)吸入并连续高压输出，以进行压裂作业。

上述曲轴式柱塞泵中，冲程较短(如五缸式柱塞泵冲程约为200mm)，换向次数多，柱塞动作频繁，易损件的寿命短，例如，液力端的阀座、阀和阀胶皮等的使用寿命只有几十小时；另外，柱塞在频繁快速换向时，压裂液尚未充分吸入即排出，造成吸入效率不高，导致工作效率偏低；另外，压裂泵内集成安装有曲轴、动力输入齿轮、连杆、液力端的箱体及座体等，结构复杂，制造成本高，拆装维护不便；另外，动力输入齿轮作高速重载旋转，对润滑和冷却的要求高，需要布置结构复杂的润滑系统及对应的冷却系统。

为了解决该问题，本申请人曾提出了一种新式解决方案，即压裂泵系统，具体请参见公开号为CN103742381A的专利文献。然而不论是传统的曲轴式柱塞泵还是前述压裂泵系统，在使用过程中，其输出的排量和压力通常需要因不同的施工工况而不同，当需要改变输出排量和压力时，对于更换前后排量压力参数相差不大的情形，一般需要更换不同尺寸的柱塞(对于压裂泵系统还需要更换增压缸)，对于更换前后排量压力参数相差较大的情形，一般需要更换整个不同尺寸的液力端14'。整个更换过程繁琐复杂，费时费力，以图2所示的曲轴式柱塞泵为例，柱塞13'与液力端14'之间的密封件16'固定在液力端14'上，该密封件16'为易损件，当需要更换时，必须将先将柱塞13'和螺母17'等拆下。

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泵系统，以有效提高压裂泵系统相关部件的更换周期。

具体而言，所述压裂泵系统包括安装位置相固定的油缸、第一增压缸和液力端，所述油缸的活塞杆的伸出端通过活塞可移动地设置于所述第一增压缸中，所述第一增压缸的另一端连接于所述液力端的输送腔增压接口，所述液力端的输送腔与所述增压接口相对的一侧的侧壁上开设有可封闭的更换通道，所述更换通道的通径不小于所述第一增压缸的内径。

进一步地，所述第一增压缸在靠近所述活塞杆的一端的附近设置有可供第一限位件安置的第一限位位置，另一端的附近设置有可可供第二限位件安置的第二限位位置，所述第二限位件的最大尺寸小于所述更换通道的通径。

进一步地，所述压裂泵系统还包括第二增压缸，所述第二增压缸的外径小于所述第一增压缸的内径，所述第二增压缸通过所述更换通道安装至所述第一增压缸中，并通过位于所述第一限位位置的第一限位件和位于所述第二限位位置的第二限位件实现两端限位。

进一步地，所述第一增压缸在靠近所述活塞杆的一端的内部设置有第一内螺纹，所述第一限位件为能与所述第一内螺纹相配合的第一外螺纹锁止件。

进一步地，所述第一增压缸的另一端外侧的液力端输送腔侧壁上设置有第二内螺纹，所述第二限位件为能与所述第二内螺纹相配合的第二外螺纹锁止件。

进一步地，所述第二增压缸在靠近所述活塞杆的一端的附近设置有可供第三限位件安置的第三限位位置，所述压裂泵系统还包括第三增压缸，所述第三增压缸通过所述更换通道安装至所述第二增压缸中，并通过位于所述第三限位位置的第三限位件和位于所述第二限位位置的第二限位件实现两端限位。

进一步地，所述第二增压缸在靠近所述活塞杆的一端的内部设置有第三内螺纹，所述第三限位件为能与所述第三内螺纹相配合的第三外螺纹锁止件。

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可维护性。

具体而言，所述压裂车上设置有上述任一项所述的压裂泵系统。

本发明任一种方案均包括以下至少一种技术效果：

1)更换活塞时，可通过更换通道将活塞推到液力端外侧，作业空间大，拆装方便；

2)更换密封件时，可将活塞推到液力端外侧，作业空间大，拆装方便；

3)无需更换(额外配置)液力端，只需装入或拆除增压缸和更换对应的活塞就可以实现所有工况下的排量和压力输出；

2)增压缸更换简单快捷，可在施工现场进行更换作业，大大提高维护效率；

3)由于能够节省液力端的额外配置，而增压缸比液力端的制造成本明显降低，因而能够大幅提高使用经济性；

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为现有技术中典型的曲轴式柱塞泵的结构示意图；

图2为图1所示曲轴式柱塞泵中柱塞和液力端连接结构的剖面图；

图3为本发明实施例的压裂泵系统的结构示意图；

图4为本发明实施例的压裂泵系统在增加增压缸和更换活塞后的结构示意图；

图5为图3和图4中两个增压缸以及限位方式的结构示意图；

图6为图3所示压裂泵系统在更换活塞时的结构示意图。

图中主要元件符号说明：

1 油缸

2 箱体

3 活塞杆

4 第一增压缸

5 活塞

6 液力端

7 第二限位件

8 第一限位件

9 第二增压缸

61 端盖

62 吸入阀

63 排出阀

64 第二内螺纹

65 更换通道

66 输送腔增压接口

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2至图6，下面将结合附图对本发明实施例作详细说明。

如图所示，本发明实施例的压裂泵系统可以包括油缸1、第一增压缸4、活塞5和液力端6。

其中，油缸1、第一增压缸4和液力端6的安装位置相固定，具体实施时，可以将油缸1缸筒的活塞杆端和第一增压缸4的第一端均连接箱体2上，油缸的活塞杆3的伸出端穿过箱体2并通过活塞5可移动地设置于第一增压缸4中，第一增压缸4的另一端连接于液力端6的输送腔增压接口66，有关液力端的具体结构可以参见现有技术的相关描述，这部分不是本申请的重点，在此不再展开。液力端6中与输送腔增压接口66相对的一侧的侧壁上开设有可封闭的更换通道65，更换通道65的通径不小于第一增压缸4的内径，更换通道65可以通过安装端盖61实现封闭或者通过拆除端盖61实现开启。优选地，活塞杆3的长度能够满足将活塞5通过更换通道65推出至液力端6外。

另外，第一增压缸4在靠近活塞杆3的一端的附近设置有可供第一限位件8安置的第一限位位置，另一端的附近设置有可可供第二限位件7安置的第二限位位置，第二限位件7的最大尺寸小于更换通道65的通径。具体实施时，可以在第一增压缸靠近所述活塞杆的一端的内部设置第一内螺纹，第一限位件8采用能与该第一内螺纹相配合的第一外螺纹锁止件(如外螺纹螺母)；在第一增压缸4的另一端外侧的液力端输送腔侧壁上设置第二内螺纹64，第二限位件7采用能与第二内螺纹64相配合的第二外螺纹锁止件(如外螺纹螺母)。

在工作过程中，活塞杆3和活塞5一同在第一增压缸4内移动，向左移动时，液力端6中的吸入阀62打开，液体吸入，向右移动时，排出阀63打开，液体排出。

如图4所示，第一增压缸4为最大输出排量下的增压缸(内径最大)，当需要提高输出压力、降低排量时，可将液力端6的端盖61拆下，使更换通道65打开，再通过活塞杆3将活塞5通过更换通道推出65至液力端6外，更换较小尺寸的活塞5后，将活塞5缩回，然后将内径较小的第二增压缸9(其内径小于第一增压缸4的内径)从液力端6外侧通过更换通道65插入到第一增压缸4内，之后分别安装第一限位件8和第二限位件7(第一限位件8也可以事先安装或者设置在第一限位位置)，锁紧固定好第增压缸；如图5所示，第二增压缸的左端也可以具有内螺纹(第三限位位置)，当需要进一步提高输出压力时，用同样的方法将内径更小的第三增压缸插入到第二增压缸9内，左端通过第三限位件(第三外螺纹锁止件)限位，右端通过第二限位件7限位。

如图6所示，在更换活塞5密封件时，可先将液力端6的端盖61拆下，使更换通道65打开，再在油缸1的活塞杆3的作用下将活塞5完全推到液力端6外侧，之后进行密封件更换。当然，平时工作时，可以对油缸设置相应的限位装置，从而限制活塞5只在增压缸内前后移动。

从上述能够直接和毫无疑义地得出，本发明优选实施例的方案至少具有以下技术效果：更换活塞时，可通过更换通道将活塞推到液力端外侧，作业空间大，拆装方便；更换密封件时，可将活塞推到液力端外侧，作业空间大，拆装方便；无需更换(额外配置)液力端，只需装入或拆除增压缸和更换对应的活塞就可以实现所有工况下的排量和压力输出；增压缸更换简单快捷，可在施工现场进行更换作业，大大提高维护效率；由于能够节省液力端的额外配置，而增压缸比液力端的制造成本明显降低，因而能够大幅提高使用经济性。

本发明其他实施例还提供了一种压裂车，该压裂车上设置有上述任一种实施例所述的压裂泵系统。由前述压裂泵系统的技术效果可知，该压裂车能够有效降低维护难度，提高经济价值。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 (7)

1.一种压裂泵系统，包括安装位置相固定的油缸、第一增压缸和液力端，所述油缸的活塞杆的伸出端通过活塞可移动地设置于所述第一增压缸中，所述第一增压缸的另一端连接于所述液力端的输送腔增压接口，其特征在于：

所述液力端的输送腔与所述增压接口相对的一侧的侧壁上开设有可封闭的更换通道，所述更换通道的通径不小于所述第一增压缸的内径；

所述第一增压缸在靠近所述活塞杆的一端的附近设置有可供第一限位件安置的第一限位位置，另一端的附近设置有可供第二限位件安置的第二限位位置，所述第二限位件的最大尺寸小于所述更换通道的通径。

2.如权利要求1所述的压裂泵系统，其特征在于，所述压裂泵系统还包括第二增压缸，所述第二增压缸的外径小于所述第一增压缸的内径，所述第二增压缸通过所述更换通道安装至所述第一增压缸中，并通过位于所述第一限位位置的第一限位件和位于所述第二限位位置的第二限位件实现两端限位。

3.如权利要求1或2所述的压裂泵系统，其特征在于，所述第一增压缸在靠近所述活塞杆的一端的内部设置有第一内螺纹，所述第一限位件为能与所述第一内螺纹相配合的第一外螺纹锁止件。

4.如权利要求1或2所述的压裂泵系统，其特征在于，所述第一增压缸的另一端外侧的液力端输送腔侧壁上设置有第二内螺纹，所述第二限位件为能与所述第二内螺纹相配合的第二外螺纹锁止件。

5.如权利要求2所述的压裂泵系统，其特征在于，所述第二增压缸在靠近所述活塞杆的一端的附近设置有可供第三限位件安置的第三限位位置，所述压裂泵系统还包括第三增压缸，所述第三增压缸通过所述更换通道安装至所述第二增压缸中，并通过位于所述第三限位位置的第三限位件和位于所述第二限位位置的第二限位件实现两端限位。

6.如权利要求5所述的压裂泵系统，其特征在于，所述第二增压缸在靠近所述活塞杆的一端的内部设置有第三内螺纹，所述第三限位件为能与所述第三内螺纹相配合的第三外螺纹锁止件。

7.—种压裂车，其特征在于，所述压裂车上设置有权利要求1至6任一项所述的压裂泵系统。