CN105240241A - 全液压模块化压裂泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全液压模块化压裂泵，包括至少两个压裂泵模块，每个压裂泵模块包括一个双作用液压缸，每个双作用液压缸两端分别连接有左液力端模块和右液力端模块，左液力端模块和右液力端模块结构一致，左右对称设置，双作用液压缸的缸筒及两个液力端模块均固定在同一机座上。本发明的装置，压裂泵冲程长，冲次低，寿命高，制造成本低；可将压裂泵模块灵活组合成任意要求流量的压裂泵组，减少冗余配置成本。

Description

全液压模块化压裂泵

技术领域

本发明属于石油机械设备技术领域，涉及一种全液压模块化压裂泵。

背景技术

压裂工艺是目前提高油气井采收率的有效措施之一，已经成为改造和开发常规低渗透油气藏和复杂油气藏的主要手段。随着非常规油气“工厂化”大型压裂作业施工规模和工作时间不断增加，压裂作业呈现压力高、流量大等特点，为提供满足要求压力和流量的压裂液，作业过程中需要投入多台压裂车(撬)来组成压裂机组联合作业。

压裂泵是压裂车(撬)的核心部件。传统压裂泵由大功率柴油发动机通过变速箱及变矩器调速后驱动，分为动力端和液力端两部分，动力端为一曲轴连杆机构，包括曲柄、连杆和十字头滑块，液力端由含有三或五缸柱塞缸及吸入排出通道的大型锻压阀块和单向阀组组成。柱塞缸行程一般不超过10”，直径通常为3.75”、4”、4.5”、5”和5.5”几种规格，通过更换不同直径柱塞缸以分别适应高压力和大流量需求工况。

传统压裂泵动力端的曲轴连杆机构体积和质量较大，滑块承受径向力对滑块机构轴瓦要求较高，同时液力端部分冲程短、冲次高，寿命低，如液力端阀座、阀及盘根寿命仅有几十小时，在高压交变力作用下，整个阀块及柱塞也极易失效，另外传统压裂泵结构复杂，包含曲轴、齿轮、连杆、十字头、滑块、液力端及箱体等，制造成本高，拆装不便，同时需要布置复杂的润滑及冷却系统，而且为了保证压裂施工作业顺利进行，防止作业过程中某一台设备出现故障，这种单一驱动的压裂泵组在作业现场需要额外配备一个压裂车(撬)。

发明内容

本发明的目的是提供一种全液压模块化压裂泵，解决了现有技术中压裂装备结构复杂，制造成本及维护使用成本高的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种全液压模块化压裂泵，包括至少两个压裂泵模块，每个压裂泵模块包括一个双作用液压缸，每个双作用液压缸两端分别连接有左液力端模块和右液力端模块，左液力端模块和右液力端模块结构一致，左右对称设置，双作用液压缸的缸筒及两个液力端模块均固定在同一机座上。

本发明的全液压模块化压裂泵，其特征还在于：

双作用液压缸的结构是，在缸筒的两端分别设置有一个端盖，每个端盖与缸筒之间均设置有密封圈；在缸筒的内腔设置有活塞，活塞两边分别连接有一个活塞杆，两个活塞杆分别穿出各自一侧的端盖；每个双作用液压缸的缸筒内腔两端分别开有一个液压接口。

左液力端模块的结构是，包括液力端液压缸，在液力端液压缸内腔中设置有液力端柱塞，液力端液压缸的一端口通过柱塞密封盖板与液力端柱塞密封套接，液力端柱塞该端头与双作用液压缸的活塞连接；液力端液压缸另一端与六面体阀块固定连接，液力端液压缸的活塞腔与六面体阀块的内腔连通，六面体阀块分别安装有吸入端的单向阀以及排出端的单向阀。

双作用液压缸的活塞两边行程终端均设置有机械缓冲机构，同时双作用液压缸设置有活塞终端检测单元，缸筒内腔活塞两侧还设置有测压机构。

本发明的有益效果是，全液压模块化压裂泵冲程长，冲次低，寿命高，可降低易损件成本及维护成本；单缸液力端模块阀块为通用件，该阀块体积小，易于制造，可降低制造成本；可将压裂泵模块灵活组合成任意要求流量的压裂泵组，通过液压比例调速驱动，相对于有限档位的传统压裂机组柔性更强，可在工作过程中通过控制除去出现故障的某个模块化压裂泵，保证压裂工作顺利进行，减少冗余配置成本。

附图说明

图1是本发明两个全液压模块化压裂泵并排组合的结构示意图；

图2是本发明中的双作用液压缸1的结构示意图；

图3是本发明中的液力端模块对结构示意图；

图4是图3的俯视结构示意图；

图5是本发明四个全液压模块化压裂泵并排组合的结构示意图。

图中，1.双作用液压缸，2.左液力端模块，3.右液力端模块，4.阀块，5.液力端液压缸，6.液力端柱塞，7.单向阀，8.管汇，9.缸筒，10.活塞杆，11.活塞，12.端盖，13.密封圈，14.柱塞密封盖板，15.由壬接头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

参照图1，本发明的结构是，包括至少两个压裂泵模块，每个压裂泵模块包括一个双作用液压缸1，双作用液压缸1两端分别连接有一个液力端模块，即图1实施例中的左液力端模块2和右液力端模块3，左液力端模块2和右液力端模块3结构一致，左右对称设置，双作用液压缸1的缸筒及两个液力端模块均固定在同一机座上；

参照图2，双作用液压缸1采用标准液压缸型材系列，每个双作用液压缸1的结构是，在缸筒9的两端分别设置有一个端盖12，每个端盖12与缸筒9之间均设置有密封圈13；在缸筒9的内腔设置有活塞11，活塞11两边分别连接有一个活塞杆10，两个活塞杆10分别穿出各自一侧的端盖12。活塞11上设置有双向密封圈及导向环，两个端盖12与各自穿出的活塞杆10接触面分别设置有防尘圈、密封圈及导向环；同时双作用液压缸1设置有活塞终端检测单元，即在活塞11上安装磁环或者在活塞杆10两端安装有机械开关或电气开关，用于控制程序对双作用液压缸1的加减速及换向动作状态的判断。

每个双作用液压缸1的缸筒9内腔两端分别开有一个液压接口(即A接口及B接口)，分别对应连接来油、回油的液压油路，控制活塞11的左右移动；缸筒9内腔活塞11两侧还设置有测压接口，分别连接有测压机构，测压接口用于实时检测所在腔的液压压力，并计算出对应柱塞泵压力，配合液压系统安全溢流阀间接保证压裂泵压力安全可控，以相对小压力级别液压安全阀代替压裂泵超高压安全阀，大幅降低成本。

每个双作用液压缸1的活塞11的两边行程终端均设置有机械缓冲机构，并且每个双作用液压缸1的测压机构选用压力传感器，用于间接测量压裂液压力。

参照图3、图4，左液力端模块2的结构是，包括液力端液压缸5，在液力端液压缸5内腔中设置有液力端柱塞6，液力端液压缸5的一端口通过柱塞密封盖板14与液力端柱塞6密封套接，液力端柱塞6该端头与双作用液压缸1的活塞11连接，活塞11与液力端柱塞6端头通过卡座连接在一起传递轴向力；液力端液压缸5另一端通过螺栓与六面体阀块4固定连接，液力端液压缸5的活塞腔与六面体阀块4的内腔连通，六面体阀块4分别安装有吸入端的单向阀7以及排出端的单向阀7，吸入端单向阀7和排出端单向阀7均从六面体阀块4上下端面安装，排出端的单向阀7外接口设有堵头，流体经吸入管汇8进入六面体阀块4，在液力端柱塞6伸出过程中，吸入端的单向阀7打开，排出端的单向阀7关闭，流体通过吸入端的单向阀7进入六面体阀块4阀腔；在液力端柱塞6压缩过程中，吸入端的单向阀7关闭，排出端的单向阀7打开，流体通过排出端的单向阀7进入侧壁的由壬接头15，汇入高压输出管汇。

左液力端模块2和右液力端模块3，相对于传统三缸或五缸压裂泵液力端，六面体阀块4是单缸独立阀块，这种独立式阀块体的自身体积小，易于制造，同时液力端液压缸5和六面体阀块4是分离式结构，内径能够兼容最大直径柱塞(约5.5寸)，液力端液压缸5一端有密封止口和安装法兰，另一端有柱塞密封盖板14的锯齿形安装内螺纹，同时单缸液力端模块有独立的排出端高压输出由壬接头15(现有的结构是五缸共用一个排出口)，且和液力端柱塞6平行布置(现有结构是垂直布置)。另外，单向阀7、柱塞密封盖板14及其他密封组件完全兼容传统压裂泵。

双作用液压缸1采用液压驱动和控制，可以无级调速；双作用液压缸1设有电气开关用于液压缸往复运动减速和变向。

上述的部分部件可采用和传统曲轴连杆压裂泵相同规格的柱塞缸直径及单向阀组以及相同的密封元件，以便提高通用性，方便使用及维修。

上述的机械缓冲机构、活塞终端检测单元、测压机构、以及供压机构均与控制系统连接，接受统一协调的控制。

参照图5，该实施例是一种典型的四个全液压模块化压裂泵组合，由于六面体阀块4前后侧面无任何接口设备，可以在前后方向上任意并列组合，或者，还可以按需进行垂直布置或水平布置，而且具体应用过程中可能对安装结构和管汇布局进行优化。

本发明的工作过程是，

对压裂泵模块1来说，在双作用液压缸1的A接口通入一定压力和流量的液压油，B接口连接回油管路，假设双作用液压缸1的活塞11向左运动，右侧的活塞杆10带着右液力端模块3的柱塞向左运动，则右侧的六面体阀块4的腔体积增大，压力降低，其对应吸入端的单向阀7打开，排出端的单向阀7关闭，从S2口吸入压裂液；同时，活塞11推动左液力端模块2的柱塞向左运动，则左侧的六面体阀块4的腔体积减小，压力增大，其对应吸入端的单向阀7关闭，排出端的单向阀7打开，向P1口排出对应压力和流量的压裂液；

相反，在双作用液压缸1的B接口通入压力油，A接口接回油管路，则左液力端模块2从S1口吸入压裂液，右液力端模块3从P2口排出压裂液。双作用液压缸1上设有终端检测开关，结合液压控制系统可以向A、B接口往复输入液压油，则压裂泵模块会可以连续输出低脉动的压裂液。

结合图1所示，多个压裂泵模块可以组合使用，共同接入管汇8，通过控制使得每个压裂泵模块循环周期一致，循环起点在一个周期内均匀分布，这样在P口可以获得满足需求压力和流量的压裂液，同时减少了脉动。

本发明的全液压模块化压裂泵，具有低冲次、长冲程、易扩展等特点，可提高压裂泵密封件使用寿命，降低压裂机组生产和使用成本。本发明所述全液压模块化压裂泵包括一双作用液压缸和两单缸长冲程液力端，单缸液力端具有长冲程可分离的柱塞缸和六面体阀块，阀块内安装有兼容传统压裂泵的吸入和排出单向阀组，阀块外部其中一组对立面无任何接口，具有独立的吸入和排出口。所述模块化压裂泵采用液压驱动双作用液压缸带动液力端内柱塞往复运动，液压缸两端有机械缓冲机构，同时设置有电气开关点用于平稳减速和换向，控制液压系统流量和压力可输出低脉动的压裂液，采用多组所述模块化压裂泵组合成压裂车(撬)，通过控制使得不同模块具有相同的频率及不同的起始点，可平稳输出所需压力和流量的压裂液，并且每个模块独立运行，采用全液压驱动省略了昂贵的中间传动装置，使得小功率发动机作为动力源成为了可能，有助于降低成本。

Claims (4)

1.一种全液压模块化压裂泵，其特征在于：包括至少两个压裂泵模块，每个压裂泵模块包括一个双作用液压缸(1)，每个双作用液压缸(1)两端分别连接有左液力端模块(2)和右液力端模块(3)，左液力端模块(2)和右液力端模块(3)结构一致，左右对称设置，双作用液压缸(1)的缸筒及两个液力端模块均固定在同一机座上。

2.根据权利要求1所述的全液压模块化压裂泵，其特征在于：所述的双作用液压缸(1)的结构是，在缸筒(9)的两端分别设置有一个端盖(12)，每个端盖(12)与缸筒(9)之间均设置有密封圈(13)；在缸筒(9)的内腔设置有活塞(11)，活塞(11)两边分别连接有一个活塞杆(10)，两个活塞杆(10)分别穿出各自一侧的端盖(12)；每个双作用液压缸(1)的缸筒(9)内腔两端分别开有一个液压接口。

3.根据权利要求1所述的全液压模块化压裂泵，其特征在于：所述的左液力端模块(2)的结构是，包括液力端液压缸(5)，在液力端液压缸(5)内腔中设置有液力端柱塞(6)，液力端液压缸(5)的一端口通过柱塞密封盖板(14)与液力端柱塞(6)密封套接，液力端柱塞(6)该端头与双作用液压缸(1)的活塞(11)连接；液力端液压缸(5)另一端与六面体阀块(4)固定连接，液力端液压缸(5)的活塞腔与六面体阀块(4)的内腔连通，六面体阀块(4)分别安装有吸入端的单向阀(7)以及排出端的单向阀(7)。

4.根据权利要求1所述的全液压模块化压裂泵，其特征在于：所述的双作用液压缸(1)的活塞(11)两边行程终端均设置有机械缓冲机构，同时双作用液压缸(1)设置有活塞终端检测单元，缸筒(9)内腔活塞(11)两侧还设置有测压机构。