CN106870316B - 一种液压式双作用压裂泵橇 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液压式双作用压裂泵橇，包括橇架、动力电机、油泵、液压动力端和液力端，动力电机和油泵设置在橇架两端，液压动力端设置在橇架中部，液力端设置在液压动力端两侧；动力电机通过传动机构与油泵连接，油泵通过三位四通换向阀与液压动力端连通，油泵能够驱动液压动力端做功，液压动力端与液力端传动连接，液力端的下端连通低压管汇，液力端的两侧分别连通高压管汇。本发明的液压式双作用压裂泵橇具有体积小、流量大、压力高、大功率、可长时间连续作业的优点。
Description
技术领域
本发明涉及压裂设备技术领域，特别是涉及一种液压式双作用压裂泵橇。
背景技术
压裂施工作业已经成为改造低渗透油气藏和开发非常规油气藏的主要技术手段，是提高油气井采收率的有效措施之一，广泛应用于油、气井增产和注水井的增注。
美国在压裂车的设计和制造方面一直居于领先地位，产品性能先进、自动化程度高、工作压力大、排量大、品种全，主力机型为1490kw和1864kw，最大工作压力达160MPa，最大排量为2.7m3/min。由于北美地区的油气田大多位于平原地区，在整机载重质量、压裂泵布置等诸多方面不受道路条件限制，1864kw以上压裂车大都采用拖挂式结构。
针对不同地域和不同使用工况，广泛应用于石油、煤层气和页岩气等油气田开发，工作地域覆盖陆地、沙漠和海洋，压裂车结构可选用车载式、拖挂式和橇装式三种形式。但我国页岩气储藏环境复杂，施工区域的地理环境和道路条件要求压裂车具有高度的运移性、安全性和适应性，其外形尺寸和重量受到严格限制，需要以大功率压裂车来提高压裂效率、降低压裂成本。传统的压裂车一般由底盘(橇架)、台上发动机、变速箱、压裂泵、润滑系统、液压系统、控制系统和高低压管汇等部份组成。
传统大功率的压裂车在我国内地区域施工作业存在以下问题：
压裂车均采用“柴油发动机-变速箱-压裂泵”的动力方案，不仅存在燃油消耗大、噪声污染大、发动机和变矩器配套困难、工人作业条件差、作业成本高等缺点，而且大功率柴油发动机和变速箱的尺寸和重量都很大，不利于车载方案的小型化设计，很难有效解决我国井场偏僻和作业场地有限的问题。且传统柴油机驱动的压裂车输出功率很难超过2237kw，不利于车载方案的大功率开发。特别是随着低碳环保要求的提高，大功率柴油机的作用将受限，柴油机驱动方案成为制约压裂车发展的瓶颈。
随着压裂工艺技术水平的提高和页岩气等非常规油气井的大规模开发，压裂施工作业对压裂车的单机功率、压力、排量、可靠性及自动化水平的要求越来越高，单机功率1490kw以下的压裂车已经不能适应“万方液、千方砂”的“工厂化”作业要求。而压裂装置是实施压裂施工作业的核心设备，应朝着小体积、大功率、超高压和大排量的方向发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种液压式双作用压裂泵橇，以解决上述现有技术存在的问题，以满足小体积、流量大、压力高、大功率、长时间压裂施工的作业要求。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种液压式双作用压裂泵橇，包括橇架、动力电机、油泵、液压动力端和液力端，所述动力电机和所述油泵设置在所述橇架两端，所述液压动力端设置在所述橇架中部，所述液力端设置在所述液压动力端两侧；所述动力电机通过传动机构与所述油泵连接，所述油泵通过三位四通换向阀与所述液压动力端连通，所述油泵能够驱动所述液压动力端做功，所述液压动力端与所述液力端传动连接，所述液力端的下端连通低压管汇，所述液力端的两侧分别连通高压管汇。
进一步地，所述油泵通过管路连通所述三位四通换向阀的P口，所述三位四通换向阀的T口通过管路依次连通有过滤器、油冷机和油箱。
进一步地，所述液压动力端包括两组执行单元，每组执行单元均包括两个双杆活塞油杆，两个所述双杆活塞油杆一端的腔体通过管路连通，另一端的腔体分别通过管路连通一所述三位四通换向阀的A口和B口，每个所述双杆活塞油杆的活塞杆均与一所述液力端的柱塞通过卡箍连接，所述液力端的吸入阀通过所述低压管汇并联，所述液力端的排出阀通过所述高压管汇并联。
进一步地，还包括充液回路，所述充液回路通过管路与两个所述双杆活塞油杆之间的管路连通，所述充液回路与所述双杆活塞油杆之间的管路上设有电子球阀。
进一步地，每个所述三位四通换向阀的P口均并联有两个所述油泵，每个油泵均通过一传动机构与一所述动力电机连接。
进一步地，所述油泵与所述三位四通换向阀的P口之间的管路上设有单向阀和比例溢流阀。
进一步地，所述油泵与所述三位四通换向阀的P口之间的管路上设有温度计、压力计和压力变送器。
进一步地，所述油泵为轴向柱塞式比例变量泵，所述动力电机为交流异步电动机。
进一步地，还包括用于冷却所述液压动力端和所述液力端的冷却系统。
进一步地，还包括用于润滑所述液压动力端和所述液力端的的润滑系统。
本发明液压式双作用压裂泵橇的工作原理为：动力电机驱动油泵工作，油泵将高压油经过三位四通换向阀泵入到液压动力端，在三位四通换向阀的控制下，液压动力端带动液力端做往复运动，液力端的工作腔内形成负压与正压的交替变化，完成对流体介质的泵送工作。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明公开的液压式双作用压裂泵橇使用动力电机驱动油泵，相对于传统的柴油发动机和变速箱动力系统，体积大大减小了，减小了液压式双作用压裂泵橇的体积，使道路运输通过性和灵活性都大幅提升了。
本发明的液压动力端设有两组执行单元，每组执行单元又包括两个双杆活塞油杆，四个双杆活塞油杆驱动液力端的八个液力缸执行对流体介质的泵送工作，大大提高了本发明液压式双作用压裂泵橇的排量。
本发明的每个三位四通换向阀均并联有两个油泵，共四个油泵同时工作，每个油泵均由一动力电机驱动，大大提高了液压式双作用压裂泵橇的功率。
本发明还设有冷却系统和润滑系统，使液压动力端和液力端始终处于稳定的工作状态，可实现长时间连续作业。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明液压式双作用压裂泵橇的结构示意图；
图2为为本发明液压式双作用压裂泵橇的原理图；
其中，1-橇架，2-油泵，3-动力电机，4-低压管汇，5-高压管汇，6-液力端，7-液压动力端，8-油箱，9-油冷机，10-冷却系统，11-润滑系统，12-电控系统，13-单向阀，14-比例溢流阀，15-温度计，16-压力计，17-压力变送器，18-过滤器，19-三位四通换向阀，20-充液回路，21-电子球阀，E-双杆活塞油杆E，F-双杆活塞油杆F，H-双杆活塞油杆H，K-双杆活塞油杆K，I-液力缸I，II-液力缸II，III-液力缸III，IV-液力缸IV，V-液力缸V，VI-液力缸VI，VII-液力缸VII，VIII-液力缸VIII。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种液压式双作用压裂泵橇，以解决上述现有技术存在的问题，以满足小体积、流量大、压力高、大功率、长时间压裂施工的作业要求。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-2所示：本实施例提供了一种液压式双作用压裂泵橇，包括橇架1、四个动力电机3、四个油泵2、液压动力端7、液力端6、冷却系统10、润滑系统11和电控系统12。动力电机3优选为交流异步电动机，油泵2优选为轴向柱塞式比例变量泵。
四个动力电机3和四个油泵2左右对称设置在橇架1两端，液压动力端7设置在橇架1中部，液力端6优选为两台四缸液力端，分别设置在液压动力端7两侧；每个动力电机3均通过一传动机构与一油泵2连接，油泵2两两并联后分别通过一三位四通换向阀19与液压动力端7连通，两台液力端6分别均与液压动力端7传动连接，液力端6的下端连通低压管汇4，液力端的两侧分别连通高压管汇5。动力电机3驱动油泵2做功，油泵2通过驱动液压动力端7做功，继而驱动液力端6完成对流体介质的泵送工作。
两个油泵2并联后通过管路连通三位四通换向阀19的P口，三位四通换向阀19的T口通过管路依次连通过滤器18、油冷机9和油箱8。油箱8与橇架1连接，油冷机9与油箱8连通，采用强迫油循环的方式对油箱8中的液压油进行冷却。油泵2与三位四通换向阀19的P口之间的管路上还设有单向阀13、比例溢流阀14、温度计15、压力计16和压力变送器17。
液压动力端7包括两组执行单元，每组执行单元均包括两个双杆活塞油杆，两个双杆活塞油杆一端的腔体通过管路连通，该管路还连通有充液回路20，充液回路20用于给双杆活塞油杆补油，充液回路20与双杆活塞油杆之间的管路上还设有电子球阀21。
两个双杆活塞油杆另一端的腔体分别通过管路连通三位四通换向阀19的A口和B口，每个双杆活塞油杆的活塞杆均与一液力端6的柱塞通过卡箍连接，液力端6的吸入阀通过低压管汇4并联，液力端6的排出阀通过高压管汇5并联。
冷却系统10用于冷却液压动力端7、液力端6。润滑系统11用于润滑液压动力端7和液力端6。动力电机3、比例溢流阀14、温度计15、压力计16、压力变送器17、三位四通换向阀19和电子球阀21均与电控系统12电连接。
参见图2，本实施例液压式双作用压裂泵橇的工作原理为：
电控系统12控制动力电机3工作，动力电机3驱动油泵2工作，油泵2泵出高压油，高压油经过单向阀13流至三位四通换向阀19，电控系统12控制三位四通换向阀19的阀芯处于左侧。此时，液压动力端7的双杆活塞油杆E和双杆活塞油杆H在充高压，双杆活塞油杆E和双杆活塞油杆H的活塞杆向上运动，且双杆活塞油杆F和双杆活塞油杆K的活塞杆向下运动，液力缸II、液力缸IV、液力缸VI和液力缸VIII内的流体介质被压缩，并以高压流体的形态经排出阀沿高压管汇5排出，同时液力缸I、液力缸III、液力缸V和液力缸VII的容积腔呈负压，流体介质经吸入阀沿低压管汇4被吸入。当液压动力端7的活塞快到左极限位置，即双杆活塞油杆E和双杆活塞油杆H的活塞杆快到上极限且双杆活塞油杆F和双杆活塞油杆K的活塞杆快到下极限位置时，电控系统12控制三位四通换向阀19的阀芯换向，使阀芯处于右侧。此时，液压动力端7的双杆活塞油杆F和双杆活塞油杆K在充高压，双杆活塞油杆F和双杆活塞油杆K的活塞杆向上运动，且双杆活塞油杆E和双杆活塞油杆H的活塞杆向下运动，液力缸I、液力缸III、液力缸V和液力缸VII内的流体介质被压缩，并以高压流体的形态经排出阀沿高压管汇5排出，同时液力缸II、液力缸IV、液力缸VI和液力缸VIII的容积腔呈负压，流体介质经吸入阀沿低压管汇4被吸入。如此循环往复运动，使液力端6完成加压与输送流体介质的功能。
本实施例公开的液压式双作用压裂泵橇使用动力电机3驱动油泵2，相对于传统的柴油发动机和变速箱动力系统，体积大大减小了，减小了液压式双作用压裂泵橇的体积，使道路运输通过性和灵活性都大幅提升了。解决了大型压裂车“上牌难、上路难、上山难”的问题。
本实施例的液压动力端7设有两组执行单元，每组执行单元又包括两个双杆活塞油杆，四个双杆活塞油杆共驱动液力端6的八个液力缸执行对流体介质的泵送工作，大大提高了本实施例液压式双作用压裂泵橇的排量。本实施例液压式双作用压裂泵橇最大排量可达7.15m3/min，最高工作压力可达140MPa。
本实施例的每个三位四通换向阀19均并联有两个油泵2，共四个油泵2同时工作，每个油泵2均由一动力电机3驱动，大大提高了液压式双作用压裂泵橇的单机功率。本实施例单台液压式双作用压裂泵橇的输出功率可达到4500kw。
本实施例还设有冷却系统10和润滑系统11，使液压动力端7和液力端6始终处于稳定的工作状态，可实现长时间连续作业。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种液压式双作用压裂泵橇，其特征在于：包括橇架、动力电机、油泵、液压动力端和液力端，所述动力电机和所述油泵设置在所述橇架两端，所述液压动力端设置在所述橇架中部，所述液力端设置在所述液压动力端两侧；所述动力电机通过传动机构与所述油泵连接，所述油泵通过三位四通换向阀与所述液压动力端连通，所述油泵能够驱动所述液压动力端做功，所述液压动力端与所述液力端传动连接，液力端的下端连通低压管汇，液力端的两侧分别连通高压管汇；
所述油泵通过管路连通所述三位四通换向阀的P口，所述三位四通换向阀的T口通过管路依次连通有过滤器、油冷机和油箱；所述油箱与所述橇架连接，所述油箱和所述油冷机均未设置于所述橇架上；
所述液压动力端包括两组执行单元，每组执行单元均包括两个双杆活塞油杆，两个所述双杆活塞油杆一端的腔体通过管路连通，另一端的腔体分别通过管路连通一所述三位四通换向阀的A口和B口，每个所述双杆活塞油杆的活塞杆均与一所述液力端的柱塞通过卡箍连接，所述液力端的吸入阀通过所述低压管汇并联，所述液力端的排出阀通过所述高压管汇并联。
2.根据权利要求1所述的液压式双作用压裂泵橇，其特征在于：还包括充液回路，所述充液回路通过管路与两个所述双杆活塞油杆之间的管路连通，所述充液回路与所述双杆活塞油杆之间的管路上设有电子球阀。
3.根据权利要求1所述的液压式双作用压裂泵橇，其特征在于：每个所述三位四通换向阀的P口均并联有两个所述油泵，每个油泵均通过一传动机构与一所述动力电机连接。
4.根据权利要求1所述的液压式双作用压裂泵橇，其特征在于：所述油泵与所述三位四通换向阀的P口之间的管路上设有单向阀和比例溢流阀。
5.根据权利要求1所述的液压式双作用压裂泵橇，其特征在于：所述油泵与所述三位四通换向阀的P口之间的管路上设有温度计、压力计和压力变送器。
6.根据权利要求1所述的液压式双作用压裂泵橇，其特征在于：所述油泵为轴向柱塞式比例变量泵，所述动力电机为交流异步电动机。
7.根据权利要求1所述的液压式双作用压裂泵橇，其特征在于：还包括用于冷却所述液压动力端和所述液力端的冷却系统。
8.根据权利要求1所述的液压式双作用压裂泵橇，其特征在于：还包括用于润滑所述液压动力端和所述液力端的的润滑系统。
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