CN107605450A - 一种压裂开采设备的液力端总成 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压裂开采设备的液力端总成，包括缸体和活塞杆，缸体上设置有排料口和进料口，且缸体通过所述排料口和进料口分别连通有排料管和进料管，还包括排料板、进料板，排料板顶部位于缸体上方，排料板的底面位于缸体内且铰链连接有第二连杆，进料板靠近活塞的一端铰链连接在缸体的内表面上，进料板的上表面上铰链连接有第一连杆；所述第一连杆、第二连杆铰链连接有固定杆，固定杆固定在活塞上；还包括清洗管，清洗管一端连通缸体内部，另一端连接有主进液管，主进液管的入口和清洗管之间的主进液管上连接有冷却进液管，冷却进液管连接有冷却套，所述冷却套套设在缸体外表面，冷却套上设置有冷却出液管。

Description

一种压裂开采设备的液力端总成

技术领域

本发明涉及石油开采领域，具体涉及一种压裂开采设备的液力端总成。

背景技术

人类文明的发展过程中，石油扮演着非常重要的角色。但石油属于不可再生资源，同时目前对石油的需求量逐年增加，导致了油田的石油储备量不断降低，对于大多数处于中后期的油田，常规的开采方法所得的石油量很少，因此在这些油田引入压裂工艺以提高石油产量。

压裂工艺中使用的压裂设备，例如压裂泵是提高石油产量的主要设备之一。压裂泵能够将压裂液运输到井底，致使井底的岩石裂开从而提高石油渗透率，增加石油在地层下方的快速流动以提高产油率。随着人们对产油率要求的提高，压裂泵也向着大功率、高压、大排量、输出介质多样化、多功能发展。

压裂泵的结构主要分为动力端和液力端两部分。其中，动力端通常采用曲柄连杆机构将转动能量转化成直线往复运动能量传递给活塞，动力端的常用零部件包括输入轴、曲轴、连杆、十字头、介杆；液力端又称作泵头，主要包括缸体、缸套、活塞杆、活塞、吸入阀、排出阀等零部件。相较于动力端，液力端不仅价格昂贵且容易损坏，因为液力端承受着高压和压裂液的腐蚀。

传统的压裂泵所采用的吸入阀和排出阀均为设置有弹簧的单向阀。当压裂泵吸入压裂液时，压裂液受缸体内外的压力差而冲开吸入阀进入到缸体中；随后压裂液随着缸体内容积变小压力增大而推开排出阀进入排出管道。但是，由于吸入阀和排出阀均采用弹簧机构，在长时间频繁地吸入和排出压裂液的过程中弹簧容易疲劳，弹性减弱，不仅提高了泵头的检修频率、缩短了压裂泵的使用寿命，还降低压裂工艺的效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种压裂开采设备的液力端总成，以解决现有技术中压裂泵在长时间频繁地吸入和排出压裂液的过程中弹簧容易疲劳，弹性减弱，提高了泵头的检修频率、缩短了压裂泵的使用寿命、降低了压裂工艺效率的问题。

本发明通过下述技术方案实现：一种压裂开采设备的液力端总成，包括缸体和活塞杆，所述活塞杆的一端活动贯穿缸体的一个端面且连接有位于缸体内部的活塞，活塞杆的另一端与压裂泵的动力端连接；缸体上设置有排料口和进料口，且缸体通过所述排料口和进料口分别连通有排料管和进料管；还包括与排料口相匹配的排料板、与进料口相匹配的进料板，所述排料板顶部位于缸体上方，排料板的底面位于缸体内且铰链连接有第二连杆，所述进料板靠近活塞的一端铰链连接在缸体的内表面上，进料板的上表面上铰链连接有第一连杆；所述第一连杆、第二连杆铰链连接有固定杆，所述固定杆固定在活塞上；还包括清洗管，所述清洗管一端连通缸体内部，另一端连接有主进液管，主进液管的入口和清洗管之间的主进液管上连接有冷却进液管，所述冷却进液管连接有冷却套，所述冷却套套设在缸体外表面，冷却套上设置有冷却出液管。

现有技术中，压裂泵所采用的吸入阀和排出阀均为设置有弹簧的单向阀。当压裂泵吸入压裂液时，压裂液受缸体内外的压力差而冲开吸入阀进入到缸体中；随后压裂液随着缸体内容积变小压力增大而推开排出阀进入排出管道。但是，由于吸入阀和排出阀均采用弹簧机构，在长时间频繁地吸入和排出压裂液的过程中弹簧容易疲劳，弹性减弱，导致压裂液的吸入和排出量降低，因此不得不定期对压裂泵泵头进行检修，不仅增加工艺成本，还降低压裂工艺的效率。因此，为了解决上述问题，本发明提供一种压裂开采设备的液力端总成，该液力端总成将传统的通过弹簧机构实现吸入、排出压裂液的方式转变为通过活塞的往复运动驱动连杆机构，从而实现进料口和排料口的开关，不会产生弹簧疲劳的问题；同时，考虑到压裂液具有酸性，如果不定时清洗掉压裂液，会对连杆机构造成一定腐蚀，影响其强度，因此本发明还设计有清洗功能，能够在不拆开缸体的情况下对缸体内部进行清洗。

具体地，与传统的压裂泵液力端相同的是，本发明也包括缸体、活塞、活塞杆、进料口、进料管、排料口和排料管，上述部件的连接方式与现有的压裂泵液力端的缸体结构类似。不同的是，在活塞面向进料管、排料管的端面上固定连接有固定杆，所述固定杆与活塞的固定方式包括且不限于螺纹固定、焊接等方式。固定杆上铰链连接有第一连杆和第二连杆，同时第一连杆和第二连杆分别铰链连接有进料板和排料板，排料板靠近活塞的一端铰链连接在缸体的内壁上。上述铰链连接又称铰接，是指能够允许两个相互连接的零部件之间做出相对转动的连接方式，例如通过活页连接。上述进料板和排料板的尺寸分别于进料口、排料口的尺寸相匹配，具体地，进料板能够覆盖进料口，排料板能够覆盖排料口，但同时排料板位于排料口中的部分的直径小于排料口，从而使压裂液能够从排料口中排出，且预留足够的工作间隙使排料板与第二连杆之间的铰接不至于在排料口中卡住。优选地，排料口与排料板接触的部分可以设置于排料板直径相匹配的凹槽，使得在活塞向后运动，第二连杆拖动排料板向下时，排料板能够落在排料板上设置的凹槽中。

工作时，受到动力端曲柄连杆机构的作用，活塞杆带动活塞在缸体中做往复运动。当活塞向动力端移动时，固定杆随活塞向动力端移动，从而使第一连杆和第二连杆之间的夹角减小，第二连杆向下拖拽排料板，封住排料口，第一连杆拉动进料板，打开进料口，缸体内外的压力使得压裂液被压入缸体中；当活塞向进料口、排料口方向移动时，固定杆也同样向该方向移动，使得第一连杆和第二连杆之间的夹角增大，第二连杆向上顶开排料板，第一连杆推动进料板，使其封闭进料口，从而压裂液能够被缸体内的压力压出缸体，进入排料管。相较于传统压裂泵液力端的吸入阀、排出阀采用弹簧机构的方式，通过连杆的方式避免了弹簧疲劳所造成的弹簧力下降、压裂液吸入输出量降低，导致压裂工艺的工艺成本增加、效率降低，具有普遍的应用价值。同时，连杆机构随着活塞的往复运动开合进料板或排料板，并不是完全靠压力差使得压裂液冲开吸入阀或排出阀，在需要吸入压裂液的时候，活塞向后，即向动力端移动，打开进料板，进料板所受到的压裂液的冲击大大减小；而需要排除压裂液时，活塞向前移动，顶开排料板，无需完全由压裂液冲开排料板，排料板受到的压裂液的冲击也大大减小，综上，通过连杆机构，排料板和进料板受到的来自压裂液的冲击均会大幅降低，延长了设备的使用寿命，降低了压裂工艺的成本。

同时，为了保证连杆机构的强度，在压裂工艺完成后能够对连杆机构清洗，本发明设置有连通缸体内部的清洗管，清洗管与主进液管连接。压裂工艺完成后，清洗介质依次通过主进液管、清洗管进入缸体中，之后关闭主进液管，阻止清洗介质进入缸体，并开启动力端，使活塞在缸体中做往复运动，配合清洗介质清洗缸体内部，清洗后的物质可从排料管中排出。通过上述机构，使得压裂工艺完成后，无需拆开缸体即可实现对其内部的清洗，节省了人力和时间成本，也减缓了连杆机构遭受的腐蚀。

另外，在主进液管入口与清洗管之间的主进液管上还设置有冷却进液管，冷却进液管连通设置在缸体外侧的冷却套，所述冷却套上设置有冷却出液管。优选地，冷却进液管与主进液管的连接点小于或等于清洗管与主进液管的连接点，这样设置的好处在于，当冷却介质进入主进液管后，首先进入冷却套中，冷却套包围在缸体外侧，冷却套中的冷却介质能够与缸体产生热量交换，避免缸体内温度过高而导致的压裂泵泵头无法正常工作，升温后的冷却介质可以从冷却套上设置的冷却出液管中排出。主进液管可以接自来水管，冷却出液管可以直接连通下水道。当发现缸体内温度突然升高时，为了紧急降温，可立即停止动力端，关闭冷却出液管，冷却介质在无法从冷却套中排出后，便通过清洗管向缸体中流动，实现对缸体内的紧急冷却。由此可见，通过上述机构，本发明能够实现对缸体的冷却，避免泵头由于温度过高而无法正常工作或者损坏，同时，本装置还能够直接将冷却介质通入缸体中对缸体实现紧急冷却。

进一步地，排料板包括上部和下部，排料板的截面为T形，排料板与缸体接触的部分设置有缓冲垫。排料板的截面为T形是指排料板为上部、下部两部分构成，两部分均为圆柱体，排料板上部的作用是实现对排料口的连通或封闭，排料板下部的作用在于铰接第二连杆，同时也能够引导排料板在排料口中的移动。排料板上部位于缸体排料口的上方，排料板下部位于缸体内便于与第二连杆铰接。排料板上部的下表面与缸体接触的部分设置有缓冲垫，缓冲垫不仅可以起到缓冲的作用，避免排料板封闭排料口时过大的冲力导致零部件损坏，同时还能够进一步提高密封作用，优选地，缓冲垫设置在排料口上设置的与排料板尺寸相匹配的凹槽中。

进一步地，排料板上部直径为下部直径的1.5-2.5倍。通过实践发现，排料板上部直径为下部直径的1.5-2.5倍时排料板的开启和封闭效果最好。

进一步地，所述进料板的活动端上设置有缓冲垫。进料板一端铰接在缸体的内壁上，另一端即为活动端，活动端上设置有缓冲垫可避免进料板封闭进料口时与缸体内壁发生剧烈碰撞，导致进料板或连杆机构损坏，同时，缓冲垫还能够起到一定的密封作用。优选地，当进料板处于封闭进料口的位置时，在缸体上开设容纳槽，容纳槽的高度等于活动端上缓冲垫的厚度。

进一步地，进料板的直径为进料口直径的1.3-1.5倍。进料板的直径如果过大，则无论是开启或是管壁进料板时，进料板受到压裂液的阻力都会增加，不利于连杆对进料板的控制，易造成连杆机构损坏；若进料板的直径过小，则封闭效果不好。综上，通过实践发现，进料板的直径为进料口直径的1.3-1.5倍时效果最好。

进一步地，所述清洗管和冷却出液管上均设置有截止阀。通过在清洗管和冷却出液管上设置截止阀，操作人员能够更加方便地控制冷却介质或清洗介质的流动方向，也工作时确保缸体中有足够的压力。

进一步地，第一连杆、第二连杆和固定杆上涂覆有醇酸磁漆。醇酸磁漆能够对第一连杆、第二连杆和固定杆的表面起到保护作用，延长其使用寿命。实践中，主要使用C53-31防锈磁漆，该磁漆具有良好的附着力和柔韧性，能够起到良好的保护效果。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、相较于传统压裂泵液力端的吸入阀、排出阀采用弹簧机构的方式，本发明通过连杆的方式避免了弹簧疲劳所造成的弹簧力下降、压裂液吸入输出量降低，导致压裂工艺的工艺成本增加、效率降低，具有普遍的应用价值；

2、本发明在压裂工艺完成后，无需拆开缸体即可对其内部的连杆机构进行清洗，节省了人力和时间成本，也减少了连杆机构遭受的腐蚀；

3、本发明能够实现对缸体的冷却，避免泵头由于温度过高而无法正常工作或者损坏，同时，本装置还能够直接将冷却介质通入缸体中对缸体实现紧急冷却。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-缸体，2-活塞，3-活塞杆，4-主进液管，5-冷却进液管，6-清洗管，7-排料管，8-进料管，9-排料板，10-进料板，11-固定杆，12-冷却出液管，13-第一连杆，14-第二连杆，15-冷却套。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1所示的一种压裂开采设备的液力端总成，包括缸体1和活塞杆3，活塞杆3的一端活动贯穿缸体1的一个端面且连接有位于缸体1内部的活塞2，活塞杆3的另一端与压裂泵的动力端连接；缸体1上设置有排料口和进料口，且缸体1通过所述排料口和进料口分别连通有排料管7和进料管8；还包括与排料口相匹配的排料板9、与进料口相匹配的进料板10，排料板9顶部位于缸体1上方，排料板9的底面位于缸体1内且铰链连接有第二连杆14，进料板10靠近活塞2的一端铰链连接在缸体1的内表面上，进料板10的上表面上铰链连接有第一连杆13；第一连杆13、第二连杆14铰链连接有固定杆11，固定杆11固定在活塞2上；还包括清洗管6，清洗管6一端连通缸体1内部，另一端连接有主进液管4，主进液管4的入口和清洗管6之间的主进液管4上连接有冷却进液管5，冷却进液管5连接有冷却套15，冷却套15套设在缸体1外表面，冷却套15上设置有冷却出液管12；排料板9包括上部和下部，排料板9的截面为T形，排料板9与缸体1接触的部分设置有缓冲垫；排料板9上部直径为下部直径的1.5-2.5倍；进料板10的活动端上设置有缓冲垫；进料板10的直径为进料口直径的1.3-1.5倍；清洗管6和冷却出液管(12)上均设置有截止阀；第一连杆13、第二连杆14和固定杆11上涂覆有醇酸磁漆。

使用时，当需要吸入压裂液时，受到动力端曲柄连杆机构的作用，活塞杆3带动活塞2在缸体1中做往复运动。当活塞2向压裂泵动力端移动时，固定杆11随活塞2向动力端移动，从而使第一连杆13和第二连杆14之间的夹角减小，第二连杆14向下拖拽排料板9，封住排料口，第一连杆13拉动进料板10，打开进料口，缸体1内外的压力差使得压裂液被压入缸体1中；当活塞2向进料口、排料口方向移动时，固定杆11也同样向该方向移动，使得第一连杆13和第二连杆14之间的夹角增大，第二连杆14向上顶开排料板9，第一连杆13推动进料板10，使其封闭进料口，从而压裂液能够被缸体1内的压力压出缸体，进入排料管7。本装置通过连杆的方式避免了弹簧疲劳所造成的弹簧力下降、压裂液吸入输出量降低，导致压裂工艺的工艺成本增加、效率降低，具有普遍的应用价值。压裂工艺完成后，需要对第一连杆13、第二连杆14、固定杆11及缸体1内部其他区域进行清洗时，关闭动力端和冷却出液管12，之后通入清洗介质，清洗介质通过主进液管4、清洗管6进入缸体1内部，之后关闭清洗管6，开启动力端，活塞2在缸体1中移动，配合清洗介质对缸体1内部及连杆机构进行清理，减少了连杆机构遭受压裂液的腐蚀。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种压裂开采设备的液力端总成，包括缸体(1)和活塞杆(3)，所述活塞杆(3)的一端活动贯穿缸体(1)的一个端面且连接有位于缸体(1)内部的活塞(2)，活塞杆(3)的另一端与压裂泵的动力端连接；缸体(1)上设置有排料口和进料口，且缸体(1)通过所述排料口和进料口分别连通有排料管(7)和进料管(8)；其特征在于，还包括与排料口相匹配的排料板(9)、与进料口相匹配的进料板(10)，所述排料板(9)顶部位于缸体(1)上方，排料板(9)的底面位于缸体(1)内且铰链连接有第二连杆(14)，所述进料板(10)靠近活塞(2)的一端铰链连接在缸体(1)的内表面上，进料板(10)的上表面上铰链连接有第一连杆(13)；所述第一连杆(13)、第二连杆(14)铰链连接有固定杆(11)，所述固定杆(11)固定在活塞(2)上；还包括清洗管(6)，所述清洗管(6)一端连通缸体(1)内部，另一端连接有主进液管(4)，主进液管(4)的入口和清洗管(6)之间的主进液管(4)上连接有冷却进液管(5)，所述冷却进液管(5)连接有冷却套(15)，所述冷却套(15)套设在缸体(1)外表面，冷却套(15)上设置有冷却出液管(12)。

2.根据权利要求1所述的一种压裂开采设备的液力端总成，其特征在于，所述排料板(9)包括上部和下部，排料板(9)的截面为T形，排料板(9)与缸体(1)接触的部分设置有缓冲垫。

3.根据权利要求2所述的一种压裂开采设备的液力端总成，其特征在于，排料板(9)上部直径为下部直径的1.5-2.5倍。

4.根据权利要求1所述的一种压裂开采设备的液力端总成，其特征在于，所述进料板(10)的活动端上设置有缓冲垫。

5.根据权利要求1所述的一种压裂开采设备的液力端总成，其特征在于，所述进料板(10)的直径为进料口直径的1.3-1.5倍。

6.根据权利要求1所述一种压裂开采设备的液力端总成，其特征在于，所述清洗管(6)和冷却出液管(12)上均设置有截止阀。

7.根据权利要求1所述一种压裂开采设备的液力端总成，其特征在于，所述第一连杆(13)、第二连杆(14)和固定杆(11)上涂覆有醇酸磁漆。