CN114251079B - 一种煤层气开采用高效压裂设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤层气开采用高效压裂设备，利用压裂液动态驱动与控制机构使得压裂管内的压裂液的压力或者流速处于不断变化之中，利用压裂液的变化压力的冲击的作用，防止出现堵塞的问题，并能够提高压裂能力，降低对压裂泵组的要求，降低压裂成本；本发明在初始时采用高压压裂泵组压裂，压裂一定时间后，待压力传感器的压力值大于一设定值或者所述流速传感器的流速小于一设定值时或者待所述压力传感器的压力值在单位时间内的变动幅度小于一设定值或者所述流速传感器的流速在单位时间内的变动幅度小于一设定值时，控制器才启动压裂液动态驱动与控制机构对所述压裂管内的压裂液进行驱动，提高控制能力，保证压裂效果。
Description
技术领域
本发明具体是一种煤层气开采用高效压裂设备，涉及煤层气开采相关领域。
背景技术
煤层气主要是以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源，属非常规天然气。由于煤层气主要以吸附状态存在于煤层中，自然状态下煤层气从煤层中脱附的速度较慢，采集得到的煤层气都是游离脱附的气体，受煤层气的脱附速度影响，实际生产中煤层气的产量不高。在煤层气开采前，先对煤层气井进行压裂处理将有利于煤层气的开采。能否提供高质量的压裂处理决定煤层气的开采效率。
目前的煤层气压裂一般是采用高压泵组来驱动高压压裂液进行压裂，这种压裂方式在实际压裂过程中，压裂液在压裂后，虽然煤层内的裂隙会裂开，但是，随着离着压裂管的距离变远，裂隙处很容易由于压裂时产生局部堵塞，这种堵塞在长时间压裂后会显得更为显著，进而导致后期的压裂效果十分有限，需要成倍的增加压裂压力，这对压裂设备的要求较高，导致成本过大。
发明内容
因此，为了解决上述不足，本发明在此提供一种煤层气开采用高效压裂设备。
本发明是这样实现的，构造一种煤层气开采用高效压裂设备，其包括高压压裂泵组、高压输送管、单向阀、压裂液动态驱动与控制机构、三通阀体和开关阀，其中，所述高压压裂泵组的输出端通过所述高压输送管连接至所述三通阀体的第一接口，所述三通阀体的第二接口连接至压裂管，所述压裂管伸入待压裂位置的煤层内，所述三通阀体的第三接口连接至所述压裂液动态驱动与控制机构，其特征在于，所述高压输送管与所述三通阀体之间设置有单向阀，所述压裂液动态驱动与控制机构与所述三通阀体之间设置有所述开关阀；还包括控制器，所述控制器对所述高压压裂泵组和压裂液动态驱动与控制机构控制连接，所述压裂液动态驱动与控制机构能够使得所述压裂管内的压裂液的压力或者流速处于不断变化之中，所述开关阀与所述控制器信号控制连接。
进一步，作为优选，所述压裂管内或者所述三通阀体内设置有压力传感器或者流速传感器，所述压力传感器或者流速传感器与所述控制器信号连接。
进一步，作为优选，所述控制器构设为：初始时，所述压裂液动态驱动与控制机构处于关闭状态，当所述压力传感器的压力值大于一设定值或者所述流速传感器的流速小于一设定值时，所述控制器才启动所述压裂液动态驱动与控制机构对所述压裂管内的压裂液进行驱动。
进一步，作为优选，所述控制器构设为：初始时，所述压裂液动态驱动与控制机构处于关闭状态，当所述压力传感器的压力值在单位时间内的变动幅度小于一设定值或者所述流速传感器的流速在单位时间内的变动幅度小于一设定值时，所述控制器才启动所述压裂液动态驱动与控制机构对所述压裂管内的压裂液进行驱动。
进一步，作为优选，所述开关阀上设置有连接接头组座，所述连接接头组座与所述压裂液动态驱动与控制机构连接，所述连接接头组座的一端与所述开关阀连接，所述连接接头组座的另一端至少设置有第一接头、第二接头和第三接头，所述第一接头、第二接头和第三接头圆周阵列布置。
进一步，作为优选，所述压裂液动态驱动与控制机构包括驱动机构、第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸和第四液压缸，所述第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸和第四液压缸布置在所述驱动机构的四周，且所述驱动机构用于驱动所述第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸和第四液压缸的活塞杆，所述第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸和第四液压缸的远离活塞杆的端部分别连接至所述连接接头组座。
进一步，作为优选，所述第一液压缸与所述第三液压缸对称布置在所述驱动机构的两侧，所述第二液压缸与所述第四液压缸对称布置在所述驱动机构的两侧，所述第一液压缸的缸体和第三液压缸的缸体均通过第一管线连接至所述连接接头组座的第一接头，所述第二液压缸的缸体通过第二管线连接至所述连接接头组座的第二接头，所述第四液压缸的缸体通过第三管线连接至所述连接接头组座的第三接头。
进一步，作为优选，所述驱动机构包括驱动电机、驱动转轴、椭圆形凸轮、第一驱动柱、第二驱动柱、第三驱动柱和第四驱动柱，所述驱动电机的输出端连接至所述驱动转轴，所述驱动转轴固定在所述椭圆形凸轮上，且所述驱动转轴固定布置在所述椭圆形凸轮的长轴上，所述第一驱动柱、第二驱动柱、第三驱动柱和第四驱动柱的一端均紧贴且可滑动的位于所述椭圆形凸轮的凸轮面，所述第一驱动柱的另一端与所述第一液压缸的活塞杆连接，所述第二驱动柱与所述第二液压缸的活塞杆连接，所述第三驱动柱与所述第三液压缸的活塞杆连接，第四驱动柱与所述第四液压缸的活塞杆连接。
进一步，作为优选，在所述椭圆形凸轮的每个转动周期内，至少有一段时间能够使得所述第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸和第四液压缸同时排出压裂液或者同时吸取压裂液。
进一步，本发明提供了一种煤层气开采用高效压裂设备的压裂方法，其特征在于：其包括以下步骤：
(1)在待压裂的位置钻设压裂孔，并将压裂管伸入压裂孔内，并对压裂管进行封孔处理；
(2)将高压压裂泵组、高压输送管、单向阀、压裂液动态驱动与控制机构、三通阀体和开关阀连接好，并连接至压裂管；
(3)关闭开关阀，开启高压压裂泵组，对煤层进行初步高压压裂；
(4)压裂一定时间后，待所述压力传感器的压力值大于一设定值或者所述流速传感器的流速小于一设定值时或者待所述压力传感器的压力值在单位时间内的变动幅度小于一设定值或者所述流速传感器的流速在单位时间内的变动幅度小于一设定值时，所述控制器才启动所述压裂液动态驱动与控制机构对所述压裂管内的压裂液进行驱动；
(5)压裂液动态驱动与控制机构能够使得所述压裂管内的压裂液的压力或者流速处于不断变化之中，从而进行动态压裂一定时间，待压裂时间达到之后，停止压裂即可。
本发明具有如下优点：本发明提供的一种煤层气开采用高效压裂设备，与同类型设备相比，具有如下优点：
(1)本发明所述一种煤层气开采用高效压裂设备，其在采用高压压裂一定时间后，开启压裂液动态驱动与控制机构，利用压裂液动态驱动与控制机构使得压裂管内的压裂液的压力或者流速处于不断变化之中，这样，利用压裂液的变化压力的冲击的作用，防止出现堵塞的问题，并能够提高压裂能力，降低对压裂泵组的要求，降低压裂成本；
(2)本发明在初始时采用高压压裂泵组对煤层进行初步高压压裂，压裂一定时间后，待所述压力传感器的压力值大于一设定值或者所述流速传感器的流速小于一设定值时或者待所述压力传感器的压力值在单位时间内的变动幅度小于一设定值或者所述流速传感器的流速在单位时间内的变动幅度小于一设定值时，所述控制器才启动所述压裂液动态驱动与控制机构对所述压裂管内的压裂液进行驱动，提高控制能力，保证压裂效果。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的驱动机构结构示意图；
图3是本发明的连接接头组座的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图1-3对本发明进行详细说明，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。
本发明通过改进在此提供一种煤层气开采用高效压裂设备，其包括高压压裂泵组1、高压输送管、单向阀2、压裂液动态驱动与控制机构、三通阀体4和开关阀5，其中，所述高压压裂泵组的输出端通过所述高压输送管连接至所述三通阀体的第一接口，所述三通阀体的第二接口连接至压裂管3，所述压裂管伸入待压裂位置的煤层内，所述三通阀体的第三接口连接至所述压裂液动态驱动与控制机构，其特征在于，所述高压输送管与所述三通阀体之间设置有单向阀，所述压裂液动态驱动与控制机构与所述三通阀体之间设置有所述开关阀5；还包括控制器，所述控制器对所述高压压裂泵组和压裂液动态驱动与控制机构控制连接，所述压裂液动态驱动与控制机构能够使得所述压裂管内的压裂液的压力或者流速处于不断变化之中，所述开关阀与所述控制器信号控制连接。
在本实施例中，所述压裂管内或者所述三通阀体内设置有压力传感器或者流速传感器，所述压力传感器或者流速传感器与所述控制器信号连接。
作为其中一个实施例，在初始时，所述压裂液动态驱动与控制机构处于关闭状态，当所述压力传感器的压力值大于一设定值或者所述流速传感器的流速小于一设定值时，所述控制器才启动所述压裂液动态驱动与控制机构对所述压裂管内的压裂液进行驱动。
作为另外一个实施例，在初始时，所述压裂液动态驱动与控制机构处于关闭状态，当所述压力传感器的压力值在单位时间内的变动幅度小于一设定值或者所述流速传感器的流速在单位时间内的变动幅度小于一设定值时，所述控制器才启动所述压裂液动态驱动与控制机构对所述压裂管内的压裂液进行驱动。
所述开关阀上设置有连接接头组座6，所述连接接头组座6与所述压裂液动态驱动与控制机构连接，所述连接接头组座6的一端与所述开关阀连接，所述连接接头组座6的另一端至少设置有第一接头15、第二接头16和第三接头17，所述第一接头15、第二接头16和第三接头17圆周阵列布置。
所述压裂液动态驱动与控制机构包括驱动机构、第一液压缸9、第二液压缸10、第三液压缸12和第四液压缸13，所述第一液压缸9、第二液压缸10、第三液压缸12和第四液压缸13布置在所述驱动机构的四周，且所述驱动机构用于驱动所述第一液压缸9、第二液压缸10、第三液压缸12和第四液压缸13的活塞杆，所述第一液压缸9、第二液压缸10、第三液压缸12和第四液压缸13的远离活塞杆的端部分别连接至所述连接接头组座6。
所述第一液压缸与所述第三液压缸对称布置在所述驱动机构的两侧，所述第二液压缸与所述第四液压缸对称布置在所述驱动机构的两侧，所述第一液压缸9的缸体和第三液压缸12的缸体均通过第一管线7连接至所述连接接头组座6的第一接头15，所述第二液压缸的缸体通过第二管线8连接至所述连接接头组座的第二接头16，所述第四液压缸的缸体通过第三管线14连接至所述连接接头组座的第三接头17。
所述驱动机构包括驱动电机、驱动转轴171、椭圆形凸轮18、第一驱动柱21、第二驱动柱22、第三驱动柱19和第四驱动柱20，所述驱动电机的输出端连接至所述驱动转轴，所述驱动转轴固定在所述椭圆形凸轮上，且所述驱动转轴固定布置在所述椭圆形凸轮的长轴上，所述第一驱动柱、第二驱动柱22、第三驱动柱19和第四驱动柱20的一端均紧贴且可滑动的位于所述椭圆形凸轮的凸轮面，所述第一驱动柱的另一端与所述第一液压缸的活塞杆连接，所述第二驱动柱22与所述第二液压缸的活塞杆连接，所述第三驱动柱19与所述第三液压缸的活塞杆连接，第四驱动柱20与所述第四液压缸的活塞杆连接。
在所述椭圆形凸轮的每个转动周期内，至少有一段时间能够使得所述第一液压缸9、第二液压缸10、第三液压缸12和第四液压缸13同时排出压裂液或者同时吸取压裂液。
此外，本发明提供了一种煤层气开采用高效压裂设备的压裂方法，其特征在于：其包括以下步骤：
(1)在待压裂的位置钻设压裂孔，并将压裂管3伸入压裂孔内，并对压裂管进行封孔处理；
(2)将高压压裂泵组1、高压输送管、单向阀2、压裂液动态驱动与控制机构、三通阀体4和开关阀5连接好，并连接至压裂管；
(3)关闭开关阀，开启高压压裂泵组1，对煤层进行初步高压压裂；
(4)压裂一定时间后，待所述压力传感器的压力值大于一设定值或者所述流速传感器的流速小于一设定值时或者待所述压力传感器的压力值在单位时间内的变动幅度小于一设定值或者所述流速传感器的流速在单位时间内的变动幅度小于一设定值时，所述控制器才启动所述压裂液动态驱动与控制机构对所述压裂管内的压裂液进行驱动；
(5)压裂液动态驱动与控制机构能够使得所述压裂管内的压裂液的压力或者流速处于不断变化之中，从而进行动态压裂一定时间，待压裂时间达到之后，停止压裂即可。
本发明所述一种煤层气开采用高效压裂设备，其在采用高压压裂一定时间后，开启压裂液动态驱动与控制机构，利用压裂液动态驱动与控制机构使得压裂管内的压裂液的压力或者流速处于不断变化之中，这样，利用压裂液的变化压力的冲击的作用，防止出现堵塞的问题，并能够提高压裂能力，降低对压裂泵组的要求，降低压裂成本；本发明在初始时采用高压压裂泵组对煤层进行初步高压压裂，压裂一定时间后，待所述压力传感器的压力值大于一设定值或者所述流速传感器的流速小于一设定值时或者待所述压力传感器的压力值在单位时间内的变动幅度小于一设定值或者所述流速传感器的流速在单位时间内的变动幅度小于一设定值时，所述控制器才启动所述压裂液动态驱动与控制机构对所述压裂管内的压裂液进行驱动，提高控制能力，保证压裂效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,并且本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买,异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制,各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中,常规的型号,加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式,在此不再详述。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (4)
1.一种煤层气开采用高效压裂设备，其包括高压压裂泵组(1)、高压输送管、单向阀(2)、压裂液动态驱动与控制机构、三通阀体(4)和开关阀(5)，其中，所述高压压裂泵组的输出端通过所述高压输送管连接至所述三通阀体的第一接口，所述三通阀体的第二接口连接至压裂管(3)，所述压裂管伸入待压裂位置的煤层内，所述三通阀体的第三接口连接至所述压裂液动态驱动与控制机构，其特征在于，所述高压输送管与所述三通阀体之间设置有单向阀，所述压裂液动态驱动与控制机构与所述三通阀体之间设置有所述开关阀(5)；还包括控制器，所述控制器对所述高压压裂泵组和压裂液动态驱动与控制机构控制连接，所述压裂液动态驱动与控制机构能够使得所述压裂管内的压裂液的压力或者流速处于不断变化之中，所述开关阀与所述控制器信号控制连接；
所述压裂管内或者所述三通阀体内设置有压力传感器或者流速传感器，所述压力传感器或者流速传感器与所述控制器信号连接；
所述开关阀上设置有连接接头组座(6)，所述连接接头组座(6)与所述压裂液动态驱动与控制机构连接，所述连接接头组座(6)的一端与所述开关阀连接，所述连接接头组座(6)的另一端至少设置有第一接头(15)、第二接头(16)和第三接头(17)，所述第一接头(15)、第二接头(16)和第三接头(17)圆周阵列布置；
所述压裂液动态驱动与控制机构包括驱动机构、第一液压缸(9)、第二液压缸(10)、第三液压缸(12)和第四液压缸(13)，所述第一液压缸(9)、第二液压缸(10)、第三液压缸(12)和第四液压缸(13)布置在所述驱动机构的四周，且所述驱动机构用于驱动所述第一液压缸(9)、第二液压缸(10)、第三液压缸(12)和第四液压缸(13)的活塞杆，所述第一液压缸(9)、第二液压缸(10)、第三液压缸(12)和第四液压缸(13)的远离活塞杆的端部分别连接至所述连接接头组座(6)；
所述第一液压缸与所述第三液压缸对称布置在所述驱动机构的两侧，所述第二液压缸与所述第四液压缸对称布置在所述驱动机构的两侧，所述第一液压缸(9)的缸体和第三液压缸(12)的缸体均通过第一管线(7)连接至所述连接接头组座(6)的第一接头(15)，所述第二液压缸的缸体通过第二管线(8)连接至所述连接接头组座的第二接头(16)，所述第四液压缸的缸体通过第三管线(14)连接至所述连接接头组座的第三接头(17)；
所述驱动机构包括驱动电机、驱动转轴(171)、椭圆形凸轮(18)、第一驱动柱(21)、第二驱动柱(22)、第三驱动柱(19)和第四驱动柱(20)，所述驱动电机的输出端连接至所述驱动转轴，所述驱动转轴固定在所述椭圆形凸轮上，且所述驱动转轴固定布置在所述椭圆形凸轮的长轴上，所述第一驱动柱、第二驱动柱(22)、第三驱动柱(19)和第四驱动柱(20)的一端均紧贴且可滑动的位于所述椭圆形凸轮的凸轮面，所述第一驱动柱的另一端与所述第一液压缸的活塞杆连接，所述第二驱动柱(22)与所述第二液压缸的活塞杆连接，所述第三驱动柱(19)与所述第三液压缸的活塞杆连接，第四驱动柱(20)与所述第四液压缸的活塞杆连接；
在所述椭圆形凸轮的每个转动周期内，至少有一段时间能够使得所述第一液压缸(9)、第二液压缸(10)、第三液压缸(12)和第四液压缸(13)同时排出压裂液或者同时吸取压裂液。
2.根据权利要求1所述一种煤层气开采用高效压裂设备，其特征在于：所述控制器构设为：初始时，所述压裂液动态驱动与控制机构处于关闭状态，当所述压力传感器的压力值大于一设定值或者所述流速传感器的流速小于一设定值时，所述控制器才启动所述压裂液动态驱动与控制机构对所述压裂管内的压裂液进行驱动。
3.根据权利要求1所述一种煤层气开采用高效压裂设备，其特征在于：所述控制器构设为：初始时，所述压裂液动态驱动与控制机构处于关闭状态，当所述压力传感器的压力值在单位时间内的变动幅度小于一设定值或者所述流速传感器的流速在单位时间内的变动幅度小于一设定值时，所述控制器才启动所述压裂液动态驱动与控制机构对所述压裂管内的压裂液进行驱动。
4.根据权利要求1-3任意一项所述一种煤层气开采用高效压裂设备的压裂方法，其特征在于：其包括以下步骤：
(1)在待压裂的位置钻设压裂孔，并将压裂管(3)伸入压裂孔内，并对压裂管进行封孔处理；
(2)将高压压裂泵组(1)、高压输送管、单向阀(2)、压裂液动态驱动与控制机构、三通阀体(4)和开关阀(5)连接好，并连接至压裂管；
(3)关闭开关阀，开启高压压裂泵组(1)，对煤层进行初步高压压裂；
(4)压裂一定时间后，待所述压力传感器的压力值大于一设定值或者所述流速传感器的流速小于一设定值时或者待所述压力传感器的压力值在单位时间内的变动幅度小于一设定值或者所述流速传感器的流速在单位时间内的变动幅度小于一设定值时，所述控制器才启动所述压裂液动态驱动与控制机构对所述压裂管内的压裂液进行驱动；
(5)压裂液动态驱动与控制机构能够使得所述压裂管内的压裂液的压力或者流速处于不断变化之中，从而进行动态压裂一定时间，待压裂时间达到之后，停止压裂即可。
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