CN116575895A - 一种具备自动调节、远程控制超高压单通道大通径压裂管汇 - Google Patents
一种具备自动调节、远程控制超高压单通道大通径压裂管汇 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及石油钻采设备技术领域，具体公开了一种具备自动调节、远程控制超高压单通道大通径压裂管汇，其包括管汇组件、变速阀门以及控制组件，控制组件用于远程控制变速阀门的启闭以及调节启闭切换的速度，变速阀门包括竖直筒状的阀体，阀体左右贯通并且形成对接口一与对接口二，阀体内部设置有升降式的密封阀芯，阀芯的顶部与阀体的顶部端盖之间形成了内腔一，阀芯的底部与阀体的底部端盖之间形成了内腔二，内腔一与内腔二内部填充有液压油且液压油的压力可调，本发明通过控制组件调节内腔一与内腔二内部液压油的压力控制变速阀门的启闭以及启闭切换的速度，既能够实现快速关闭阀门避免事故进一步扩大，又能够实现慢速关闭阀门保护阀芯结构。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻采设备技术领域，具体涉及一种具备自动调节、远程控制超高压单通道大通径压裂管汇。
背景技术
现阶段对于压裂管汇的压力等级、安全等级、智能化程度要求越来越高，尤其是在高压环境之下的安全等级，因为在高压环境之下，易发生安全事故，例如，在改变压裂液流速或者流向的连接节点易发生爆裂现象；在压裂泵车持续进行高压排出压裂液时易发生爆裂现象。
在现有技术中，在压裂泵车至压裂管汇的任意一处，一旦出现刺漏、裂纹或者爆裂时，需要人工对所有泵车进行停车并且进行管汇泄压后，作业人员方可进入管汇区域操作关闭故障节点对应的阀门，隔断故障节点后，再继续施工，严重影响压裂地层改造效果，耽误施工进度。
另外，申请人经过检索发现一篇中国实用新型专利公开号为CN 210509137U，名称为“远程群控大通径压裂管汇装置”，其通过远程控制的方式控制液动阀门的启闭，能够进行远程切断泄漏的管路节点，但是其存在的弊端是，其液动阀门从开启切换至关闭、或者由关闭切换至开启的所需的时间是恒定的，无法对启闭切换的速度进行调整，在高压环境之下，液动阀门切换的过快可能会导致阀门内部结构的变形损坏，液动阀门切换的过慢可能因为无法及时切断泄漏节点造成更大的事故，基于此，发明人有目的的提供了一种结构简单巧妙，具备自动调节、远程控制超高压单通道大通径压裂管汇。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单巧妙，具备自动调节、远程控制超高压单通道大通径压裂管汇，以解决现有技术中在高压环境之下，液动阀门切换的过快可能会导致阀门内部结构的变形损坏，液动阀门切换的过慢可能因为无法及时切断泄漏节点造成更大的事故的技术问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种具备自动调节、远程控制超高压单通道大通径压裂管汇，其包括管汇组件、变速阀门以及控制组件，管汇组件的输出端连接至压裂施工处，管汇组件的各个输入端通过变速阀门与泵车接通，控制组件用于远程控制变速阀门的启闭以及调节启闭切换的速度，所述变速阀门包括竖直筒状的阀体，阀体左右贯通并且形成对接口一与对接口二，阀体内部设置有升降式的密封阀芯，阀芯上开设有与对接口一、对接口二匹配的通道，当通道完全与对接口一、对接口二对齐时，变速阀门开启，当通道完全与对接口一、对接口二错位时，变速阀门关闭，阀芯的顶部与阀体的顶部端盖之间形成了内腔一，阀芯的底部与阀体的底部端盖之间形成了内腔二，内腔一与内腔二内部填充有液压油并且液压油的压力可调，控制组件通过调节内腔一与内腔二内部液压油的压力控制变速阀门的启闭以及启闭切换的速度。
作为本方案进一步的优化或者改进。
所述阀体内圆面上设置有滑槽，滑槽平行于阀体轴线方向布置，所述阀芯的外圆面上设置有与滑槽相匹配的滑块，当滑块沿着滑槽滑动至最上端时，变速阀门开启，当滑块沿着滑槽滑动至最下端时，变速阀门关闭。
作为本方案进一步的优化或者改进。
所述的控制组件包括电动高压油泵、近程控制器以及远程控制器，每一个变速阀门配备一个独立的近程控制器以及两个独立的电动高压油泵，其中一个电动高压油泵与内腔一接通，另一个电动高压油泵与内腔二接通，近程控制器能够同时控制与其配备的两个电动高压油泵，各个近程控制器带有编号并且通信连接汇总至远程控制器。
作为本方案进一步的优化或者改进。
所述通道内部设置有内衬组件，内衬组件包括环形的套圈，套圈与通道内部过盈配合，通道内部设置有环形的内置台阶，套圈沿着压裂液的输入方向低靠在内置台阶上。
作为本方案进一步的优化或者改进。
所述套圈的中心位置设置有固定块，固定块与套圈内圆面之间通过多个阵列布置的辐条固定连接。
作为本方案进一步的优化或者改进。
所述套圈沿自身径向贯穿设置有滑孔，所述固定块上开设有与滑孔同轴的圆形安装槽，滑孔与安装槽之间设置有可滑动的顶杆，顶杆初始状态下一端与安装槽的槽底接触、另一端与套圈的外圆面齐平，顶杆设置有多个并且与辐条交替布置，所述顶杆上设置有弧形的翅片且弧形凹面朝向固定块，所述套圈的侧面设置为锥形斜面，锥形斜面与套圈轴线之间的距离沿着压裂液的流向逐渐减小。
作为本方案进一步的优化或者改进。
所述的管汇组件包括四通本体，两个四通本体串联形成四通本体组，四通本体组设置有两个并且通过连接管进行连接，连接管上设置有用于控制其通断的电磁阀，四通本体的侧面均通过对接管与变速阀门进行连接，四通本体、连接管、对接管、变速阀门之间的连接均通过法兰进行连接。
该种具备自动调节、远程控制超高压单通道大通径压裂管汇，该压力管汇的切断步骤为：
S1：将泵车与变速阀门进行连接，四通本体的输出端接通到压裂施工处，泵车将高压压裂液经过变速阀门输入至四通本体内，在由四通本体输出值压裂施工处；
S2：通过远程控制器对各个电动高压油泵进行控制，对内腔一与内腔二供应液压油，内腔一与内腔二内部液压油的压力与压裂液的压力相等，使得阀芯受到的各方压力均衡；
S3：当监测到泄漏或者异常时，作业人员在远程操作计算机发令给远程控制器，远程控制器根据异常的节点对相应的近程控制器进行控制，可以通过各个近程控制器的编号进行区分，近程控制器控制其配备的两个电动高压油泵，对内腔一内部进行增压，同时对内腔二内部进行减压，实现变速阀门的关闭；
S4：在执行步骤S3时，根据故障的类型判断是否需要快速关闭变速阀门，当需要快速关闭变速阀门时，通过控制内腔一与内腔二之间形成较大的压力差控制快速关闭，压力差高于10MPa，当无需快速关闭变速阀门时，过控制内腔一与内腔二之间形成较大的压力差控制缓慢关闭，压力差低于2MPa；
S5：变速阀门关闭后，再次将内腔一与内腔二内部液压油的压力控制与压裂液的压力相等，当整个压裂施工结束后，对故障节点对应的管路进行检修维护。
本发明的有益效果：
1、本发明控制组件远程控制对内腔一内部进行增压，同时对内腔二内部进行减压，阀芯在上下压力差的作用下向下滑动直至变速阀门关闭，在此过程中，内腔一与内腔二内部液压油的差值越大，变速阀门启闭切换的速度越快，通过控制压力差的大小，能够实现变速阀门启闭切换的速度进行调节。
2、本发明初始状态下内腔一与内腔二内部液压油的压力与压裂液的压力相等，是为了保证阀芯受到的各方压力均衡，能够避免因为压力差导致阀芯的变形。
3、本发明翅片外侧的液体流速大于翅片内侧的液体流速，根据流速越大压强越小的原理，翅片将具备向外的推力，此时顶杆同步获得向外的推力，顶杆将与套圈内部抵触的更加紧密，提升了套圈与通道之间配合的紧密程度，从而进一步提升了套圈自身的稳固性，间接实现对通道牢靠的支撑，避免在压力的作用下发生变形损坏等。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为四通本体的串联结构示意图。
图3为变速阀门的结构示意图。
图4为变速阀门的内部结构示意图。
图5为阀芯的结构示意图。
图6为内衬组件与阀芯的配合图。
图7为内衬组件的局部结构示意图。
图8为内衬组件的结构示意图。
图中标示为：
10、四通本体；11、连接管；12、电磁阀；13、对接管；20、变速阀门；21、阀体；22、对接口一；23、对接口二；24、阀芯；25、通道；25a、内置台阶；26、滑槽；27、滑块；28、内腔一；29、内腔二；30、内衬组件；31、套圈；32、锥形斜面；33、固定块；34、辐条；35、滑孔；36、安装槽；37、顶杆；38、翅片；40、控制组件；41、电动高压油泵；42、近程控制器；43、远程控制器。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1-8，一种具备自动调节、远程控制超高压单通道大通径压裂管汇，其包括管汇组件、变速阀门20以及控制组件40，管汇组件的输出端连接至压裂施工处，管汇组件的各个输入端通过变速阀门20与泵车接通，控制组件40用于远程控制变速阀门20的启闭以及调节启闭切换的速度，所述变速阀门20包括竖直筒状的阀体21，阀体21左右贯通并且形成对接口一22与对接口二23，阀体21内部设置有升降式的密封阀芯24，阀芯24上开设有与对接口一22、对接口二23匹配的通道25，当通道25完全与对接口一22、对接口二23对齐时，变速阀门20开启，当通道25完全与对接口一22、对接口二23错位时，变速阀门20关闭，阀芯24的顶部与阀体21的顶部端盖之间形成了内腔一28，阀芯24的底部与阀体21的底部端盖之间形成了内腔二29，内腔一28与内腔二29内部填充有液压油并且液压油的压力可调，控制组件40通过调节内腔一28与内腔二29内部液压油的压力控制变速阀门20的启闭以及启闭切换的速度。
具体的，为了对阀芯24沿着阀体21滑动的位置进行约束，所述阀体21内圆面上设置有滑槽26，滑槽26平行于阀体21轴线方向布置，所述阀芯24的外圆面上设置有与滑槽26相匹配的滑块27，当滑块27沿着滑槽26滑动至最上端时，变速阀门20开启，当滑块27沿着滑槽26滑动至最下端时，变速阀门20关闭，通过滑块27与滑槽26的相互配合，实现对阀芯24上下滑动的位置进行限定，也能够提升阀芯24滑动的稳定性。
控制启闭以及启闭切换速度的原理为：当变速阀门20处于开启状态时，滑块27滑动至滑槽26的最上端，此时，内腔一28与内腔二29内部充满液压油，一般情况下，初始状态下内腔一28与内腔二29内部液压油的压力与压裂液的压力相等，是为了保证阀芯24受到的各方压力均衡，能够避免因为压力差导致阀芯24的变形；当发现管汇组件任意一处出现泄漏时，需要将对应位置的变速阀门20由开启状态切换至关闭状态，控制组件40远程控制对内腔一28内部进行增压，同时对内腔二29内部进行减压，阀芯24在上下压力差的作用下向下滑动直至变速阀门20关闭，在此过程中，内腔一28与内腔二29内部液压油的差值越大，变速阀门20启闭切换的速度越快，最后，再次将内腔一28与内腔二29内部液压油的压力控制与压裂液的压力相等。
更为具体的，所述的控制组件40包括电动高压油泵41、近程控制器42以及远程控制器43，每一个变速阀门20配备一个独立的近程控制器42以及两个独立的电动高压油泵41，其中一个电动高压油泵41与内腔一28接通，另一个电动高压油泵41与内腔二29接通，近程控制器42能够同时控制与其配备的两个电动高压油泵41，各个近程控制器42带有编号并且通信连接汇总至远程控制器43，各个设备之间的连接均为本领域技术人员能够获取的公知常识，例如，通过z i gbee或LoRa方式进行通信连接，不再赘述。
远程控制的原理为：当监测到泄漏或者异常时，作业人员在远程操作计算机发令给远程控制器43，远程控制器43根据异常的节点对相应的近程控制器42进行控制，可以通过各个近程控制器42的编号进行区分，近程控制器42控制其配备的两个电动高压油泵41，对内腔一28内部进行增压，同时对内腔二29内部进行减压，实现变速阀门20的关闭，对内腔一28内部进行减压，同时对内腔二29进行增压，实现变速阀门20的开启，通过控制内腔一28与内腔二29之间的压力差控制启闭切换的速度。
需要说明的是：本发明的意义在于，压裂管汇与泵车配合进行压裂施工时，存在一些故障，需要及时切断管路，此时对阀门关闭的响应速度要求极高，即使快速关闭阀门容易造成阀门阀芯的损坏，但是依然需要如此操作；也存在一些故障，无需及时切断管路，此时可以缓慢的关闭阀门以对阀芯进行保护，而本发明正是基于此，公开了能够灵活调节阀门启闭切换速度的技术方案。
参见图5-8，在高压环境之下，为了能够提升阀芯24的强度，避免在快速切换时发生变形损坏，所述通道25内部设置有内衬组件30，内衬组件30包括环形的套圈31，套圈31与通道25内部过盈配合，通道25内部设置有环形的内置台阶25a，套圈31沿着压裂液的输入方向低靠在内置台阶25a上，通过套圈31实现对通道25的内支撑。
具体的，所述套圈31的中心位置设置有固定块33，固定块33与套圈31内圆面之间通过多个阵列布置的辐条34固定连接，通过辐条34的支撑，进一步提升套圈31自身的刚度，实现对通道25牢靠的支撑。
更为具体的，所述套圈31沿自身径向贯穿设置有滑孔35，所述固定块33上开设有与滑孔35同轴的圆形安装槽36，滑孔35与安装槽36之间设置有可滑动的顶杆37，顶杆37初始状态下一端与安装槽36的槽底接触、另一端与套圈31的外圆面齐平，顶杆37设置有多个并且与辐条34交替布置，所述顶杆37上设置有弧形的翅片38且弧形凹面朝向固定块33，所述套圈31的侧面设置为锥形斜面32，锥形斜面32与套圈31轴线之间的距离沿着压裂液的流向逐渐减小，采取翅片38与顶杆37的意义在于，当压裂液穿过套圈31流过时，由于锥形斜面32的引导作用，翅片38外侧的液体流速大于翅片38内侧的液体流速，根据流速越大压强越小的原理，翅片38将具备向外的推力，此时顶杆37同步获得向外的推力，顶杆37将与套圈31内部抵触的更加紧密，提升了套圈31与通道25之间配合的紧密程度，从而进一步提升了套圈31自身的稳固性，间接实现对通道25牢靠的支撑，避免在压力的作用下发生变形损坏等。
参见图2，所述的管汇组件包括四通本体10，两个四通本体10串联形成四通本体组，四通本体组设置有两个并且通过连接管11进行连接，连接管11上设置有用于控制其通断的电磁阀12，四通本体10的侧面均通过对接管13与变速阀门20进行连接，四通本体10、连接管11、对接管13、变速阀门20之间的连接均通过法兰进行连接，其中管汇组件与压裂施工处的连接、以及变速阀门20与泵车的连接均采用现有技术即可，不作为本发明的核心创造点所在，不再赘述。
一种具备自动调节、远程控制超高压单通道大通径压裂管汇的控制方法，其步骤在于：
S1：将泵车与变速阀门20进行连接，四通本体10的输出端接通到压裂施工处，泵车将高压压裂液经过变速阀门20输入至四通本体10内，再由四通本体10输出值压裂施工处；
S2：通过远程控制器43对各个电动高压油泵41进行控制，对内腔一28与内腔二29供应液压油，内腔一28与内腔二29内部液压油的压力与压裂液的压力相等，使得阀芯24受到的各方压力均衡；
S3：当监测到泄漏或者异常时，作业人员在远程操作计算机发令给远程控制器43，远程控制器43根据异常的节点对相应的近程控制器42进行控制，可以通过各个近程控制器42的编号进行区分，近程控制器42控制其配备的两个电动高压油泵41，对内腔一28内部进行增压，同时对内腔二29内部进行减压，实现变速阀门20的关闭；
S4：在执行步骤S3时，根据故障的类型判断是否需要快速关闭变速阀门20，当需要快速关闭变速阀门20时，通过控制内腔一28与内腔二29之间形成较大的压力差控制快速关闭，压力差高于10MPa，当无需快速关闭变速阀门20时，过控制内腔一28与内腔二29之间形成较大的压力差控制缓慢关闭，压力差低于2MPa；
S5：变速阀门20关闭后，再次将内腔一28与内腔二29内部液压油的压力控制与压裂液的压力相等，当整个压裂施工结束后，对故障节点对应的管路进行检修维护。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (8)
1.一种具备自动调节、远程控制超高压单通道大通径压裂管汇，其特征在于：其包括管汇组件、变速阀门(20)以及控制组件(40)，管汇组件的输出端连接至压裂施工处，管汇组件的各个输入端通过变速阀门(20)与泵车接通，控制组件(40)用于远程控制变速阀门(20)的启闭以及调节启闭切换的速度，所述变速阀门(20)包括竖直筒状的阀体(21)，阀体(21)左右贯通并且形成对接口一(22)与对接口二(23)，阀体(21)内部设置有升降式的密封阀芯(24)，阀芯(24)上开设有与对接口一(22)、对接口二(23)匹配的通道(25)，当通道(25)完全与对接口一(22)、对接口二(23)对齐时，变速阀门(20)开启，当通道(25)完全与对接口一(22)、对接口二(23)错位时，变速阀门(20)关闭，阀芯(24)的顶部与阀体(21)的顶部端盖之间形成了内腔一(28)，阀芯(24)的底部与阀体(21)的底部端盖之间形成了内腔二(29)，内腔一(28)与内腔二(29)内部填充有液压油并且液压油的压力可调，控制组件(40)通过调节内腔一(28)与内腔二(29)内部液压油的压力控制变速阀门(20)的启闭以及启闭切换的速度。
2.根据权利要求1所述的一种具备自动调节、远程控制超高压单通道大通径压裂管汇，其特征在于：所述阀体(21)内圆面上设置有滑槽(26)，滑槽(26)平行于阀体(21)轴线方向布置，所述阀芯(24)的外圆面上设置有与滑槽(26)相匹配的滑块(27)，当滑块(27)沿着滑槽(26)滑动至最上端时，变速阀门(20)开启，当滑块(27)沿着滑槽(26)滑动至最下端时，变速阀门(20)关闭。
3.根据权利要求1所述的一种具备自动调节、远程控制超高压单通道大通径压裂管汇，其特征在于：所述的控制组件(40)包括电动高压油泵(41)、近程控制器(42)以及远程控制器(43)，每一个变速阀门(20)配备一个独立的近程控制器(42)以及两个独立的电动高压油泵(41)，其中一个电动高压油泵(41)与内腔一(28)接通，另一个电动高压油泵(41)与内腔二(29)接通，近程控制器(42)能够同时控制与其配备的两个电动高压油泵(41)，各个近程控制器(42)带有编号并且通信连接汇总至远程控制器(43)。
4.根据权利要求1或2所述的一种具备自动调节、远程控制超高压单通道大通径压裂管汇，其特征在于：所述通道(25)内部设置有内衬组件(30)，内衬组件(30)包括环形的套圈(31)，套圈(31)与通道(25)内部过盈配合，通道(25)内部设置有环形的内置台阶(25a)，套圈(31)沿着压裂液的输入方向低靠在内置台阶(25a)上。
5.根据权利要求4所述的一种具备自动调节、远程控制超高压单通道大通径压裂管汇，其特征在于：所述套圈(31)的中心位置设置有固定块(33)，固定块(33)与套圈(31)内圆面之间通过多个阵列布置的辐条(34)固定连接。
6.根据权利要求5所述的一种具备自动调节、远程控制超高压单通道大通径压裂管汇，其特征在于：所述套圈(31)沿自身径向贯穿设置有滑孔(35)，所述固定块(33)上开设有与滑孔(35)同轴的圆形安装槽(36)，滑孔(35)与安装槽(36)之间设置有可滑动的顶杆(37)，顶杆(37)初始状态下一端与安装槽(36)的槽底接触、另一端与套圈(31)的外圆面齐平，顶杆(37)设置有多个并且与辐条(34)交替布置，所述顶杆(37)上设置有弧形的翅片(38)且弧形凹面朝向固定块(33)，所述套圈(31)的侧面设置为锥形斜面(32)，锥形斜面(32)与套圈(31)轴线之间的距离沿着压裂液的流向逐渐减小。
7.根据权利要求6所述的一种具备自动调节、远程控制超高压单通道大通径压裂管汇，其特征在于：所述的管汇组件包括四通本体(10)，两个四通本体(10)串联形成四通本体组，四通本体组设置有两个并且通过连接管(11)进行连接，连接管(11)上设置有用于控制其通断的电磁阀(12)，四通本体(10)的侧面均通过对接管(13)与变速阀门(20)进行连接，四通本体(10)、连接管(11)、对接管(13)、变速阀门(20)之间的连接均通过法兰进行连接。
8.一种如权利要求7所述的具备自动调节、远程控制超高压单通道大通径压裂管汇，其特征在于：压力管汇的切断步骤为：
S1：将泵车与变速阀门(20)进行连接，四通本体(10)的输出端接通到压裂施工处，泵车将高压压裂液经过变速阀门(20)输入至四通本体(10)内，在由四通本体(10)输出值压裂施工处；
S2：通过远程控制器(43)对各个电动高压油泵(41)进行控制，对内腔一(28)与内腔二(29)供应液压油，内腔一(28)与内腔二(29)内部液压油的压力与压裂液的压力相等，使得阀芯(24)受到的各方压力均衡；
S3：当监测到泄漏或者异常时，作业人员在远程操作计算机发令给远程控制器(43)，远程控制器(43)根据异常的节点对相应的近程控制器(42)进行控制，可以通过各个近程控制器(42)的编号进行区分，近程控制器(42)控制其配备的两个电动高压油泵(41)，对内腔一(28)内部进行增压，同时对内腔二(29)内部进行减压，实现变速阀门(20)的关闭；
S4：在执行步骤S3时，根据故障的类型判断是否需要快速关闭变速阀门(20)，当需要快速关闭变速阀门(20)时，通过控制内腔一(28)与内腔二(29)之间形成较大的压力差控制快速关闭，压力差高于10MPa，当无需快速关闭变速阀门(20)时，过控制内腔一(28)与内腔二(29)之间形成较大的压力差控制缓慢关闭，压力差低于2MPa；
S5：变速阀门(20)关闭后，再次将内腔一(28)与内腔二(29)内部液压油的压力控制与压裂液的压力相等，当整个压裂施工结束后，对故障节点对应的管路进行检修维护。
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