CN117552973A - 柱塞式压裂泵及采用该柱塞式压裂泵的压裂车 - Google Patents

Abstract

柱塞式压裂泵及采用该柱塞式压裂泵的压裂车，涉及压裂设备技术领域，其中，柱塞式压裂泵包括驱动机构和液力机构；液力机构包括连接座、泵头和柱塞；连接座内设置有容液腔，容液腔通过开设于连接座上的进液通道与外界连通；泵头的内部设置有压裂液道，压裂液道通过开设于泵头上的出液通道与外界连通；柱塞与压裂液道同轴设置，柱塞包括动力连接端、柱塞本体及压裂液排出端，动力连接端位于连接座的外侧与驱动机构动力连接，柱塞本体的内部开设有进液支道，柱塞本体上开设有进液口与进液支道连通，进液口位于容液腔内，进液支道贯穿压裂液排出端设置。本发明能够提高泵头的使用稳定性及使用寿命，保证其泵送能力，提高生产效率。

Description

柱塞式压裂泵及采用该柱塞式压裂泵的压裂车

技术领域

本发明涉及压裂设备技术领域，尤其涉及柱塞式压裂泵及采用该柱塞式压裂泵的压裂车。

背景技术

石油开采是指在有石油储存的地方(如油田等)钻井对石油进行挖掘、提取的行为。由于中、低渗透油田储层物性条件的限制，以及在钻井过程中的钻井液污染等原因，油井射孔后自然产能低、开采效益差，必须经过压裂工艺才能投入正常生产。压裂工艺是通过压裂装置泵送高压流体到井内，使地层产生裂缝，可大大改善油在地下的流动环境，补充地层压力，提高油气产量。

压裂车是用于向井内注入高压、大排量压裂液，将地层压开并把支撑剂挤入裂缝的专用车辆，在将压裂液泵送至地底时需要用到柱塞式压裂泵将其进行泵送，由于泵送深度较深，因此泵内压力较大。

传统的柱塞式压裂泵，其泵头内设置有十字结构的压裂液道，如公告号为CN219888252U的实用新型专利，公开了一种压裂用柱塞泵泵头，在此专利中，泵头内的压裂液道为十字结构，压裂液道的其中一分支液道为泵入液道，另一分支液道为泵出液道，泵送压裂液时，由泵入液道进入的压裂液需要先从泵入液道折弯进入柱塞所处的分支液道，然后由柱塞所处的这一分支液道折弯泵送至泵出液道泵出，在此过程中，十字结构的压裂液道中，各个分支液道的连接处受到较大应力，长时间泵送以后，容易导致连接处受到损伤，降低其泵送能力，甚至影响泵头的正常使用，在一段时间以后，需要工人停机，然后打开泵头进行检修，这就极大的影响了正常的生产进行，降低了生产效率。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是：提供一种柱塞式压裂泵及采用该柱塞式压裂泵的压裂车，能够提高泵头的使用稳定性及使用寿命，保证其泵送能力，提高生产效率。

为解决上述技术问题，本发明的第一个技术方案是：

柱塞式压裂泵，包括驱动机构和与所述驱动机构动力连接的液力机构；所述液力机构包括连接座、泵头和柱塞；

所述连接座的一端与所述驱动机构的外壳固定连接，所述连接座的另一端与所述泵头固定连接，所述连接座内设置有至少一个容液腔，所述容液腔通过开设于所述连接座上的进液通道与外界连通；

所述泵头的内部设置有至少一个压裂液道，所述压裂液道与所述容液腔的数量、位置一一对应，所述压裂液道通过开设于所述泵头上的出液通道与外界连通，所述泵头内安装有出液单向阀组件，所述出液单向阀组件用于控制所述压裂液道与所述出液通道之间的连通或阻断；

所述柱塞与所述压裂液道同轴设置，所述柱塞包括同轴设置的动力连接端、柱塞本体及压裂液排出端，所述动力连接端位于所述连接座的外侧与所述驱动机构动力连接，所述柱塞本体的内部开设有同轴设置的进液支道，所述柱塞本体上开设有至少一个进液口与所述进液支道连通，所述进液口位于所述容液腔内，所述进液支道贯穿所述压裂液排出端设置，所述压裂液排出端上安装有进液单向阀组件，所述进液单向阀组件用于控制所述进液支道与所述压裂液道之间的连通或阻断。

优选的，所述容液腔为圆柱形空腔且与所述柱塞本体同轴设置，所述容液腔的轴向长度大于所述柱塞本体的滑动距离。

优选的，所述压裂液道上设置有环形导向斜面，所述环形导向斜面向靠近所述出液单向阀组件的一侧设置为缩口，所述环形导向斜面设置于所述压裂液排出端与所述出液单向阀组件之间。

优选的，所述压裂液道上设置有环形限位台阶；

所述泵头上安装有与所述压裂液道同轴设置的盘根压帽，所述盘根压帽沿所述压裂液道的轴向设置于所述环形限位台阶的外侧，所述盘根压帽与所述环形限位台阶之间设置有用于密封所述柱塞本体与所述压裂液道内壁之间的密封组件。

优选的，所述泵头上开设有润滑油道，所述压裂液道内壁上凹设有与所述润滑油道连通的环形润滑油腔，所述环形润滑油腔设置于所述盘根压帽与所述密封组件的抵接处外侧。

优选的，所述压裂液道上设置有缓液腔，所述出液单向阀组件安装于所述缓液腔内，所述缓液腔的直径大于所述压裂液道的直径，所述缓液腔的内壁与所述出液单向阀组件之间存在间距，所述缓液腔与所述出液通道连通。

优选的，所述压裂液排出端开设有安装腔，所述安装腔的直径大于所述进液支道的直径，所述安装腔的内壁上开设有L型结构的至少两个安装槽；所述进液单向阀组件卡接于所述安装槽内且与所述安装腔的腔底抵接。

优选的，所述进液支道上设置有环形过渡段且与所述安装腔连接，所述环形过渡段向靠近所述安装腔的一侧逐渐外扩以形成扩口。

优选的，所述进液单向阀组件包括挡杆，所述挡杆垂直于所述柱塞的轴线设置，所述挡杆的两端分别卡接于两个所述安装槽内。

为解决上述技术问题，本发明的第二个技术方案是：

压裂车，包括车体，所述车体上安装有上述任一项所述的柱塞式压裂泵，所述柱塞式压裂泵通过传动轴与变速箱动力连接，所述变速箱与发动机动力连接，所述变速箱、所述发动机均安装于所述车体上。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：

由于本发明的柱塞式压裂泵，设置有驱动机构和液力机构，液力机构包括连接座、泵头和柱塞，连接座将泵头与驱动机构固定连接，连接座内设有至少一个容液腔，容液腔通过进液通道与外界连通，外界的压裂液能够通过进液通道进入容液腔内。泵头内设至少一个压裂液道，压裂液道与容液腔的位置、数量一一对应，压裂液道通过出液通道与外界连通，压裂液道上安装有出液单向阀组件，出液单向阀组件能够控制压裂液道与出液通道之间的连通或阻断，即，控制压裂液道与外界的连通或阻断，控制压裂液是否通过出液通道排出外界。柱塞与压裂液道同轴设置，包括动力连接端、柱塞本体即压裂液排出端，其中，动力连接端位于外侧用于与驱动机构动力连接，柱塞本体内设有进液支道，柱塞本体上开设有至少一个进液口，进液口与进液支道连通，进液口位于容液腔内，由此，容液腔内的压裂液能够通过进液口进入进液支道，进液支道贯穿压裂液排出端，压裂液通过进液支道能够从压裂液排出端排出，压裂液排出端安装有进液单向阀组件，进液单向阀组件能够控制进液支道内的压裂液是否进入压裂液道中。工作过程中，当驱动机构驱动柱塞本体向外移动时，进液单向阀组件开启，出液单向阀组件关闭，外界的压裂液经进液通道、容液腔、进液口、进液支道进入压裂液道中；当进液单向阀组件关闭，驱动机构驱动柱塞本体向内移动时将压裂液压为高压液体，出液单向阀组件开启，压裂液由压裂液道、出液通道排出外界，完成一次抽取并排出高压压裂液动作。

在此动作过程中，压裂液由同轴设置的进液支道直接进入压裂液道中，排出时由压裂液道直接排出，由于压裂液道与柱塞同轴设置，压裂液道由原先的十字结构改变为一字结构，取消了其他分支液道的存在，也就取消了连接处的存在，消除了原有十字结构处的应力集中，不会对压裂液道的内部造成应力损伤，保证了柱塞式压裂泵的泵送能力，延长了使用寿命，降低了检修频率，提高了生产效率。

同时，本发明还公开了一种采用该柱塞式压裂泵的压裂车，本发明的压裂车提高了压裂泵送性能，提高了使用稳定性和生产效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例一柱塞式压裂泵的结构示意图；

图2是图1中液力机构的结构示意图；

图3是图2的剖视图；

图4是图3中泵头的结构示意图；

图5是图3中柱塞的结构示意图；

图6是本发明实施例一中液力机构抽取压裂液时的状态图；

图7是本发明实施例一中液力机构排出压裂液时的状态图；

图8是本发明实施例二压裂车的结构示意图；

图中：

1、驱动机构；

2、液力机构；

3、连接座；31、容液腔；32、进液通道；

4、泵头；41、压裂液道；411、环形导向斜面；412、环形限位台阶；42、出液通道；43、出液单向阀组件；44、盘根压帽；45、密封组件；46、润滑油道；461、环形润滑油腔；47、缓液腔；

5、柱塞；51、动力连接端；52、柱塞本体；521、进液支道；522、进液口；523、环形过渡段；53、压裂液排出端；531、安装腔；532、安装槽；533、止挡缺口；54、进液单向阀组件；541、挡杆；

6、车体；61、传动轴；62、变速箱；63、发动机；

图中实线箭头代表压裂液的流动方向。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

如图1至图3共同所示，本发明实施例公开了柱塞式压裂泵，包括驱动机构1和与驱动机构1动力连接的液力机构2；液力机构2包括连接座3、泵头4和柱塞5。

其中，连接座3的一端与驱动机构1的外壳固定连接，连接座3的另一端与泵头4固定连接，连接座3内设置有至少一个容液腔31，容液腔31通过开设于连接座3上的进液通道32与外界连通；进液通道32与外界连通，便于将外界的压裂液通过进液通道32进入容液腔31内。

泵头4的内部设置有至少一个压裂液道41，压裂液道41与容液腔31的数量、位置一一对应，压裂液道41通过开设于泵头4上的出液通道42与外界连通，泵头4内安装有出液单向阀组件43，出液单向阀组件43用于控制压裂液道41与出液通道42之间的连通或阻断；出液通道42与外界连通，便于将压裂液道41内的压裂液通过出液通道42排出到外界。

柱塞5与压裂液道41同轴设置，柱塞5包括同轴设置的动力连接端51、柱塞本体52及压裂液排出端53，动力连接端51位于连接座3的外侧与驱动机构1动力连接，柱塞本体52的内部开设有同轴设置的进液支道521，柱塞本体52上开设有至少一个进液口522与进液支道521连通，进液口522位于容液腔31内，进液支道521贯穿压裂液排出端53设置，压裂液排出端53上安装有进液单向阀组件54，进液单向阀组件54用于控制进液支道521与压裂液道41之间的连通或阻断。

柱塞5、压裂液道41、容液腔31的数量、位置一一对应，可以为三组、五组等，根据实际需要进行变更，但每一个柱塞5需要设置于每一个压裂液道41内，并且与每一个容液腔31对应，满足将容液腔31内的压裂液通过进液口522、进液支道521进入压裂液道41内，并通过出液通道42排出，值得注意的是，相邻两压裂液道41连通，便于通过同一个出液通道42排出压裂液，以增大压裂液的排出压力。

外界的压裂液通过进液通道32进入容液腔31内以后，通过进液口522进入进液支道521中，并通过进液单向阀组件54进入压裂液道41中，压裂液道41内的压裂液通过出液通道42排出到外界。

在本发明实施例中，容液腔31为圆柱形空腔且与柱塞本体52同轴设置，容液腔31的轴向长度大于柱塞本体52的滑动距离，因为进液口522位于容液腔31内，所以当柱塞本体52沿轴向进行滑动时，进液口522一直处于容液腔31内，保证容液腔31内的压裂液能够通过进液口522进入进液支道521中。

如图3、图4共同所示，压裂液道41上设置有环形导向斜面411，环形导向斜面411向靠近出液单向阀组件43的一侧设置为缩口，环形导向斜面411设置于压裂液排出端53与出液单向阀组件43之间。

柱塞5向靠近出液单向阀组件43的一侧移动时，带动压裂液道41内的压裂液推动出液单向阀组件43开启，压裂液在开启出液单向阀组件43的过程中，由于环形导向斜面411的存在，提高了压裂液施加于出液单向阀组件43的压强，提高了出液单向阀组件43的开启速度及排液速度，便于压裂液通过出液单向阀组件43及时排出。

压裂液道41上设置有环形限位台阶412，环形限位台阶412沿压裂液道41的轴向设置于靠近连接座3的一侧；泵头4上安装有与压裂液道41同轴设置的盘根压帽44，盘根压帽44沿压裂液道41的轴向设置于环形限位台阶412的外侧，盘根压帽44与环形限位台阶412之间设置有用于密封柱塞本体52与压裂液道41内壁之间的密封组件45。

密封组件45包括与环形限位台阶412抵接的盘根隔环，以及设置于盘根隔环与盘根压帽44之间的V型盘根组件，盘根压帽44、盘根隔环、V型盘根组件均套设于柱塞本体52的外侧，在柱塞本体52滑动时，对柱塞本体52与压裂液道41间进行密封。

泵头4上开设有润滑油道46，压裂液道41内壁上凹设有与润滑油道46连通的环形润滑油腔461，环形润滑油腔461设置于盘根压帽44与密封组件45的抵接处外侧。润滑油道46将润滑油注入到环形润滑油腔461内，由于环形润滑油腔461设置于盘根压帽44与密封组件45的抵接处外侧，环形润滑油腔461内的润滑油对盘根压帽44与密封组件45均能够进行润滑防护，提高其润滑效果，且通过两者间的缝隙进入盘根压帽44、密封组件45与柱塞本体52之间，保证润滑能力，提高了柱塞本体52的滑动效果。

压裂液道41上设置有缓液腔47，出液单向阀组件43安装于缓液腔47内，缓液腔47的直径大于压裂液道的直径，缓液腔47的内壁与出液单向阀组件43之间存在间距，缓液腔47与出液通道42连通。

压裂液由压裂液道41通过出液单向阀组件43进入缓液腔47内的过程中，由于环形导向斜面411的存在，出液单向阀组件43受到压裂液较大压强而快速开启，导致压裂液快速通过出液单向阀组件43排出，通过设置有缓液腔47，使进入缓液腔47中的压裂液不会直接通过出液通道42排出至外界，减缓压裂液的排出速度，防止因压裂液快速排出导致出液单向阀组件43无法及时关闭，影响后续压裂液进入压裂液道41的情况出现，保证出液单向阀组件43的快速关闭；同时，还能够防止因压裂液快速排出导致出液通道42出现真空情况，无法持续泵出压裂液，影响对外的压裂能力稳定性，提高了使用效果。

如图3、图5共同所示，压裂液排出端53开设有安装腔531，安装腔531的直径大于进液支道521的直径，安装腔531的内壁上开设有L型结构的至少两个安装槽532；进液单向阀组件54卡接于安装槽532内且与安装腔531的腔底抵接。

进液支道521上设置有环形过渡段523且与安装腔531连接，环形过渡段523向靠近安装腔531的一侧逐渐外扩以形成扩口。此处所设置的环形过渡段523为扩口设置，与上述的环形导向斜面411的结构设置相反，压裂液经过环形过渡段523通过进液单向阀组件54排出时，对进液单向阀组件54的施力情况、产生的技术效果与环形导向斜面411不同，具体分析如下：

进液支道521内的压裂液通过环形过渡段523向进液单向阀组件54移动，其过程中速度降低，施加于进液单向阀组件54上的压强降低，导致进液单向阀组件54的开启速度降低，减缓了压裂液进入压裂液道41内的速度，导致对外界压裂液的吸取强度在一定时间内较低，防止出现因吸力太强而导致外界压裂液无法满足的情况，防止抽取过程中压裂液道41出现“抽真空”的情况，保证压裂液能够通过进液单向阀组件54泵入至压裂液道41内对其全部填充，保证了柱塞式压裂泵的正常使用。

进液单向阀组件54包括挡杆541，挡杆541垂直于柱塞5的轴线设置，挡杆541的两端分别卡接于两个安装槽532内。挡杆541的设置，便于将进液单向阀组件54安装于安装腔531内，且不会增加柱塞5的轴向长度，不会占用压裂液道41的储液空间，保证了压裂液道41的储液能力。

安装槽532上设置有止挡缺口533，挡杆541安装于安装槽532内以后，挡杆541落入止挡缺口533内，受止挡缺口533的阻挡作用，能够限制挡杆541发生周向转动以及沿轴向发生移动，限定挡杆541的位置，保证了进液单向阀组件54的正常使用。

如图3、图6、图7共同所示，本发明公开的柱塞式压裂泵在使用时，分为泵出压裂液和泵入压裂液两个动作，其中，泵入压裂液时，是由驱动机构1驱动柱塞5沿其轴向向靠近泵头4的一侧滑动进行泵出压裂液的时候，同时将外界的压裂液抽入到进液支道521中；具体的，柱塞5沿其轴向向靠近泵头4的一侧滑动时，压裂液道41内的压裂液经柱塞5的压裂液排出端53压迫，体积减小压强增大，使出液单向阀组件43开启，压裂液经出液单向阀组件43进入缓液腔47内，减缓速度，然后通过出液通道42排出外界；泵出压裂液以后，压裂液道41内压裂液减少，驱动机构1驱动柱塞5沿其轴向反向移动，此时，进液支道521内的压裂液顶开进液单向阀组件54，进入压裂液道41内，此时，容液腔31内的压裂液经过进液口522进入进液支道521内对其补充，外界的压裂液经过进液通道32进入容液腔31内对其补充，出液单向阀组件43关闭，隔断压裂液道41与缓液腔47，当柱塞5移动至最远端时，完成一次泵出及泵入压裂液动作。

在此过程中，由于压裂液道41设置为一字型结构，并非为传统的十字型结构，因此压裂液道41内并没有设置其他的分支液道，也就不存在相邻分支液道的连接处，使进入压裂液道41内的压裂液，完成的是轴向方向的移动，不会对压裂液道41的连接处造成应力损伤，也就提高了泵头4的使用强度，保证了其泵送能力，延长了使用寿命，降低了检修频率，提高了生产效率。

实施例二

如图1、图8共同所示，本发明实施例公开了一种压裂车，包括车体6，车体6上安装有如上述实施例一中的柱塞式压裂泵，柱塞式压裂泵通过传动轴61与变速箱62动力连接，变速箱62与发动机63动力连接，变速箱62、发动机63均安装于车体6上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.柱塞式压裂泵，包括驱动机构和与所述驱动机构动力连接的液力机构；其特征在于，所述液力机构包括连接座、泵头和柱塞；

所述连接座的一端与所述驱动机构的外壳固定连接，所述连接座的另一端与所述泵头固定连接，所述连接座内设置有至少一个容液腔，所述容液腔通过开设于所述连接座上的进液通道与外界连通；

所述泵头的内部设置有至少一个压裂液道，所述压裂液道与所述容液腔的数量、位置一一对应，所述压裂液道通过开设于所述泵头上的出液通道与外界连通，所述泵头内安装有出液单向阀组件，所述出液单向阀组件用于控制所述压裂液道与所述出液通道之间的连通或阻断；

所述柱塞与所述压裂液道同轴设置，所述柱塞包括同轴设置的动力连接端、柱塞本体及压裂液排出端，所述动力连接端位于所述连接座的外侧与所述驱动机构动力连接，所述柱塞本体的内部开设有同轴设置的进液支道，所述柱塞本体上开设有至少一个进液口与所述进液支道连通，所述进液口位于所述容液腔内，所述进液支道贯穿所述压裂液排出端设置，所述压裂液排出端上安装有进液单向阀组件，所述进液单向阀组件用于控制所述进液支道与所述压裂液道之间的连通或阻断。

2.如权利要求1所述的柱塞式压裂泵，其特征在于，所述容液腔为圆柱形空腔且与所述柱塞本体同轴设置，所述容液腔的轴向长度大于所述柱塞本体的滑动距离。

3.如权利要求1所述的柱塞式压裂泵，其特征在于，所述压裂液道上设置有环形导向斜面，所述环形导向斜面向靠近所述出液单向阀组件的一侧设置为缩口，所述环形导向斜面设置于所述压裂液排出端与所述出液单向阀组件之间。

4.如权利要求3所述的柱塞式压裂泵，其特征在于，所述压裂液道上设置有环形限位台阶；

所述泵头上安装有与所述压裂液道同轴设置的盘根压帽，所述盘根压帽沿所述压裂液道的轴向设置于所述环形限位台阶的外侧，所述盘根压帽与所述环形限位台阶之间设置有用于密封所述柱塞本体与所述压裂液道内壁之间的密封组件。

5.如权利要求4所述的柱塞式压裂泵，其特征在于，所述泵头上开设有润滑油道，所述压裂液道内壁上凹设有与所述润滑油道连通的环形润滑油腔，所述环形润滑油腔设置于所述盘根压帽与所述密封组件的抵接处外侧。

6.如权利要求1所述的柱塞式压裂泵，其特征在于，所述压裂液道上设置有缓液腔，所述出液单向阀组件安装于所述缓液腔内，所述缓液腔的直径大于所述压裂液道的直径，所述缓液腔的内壁与所述出液单向阀组件之间存在间距，所述缓液腔与所述出液通道连通。

7.如权利要求1所述的柱塞式压裂泵，其特征在于，所述压裂液排出端开设有安装腔，所述安装腔的直径大于所述进液支道的直径，所述安装腔的内壁上开设有L型结构的至少两个安装槽；所述进液单向阀组件卡接于所述安装槽内且与所述安装腔的腔底抵接。

8.如权利要求7所述的柱塞式压裂泵，其特征在于，所述进液支道上设置有环形过渡段且与所述安装腔连接，所述环形过渡段向靠近所述安装腔的一侧逐渐外扩以形成扩口。

9.如权利要求7所述的柱塞式压裂泵，其特征在于，所述进液单向阀组件包括挡杆，所述挡杆垂直于所述柱塞的轴线设置，所述挡杆的两端分别卡接于两个所述安装槽内。

10.压裂车，包括车体，其特征在于，所述车体上安装有如权利要求1至9任一项所述的柱塞式压裂泵，所述柱塞式压裂泵通过传动轴与变速箱动力连接，所述变速箱与发动机动力连接，所述变速箱、所述发动机均安装于所述车体上。