CN204511849U - 一种压裂泵车液力端在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于油、气井压裂设备技术领域，涉及一种压裂泵车液力端在线监测系统，包括设置在压裂泵车液力端上的光纤传感器及其传感器电源，光纤传感器电连接数据预处理装置，数据预处理装置电连接光纤感传仪，传感器电源、数据预处理装置、光纤感传仪均连接系统电源。建立一套压裂泵车液力端状态检测和故障分析、预报系统，实现压裂泵车液力端工况的提前预判。有效地降低压裂施工过程中因设备故障导致施工失败的情况发生，避免压裂施工过程中人员进入高压区监控液力端运行情况所造成的高压管线爆裂伤人风险，同时减少液力端的维修保养时间，避免部分状态好的元件过渡维修，提高设备使用寿命，降低生产成本，提高作业效率。

Description

一种压裂泵车液力端在线监测系统

技术领域

本实用新型属于油、气井压裂设备技术领域，具体涉及一种压裂泵车液力端在线监测系统。

背景技术

近年来，压裂施工已经成为油、气井增产的主要手段，而压裂泵车液力端的工作稳定性是保证压裂施工成功进行的重要设备保障。

目前对于压裂泵车液力端工况的监测国内各大油田均采用人员目测观察的方法，该方法只能在压裂泵车出现问题后通过现场人员经验进行判断，无法对液力端工况和各阀件寿命进行提前预判，严重地影响了压裂施工成功率；同时，在液力端出现故障后，操作人员经常无法准确判断故障原因，因此维修更换时往往需要将所有的阀件都拆开检查、更换。这样造成了维修时间长，部分状态好的元件过渡维修，给企业造成了严重经济损失和人力、财力上的浪费。

针对压裂泵车液力端检测装置，国内尚无该技术的相关报道。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服由于目前对于压裂泵车液力端工况的监测，均采用人员目测观察的方法，无法进行提前预判，严重影响压裂施工成功率，并且在出现故障后无法判断故障地点，需要一一排查，浪费人力财力的问题。

为此，本实用新型提供了一种压裂泵车液力端在线监测系统，包括设置在压裂泵车液力端上的光纤传感器及其传感器电源，所述的光纤传感器电连接数据预处理装置，数据预处理装置电连接光纤感传仪，所述的传感器电源、数据预处理装置、光纤感传仪均连接系统电源。

所述的光纤感传仪通过无线连接方式连接有远程监控端。

所述的光纤传感器包括光纤加速度计和光纤振动传感器。

所述的光纤传感器有多个，压裂泵车液力端至少有一组相邻的侧面上都分布有光纤传感器，并且压裂泵车液力端的上下表面至少有一个面分布有光纤传感器。

所述的光纤传感器采用吸盘连接的方式吸附在压裂泵车液力端上。

所述的数据预处理装置为数据采集卡，对传感器数据进行采集及滤波处理。

所述的系统电源为压裂泵车电源，由压裂泵车车载电瓶连接直流电源升压器组成。

本实用新型的有益效果：本实用新型采用目前国际上最先进的光电震动传感器对液力端震动信号进行采集，并在长期对压裂泵车液力端震动信号监测的基础上建立模型，模型同时具有自主学习功能，可实现压力泵车液力端工作异常原因的准确判定，同时可在压列泵车液力端有效工作时间2小时之前预判出需要维护或更换的组件。适用于目前各类压裂设备的液力端的工况监测。

以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是多组本实用新型并联实用的结构示意图。

图3是光纤传感器在压裂泵车液力端上分布图。

附图标记说明：1、压裂泵车液力端；2、光纤传感器；3、传感器电源；4、数据预处理装置；5、光纤感传仪；6、远程监控端；7、系统电源。

具体实施方式

实施例1：

本实施例提供一种压裂泵车液力端在线监测系统，如图1所示，包括设置在压裂泵车液力端1上的光纤传感器2及其传感器电源3，所述的光纤传感器2电连接数据预处理装置4，数据预处理装置4电连接光纤感传仪5，所述的传感器电源3、数据预处理装置4、光纤感传仪5均连接系统电源7。

通过光纤传感器2采集压裂泵车液力端1的震动信号，并将信号传输至数据预处理装置4，通过数据预处理装置4对液力端震动信号进行特征提取和识别，而后通过光纤感传仪5将实时采集的震动信号与所建模型进行对比，判断当前液力端的工作情况，并将结果显示在感传仪的液晶显示器上，供操作人员判断，系统电源7为整个装置提供电源。

本实施例中的光纤感传仪5是上海华魏传感器技术有限公司的产品。适用于温度、应力应变、压力、位移、加速度等多种类型光纤传感器的信号解调数据高速同步识别。光纤无线感传仪的1-32个光纤测量通道可在1Hz～100KHz信号采集速率范围内进行灵活配置，由此满足温度、应力应变等缓变信号与加速度等动态信号之间的变采集速率智能化采集。其本质作用是对各传感器信号特征提取和识别，而后应用软件系统对液力端工况进行识别，并具有人机交互界面，实现工况的实时显示及系统控制。其本质上相当于一个带有信号采集处理功能的工业计算机。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例中，所述的光纤感传仪5通过无线连接方式连接有远程监控端6。压裂泵车通过光纤感传仪5的无线信号发射器将数据传输至位于仪表车上的远程监控端6，压裂施工指挥可通过该远程监控端6的人机互动界面了解压裂泵车液力端的运行情况。

进一步地，本实施例还可以多组压裂泵车并联组合使用，如图2所示，针对压裂车组，每台压裂泵车通过光纤感传仪5的无线信号发射器将数据传输至位于仪表车上的远程监控端6，压裂施工指挥可通过该系统的人机互动界面了解车组内每台压裂泵车液力端的运行情况。

实施例3：

本实施例中的光纤传感器2包括光纤加速度计和光纤振动传感器，所述的光纤传感器2有多个，压裂泵车液力端1至少有一组相邻的侧面上都分布有光纤传感器2，并且压裂泵车液力端1的上下表面至少有一个面分布有光纤传感器2。

如图3所示，为一种具体的布置方案，光纤加速计和光纤振动传感器在布置过程中，需在每个被测点位上进行布置，即为图中每个被测点位上均布置有光纤加速计和光纤振动传感器，上表面的5个测点用于测量液力端每个缸垂直方向（即液力端工作过程中上下方向）的位移和振动情况；右侧面的5个测点用于测量液力端每个缸水平方向（即液力端工作过程中前后方向）的位移和振动情况；前后侧面的测点用于测量液力端水平轴向（及液力端工作工程中左右方向）的位移和振动情况。在液力端监测过程中，通过对液力端及每个缸体在上、下、左、右、前、后等六个方向的位移及振动情况监测，并对比液力端正常过程和异常工作时的振动曲线，对液力端整体振动情况进行检测。

本实施例中光纤传感器2与压裂泵车液力端1的连接方式采用吸盘式连接，当液力端损坏更换后，只需将传感器重新固定更换的液力端上即可进行液力端的在线监测，在线监测装置使用寿命较长，一台压裂泵车从投产到报废无需对液力端在线监测装置进行更换。

实施例4：

实施例1中的数据预处理装置4在本实施例中具体为数据采集卡，主要用于对传感器数据进行采集及滤波处理。

在本实施例中，本系统需要采用24VDC供电，可从压裂泵车上直接取电，无需单独电源。因此在本实施例中，系统电源7为压裂泵车电源，由压裂泵车车载电瓶连接直流电源升压器组成，压裂泵车车载电瓶提供12VCD的电压，经过直流电源升压器后变为24VDC供电。

本实用新型的应用方式为：

1、在压裂泵车液力端1开始运行前，打开系统电源7，为系统供电。

2、光纤传感器2开始对压裂泵车液力端1的震动信号进行采集。

3、数据预处理单元4（数据采集卡）对光纤传感器2所采集的数据进行预处理和特征提取（对高精度光电传感器采集液力端的震动信号，通过对相关震动信号和频率信号的处理和特征提取），形成波形数据。

4、光纤感传仪5对通过特征提取的波形数据进行识别和判定，并将判定结果和震动波形显示在光纤感传仪5的液晶显示器上。

5、操作人员通过液晶显示器观察液力端实时运行状态。

6、当压裂泵车液力端1出现异常或各组件磨损较为严重时，光纤感传仪5出现报警信号并提示异常原因和需更换的组件，提示操作人员择机对压裂泵车液力端1进行维护检修。

7、操作人员完成压裂泵车液力端1维护和检修后，重复1-6步骤继续进行施工。

8、光纤感传仪5将判定结果和震动波形实时传输至远程监控端6，施工指挥可实时掌握压裂车组中各压裂泵车液力端的工作情况。

9、压裂施工结束后，操作人员关闭系统。

上述4个实施例中，通信采用RS485通信协议，确保工作过程中数据传输稳定、正常。所有传感器、连接线、数据处理单元均采用防爆设计，安全性能达到相关要求。

本实用新型的这种系统也可以同时预留多个通信通道，可扩展实现如压裂泵车动力端、传动箱、发动机、变矩器、风扇液压马达等多种压裂泵车组件参数的实时监控，并不仅限于液力端。

综上所述，本实用新型的这种压裂泵车液力端在线监测系统，对压裂泵车液力端震动信号进行监测和分析的系统，通过对高精度光电传感器采集液力端的震动信号，通过对相关震动信号和频率信号的处理和特征提取，分析液力端泵体、柱塞、凡尔体总成、密封垫片、弹簧等各组件的工作状态，并将分析结果实时传输给现场施工指挥，实现对液力端及其各组件工况的预判，使人员在其出现问题前及时对出现问题的组件进行跟换，有效的降低施工过程中压裂泵车液力端出现问题的可能性，提高施工成功率，同时降低生产成本，提高工作效率。

以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种压裂泵车液力端在线监测系统，其特征在于：包括设置在压裂泵车液力端（1）上的光纤传感器（2）及其传感器电源（3），所述的光纤传感器（2）电连接数据预处理装置（4），数据预处理装置（4）电连接光纤感传仪（5），所述的传感器电源（3）、数据预处理装置（4）、光纤感传仪（5）均连接系统电源（7）。

2.如权利要求1所述的压裂泵车液力端在线监测系统，其特征在于：所述的光纤感传仪（5）通过无线连接方式连接有远程监控端（6）。

3.如权利要求1或2所述的压裂泵车液力端在线监测系统，其特征在于：所述的光纤传感器（2）包括光纤加速度计和光纤振动传感器。

4.如权利要求3所述的压裂泵车液力端在线监测系统，其特征在于：所述的光纤传感器（2）有多个，压裂泵车液力端（1）至少有一组相邻的侧面上都分布有光纤传感器（2），并且压裂泵车液力端（1）的上下表面至少有一个面分布有光纤传感器（2）。

5.如权利要求1或2或4所述的压裂泵车液力端在线监测系统，其特征在于：所述的光纤传感器（2）采用吸盘连接的方式吸附在压裂泵车液力端（1）上。

6.如权利要求1所述的压裂泵车液力端在线监测系统，其特征在于：所述的数据预处理装置（4）为数据采集卡，对传感器数据进行采集及滤波处理。

7.如权利要求1所述的压裂泵车液力端在线监测系统，其特征在于：所述的系统电源（7）为压裂泵车电源，由压裂泵车车载电瓶连接直流电源升压器组成。