CN205243491U - 一种压裂设备系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种压裂设备系统，包括压裂液基液罐、储砂及输砂系统、混砂车、井口管汇、压裂泵车、井口装置、清水罐；井口管汇包括多个能量转换装置，能量转换装置包括第一定子、第二定子、外轴套、转轴、转子；转子沿其端面的圆周均匀开设有若干通道；转子旋转的过程中，压裂液母液与清水在通道中混合；当通道旋转至正对清水进口时，通道中混合后的液体在增压后的清水的压力作用下形成压裂液并排出。通过实施本实用新型，压裂泵车输送的介质仅为清水，避免了压裂液中含有的固相颗粒对压裂泵车连续可靠寿命不利影响，可以显著提高其连续寿命，大幅降低设备投入成本。

Description

一种压裂设备系统

技术领域

本实用新型属于油气田压裂技术领域，尤其涉及到一种用于油气田压裂施工的的压裂设备系统。

背景技术

压裂是将含有固相颗粒(压裂砂)及其它化学成分的压裂液压入地层，使地层在高压流体的作用下产生裂缝，利用压裂液中所携带的固相颗粒(压裂砂)对压后的地层支撑，达到对油气藏改造目的的工艺过程。现在的压裂设备布置如图1所示，压裂设备包括压裂基液罐1、储砂、输砂系统2、混砂车3、压裂泵车4、井口管汇5、井口装置6、仪表车7等主要设备，还包括配液、输水设备及用于存放各种液体的罐类设备等辅助设备。将预先配置好含有携砂剂的压裂基液置于压裂基液罐1中，利用混砂车3的吸入离心泵将压裂液基液送到混砂车3中，同时利用储砂、输砂系统2将压裂砂输送到混砂车3中与压裂基液混合形成压裂液，混合形成的压裂液利用混砂车3的排出离心泵输送到压裂泵车4中，压裂液经压裂泵车4增压后经井口管汇5、井口装置6输送到目的地层实施压裂。仪表车7的作用是压裂过程数据采集、处理、监测、传输等。

在压裂过程中，由于压裂泵车4输送的介质是含有固相颗粒的压裂液，对压裂泵车尤其对其中的密封部位、阀箱及泵阀等损坏较大。若压裂泵车4输送的介质是清水或乳化物，其可靠连续寿命至少可以达到100小时。压裂液中的固相颗粒及其它复杂化学成分使压裂泵车4的可靠连续寿命下降至10小时之内，降幅达90％以上。

为了确保压裂施工顺利进行，目前采用的技术手段是加大压裂泵车4的储备系数来保证，造成投入浪费。同时，为了提高压裂泵车4的可靠寿命，提高了所配置部件的技术水平，增加了单台设备的制造成本。

在实际施工中需要将所有的压裂泵车4与混砂车3、井口管汇5连接好，其中部分压裂泵车4参与压裂施工，其余设备处于待命状态，配置的储备设备占用了有限的井场空间。

页岩气、致密气开发均需要大型、超大型压裂，体积压裂已成为劣质矿藏开发的有效技术手段。由于增大了压裂泵车4的储备系数，单井施工设备投入至少增加数千万元甚至上亿元，加大了施工成本，影响了页岩气、致密油(气)藏及其它需压裂改造的油气藏开发的经济性，甚至影响相关油气藏开发的可行性。

实用新型内容

为了克服传统压裂设备存在的以上问题，本实用新型提供一种含有能量转换装置的压裂设备系统，能够显著提高设备的连续寿命，减少设备井场空间占用，降低设备投入成本。

有鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的是通过一种能量转换装置，使压裂过程中压裂泵车清水高压输送与低压含砂压裂液母液在该装置内沿不同的通道交替输送，在输送过程中混合并对低压母液增压，实现能量传递形成适合压裂施工需要的高压压裂液，所形成的高压压裂液经井口管汇、井口输送到目的地层实施压裂。本实用新型可以大幅提高压裂泵车的可靠连续寿命，在确保施工安全性的同时，减少设备投入、降低施工成本。

为达上述目的，本实用新型提供一种压裂设备系统，包括：压裂液基液罐、储砂及输砂系统、混砂车、井口管汇、压裂泵车、井口装置、清水罐；

所述井口管汇包括多个能量转换装置；所述能量转换装置包括第一定子、第二定子、外轴套、转轴、转子；

所述第一定子和所述第二定子分别固定于所述外轴套的两端；

所述转轴穿过所述转子，两端分别固定于所述第一定子和所述第二定子；

所述转子位于所述外轴套的内部，能够沿所述转轴旋转；

所述第一定子上开设有一清水进口、一低压出口；所述第二定子上开设有一母液进口、一高压出口；所述清水进口正对所述高压出口；所述母液进口正对所述低压出口；

所述转子中开设有若干通道，所述通道的两端分别位于所述转子的两个端面；

所述压裂液基液罐，连接所述混砂车，用于储存含有携砂剂的压裂液基液并将所述压裂液基液输送到所述混砂车；

所述储砂及输砂系统，连接所述混砂车，用于储存压裂砂并将所述压裂砂输送到所述混砂车；

所述混砂车，连接所述母液进口，用于将所述压裂液基液与所述压裂砂混合形成压裂液母液，并将所述压裂液母液输送至所述母液进口；

所述清水罐，连接所述压裂泵车，用于储存清水；

所述压裂泵车分别连接所述清水罐和所述清水进口，用于将所述清水罐中的清水增压后输送至所述清水进口；

所述母液进口用于将所述压裂液母液输送到所述通道中；所述清水进口用于将增压后的清水输送到所述通道中；所述转子旋转的过程中，所述压裂液母液与所述增压后的清水在所述通道中混合；当所述通道旋转至正对所述清水进口时，所述通道中混合的液体在所述增压后的清水的压力作用下形成压裂液并经由所述高压出口排出；当所述通道旋转至正对所述母液进口时，所述通道中混合的液体在所述压裂液母液的压力作用下形成废液并经由所述低压出口排出；

所述井口装置，连接所述高压出口，用于将所述压裂液输送至目的层。

通过实施本实用新型，可达到以下有益效果：

1、压裂过程中压裂泵车输送的介质为清水，避免了压裂液中含有的固相颗粒对压裂泵车连续可靠寿命不利影响，可以显著提高其连续寿命。

2、由于提高了压裂泵车的连续可靠寿命，不再需要或大幅减少压裂泵车设备储备，使设备配置数量减少，也减少了设备井场空间占用。同时由于压裂泵车输送介质为清水，保证其连续寿命的技术难度大大降低，降低了压裂泵车对其部件的性能要求。两方面共同作用可大幅降低设备投入成本。

3、能量转换装置的寿命长，体积小，成本低，单套能量转换装置的成本只相当于单台压裂泵车成本的3％-5％，可以减少了设备投入，降低了压裂施工成本，可以提高页岩气、致密油(气)藏及其它需压裂改造的油气藏开发的经济性，从技术上推进这类矿藏开发进程。

4、所有数据采集均可在含有能量转换装置的井口管汇上完成，解决了现有压裂设备系统数据采集分别在混砂车和实施泡沫压裂时配套的其它特种设备如液氮泵车上分别采集、采集后合并分析、处理的问题，数据采集点集中，既可以实现水力压裂所需要的数据采集点及分析传输等功能，又可以实现泡沫压裂等所需要的完整数据采集点及分析传输等功能，提高了信息化水平。

5、本实用新型是通过一种能量转换装置，实现高压泵清水输送，并与其它流体能量传递、混合形成满足工艺需要的高压新流体，目的是提高高压泵的连续可靠寿命。其原理也可用于其它含固相颗粒的高压流体输送等场合，对提高这类流体输送过程中往复泵的可靠连续寿命具有借鉴意义。

附图说明

图1是背景技术的压裂设备现场布置图。

图2是本实用新型其中一种具体实施例的压裂设备构成及功能的结构图。

图3是本实用新型其中一种具体实施例的压裂设备构成及功能的结构图。

图4是本实用新型其中一种具体实施例的能量转换装置的结构图。

图5是本实用新型能量转换装置的三维立体图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

传统压裂泵车输送的介质是含有固相颗粒的压裂液，对压裂泵车，尤其对其中的密封部位、阀箱及泵阀等损坏较大，造成设备的连续寿命较低，另外，传统压裂泵车占用的井场空间大，投入成本过高。针对上述缺陷，本实用新型实施例提供了一种含有能量转换装置的压裂设备系统，通过压裂泵车只输送清水来大幅提高设备的可靠连续寿命。以下结合附图对本实用新型进行详细说明。

需要说明的是，本文所称的“混砂车”是指车载式的混砂设备，具体实施时可以将其替换成撬装式的“混砂撬”，类似的，本文所称的“压裂泵车”是指车载式的压裂泵设备，具体实施时可以将其替换成撬装式的“压裂泵撬”。“混砂车”与“混砂撬”、“压裂泵车”与“压裂泵撬”是按移运方式区分的，它们在施工中的功用一样。所应理解的是，凡在本实用新型的精神和原则之内，将“混砂车”替换成“混砂撬”，或将“压裂泵车”替换成“压裂泵撬”，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

如图2所示，本实用新型提供一种压裂设备系统，包括压裂液基液罐21、储砂及输砂系统22、混砂车23、井口管汇24、压裂泵车26、井口装置27、清水罐28。其中，井口管汇24包括多个能量转换装置211。

图5所示为能量转换装置211的三维结构示意图，图4所示为能量转换装置211的剖面图。

如图4、图5所示，能量转换装置211包括第一定子41、第二定子42、外轴套43、转轴44和转子45。其中，第一定子41和第二定子42分别固定于外轴套43的两端，转轴44穿过转子45，两端分别固定于第一定子41和第二定子42。第一定子41上开设有一清水进口48、一低压出口49，第二定子42上开设有一母液进口46、一高压出口47，清水进口48正对高压出口47，母液进口46正对低压出口49。转子45位于外轴套43的内部，能够沿转轴44旋转，且转子45中开设有若干通道410，通道410的两端分别位于转子45的两个端面。

需要说明的是，本文为了方便说明能量转换装置211的结构，图5中未显示出第一定子41、第二定子42、外轴套43、转轴44、转子45的连接关系，但根据本文的文字记载，应当理解的是，实际的能量转换装置211中，第一定子41、第二定子42、外轴套43、转轴44、转子45具有如上记载的连接关系。

压裂液基液罐21连接混砂车23，用于储存含有携砂剂的压裂液基液并将压裂液基液输送到混砂车23，利用混砂车23中的吸入离心泵将压裂液基液输送到混砂车23中。

储砂及输砂系统22连接混砂车23，用于储存压裂砂并将压裂砂输送到混砂车23。

混砂车23连接每个能量转换装置211的母液进口46，用于将压裂液基液与压裂砂混合形成压裂液母液，并利用混砂车23中的排出离心泵将压裂液母液分别输送到井口管汇24中的各个能量转换装置211的母液进口46。

清水罐28连接压裂泵车26，用于储存清水。

压裂泵车26的吸入口连接清水罐28，出口连接与能量转换装置211的清水进口48，压裂泵车26用于将清水罐28中的清水增压后输送到能量转换装置211的清水进口48中。

需要说明的是，本实用新型提供的压裂设备系统中，压裂泵车26的数量可以是一个或多个，压裂泵车26与能量转换装置211可以是一对多、多对一、多对多、一一对应等多种情况。例如，具体实施时，可以由一个压裂泵车26向多个能量转换装置211提供清水，也可以是多个压裂泵车26向一个能量转换装置211提供清水，还可以是一个压裂泵车26向一个能量转换装置211提供清水。其中，图2、图3所示的压裂设备系统属于压裂泵车26与能量转换装置211是一一对应的情况。

在实施本实用新型时，可以根据实际情况设置压裂泵车26与能量转换装置211的数量和对应关系，以达到提供高压清水的目的，本实用新型对二者的数量和对应关系不作具体限定，即图2、图3的情况仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，设置其他数量和对应关系的压裂泵车26与能量转换装置211均应包含在本实用新型的保护范围之内。

具体实施时，母液进口46用于将压裂液母液输送到设置于转子45中的各个通道410中，清水进口48用于将增压后的清水输送到通道410中，转子45旋转时，高压的清水与低压的压裂液母液就会在通道410内实现短暂接触并混合，从而实现能量的传递。由于清水进口48正对高压出口47，母液进口46正对低压出口49，随着转子45的旋转，当通道410正对清水进口48时，通道410内的混合液体就会受到来自清水进口48的高压清水的冲力作用形成高压的压裂液并经由高压出口47排出，当通道410正对母液进口46时，通道410内的混合液体就会受到来自母液进口46的压裂液母液的压力作用形成低压的废液并经由低压出口49排出。在这一过程中，由于来自清水进口48的清水的压力远远高于来自母液进口46的压裂液母液的压力，因此，经由高压出口47排出的压裂液将会远远多于经由低压出口49排出的废液。

井口装置27连接每个能量转换装置211的高压出口47，用于将高压出口47排出的压裂液输送至目的层。

在本实用新型中，由于压裂过程中压裂泵车26输送的介质为清水，避免了压裂液中含有的固相颗粒对压裂泵车26连续可靠寿命不利影响，可以显著提高其连续寿命，不再需要或大幅减少压裂泵车设备储备，也减少了设备井场空间占用，大幅降低设备投入成本。

具体实施时，为了提高能量转换装置的工作效率和使用寿命，较佳的，各个通道410的端部沿着转子45的端面的圆周呈均匀分布。例如图5所示的三维示意图中，转子45中包含有十二个通道410，这些通道410的端部(端口)沿着转子45的端面的圆周呈均匀分布。

在一种较佳的实施例中，设置于转子45中的各个通道410是直线形，且与转轴44相平行。这种情况下，转子45可以连接一驱动装置，借此驱动转子的旋转。可选地，驱动装置可以是变频电机或液压马达，转子45的旋转速度可以根据现场需要进行设置。

在另一种较佳的实施例中，设置于转子45中的各个通道410是螺旋形的。图4所示的能量转换装置211的剖面图中，通道410即为螺旋形的。这种情况下，由于来自清水进口48的清水的压力与来自母液进口46的压裂液母液的压力是不均衡的，而通道410又是螺旋形的，受惯性作用，转子45可在高压的清水和低压的压裂液母液的驱动下自行完成旋转驱动，而不需要另外连接驱动装置。

如图2所示，在本实用新型一种具体的实施例中，压裂设备系统还可以包括水泵29与除砂系统210。除砂系统210连接每个能量转换装置211的低压出口49，用于接收废液，并清除低废液中的固相颗粒形成清水。水泵29分别连接除砂系统210与清水罐28，用于将除砂系统210形成的清水输送到清水罐28中。如此，便可实现废液的再循环利用，节省施工成本。

目前的压裂施工中，数据采集分别在混砂车3、压裂泵车4及其它设备如液氮泵车上实现，数据采集点比较分散，不容易实现数据集中及统一上传。考虑到这一点，在本实用新型一种具体的实施例中，压裂设备系统可以在井口管汇24上安装若干数据采集器，用于采集液体、固体、气体等数据。由于所有数据采集均在含有能量转换装置211的井口管汇24上完成，容易实现数据集中及统一上传，提高压裂施工的信息化水平。

具体实施时，安装在井口管汇24上的各个数据采集器可以采用有线传输方式或无线传输方式将采集的数据传输至上位计算机中进行数据分析处理。在无线方式的情况中，该压裂设备系统还包括一无线传输装置，其连接各个数据采集器，用于将数据采集器采集到的数据通过无线传输方式传输出去。

在本实用新型一种具体的实施例中，如图3所示，压裂设备系统还可以包括一设备连接装置25。设备连接装置25连接于高压出口47和井口装置27之间，用于连接外接设备，例如，外接设备可以是液氮泵车，通过连接液氮泵车实现拌注压裂与泡沫压裂。

综上所述，本实用新型实施例提供的压裂设备系统包括以下有益效果：

1、压裂过程中压裂泵车输送的介质为清水，避免了压裂液中含有的固相颗粒对压裂泵车连续可靠寿命不利影响，可以显著提高其连续寿命；

2、由于提高了压裂泵车的连续可靠寿命，不再需要或大幅减少压裂泵车设备储备，使设备配置数量减少，也减少了设备井场空间占用。同时由于压裂泵车输送介质为清水，保证其连续寿命的技术难度大大降低，降低了压裂泵车对其部件的性能要求。两方面共同作用可大幅降低设备投入成本；

3、能量转换装置的寿命长，体积小，成本低，单套能量转换装置的成本只相当于单台压裂泵车成本的3％-5％，可以减少了设备投入，降低了压裂施工成本，可以提高页岩气、致密油(气)藏及其它需压裂改造的油气藏开发的经济性，从技术上推进这类矿藏开发进程；

4、所有数据采集均可在含有能量转换装置的井口管汇上完成，解决了现有压裂设备系统数据采集分别在混砂车和实施泡沫压裂时配套的其它特种设备如液氮泵车上分别采集、采集后合并分析、处理的问题，数据采集点集中，既可以实现水力压裂所需要的数据采集点及分析传输等功能，又可以实现泡沫压裂等所需要的完整数据采集点及分析传输等功能，提高了信息化水平；

5、本实用新型是通过一种能量转换装置，实现高压泵清水输送，并与其它流体能量传递、混合形成满足工艺需要的高压新流体，目的是提高高压泵的连续可靠寿命。其原理也可用于其它含固相颗粒的高压流体输送等场合，对提高这类流体输送过程中往复泵的可靠连续寿命具有借鉴意义。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、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，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种压裂设备系统，其特征在于，包括：压裂液基液罐、储砂及输砂系统、混砂车、井口管汇、压裂泵车、井口装置、清水罐；

所述井口管汇包括多个能量转换装置；所述能量转换装置包括第一定子、第二定子、外轴套、转轴、转子；

所述第一定子和所述第二定子分别固定于所述外轴套的两端；

所述转轴穿过所述转子，两端分别固定于所述第一定子和所述第二定子；

所述转子位于所述外轴套的内部，能够沿所述转轴旋转；

所述第一定子上开设有一清水进口、一低压出口；所述第二定子上开设有一母液进口、一高压出口；所述清水进口正对所述高压出口；所述母液进口正对所述低压出口；

所述转子中开设有若干通道，所述通道的两端分别位于所述转子的两个端面；

所述压裂液基液罐，连接所述混砂车，用于储存含有携砂剂的压裂液基液并将所述压裂液基液输送到所述混砂车；

所述储砂及输砂系统，连接所述混砂车，用于储存压裂砂并将所述压裂砂输送到所述混砂车；

所述混砂车，连接所述母液进口，用于将所述压裂液基液与所述压裂砂混合形成压裂液母液，并将所述压裂液母液输送至所述母液进口；

所述清水罐，连接所述压裂泵车，用于储存清水；

所述压裂泵车分别连接所述清水罐和所述清水进口，用于将所述清水罐中的清水增压后输送至所述清水进口；

所述母液进口用于将所述压裂液母液输送到所述通道中；所述清水进口用于将增压后的清水输送到所述通道中；所述转子旋转的过程中，所述压裂液母液与所述增压后的清水在所述通道中混合；当所述通道旋转至正对所述清水进口时，所述通道中混合的液体在所述增压后的清水的压力作用下形成压裂液并经由所述高压出口排出；当所述通道旋转至正对所述母液进口时，所述通道中混合的液体在所述压裂液母液的压力作用下形成废液并经由所述低压出口排出；

所述井口装置，连接所述高压出口，用于将所述压裂液输送至目的层。

2.如权利要求1所述的压裂设备系统，其特征在于，所述通道的端部沿所述转子的端面的圆周呈均匀分布。

3.如权利要求1所述的压裂设备系统，其特征在于，还包括：除砂系统、水泵；

所述除砂系统，连接所述低压出口，用于接收所述废液，并清除所述废液中的固相颗粒形成清水；

所述水泵，分别连接所述除砂系统与所述清水罐，用于将所述除砂系统形成的清水输送到所述清水罐中。

4.如权利要求1所述的压裂设备系统，其特征在于，所述通道为直线形且与所述转轴平行。

5.如权利要求1所述的压裂设备系统，其特征在于，所述通道为螺旋形。

6.如权利要求1所述的压裂设备系统，其特征在于，所述转子连接一变频电机，并由所述变频电机驱动。

7.如权利要求1所述的压裂设备系统，其特征在于，所述转子连接一液压马达，并由所述液压马达驱动。

8.如权利要求1所述的压裂设备系统，其特征在于，还包括：若干数据采集器；

所述数据采集器安装于所述井口管汇上，用于采集数据。

9.如权利要求8所述的压裂设备系统，其特征在于，还包括：无线传输装置；

所述无线传输装置，连接所述数据采集器，用于将所述数据采集器采集到的数据通过无线传输方式传输出去。

10.如权利要求1所述的压裂设备系统，其特征在于，还包括：设备连接装置；

所述设备连接装置连接于所述高压出口和所述井口装置之间，用于连接液氮泵车。