CN205353793U - 压裂机组试验场管道压力控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种压裂机组试验场管道压力控制系统，涉及管道压力控制领域，包括供水装置、节流阀、压力传感器、控制装置、阀门调节装置和压裂机组工位。节流阀、压力传感器、压裂机组工位和供水装置通过管道串接在一起并形成循环回路。阀门调节装置连接在节流阀上，压力传感器和阀门调节装置均连接于控制装置。控制装置根据压力传感器的反馈，控制阀门调节装置调节节流阀的开度，实现系统管道压力时时和自动化控制以及精准调节，减小压力变化率，维持管道压力稳定，提高节流阀以及压裂机组的使用性能和寿命；同时自动化控制可以大大提高试验效率。本实用新型提供两条试验支路，可保证试验不因其中一条管路的损坏而意外停止。
Description
技术领域
本实用新型涉及管道压力控制系统领域，具体涉及一种压裂机组试验场管道压力控制系统。
背景技术
节流阀一般用于管道流量和压力的控制，工作时通过调节节流阀的开度，达到改变整个压力管道流量和压力的目的。但节流阀没有流量负反馈功能，不能补偿由负载变化所造成的速度不稳定，一般用于对速度稳定性要求不高的场合。
压裂机组试验压力属于超高压，最高可达20000psi。系统超压、压力波动大、波动频率高等因素对人员、设备安全及试验效果有极大的影响，因此对于管道压力的控制极其重要。目前国内的压裂机组试验场一般通过压力高限和压力变化率来控制，一旦压力超过高压设定值或者压力变化率过快，就立即手动调节节流阀开度，保证管路压力不会超高，从而实现整个高压管道压力的控制。
但该系统存在如下缺陷：
首先，压裂机组试验过程中一般采取技术人员通过压力传感器监测管道压力，依靠技术人员的经验手动操作调节阀，对技术人员的要求很高，因此手动调节的精度不高。当管道压力未达试验压力到或超过试验压力时，不能达到设计的试验要求。
其次，由于试验工况属于超高压，最高时可达到20000psi，当试验系统需要重新调试时，首先需要进行停机泄压，然后再手动调节节流阀，调节管道压力重新进行调试，严重影响工作效率。
最后，由于试验工况属于超高压，且压裂泵属于柱塞泵，试验过程中管道压力变化率较快，因此无法实现管道系统压力的精准且持续的稳定。此外，由技术人员进行操作也无法实现管道压力的自动化控制和时时调节。
另外，在整个试验过程中，由于压力波动频率较高，产生很大的噪声和震动，对节流阀及压裂机组的使用性能及寿命会有较大影响。
实用新型内容
针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种时时并自动化控制和调节管道压力、提高试验效率，实现管道压力精准持续稳定、减小压力变化率、提高阀门和压裂机组使用性能和寿命的压裂机组试验场管道压力控制系统。
为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是：一种压裂机组试验场管道压力控制系统，包括：一供水装置9，其包括离心泵10，所述供水装置9包括出水口与入水口，且所述离心泵10连接在所述供水装置9的出水口上；通过管道依次相连的第一压裂机组工位12、第一压力传感器6和第一节流阀3，所述第一压裂机组工位12与所述离心泵10相连，所述第一节流阀3与所述入水口直接或间接相连，且所述出水口、离心泵10、第一压裂机组工位12、第一压力传感器6和第一节流阀3和入水口形成一循环回路；第一阀门调节装置，其与所述第一节流阀3相连；控制装置1，所述控制装置1分别与所述第一压力传感器6和所述第一阀门调节装置相连。
在上述技术方案的基础上，第一阀门调节装置包括第一伺服电机4和第一伺服驱动器5，第一伺服电机4自带编码器；所述控制装置1与所述第一伺服驱动器5相连。
在上述技术方案的基础上，所述离心泵10通过管道依次连接第二压裂机组工位12`、第二压力传感器6`和第二节流阀3`；所述第二节流阀3`与所述入水口直接或间接相连，且所述出水口、离心泵10、第二压裂机组工位12`、第二压力传感器6`和第二节流阀3`和入水口形成一循环回路；所述第二节流阀3`和第二阀门调节装置相连；所述控制装置1分别于所述第二压力传感器6`和所述第二阀门调节装置相连。所述第二阀门调节装置包括第二伺服电机4`和第二伺服驱动器5`，第二伺服电机4`自带编码器；所述控制装置1与所述第二伺服驱动器5`相连。
在上述技术方案的基础上，所述供水装置9的入水口通过管道连接有缓冲器8，所述第一节流阀3和缓冲器8之间的管道上串接有第一旋塞阀2，所述第二节流阀3`和缓冲器8之间的管道上串接有第二旋塞阀2`。
在上述技术方案的基础上，所述第一压裂机组工位12和离心泵10之间的管道上串接有第一蝶阀11，所述第二压裂机组工位12`和离心泵10之间的管道上串接有第二蝶阀11`。
在上述技术方案的基础上，所述第一节流阀3和第一压裂机组工位12之间的管道上串接有第一安全阀7；所述第二节流阀3`和第二压裂机组工位12`之间的管道上串接有第二安全阀7`。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
(1)管道压力控制系统采用伺服电机调节节流阀，伺服电机转速0-3000RPM无级可调，因此可以克服超高压工况下高负载影响，实现管道系统压力的时时调节。
(2)管道压力控制系统的控制装置通过压力传感器的信号反馈，控制伺服驱动器驱动伺服电机工作，调节节流阀的开度，因此可以实现管道压力的自动化控制过程。
(3)管道压力控制系统采用自带编码器的伺服电机，可以精准的控制节流阀的开度，从而实现管道压力的精准控制，减小压力变化率，维持管道压力的稳定，从而减小对节流阀以及压裂机组的使用性能和寿命的影响。
(4)管道压力控制系统采用伺服电机控制调节阀，改变了技术人员手动调节节流阀的方式，系统重新调试时无需再停机泄压，控制装置通过反馈直接控制伺服驱动器驱动伺服电机调节节流阀的开度，大大提高了试验的工作效率。
(5)管道压力控制系统提供两条试验支路，当其中一条试验支路出现故障或者由于损坏而无法进行试验时，另一条试验支路可以继续进行试验，保障了试验工作进程不因管路的损坏而意外停止。
附图说明
图1为本实用新型一种压裂机组试验场管道压力控制系统的结构示意图。
图中：1-控制装置，2-第一旋塞阀，2`-第二旋塞阀，3-第一节流阀，3`-第二节流阀，4-第一伺服电机，4`-第二伺服电机，5-第一伺服驱动器，5`-第二伺服驱动器，6-第一压力传感器，6`-第二压力传感器，7-第一安全阀，7`-第二安全阀，8-缓冲器，9-供水装置，10-离心泵，11-第一蝶阀，11`-第二蝶阀，12-第一压裂机组工位，12`-第二压裂机组工位，13-高压三通。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细说明。
本实用新型提供一种压裂机组试验场管道压力控制系统。如图1所示，包括控制装置1，该控制装置1为运动控制卡；第一旋塞阀2和第二旋塞阀2`、第一节流阀3和第二节流阀3`、第一阀门调节装置包括第一伺服电机4和第一伺服驱动器5；第二阀门调节装置包括第二伺服电机4`和第二伺服驱动器5`、第一压力传感器6和第二压力传感器6`、第一安全阀7和第二安全阀7`、缓冲器8、供水装置9，该供水装置9为一水罐；离心泵10、第一蝶阀11和第二蝶阀11`、第一压裂机组工位12和第二压裂机组工位12`、高压三通13、用于供水和回流的低压管道以及将所有高压阀控元件及支路连接在一起的高压管道。
所述供水装置9包括出水口与入水口，且所述离心泵10连接在所述出水口上；所述离心泵10通过管道依次相连第一压裂机组工位12、第一压力传感器6和第一节流阀3；所述第一节流阀3与所述入水口直接或间接相连，且所述出水口、离心泵10、第一压裂机组工位12、第一压力传感器6和第一节流阀3和入水口形成一循环回路；所述第一节流阀3与所述第一阀门调节装置相连，所述控制装置1分别与所述第一压力传感器6和所述第一阀门调节装置相连，所述第一阀门调节装置包括第一伺服电机4和第一伺服驱动器5，第一伺服电机4自带编码器，所述控制装置1与所述第一伺服驱动器5相连。
所述离心泵10通过管道依次连接第二压裂机组工位12`、第二压力传感器6`和第二节流阀3`；所述第二节流阀3`与所述入水口直接或间接相连，且所述出水口、离心泵10、第二压裂机组工位12`、第二压力传感器6`和第二节流阀3`和入水口形成一循环回路；所述第二节流阀3`和所述第二阀门调节装置相连，所述控制装置1分别于所述第二压力传感器6`和所述第二阀门调节装置相连，所述第二阀门调节装置包括第二伺服电机4`和第二伺服驱动器5`，第二伺服电机4`自带编码器，所述控制装置1与所述第二伺服驱动器5`相连。
所述供水装置9的出水口通过低压管道连接有缓冲器8。所述第一节流阀3和缓冲器8之间的高压管道上串接有第一旋塞阀2；所述第二节流阀3`和缓冲器8之间的高压管道上串接有第二旋塞阀2`。所述第一压裂机组工位12和离心泵10之间的低压管道上串接有第一蝶阀11；所述第二压裂机组工位12`和离心泵10之间的低压管道上串接有第二蝶阀11`。所述第一节流阀3和第一压裂机组工位12之间的高压管道上串接有第一安全阀7；所述第二节流阀3`和第二压裂机组工位12`之间的高压管道上串接有第二安全阀7`。所述第一压力传感器6、第二压力传感器6`和第一安全阀7、第二安全阀7`均利用高压三通(13)串接在高压管道上。
第一旋塞阀2和第二旋塞阀2`用于开启和关闭管路，第一节流阀3和第二节流阀3`用于调节管道压力，第一伺服电机4和第二伺服电机4`用于分别控制并调节第一节流阀3和第二节流阀3`的开度；第一伺服驱动器5和第二伺服驱动器5`用于分别驱动第一伺服电机4和第二伺服电机4`工作；第一压力传感器6和第二压力传感器6`用于时时监控管道压力，并向控制装置传递压力值反馈信号；第一安全阀7和第二安全阀7`用于系统的超压保护。供水装置9用于供水和储水。第一蝶阀11和第二蝶阀11`用于开启和关闭管路。
本实用新型具体工作原理如图1所示：
当第一压裂机组工位12开始试验时，第一蝶阀11开启、第二蝶阀11`关闭；第一旋塞阀2开启，第二旋塞阀2`关闭。试验时，离心泵10工作并从供水装置9内抽水，清水经低压管道进入到第一压裂机组工位12，之后第一压裂机组工位12给清水增压，增压后的清水进入高压管道，在第一节流阀3的作用下，建立起管道压力。此时高压管道上的第一压力传感器6将采集到的压力信号反馈至控制装置1，如果管道压力值低于试验需求压力值，则通过控制装置1控制第一伺服驱动器5驱动第一伺服电机4工作，带编码器的第一伺服电机4精准调小第一节流阀3的开度，从而得到试验需求的管道压力；如果管道压力值高于试验需求压力值，且未超过高压保护值，此种情况下，则通过控制装置1控制第一伺服驱动器5驱动第一伺服电机4工作，带编码器的第一伺服电机4精准调大第一节流阀3的开度，从而得到试验需求的管道压力。
当第二压裂机组工位12`开始试验时，第一蝶阀11关闭、第二蝶阀11`开启，第一旋塞阀2关闭，第二旋塞阀2`开启。整个控制过程和第一压裂机组工位12的试验过程相同。试验过程中，清水经过缓冲器8降低压力和流速后重新流回供水装置9，构成循环试验系统。
由于此管道压力控制系统采用第一伺服电机4和第二伺服电机4`分别控制并调节第一节流阀3和第二节流阀3`，第一伺服电机4和第二伺服电机4`的转速均为0-3000RPM无级可调，可以克服超高压工况下高负载影响，从而实现管道压力的时时调节。
另外控制装置1分别根据第一压力传感器6和第二传感器6`的压力信号反馈，通过控制第一伺服驱动器5和第二伺服驱动器5`分别驱动第一伺服电机4和第二伺服电机4`工作，第一伺服电机4和第二伺服电机4`进而分别控制并调节第一节流阀3和第二节流阀3`的开度，实现管道压力的自动化控制。此外，自带编码器的第一伺服电机4和第二伺服电机4`可以分别精准调节第一节流阀3和第二节流阀3`的开度，从而实现对管道压力的精准控制。
由于本实用新型实现了管道压力的时时调节和自动化控制，相比于人工控制，重新试验时无需停机泄压，系统可以根据第一压力传感器6和第二传感器6`的反馈直接调节第一节流阀3和第二节流阀3`，大大提高了试验的效率。
如果管道压力值的变化率比较高时或试验要求系统保压时，控制装置1通过分别控制第一伺服驱动器5和第二伺服驱动器5`分别驱动第一伺服电机4和第二伺服电机4`工作，第一伺服电机4和第二伺服电机4`分别控制第一节流阀3和第二节流阀3`随着管道压力值的时时反馈而不断调节位置，从而保持管道压力的稳定。管道压力的稳定可以有效减小试验过程中对节流阀及压裂机组工位的压裂机组使用性能及寿命的影响。
本实用新型不仅局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本实用新型相同或相近似的技术方案，均在其保护范围之内。
Claims (10)
1.一种压裂机组试验场管道压力控制系统，其特征在于，包括：一供水装置(9)，其包括离心泵(10)，所述供水装置(9)包括出水口与入水口，且所述离心泵(10)连接在所述供水装置(9)的出水口上；通过管道依次相连的第一压裂机组工位(12)、第一压力传感器(6)和第一节流阀(3)，所述第一压裂机组工位(12)与所述离心泵(10)相连，所述第一节流阀(3)与所述入水口直接或间接相连，且所述出水口、离心泵(10)、第一压裂机组工位(12)、第一压力传感器(6)和第一节流阀(3)和入水口形成一循环回路；第一阀门调节装置，其与所述第一节流阀(3)相连；控制装置(1)，所述控制装置(1)分别与所述第一压力传感器(6)和所述第一阀门调节装置相连。
2.如权利要求1所述的一种压裂机组试验场管道压力控制系统，其特征在于：所述第一阀门调节装置包括第一伺服电机(4)和第一伺服驱动器(5)，第一伺服电机(4)自带编码器；所述控制装置(1)与所述第一伺服驱动器(5)相连。
3.如权利要求1所述的一种压裂机组试验场管道压力控制系统，其特征在于：所述离心泵(10)通过管道依次连接第二压裂机组工位(12`)、第二压力传感器(6`)和第二节流阀(3`)；所述第二节流阀(3`)与所述入水口直接或间接相连，且所述出水口、离心泵(10)、第二压裂机组工位(12`)、第二压力传感器(6`)和第二节流阀(3`)和入水口形成一循环回路；所述第二节流阀(3`)和第二阀门调节装置相连；所述控制装置(1)分别于所述第二压力传感器(6`)和所述第二阀门调节装置相连。
4.如权利要求3所述的一种压裂机组试验场管道压力控制系统，其特征在于：所述第二阀门调节装置包括第二伺服电机(4`)和第二伺服驱动器(5`)，第二伺服电机(4`)自带编码器；所述控制装置(1)与所述第二伺服驱动器(5`)相连。
5.如权利要求1所述的一种压裂机组试验场管道压力控制系统，其特征在于：所述供水装置(9)的入水口通过管道连接有缓冲器(8)。
6.如权利要求1所述的一种压裂机组试验场管道压力控制系统，其特征在于：所述第一节流阀(3)和缓冲器(8)之间的管道上串接有第一旋塞阀(2)。
7.如权利要求2所述的一种压裂机组试验场管道压力控制系统，其特征在于：所述第二节流阀(3`)和缓冲器(8)之间的管道上串接有第二旋塞阀(2`)。
8.如权利要求1所述的一种压裂机组试验场管道压力控制系统，其特征在于：所述第一压裂机组工位(12)和离心泵(10)之间的管道上串接有第一蝶阀(11)。
9.如权利要求2所述的一种压裂机组试验场管道压力控制系统，其特征在于：所述第二压裂机组工位(12`)和离心泵(10)之间的管道上串接有第二蝶阀(11`)。
10.如权利要求1所述的一种压裂机组试验场管道压力控制系统，其特征在于：所述第一节流阀(3)和第一压裂机组工位(12)之间的管道上串接有第一安全阀(7)；所述第二节流阀(3`)和第二压裂机组工位(12`)之间的管道上串接有第二安全阀(7`)。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108318255A (zh) * | 2017-12-21 | 2018-07-24 | 北方重工集团有限公司 | 一种压裂装备超高压试验场用双回路并联节流加载装置 |
| CN109342100A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-02-15 | 中石化四机石油机械有限公司 | 压裂系统试压控制方法 |
| CN114645692A (zh) * | 2022-05-23 | 2022-06-21 | 德州联合石油科技股份有限公司 | 一种井口采油树节流阀芯及节流阀 |
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