壓裂泵系統及壓裂車的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種壓裂泵系統及壓裂車。該壓裂泵系統中，第一輸送機構和第二輸送機構均包括油缸、增壓缸和配流閥；配流閥包括第一通道、第二通道和第三通道，第一通道、第二通道和第三通道的第一端相連，第二通道中設有吸入閥，第三通道中設有排出閥；油缸的活塞桿伸出端設有塞體，塞體可移動地設置于增壓缸內，增壓缸的出口連接于第一通道的第二端；發(fā)動機用于驅動油泵；控制閥組用于控制各油缸的進回油狀態(tài)。實施本實用新型，能夠有效增大沖程、減少沖次，提高易損件的使用壽命，有效增大輸出壓力、流量的覆蓋范圍，有效降低結構復雜性、節(jié)約成本，以及有效降低對潤滑和冷卻的要求。
【專利說明】壓裂泵系統及壓裂車
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及壓裂車【技術領域】，特別涉及一種壓裂泵系統及壓裂車。
【背景技術】
[0002]壓裂施工作業(yè)是改造油氣藏的重要手段之一，對于低滲透油氣井，一般需要借助于壓裂作業(yè)才能達到穩(wěn)產和增產的目的。壓裂車是壓裂施工的主要設備，它的作用是向地層內注入高壓、大排量的壓裂液，將地層壓開，把支撐料(如壓裂砂)擠入裂縫，以增強地層滲透率，增加油氣的流動性，提高油氣采收率。
[0003]目前，常見的壓裂車一般包括底盤以及設置于底盤上的柴油發(fā)動機、液力變矩器、傳動軸和壓裂泵等，在工作過程中，柴油發(fā)動機啟動后，經液力變矩器變速、變矩后，通過傳動軸帶動壓裂泵轉動，以實現壓裂作業(yè)。
[0004]現有技術中，作為輸送機構的壓裂泵一般采用曲軸式柱塞泵，圖1示出了這種曲軸式柱塞泵的結構示意圖，如圖所示，該曲軸式柱塞泵I’包括曲軸11’、多個連桿12’和多個柱塞13’等，曲軸11’的兩端設置有動力輸入齒輪，多個柱塞13’布置在曲軸11’的一側，多個柱塞13’的一端可分別在液力端(圖中示出但未標出)中來回移動，多個連桿12’設置在多個柱塞13’的另一端與曲軸11’之間，這樣當曲軸11’轉動時，將帶動連桿12’作曲柄連桿運動，連桿12’進而驅動柱塞13’作往復運動(類似于發(fā)動機曲軸與活塞的運動)，從而實現通過液力端將工作介質(壓裂液)吸入并連續(xù)高壓輸出，以進行壓裂作業(yè)。
[0005]上述曲軸式柱塞泵中，沖程較短(如五缸式柱塞泵沖程約為200mm)，換向次數多，柱塞動作頻繁，易損件的壽命短，例如，液力端的閥座、閥和閥膠皮等的使用壽命只有幾十小時；另外，這種曲軸式柱塞泵的輸出壓力、流量的覆蓋范圍較窄，若要提高覆蓋范圍，需更換不同缸徑的液力端；另外，柱塞在頻繁快速換向時，壓裂液尚未充分吸入即排出，造成吸入效率不高，導致工作效率偏低；另外，壓裂泵內集成安裝有曲軸、動力輸入齒輪、連桿、液力端的箱體及座體等，結構復雜，制造成本高，拆裝維護不便；另外，動力輸入齒輪作高速重載旋轉，對潤滑和冷卻的要求高，需要布置結構復雜的潤滑系統及對應的冷卻系統。
[0006]因此，如何針對現有的上述不足和缺陷進行改進，以便更加適應油氣開發(fā)需要，是本領域技術人員亟待解決的技術問題。
實用新型內容
[0007]有鑒于此，本實用新型的目的之一在于提供一種壓裂泵系統，以有效增大沖程、減少沖次，提高易損件的使用壽命，有效增大輸出壓力、流量的覆蓋范圍，有效提高吸入效率，有效降低結構復雜性、節(jié)約成本，以及有效降低潤滑和冷卻的要求。
[0008]具體而言，所述壓裂泵系統包括發(fā)動機、油泵、控制閥組、第一輸送機構和第二輸送機構，其中:所述第一輸送機構和所述第二輸送機構均包括油缸、增壓缸和配流閥；所述配流閥包括第一通道、第二通道和第三通道，所述第一通道、所述第二通道和所述第三通道的第一端相連，所述第二通道中設有吸入閥，所述第三通道中設有排出閥；所述油缸的活塞桿伸出端設有塞體，所述塞體可移動地設置于所述增壓缸內，所述增壓缸的出口連接于所述第一通道的第二端；所述發(fā)動機用于驅動所述油泵；所述控制閥組連接于所述油泵與所述第一輸送機構、所述第二輸送機構之間，用于控制所述第一輸送機構中油缸和所述第二輸送機構中油缸的進回油狀態(tài)。
[0009]進一步地，所述壓裂泵系統還包括第三輸送機構，所述第三輸送機構包括油缸、增壓缸和配流閥；所述控制閥組還用于控制所述第三輸送機構中油缸的進回油狀態(tài)。
[0010]進一步地，所述第一輸送機構中的增壓缸處于排出狀態(tài)時，所述第二輸送機構中的增壓缸處于吸入狀態(tài)。
[0011 ] 進一步地,所述第一輸送機構、所述第二輸送機構和所述第三輸送機構中，其中一個的增壓缸處于排出狀態(tài)時，剩余兩個中的其中一個的增壓缸處于吸入狀態(tài)，剩余兩個中的另一個的增壓缸處于準備狀態(tài)。
[0012]進一步地，所述發(fā)動機為多個，所述油泵為多個，每個發(fā)動機用于驅動至少一個油栗。
[0013]進一步地，各輸送機構的油缸的有桿腔依次連通；所述控制閥組用于控制各油缸的無桿腔的進回油狀態(tài)。
[0014]進一步地，所述塞體包括所述油缸的活塞桿伸出端形成的柱塞以及連接于所述柱塞前端的活塞頭，所述活塞頭與所述增壓缸的內壁密封配合。
[0015]進一步地，所述活塞頭通過卡式接頭與所述柱塞的前端連接。
[0016]進一步地，所述塞體包括所述油缸的活塞桿伸出端形成的柱塞，所述增壓缸內設有密封套，所述柱塞與所述密封套密封配合。
[0017]本實用新型的第二目的在于提供一種壓裂車，以有效降低壓裂車的制造成本和生產難度，同時有效提高作業(yè)性能、作業(yè)效率和可維護性。
[0018]具體而言，所述壓裂車上設置有上述任一項所述的壓裂泵系統。
[0019]采用本實用新型的壓裂泵系統時，發(fā)動機驅動油泵供應壓力油，在控制閥組的控制下，第一輸送機構和第二輸送機構中的油缸依次作伸縮運動，進而實現對應的增壓缸從配流閥的第一通道吸入壓裂液或從配流閥的第二通道排出壓裂液，從而實現壓裂液的連續(xù)輸送，與現有技術相比，由于油缸和增壓缸的行程較大，例如，該行程易于達到Im以上，因而可以有效增大沖程、減少沖次，減少運行時的換向次數、降低速度，這樣能夠有效提高相關部件(如增壓缸、油缸和密封部件等)的使用壽命；另外，由于增壓缸的行程較大，壓裂液經充分吸入后再排出，提高了吸入效率，從而提高了工作效率；另外，油缸及其活塞桿均為二力桿受力，因而可以有效提高輸出壓力和流量，且各輸送機構可以分別采用不同缸徑的油缸以及不同缸徑的增壓缸相互配合，以實現不同壓力下的多種排量要求，這樣增大了輸出壓力、流量的覆蓋范圍；另外，發(fā)動機、油泵和控制閥組的布置方式較為靈活，各輸送機構的結構簡單，既便于降低成本，也便于拆裝維護；另外，油缸工作時為低速直線運動，對潤滑和冷卻要求較低，因而無需配置結構復雜的潤滑系統及對應的冷卻系統。
[0020]在一種可選的方案中，可以同時采用三個輸送機構，以實現壓裂液的連續(xù)輸送；在此基礎上，第一輸送機構中的增壓缸處于排出狀態(tài)時，第二輸送機構中的增壓缸處于吸入狀態(tài)，第三輸送機構中的增壓缸處于準備狀態(tài)；這樣能夠實現壓裂液的穩(wěn)定、連續(xù)輸送。
[0021]在一種可選的方案中，塞體包括油缸的活塞桿伸出端形成的柱塞以及連接于柱塞前端的活塞頭，該活塞頭與增壓缸的內壁密封配合，這樣有助于提高增壓缸的輸出壓力；在此基礎上，該活塞頭通過卡式接頭與柱塞的前端連接，這樣便于活塞頭的拆裝和更換。
[0022]本實用新型的壓裂車具有上述的壓裂泵系統，因而能夠有效降低壓裂車的制造成本和生產難度，同時能夠有效提高作業(yè)性能、作業(yè)效率和可維護性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]構成本實用新型的一部分的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中:
[0024]圖1為現有技術中典型的曲軸式柱塞泵的結構示意圖；
[0025]圖2為本實用新型實施例一提供的一種壓裂泵系統的組成原理示意圖；
[0026]圖3為本實用新型其他實施例二提供的一種壓裂泵系統的組成原理示意圖；
[0027]圖4為本實用新型其他實施例三提供的一種壓裂泵系統的組成原理示意圖；
[0028]圖5為圖2和圖4中活塞頭及其連接方式的結構示意圖；
[0029]圖中主要元件符號說明:
[0030]I 發(fā)動機
[0031]2 油泵
[0032]3 控制閥組
[0033]4 油缸
[0034]5 增壓缸
[0035]6 配流閥
[0036]8 液壓油箱
[0037]41活塞桿
[0038]42有桿腔
[0039]43 柱塞
[0040]44活塞頭
[0041]45卡式接頭
[0042]51密封套
[0043]61第一通道
[0044]62第二通道
[0045]63第三通道
[0046]64排出閥
[0047]65 吸入閥
【具體實施方式】
[0048]應當指出，本部分中對具體結構的描述及描述順序僅是對具體實施例的說明，不應視為對本實用新型的保護范圍有任何限制作用。此外，在不沖突的情形下，本部分中的實施例以及實施例中的特征可以相互組合。
[0049]請參考圖2至圖5，下面將結合附圖對本實用新型實施例作詳細說明。[0050]結合圖2所示，本實用新型實施例一的壓裂泵系統可以包括發(fā)動機1、油泵2、控制閥組3、液壓油箱8、第一輸送機構和第二輸送機構。
[0051]其中，第一輸送機構和第二輸送機構均包括油缸4、增壓缸5和配流閥6 ;配流閥6包括第一通道61、第二通道62和第三通道63，第一通道61、第二通道62和第三通道63的第一端相連，第二通道62中設有吸入閥65，所述第三通道63中設有排出閥64 ;油缸4的活塞桿41伸出端設有塞體,塞體從增壓缸5的一端可移動地設置于增壓缸5內，增壓缸5的出口連接于第一通道61的第二端；發(fā)動機I用于驅動油泵2 ;第一輸送機構中油缸4和第二輸送機構中油缸4的有桿腔41連通，控制閥組3連接于油泵2與第一輸送機構、第二輸送機構之間，用于控制第一輸送機構中油缸4和第二輸送機構中油缸4的無桿腔進回油狀態(tài)。
[0052]在具體實施過程中，發(fā)動機I的動力輸出端可以與油泵2的動力軸傳動連接，發(fā)動機I可以直接驅動油泵2，當然也可以采用間接驅動，即在發(fā)動機I與油泵2之間的傳動連接線路上可以設置分動箱，由分動箱帶動油泵2。
[0053]另外，在具體實施過程中，油泵2的吸油口接于液壓油箱8，油泵2的出油口連接于控制閥組3的進油口，控制閥組3的回油口接于液壓油箱8，控制閥組3的兩個工作油口分別接于兩個油缸4的無桿腔，這樣通過改變控制閥組的工作狀態(tài)，即可控制兩個油缸4的進回油狀態(tài)，例如，控制閥組3可以采用兩位四通閥或者具有中位機能的三位四通閥，這樣即可控制其中一個油缸4的無桿腔處于進油狀態(tài)時,另一個的無桿腔處于回油狀態(tài)。
[0054]另外，在具體實施過程中，設于各油缸4的活塞桿41伸出端的塞體可以采用多種形式，只要能夠實現塞體在增壓缸5中來回伸縮進而使增壓缸5出口吸入和排出壓裂液即可；在本實施例中，塞體可以包括油缸4的活塞桿41伸出端形成的柱塞43以及連接于柱塞43前端的活塞頭44，活塞頭44與增壓缸5的內壁密封配合。
[0055]下面結合具體場景說明上述實施例一的壓裂泵系統的原理及技術效果:
[0056]在使用過程中，各配流閥6外接于管匯系統(圖中未示出)，其中，各配流閥6的第二通道62均接于壓裂液輸入口，第三通道63均接于壓裂液輸出口 ；在工作過程中，發(fā)動機I啟動，帶動油泵2運轉，控制閥組3可循環(huán)往復控制其中一個油缸4的無桿腔進油，另一個油缸4的無桿腔回油，進而使其中一個增壓缸5處于排出狀態(tài)時，另一增壓缸5處于吸入狀態(tài)，這樣對應的柱塞43及其活塞頭44將在增壓缸5中來回移動，從而使對應的增壓缸5通過配流閥6的第二通道62、第一通道61將壓裂液吸入或者通過配流閥6的第一通道61、第三通道63將壓裂液高壓輸出，從而實現壓裂液的高壓、連續(xù)輸出，以滿足壓裂作業(yè)的需要。
[0057]具體地，結合圖2所示，當第一輸送機構中油缸4的無桿腔進油時，活塞桿41帶動柱塞43及活塞頭44向右移動,給增壓缸5加壓,排出閥64開啟，吸入閥65關閉,增壓后的壓裂液從第三通道63的第二端排出；與此同時，第一輸送機構中油缸4的有桿腔42液壓油流入到第二輸送機構中油缸4的有桿腔42中，第二輸送機構中油缸4的無桿腔處于回油狀態(tài)，第二輸送機構中活塞桿41帶動柱塞43及活塞頭44向左移動，增壓缸5內形成負壓，吸入閥65開啟，排出閥64關閉，壓裂液從第三通道63被吸入；當第一輸送機構和第二輸送機構中的油缸4各運動到終點需要換向時，通過控制閥組3，使第二輸送機構中油缸4的無桿腔進油，第一輸送機構中油缸4的無桿腔回油，此時第一輸送機構將吸入壓裂液，第二輸送機構將排出壓裂液，如此循環(huán)，能夠實現連續(xù)地吸入和排出。[0058]與現有技術相比，油缸4和增壓缸5的行程較大，例如，該行程易于達到Im以上(現有技術中的行程僅為200mm左右)，因而可以有效增大沖程、減少沖次，減少運行時的換向次數、降低速度，這樣能夠有效提高相關部件(如增壓缸、油缸和密封部件等)的使用壽命。另外，由于增壓缸5的行程較大，壓裂液經充分吸入后再排出，提高了吸入效率，從而提高了工作效率。另外，油缸4及其活塞桿41均為二力桿受力，因而可以有效提高輸出壓力和流量，并且各輸送機構的油缸4可以采用不同缸徑，相應地，對應的增壓缸5也可以采用不同缸徑，由此油缸4與增壓缸5相互配合能夠實現不同壓力下的多種排量要求，有效增大了輸出壓力、流量的覆蓋范圍；再者，塞體包括柱塞43和活塞頭44，柱塞43能夠提供良好的導向作用，而活塞頭44與增壓缸5內壁形成移動式密封，這種布置方式也有助于提高增壓缸5的輸出壓力。另外，發(fā)動機1、油泵2和控制閥組的布置方式較為靈活，各輸送機構的結構簡單，既便于降低成本，也便于拆裝維護；另外，油缸4工作時為低速直線運動，對潤滑和冷卻要求較低，因而無需配置結構復雜的潤滑系統及對應的冷卻系統。
[0059]需要說明的是，在具體實施過程中，上述實施例一的壓裂泵系統還可以采用如下至少一種優(yōu)化方案:
[0060]一、吸入閥65和排出閥63均可采用單向閥；
[0061]二、結合圖5所示，活塞頭44通過卡式接頭45與柱塞43的前端連接，這樣便于活塞頭44的拆裝和更換；
[0062]三、發(fā)動機I和油泵2均為多個，每個發(fā)動機I驅動至少一個油泵2，這樣在滿足最大功率的前提下，各個發(fā)動機承擔的功率能夠有效減少，因而，可以選用常見的小功率發(fā)動機，這樣大大提高了選型范圍，相應地，各個油泵2、各油缸4、各增壓缸5等液壓元件的選型范圍也能夠得到有效提高，有效降低了實現難度，也便于實現多種匹配方式；另外，采用這種方式后，各發(fā)動機1、各油泵2、各油缸4和各增壓缸5等易于獲得，實施容易，無需受到進口、專用等限制，因而能夠有效降低成本；另外，采用這種方式后，若某一個發(fā)動機I或油泵2損壞后，整個傳動輸送系統仍能保證壓裂作業(yè)繼續(xù)進行一段時間，因而有效提高了安全冗余度，降低了施工方發(fā)生損失的風險。
[0063]需要說明的是，上述實施例一中，采用柱塞43和活塞頭44組成塞體與增壓缸5相配合，但在其他實施例中，增壓缸5與塞體配合的方式并不局限于此，還可以采用其他方式，例如，圖3所示的實施例二中，塞體包括油缸4的活塞桿41伸出端形成的柱塞43，增壓缸5的內壁設有密封套51，該密封套51鄰近增壓缸5的第一端，該柱塞43與該密封套51密封配合，這種方式也能實現本實用新型的主要功能。
[0064]需要說明的是，上述實施例一中，采用兩個輸送機構可以實現壓裂液的連續(xù)輸送，但在其他實施例中，為了實現壓裂液的穩(wěn)定、連續(xù)輸送，減小換向沖擊，可以采用三個及三個以上的輸送機構，例如，圖4所不的實施例三中，還包括第三輸送機構,第三輸送機構的組成與第一輸送機構、第二輸送機構相同，相應地，控制閥組3的第三工作油口接于第三輸送機構中油缸4的無桿腔，第三輸送機構中油缸4的有桿腔與第二輸送機構中油缸4的有桿腔連通，這樣可以通過改變控制閥組3的狀態(tài)，使得在第一輸送機構中的增壓缸5處于排出狀態(tài)時，第二輸送機構中的增壓缸5處于吸入狀態(tài)，第三輸送機構中的增壓缸5處于準備狀態(tài)，進一步地，在第二輸送機構中的增壓缸5處于排出狀態(tài)時,第三輸送機構中的增壓缸5處于吸入狀態(tài)，第一輸送機構中的增壓缸5處于準備狀態(tài),進一步地,在第三輸送機構中的增壓缸5處于排出狀態(tài)時，第一輸送機構中的增壓缸5處于吸入狀態(tài)，第二輸送機構中的增壓缸5處于準備狀態(tài)，按照上述步驟循環(huán)往復。需要說明的是，實現這種控制功能的控制閥組3具有多種多樣，有關控制閥組3的各種具體實現方式可以參考現有技術中的相關描述，在此不再展開描述。
[0065]需要說明的是，上述各種實施例中，為了更好地實現各油缸4依次進行相應動作，各油缸4的有桿腔依次連通，但在其他實施例中，并不受限于此，各油缸4的依次動作(即各油缸4的有桿腔和無桿腔的進回油狀態(tài))可以由控制閥組3分別控制實現。
[0066]本實用新型其他實施例還提供了一種壓裂車，該壓裂車上設置有上述任一種實施例所述的壓裂泵系統。由前述壓裂泵系統的技術效果可知，該壓裂車能夠有效降低壓裂車的制造成本和生產難度，同時能夠有效提高作業(yè)性能、作業(yè)效率和可維護性。壓裂車其他部分的具體實施過程可參見現有技術的相關描述，茲不贅述。
[0067]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種壓裂泵系統，其特征在于，所述壓裂泵系統包括發(fā)動機(I)、油泵(2)、控制閥組(3)、第一輸送機構和第二輸送機構,其中: 所述第一輸送機構和所述第二輸送機構均包括油缸(4)、增壓缸(5)和配流閥(6);所述配流閥(6 )包括第一通道(61)、第二通道(62 )和第三通道(63 )，所述第一通道(61)、所述第二通道(62 )和所述第三通道(63 )的第一端相連，所述第二通道(62 )中設有吸入閥(65 )，所述第三通道(63)中設有排出閥(64);所述油缸(4)的活塞桿(41)伸出端設有塞體(43)，所述塞體(43)可移動地設置于所述增壓缸(5)內，所述增壓缸(5)的出口連接于所述第一通道(61)的第二端； 所述發(fā)動機(I)用于驅動所述油泵(2 );所述控制閥組(3 )用于控制所述第一輸送機構中油缸(4)和所述第二輸送機構中油缸(4)的進回油狀態(tài)。
2.如權利要求1所述的壓裂泵系統，其特征在于，所述壓裂泵系統還包括第三輸送機構，所述第三輸送機構包括油缸(4)、增壓缸(5)和配流閥(6);所述控制閥組(3)還用于控制所述第三輸送機構中油缸(4)的進回油狀態(tài)。
3.如權利要求1所述的壓裂泵系統，其特征在于，所述第一輸送機構中的增壓缸(5)處于排出狀態(tài)時，所述第二輸送機構中的增壓缸(5)處于吸入狀態(tài)。
4.如權利要求2所述的壓裂泵系統，其特征在于，所述第一輸送機構、所述第二輸送機構和所述第三輸送機構中，其中一個的增壓缸(5)處于排出狀態(tài)時，剩余兩個中的其中一個的增壓缸(5)處于吸入狀態(tài)，剩余兩個中的另一個的增壓缸(5)處于準備狀態(tài)。
5.如權利要求1所述的壓裂泵系統，其特征在于，所述發(fā)動機(I)為多個，所述油泵(2)為多個，每個發(fā)動機(I)用于驅動至少一個油泵(2)。
6.如權利要求1至5任一項所述的壓裂泵系統，其特征在于，各輸送機構的油缸(4)的有桿腔(42)依次連通；所述控制閥組(3)用于控制各油缸(4)的無桿腔的進回油狀態(tài)。
7.如權利要求1至5任一項所述的壓裂泵系統，其特征在于，所述塞體包括所述油缸(4)的活塞桿(41)伸出端形成的柱塞(43)以及連接于所述柱塞(43)前端的活塞頭(44)，所述活塞頭(44)與所述增壓缸(5)的內壁密封配合。
8.如權利要求7所述的壓裂泵系統，其特征在于，所述活塞頭(44)通過卡式接頭(45)與所述柱塞(43)的前端連接。
9.如權利要求1至5任一項所述的壓裂泵系統，其特征在于，所述塞體包括所述油缸(4)的活塞桿(41)伸出端形成的柱塞(43)，所述增壓缸(5)內設有密封套(51)，所述柱塞(43 )與所述密封套(51)密封配合。
10.一種壓裂車，其特征在于，所述壓裂車上設置有權利要求1至9任一項所述的壓裂栗系統。
【文檔編號】E21B43/26GK203783832SQ201320883597
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權日:2013年12月30日
【發(fā)明者】易小剛 申請人:三一重型能源裝備有限公司