[發明專利]壓裂泵系統及其流量分配閥

有效

• 申請號: 201410472717.6
• 申請日: 2014-09-16
• 公開（公告）號: CN104265591A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 易小剛
• 申請（專利權）人: 三一重型能源裝備有限公司
• 主分類號: F04B9/103
• 分類號: F04B9/103;E21B43/26;F04B53/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及壓裂設備技術領域，特別涉及一種壓裂泵系統及其流量分配閥。

背景技術

壓裂施工作業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才能達到穩產和增產的目的。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。

此前，常見的壓裂車一般包括底盤以及設置于底盤上的柴油發動機、液力變矩器、傳動軸和壓裂泵等，在工作過程中，柴油發動機啟動后，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。

在前述壓裂車中，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1′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)吸入并連續高壓輸出，以進行壓裂作業。

在前述曲軸式柱塞泵中，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；其次，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；再次，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。

基于此，本申請人經過深入探索提出了一種獨創的壓裂泵系統，該壓裂泵系統可以參見公開號為CN103742381A的專利文獻，圖2示出了該壓裂泵系統的一種具體實例，下面結合圖2概要地介紹這種壓裂泵系統的基本原理。

如圖2所示，在這種壓裂泵系統中，整體上采用了液壓方案，兩位四通換向閥2′的進油口通過進油油路01′(進油油路01′上設有油泵)接于油箱，回油口經過回油油路02′接于油箱，兩個工作油口分別接于第一油缸3′和第二油缸4′的無桿腔，第一油缸3′和第二油缸4′的有桿腔相連，第一油缸3′和第二油缸4′的活塞桿分別通過塞體與液力端5′中的兩個增壓通道相連，各增壓通道均分別連接于吸入閥和排出閥。

在工作過程中，當兩位四通換向閥2′的電磁控制端不得電時，壓力油經過閥后進入第二油缸4′的無桿腔，使其活塞桿推動液力端5′中增壓通道內的塞體向前運動，完成排液動作；與此同時，第二油缸4′的有桿腔液壓油流入到第一油缸3′的有桿腔中，使其活塞桿作縮回移動，進而使液力端5′中對應的增壓通道形成負壓，完成吸液動作。當兩個油缸同時運動到位后，兩位四通換向閥2′得電換向，此時壓力油經過閥后進入第一油缸3′的無桿腔，使其活塞桿推動液力端5′中增壓通道內的塞體向前運動，完成排液動作；同時，第一油缸3′的有桿腔液壓油流入到第二油缸4′的有桿腔中，使其活塞桿作縮回移動，完成吸液動作。如次循環往復，可以實現連續的吸入和排出動作。

采用這種壓裂泵系統后，可以有效增大沖程、減少沖次，提高易損件的使用壽命，增大輸出壓力、流量的覆蓋范圍，提高吸入效率，降低結構復雜性、節約成本，以及降低潤滑和冷卻的要求，因此，克服了傳統曲軸式柱塞泵存在的不足和缺陷。

然而本申請的發明人在實現本發明的過程中發現，上述壓裂泵系統盡管可以克服曲軸式柱塞泵存在的問題，但控制精度以及實際泵送效果有待提高，經過深入分析后發現，其中一個重要因素為：雖然常規的兩位四通電磁閥應用廣泛，但并非專用于壓裂液泵送方面，這樣在設計時，在結構上和性能上并沒有考慮到壓裂液泵送方面的特點，因而不能很好地適應上述壓裂泵系統中兩個油缸的快速、同時和精確的換向需要。因此，如何針對這種不足進行改進，進一步完善上述壓裂泵系統，是本申請的發明人一直努力的方向。

發明內容

有鑒于此，本發明旨在提供兩種改進的壓裂泵系統以及用于壓裂泵系統的流量分配閥，以便提高壓裂液連續泵送的控制精度和泵送效果。