[發(fā)明專利]一種壓裂泵液力端柱塞及閥芯位置檢測系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2017-12-04
• 公開（公告）號: CN107762825A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王國榮;王騰;李蓉;胡圣華;陳新龍;鐘林;何俊江;王慶群
• 申請（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué);中石化四機石油機械有限公司
• 主分類號: F04B51/00
• 分類號: F04B51/00;F04B53/12;F04B53/22;F04B53/00;E21B43/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石油礦場機械技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種壓裂泵液力端柱塞及閥芯位置檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近年來，國內(nèi)各油田相繼進入中后開采期，以及復(fù)雜巖性油氣藏、高壓、超高壓、深井、超深井、異常高壓地層、四低儲層（低滲、低壓、低產(chǎn)、低豐度）、水平井、多分支等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的不斷增多，使得原油開采的難度愈來愈大。為保證高效的原油采收率，大功率、大排量、超高壓的壓裂機組在各大油田夜以繼日的投入生產(chǎn)，功不可沒。

目前國內(nèi)壓裂機組生產(chǎn)廠家主要集中在以中石化石油工程機械有限公司第四機械廠為代表性的重量級企業(yè)。山東煙臺杰瑞石油裝備技術(shù)有限公司經(jīng)過十五載的研制與技術(shù)攻關(guān)，在業(yè)界也具有舉足輕重的地位。占據(jù)市場份額較小的企業(yè)則有蘭州通用機器制造有限公司、寶雞石油機械廠、蘭州礦場機械有限公司、湖北中油科昊機械制造有限公司、永泰集團寧波高壓泵廠、上海清河機械有限公司等。雖然國內(nèi)進入壓裂設(shè)備生產(chǎn)制造行業(yè)的企業(yè)呈逐年增多之勢，且具有市場領(lǐng)導(dǎo)者的重量級企業(yè)一直在大力發(fā)展和創(chuàng)新。但就目前國內(nèi)壓裂機組的使用現(xiàn)狀來看，仍存在一些缺陷。現(xiàn)有的國產(chǎn)壓裂裝備整體作業(yè)能力普遍偏低，在非常規(guī)油氣田及深井油井等工況中作業(yè)效果較差，泵頭體及其他關(guān)鍵零部件的實際使用壽命遠小于設(shè)計使用壽命。

出廠檢測是壓裂設(shè)備投入使用前的最后一道工序，也是最關(guān)鍵的一步。出廠檢測的作用主要體現(xiàn)在：一方面，對壓裂設(shè)備在近似工況下進行不同輸入?yún)?shù)的試運行工作，可以及時有效地發(fā)現(xiàn)該泵可能存在的由于設(shè)計或制造過程中產(chǎn)生的問題，保證壓裂設(shè)備廠家所出產(chǎn)的每一臺設(shè)備的質(zhì)量；另一方面，用于實施出廠檢測的試驗臺架，可以幫助研發(fā)人員弄清設(shè)備在近似工況下正常運行時關(guān)鍵部件及主要技術(shù)參數(shù)的變化特征，通過比對試驗結(jié)果和理論設(shè)計結(jié)果，進一步優(yōu)化壓裂設(shè)備的設(shè)計和制造。然而，從目前國內(nèi)廠家所搭建的用于出廠檢測的試驗臺架還不夠完善，檢測的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)相比設(shè)計參數(shù)還遠遠不夠，對于壓裂設(shè)備內(nèi)部關(guān)鍵部件及主要參數(shù)的研究分析較為缺乏。為更為有效地保證設(shè)備出廠質(zhì)量和深入地研究設(shè)備各個部件的工作機理，急需一套完善的壓裂設(shè)備檢測系統(tǒng)。

隨著科學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，檢測技術(shù)在硬件和軟件方面均得到了巨大提高。基于現(xiàn)有技術(shù)，完全可以實現(xiàn)科研單位和工業(yè)單位對惡劣、復(fù)雜環(huán)境下被測物的工作參數(shù)的高精度檢測需求。

鑒于此，本發(fā)明人憑借多年的相關(guān)設(shè)計和制造經(jīng)驗，采用實驗測定壓裂泵液力端柱塞、排出閥閥芯、吸入閥閥芯的實時位置，提出一種壓裂泵液力端柱塞及閥芯位置檢測系統(tǒng)，為壓裂泵液力端出廠檢測、現(xiàn)場實驗、后期優(yōu)化設(shè)計提供實驗裝置與方法。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種壓裂泵液力端柱塞及閥芯位置檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠獲取壓裂泵工作過程中液力端的關(guān)鍵工作參數(shù)，包括柱塞位置、排出閥芯位置、吸入閥芯位置。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種壓裂泵液力端柱塞及閥芯位置檢測系統(tǒng)，其特征在于：包括數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；所述數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)包括用于實時獲取壓裂泵液力端柱塞位置的柱塞位移傳感器，包括用于實時獲取排出閥閥芯位置的排出閥位移傳感器，包括用于實時獲取吸入閥閥芯位置的吸入閥位移傳感器，包括用于實時采集數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集器；所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括用于實時顯示各個傳感器數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集軟件及上位機。

所述的柱塞位移傳感器、排出閥位移傳感器、吸入閥位移傳感器的基本結(jié)構(gòu)相似，工作原理均采用線性可變差動變壓器（LVDT）。通過建立數(shù)學(xué)模型，在各個位移傳感器基體周圍纏繞有感應(yīng)線圈，并在基體內(nèi)腔放置有鐵芯，實現(xiàn)被測物位置的精準(zhǔn)測量。

所述的柱塞位移傳感器配有專用的固定支架，固定支架與壓裂泵液力端排出端法蘭連接，柱塞位移傳感器基體與固定支架通過螺紋連接，柱塞位移傳感器拉桿通過特殊連接裝置與卡箍連接。

所述的排出閥位移傳感器基體材料為304不銹鋼，傳感器基體設(shè)計耐壓值為200MPa，且通過實際耐壓測試，測試結(jié)果為在160MPa壓力下，基體平均形變量（恒壓兩分鐘）≤0.013mm，同時具有耐腐蝕的特點。排出閥位移傳感器基體穿過鎖緊螺母，并與排出堵頭通過螺紋連接，所使用的螺紋規(guī)格、有效嚙合長度均通過強度校核。排出閥位移傳感器基體與排出堵頭的連接處安裝有可抵抗500MPa壓力的高壓密封圈。傳感器拉桿一端與排出閥閥芯上端連接，另一端安裝有鐵芯及導(dǎo)向環(huán)。