压裂设备的制作方法

1.本发明涉及油气田作业设备技术领域，具体涉及一种压裂设备。


背景技术：

2.在油气田行业中，压裂是指人为使地下岩层产生裂缝，改善油气在地下的流动环境，增加油气产量，目前的压裂方式主要是酸化压裂。酸化压裂是利用酸液加压将地下岩层蚀刻出裂缝，以获得高导流能力的人工裂缝，改善油气渗流的通路，现如今，酸化压裂已成为油气田行业增产的重要手段，在酸化压裂过程中使用压裂设备进行作业。
3.传统的压裂设备主要是柴驱压裂设备，即压裂设备是以石油作为能源，通过在发动机中燃烧释放出机械能来产生酸化压裂的动力，但是，这种压裂设备一方面会导致能源危机和环境污染严重，另一方面会造成酸化压裂作业成本高、噪音大，不能满足当前油气田行业的作业要求。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的是：提供一种压裂设备，旨在解决采用现有的压裂设备作业成本高、噪音大以及能源危机和环境污染严重的问题。
5.为了实现上述技术问题，本发明提供了一种压裂设备，压裂设备包括柱塞泵机构、驱动机构以及润滑机构，所述驱动机构包括电源、驱动电机及传动部件，所述驱动电机的输出端通过所述传动部件与所述柱塞泵机构传动连接，所述电源与所述驱动电机的输入端连接，所述润滑机构与所述柱塞泵机构的待润滑部位连接。
6.可选地，所述驱动机构还包括减速器，所述减速器设置在所述驱动电机和所述传动部件之间，且所述减速器的一端连接所述驱动电机的输出端，所述减速器的另一端连接所述传动部件。
7.可选地，所述驱动电机为定频电动机或变频电动机。
8.可选地，所述传动部件为传动轴或者联轴器。
9.可选地，所述润滑机构包括润滑电机、润滑泵及润滑油箱，所述润滑油箱内容置有润滑油，所述润滑电机的输出端与所述润滑泵传动连接，以驱动所述润滑泵输送所述润滑油箱内的润滑油至所述柱塞泵机构。
10.可选地，所述润滑泵为电动润滑泵。
11.可选地，所述润滑机构还包括检测传感器，所述检测传感器位于所述润滑油箱内并用于检测所述润滑油箱内润滑油的液位和温度，且所述检测传感器与所述润滑泵电性连接。
12.可选地，所述压裂设备还包括散热机构，所述散热机构包括散热电机及散热器，所述散热电机的输出端与所述散热器传动连接，以驱动所述散热器冷却所述润滑油箱内的润滑油。
13.可选地，所述压裂设备还包括加热机构，所述加热机构靠近所述润滑油箱设置并
用于加热所述润滑油箱内的润滑油。
14.可选地，所述压裂设备还包括控制机构，所述控制机构包括可切换的本地控制部件及远程控制部件，所述本地控制部件和所述远程控制部件分别与所述柱塞泵机构、所述驱动机构及所述润滑机构电性连接，其中，所述本地控制部件为仪表控制箱，所述远程控制部件为网络控制箱。
15.可选地，所述压裂设备还包括排出机构，所述排出机构包括排出电机、排出泵、废流体箱及液位传感器，所述液位传感器位于所述废流体箱内并用于检测所述废流体箱内流体的液位，且所述液位传感器与所述排出泵电性连接。
16.可选地，所述柱塞泵机构设置有泄压阀；
17.所述压裂设备还包括超压保护机构，所述超压保护机构与所述驱动机构电性连接。
18.可选地，所述压裂设备还包括振动传感器，所述振动传感器用于检测所述压裂设备的振动，且所述振动传感器与所述压裂设备的中央控制部件电性连接。
19.可选地，所述压裂设备还包括橇架，所述柱塞泵机构、所述驱动机构及所述润滑机构均设置在所述橇架上，且在所述橇架顶部还设置有吊耳。
20.本发明的有益效果为：上述压裂设备，包括驱动机构、柱塞泵机构以及润滑机构，通过驱动机构提供动力，使柱塞泵机构将低压流体增压形成高压流体，从而利用高压流体将地下岩层蚀刻出裂缝，实现压裂作业，另外通过润滑机构对柱塞泵机构润滑。由于驱动机构采用电源作为能源，通过驱动电机转换成机械能来驱动，再通过传动部件传动给柱塞泵机构形式，即压裂设备采用电驱压裂形式，以电能作为能源来产生压裂的动力，这样，一方面因我国电能资源非常丰富且安全环保，可保障我国能源安全，同时可减少排放至空气中的污染物，有效缓解环境污染问题，另一方面因电能价格低廉，可降低油气开采的成本，价格经济，并且驱动电机驱动可减小噪音，将噪音控制在90分贝以下，为作业人员提供舒适的作业环境，夜间作业也不扰民，满足白天和夜间连续作业的需求。
附图说明
21.本发明上述和/或附加方面的优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
22.图1是本发明的压裂设备的结构示意图；
23.图2是图1中压裂设备的柱塞泵机构处的放大图；
24.图3是图1中压裂设备的驱动机构处的放大图；
25.其中图1至图3中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
26.10、柱塞泵机构；11、柱塞泵本体；12、低压管汇；13、高压管汇；
27.20、驱动机构；21、驱动电机；22、传动部件；
28.30、润滑机构；31、润滑电机；32、润滑泵；33、润滑油箱；
29.40、散热机构；
30.50、控制机构；
31.60、橇架。
具体实施方式
32.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接连通，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
35.本发明一实施例提供一种压裂设备，如图1至图3所示，压裂设备包括柱塞泵机构10、驱动机构20以及润滑机构30，柱塞泵机构10用于增压低压流体，以使得低压流体形成高压流体，利用高压流体将地下岩层蚀刻出裂缝，以获得高导流能力的人工裂缝，改善油气渗流的通路，驱动机构20作为整个压裂设备的动力来源用于为柱塞泵机构10提供动力，使柱塞泵机构10对低压流体进行增压作业，润滑机构30与柱塞泵机构10的待润滑部位连接并用于润滑柱塞泵机构10，保证柱塞泵机构10正常作业。
36.在具体地实施例中，驱动机构20包括电源、驱动电机21及传动部件22，电源作为能源提供电能，电源与驱动电机21的输入端连接，通过驱动电机21把电源的电能转换成机械能，驱动电机21的输出端通过传动部件22与柱塞泵机构10传动连接，以把驱动电机21转换成的机械能通过传动部件22传动给柱塞泵机构10驱动柱塞泵机构10的增压作业，柱塞泵机构10作业对低压流体进行增压，其中，电源可以为蓄电池等供电电池。
37.上述压裂设备，包括驱动机构20、柱塞泵机构10以及润滑机构30，通过驱动机构20提供动力，使柱塞泵机构10将低压流体增压形成高压流体，从而利用高压流体将地下岩层蚀刻出裂缝，实现压裂作业，另外通过润滑机构30对柱塞泵机构10润滑。由于驱动机构20采用电源作为能源，通过驱动电机21转换成机械能来驱动，再通过传动部件22传动给柱塞泵机构10形式，即压裂设备采用电驱压裂形式，以电能作为能源来产生压裂的动力，这样，一方面因我国电能资源非常丰富且安全环保，可保障我国能源安全，同时可减少排放至空气中的污染物，有效缓解环境污染问题，另一方面因电能价格低廉，可降低油气开采的成本，价格经济，并且驱动电机21驱动可减小噪音，将噪音控制在90分贝以下，为作业人员提供舒适的作业环境，夜间作业也不扰民，满足白天和夜间连续作业的需求。
38.在本实施例中，驱动机构20还包括减速器，减速器设置在驱动电机21和传动部件22之间，且减速器的一端连接驱动电机21的输出端，减速器的另一端连接传动部件22，使得减速器的另一端与柱塞泵机构10之间通过传动部件22传动连接。减速器的作用在于在驱动电机21和传动部件22之间匹配转速，驱动电机21输出的转速经过减速器匹配合适的转速
后，再通过传动部件22传动给柱塞泵机构10驱动柱塞泵机构10的增压作业，实现为柱塞泵机构10提供增压作业需要的动力来源，柱塞泵机构10作业使低压流体被增压形成高压流体进行地下岩层压裂。由于低速大扭矩的驱动电机21制造难度较高，为降低驱动电机21的开发难度，配置一款适合柱塞泵机构10泵送工况的减速器进行转速控制，满足柱塞泵机构10增压作业要求。具体地，在本实施例中，减速器有高速输出和低速增扭两个档位，分别满足压裂作业过程中对于低压力大排量和高压力小排量的作业需求。如此，通过在驱动电机21和传动部件22之间配置多档位减速器，扩大了排量范围，可以满足多种不同作业工况。
39.在本实施例中，驱动电机21为定频电动机或变频电动机。选用驱动电机21时，具体可以根据作业工况不同进行不同种类驱动电机21选择，例如对于作业工况固定的情况，可以选择定频电动机，而对于作业工况较多且压力排量变化范围较广的情况，可以选择变频电动机。
40.在本实施例中，传动部件22为传动轴或者联轴器。具体地，柱塞泵机构10包括柱塞泵本体11，柱塞泵本体11包括阀箱及柱塞，阀箱具有阀腔，通过柱塞在阀箱中做往复直线运动引起阀腔的周期性容积变化，使低压流体被增压形成高压流体进行地下岩层压裂，且柱塞泵机构10还包括与柱塞连接的曲轴连杆和十字头，通过曲轴连杆和十字头用于降低转速、增加扭矩，同时将输出的旋转运动转化为往复直线运动。对于压裂设备的驱动机构20，驱动电机21经过减速器匹配合适的转速后先输出为旋转运动，再通过传动轴或者联轴器将旋转运动传动给曲轴连杆和十字头，最后通过曲轴连杆和十字头输出为往复直线运动并传动给柱塞做往复直线运动，从而实现通过驱动电机21为柱塞泵机构10提供增压作业需要的动力来源，以驱动柱塞泵机构10的增压作业。具体地，传动部件22将驱动电机21输出的旋转运动传动给曲轴连杆，曲轴连杆将驱动电机21的旋转运动转化为十字头的往复直线运动后，通过十字头的往复直线运动带动柱塞沿轴向方向的往复直线运动，通过柱塞的往复直线运动引起阀腔的周期性容积变化。另外，通过减速器的低速增扭，实现流体的低压吸入与高压排出。
41.在本实施例中，润滑机构30包括润滑电机31、润滑泵32及润滑油箱33，润滑油箱33内容置有润滑油，润滑电机31的输出端与润滑泵32传动连接，以驱动润滑泵32输送润滑油箱33内的润滑油至柱塞泵机构10。如此，润滑电机31用于提供动力，可以通过润滑电机31驱动润滑泵32对柱塞泵机构10进行润滑，同时配置一定容积的润滑油箱33以提供润滑油。另外，在本实施例中，润滑机构30还包括油管，通过油管传输润滑油，以对柱塞泵机构10进行润滑，且油管中的润滑油流经柱塞泵机构10后重新流回到润滑油箱33内循环进行润滑。
42.在本实施例中，润滑泵32为电动润滑泵32。通过采用电动润滑泵32进行润滑，设计有自动润滑程序，这样，可以根据柱塞泵机构10的泵送工况自动调节润滑频率，满足柱塞泵机构10的润滑要求。
43.在本实施例中，润滑机构30还包括检测传感器，检测传感器位于润滑油箱33内并用于检测润滑油箱33内润滑油的液位和温度，且检测传感器与润滑泵32电性连接。针对柱塞泵机构10烧瓦问题，增加润滑油温度过低无法启动、润滑油液位过低无法启动润滑泵32等保护措施，具体通过设置检测传感器，用于检测润滑油的液位和温度，当检测传感器检测到润滑油的液位过低或者润滑油的温度过低时，会发出信号给润滑泵32使润滑泵32停止运行，防止因为润滑油的温度过低、润滑油的流动性差导致柱塞泵机构10润滑不良以及因润
滑油的消耗或者泄漏导致的润滑油的液位过低，柱塞泵机构10润滑不良导致的柱塞泵机构10烧瓦问题。
44.在本实施例中，压裂设备还包括散热机构40，散热机构40包括散热电机及散热器，散热电机的输出端与散热器传动连接，以驱动散热器冷却润滑油箱33内的润滑油，且散热器设置在润滑油的流动路径上。由于润滑油在循环进行润滑的过程中温度会升高，为保证润滑柱塞泵机构10的润滑油保持在正常作业温度，防止油温过高报警，配置用于对润滑油进行冷却散热的散热机构40，如此，散热电机用于提供动力，可以通过散热电机驱动散热器对柱塞泵机构10的润滑油进行冷却散热，防止润滑油的温度过高。其中，在本实施例中，散热器包括散热风扇，通过风冷的方式实现对润滑油的冷却散热。
45.在本实施例中，压裂设备还包括加热机构，加热机构靠近润滑油箱33设置并用于加热润滑油箱33内的润滑油。为保证在寒冷作业工况下也可正常进行柱塞泵机构10的润滑，配置用于对润滑油进行加热的加热结构，这样，可以在压裂作业前，先通过加热机构对柱塞泵机构10的润滑油进行加热，保证柱塞泵机构10润滑的正常作业，防止润滑油的温度过低影响润滑作业造成柱塞泵机构10的烧毁。
46.在本实施例中，柱塞与阀箱的连接位置设置盘根组件。通过盘根组件用于对柱塞与阀箱之间进行全密封处理，避免润滑油污染。
47.在本实施例中，压裂设备还包括控制机构50，控制机构50包括可切换的本地控制部件及远程控制部件，本地控制部件和远程控制部件分别与柱塞泵机构10、驱动机构20及润滑机构30电性连接，其中，本地控制部件为仪表控制箱，远程控制部件为网络控制箱。通过设置控制机构50，控制机构50用于对整个压裂设备进行作业参数检测和控制，控制机构50包括本地控制部件及远程控制部件中的一种或者两种，以便共同检测和控制压裂设备的运行状态。具体地，仪表控制箱采用不锈钢板进行制作并具有显示屏，显示屏适合白天与夜间作业并带有减震装置，适合油气田作业工况，仪表控制箱既安装有驱动电机21启动与停止开关、驱动电机21转速控制，以实现对驱动电机21的控制，且仪表控制箱还安装有压力表、温度表，以实现对柱塞泵机构10的监控，可以监控瞬时排量、累计排量、润滑压力、润滑温度、润滑电机31状态、冷却风扇状态等；网络控制箱具有面板，面板能以数字方式实时显示压裂设备运行时的各种参数，包括驱动电机21启动与停止、驱动电机21转速控制、柱塞泵机构10瞬时排量、累计排量、润滑压力、润滑温度、工作时间、记录储存设备运行参数、超压报警等。另外，在本实施例中，控制机构50还包括开关。通过开关切换本地控制部件或远程控制部件运行，避免同时检测和控制压裂设备。
48.在本实施例中，压裂设备还包括排出机构，排出机构包括排出电机、排出泵、废流体箱及液位传感器，液位传感器位于废流体箱内并用于检测废流体箱内流体的液位，且液位传感器与排出泵电性连接。为确保作业人员安全，满足压裂设备易操作性，对于压裂作业过程中产生的废流体液，废流体液收集于废流体箱内，通过设置的液位传感器，用于检测废流体液的液位，当液位传感器检测到废流体液达到设定的最高液位高度时，会发出信号给排出泵，通过排出电机提供动力驱动排出泵自动运行，以将废流体箱内的废流体液排出，直至当液位传感器检测到废流体液排到设定的最低液位高度时，也会发出信号给排出泵使排出泵停止运行，这样，无需作业人员关注废流体箱内液位高度，通过设定程序及液位传感器自动液位检测即可实现废流体液的排出与停止。
49.在本实施例中，柱塞泵机构10设置有泄压阀。具体地，柱塞泵机构10还包括低压管汇12及高压管汇13，低压管汇12用于汇集低压流体，高压管汇13用于汇集高压流体，高压管汇13主要包括旋塞阀、泄压阀、活动弯头、直管线、压力传感器、耐震压力表等。为保证压裂作业过程中的安全性，柱塞泵机构10高压管汇13配置泄压阀，于是，当柱塞泵机构10内部压力超过设定值时，泄压阀自动打开使柱塞泵机构10泄压。而且，在本实施例中，压裂设备还包括超压保护机构，超压保护机构与驱动机构20电性连接。为保证压裂作业过程中的安全性，柱塞泵机构10高压管汇13配置超压保护机构，超压保护机构为电感式超压保护机构，由压力传感器、耐震压力表等组成，于是，当柱塞泵机构10内部压力超过设定值时，超压保护机构使驱动机构20立即停止运行。
50.在本实施例中，压裂设备还包括振动传感器，振动传感器用于检测压裂设备的振动，且振动传感器与压裂设备的中央控制部件电性连接。通过设置振动传感器，用于实时检测压裂设备各主要部件的振动情况，且提供振动数据给中央控制部件，用于压裂设备故障的检测与预警，例如振动传感器在压裂作业过程中突然检测到振动位移或加速度过大，会发出信号给中央控制部件进行报警提示，中央控制部件自动使压裂设备进行怠速或者紧急停机操作，避免故障状态下继续作业对压裂设备和作业人员安全造成伤害。
51.在本实施例中，压裂设备还包括橇架60，柱塞泵机构10、驱动机构20及润滑机构30均设置在橇架60上，且在橇架60顶部还设置有吊耳。通过设置橇架60，用于承载整个压裂设备，如柱塞泵机构10、驱动机构20和润滑机构30等，使整个压裂设备成为一体结构，柱塞泵机构10、驱动机构20及润滑机构30依次布置在橇架60上。具体地，橇架60包括相连接的底橇和保护架，底橇需具有足够的承载强度并可承受压裂作业过程中的振动，故底橇多使用型材或者钢板焊接而成，具体材料等级根据相应的作业工况进行选择，另外，底橇使用整体式或者分体式，分体式底橇适合对吊装运输尺寸重量有严格要求的情况，保护架主要用于吊装压裂设备，一般多使用钢管型材焊接而成，在保护架顶部安装有吊耳，吊耳用于运输过程中吊装压裂设备。或者，在另一实施例中，根据不同作业工况需要，可将保护架改为方舱，满足压裂作业过程中防雨水和防风沙的要求，而且还可以起到良好的降噪效果，将噪音控制在80分贝以下，进一步减轻压裂作业过程中的噪音污染。
52.需要说明的是，在本实施例中，流体为酸液。即此压裂设备为电驱酸化压裂设备，低压酸液经柱塞泵机构10增压后形成高压酸液。利用高压酸液可将地下岩层蚀刻出裂缝，以获得高导流能力的人工裂缝，改善油气渗流的通路，增加油气产量。
53.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。