一種多排式壓裂泵的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種多排式壓裂泵。泵殼體內(nèi)的主輸入曲軸上安裝傳動(dòng)齒輪，副傳動(dòng)曲軸上安裝有與傳動(dòng)齒輪相互嚙合的被動(dòng)齒輪，兩個(gè)曲軸上和依次并列有曲拐，每個(gè)連桿的一端與曲拐頸連接，另一端與十字頭的一端連接，十字頭的另一端的水平桿上依次裝有密封盒和活塞或柱塞；主、被動(dòng)閥塊開(kāi)有活塞腔，活塞腔出口與壓裂液出口管連通，活塞腔進(jìn)口與壓裂液進(jìn)口管連通。本發(fā)明中應(yīng)用齒輪副將多根曲軸按層堆的方式并聯(lián)在一起，通過(guò)動(dòng)力機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)主輸入曲軸進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由于齒輪副的動(dòng)力傳遞作用，使得主輸入曲軸和傳動(dòng)曲軸聯(lián)合轉(zhuǎn)動(dòng)，借由動(dòng)力傳動(dòng)端十字頭及連桿機(jī)構(gòu)的作用，將曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為水平桿及活塞或柱塞的水平運(yùn)功，從而實(shí)現(xiàn)壓裂泵的功能。
【專利說(shuō)明】一種多排式壓裂泵
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及柱塞泵，尤其是涉及用于頁(yè)巖氣開(kāi)采設(shè)備中的一種多排式壓裂泵。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今社會(huì)能源短缺、環(huán)境惡化已成為人類生存和發(fā)展的兩大重要難題，無(wú)論是低碳生活還是氫能源的開(kāi)發(fā)，人類都未曾停止新能源的尋求與探索。頁(yè)巖氣是一種重要的、清潔的、高效的非常規(guī)天然氣資源。其開(kāi)發(fā)不同于常規(guī)天然氣，頁(yè)巖氣的形成和富集有自生自儲(chǔ)、吸附成藏、隱藏聚集的特點(diǎn)，往往分布在盆地內(nèi)厚度較大、分布廣的頁(yè)巖烴源巖地層中。
[0003]壓裂泵是頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的重要設(shè)備之一，在作業(yè)過(guò)程中所處工況較其它常見(jiàn)機(jī)械設(shè)備更惡劣，其所承受工作載荷也隨著壓裂壓力的不斷提高而越來(lái)越大。壓裂泵的排量、壓力和功率接影響著頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)量，因此大排量、大壓力、大功率的壓裂泵是一直以來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)。
[0004]自1998年開(kāi)始，我國(guó)各油田將2000型成套壓裂機(jī)組作為更新?lián)Q代的主要機(jī)型，先后有40多套機(jī)組投入使用，其中70%以上從北美進(jìn)口，主要生產(chǎn)廠家是Stewart &Stevenson和Halliburton公司。該型壓裂車的裝機(jī)功率為1654kw(2250hp),配套的壓裂泵總成有三缸和五缸2種結(jié)構(gòu)。為了占領(lǐng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，江漢石油管理局第四機(jī)械廠于2001年研制出首套使用3ZB105—1490型三缸柱塞泵的2000型壓裂機(jī)組，并率先在吉林油田使用。2005年第四石油機(jī)械廠開(kāi)發(fā)出具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的SJ2500五缸柱塞泵，制動(dòng)功率可達(dá)1866kW (2500hp)，性能達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品先進(jìn)水平，價(jià)格比進(jìn)口同類機(jī)型便宜。哈里伯頓HQ-2000型壓裂儀表車，其泵壓最高可達(dá)lOOMPa，最大排量可達(dá)14.88mVmin,可滿足深井及大排量要求，同時(shí)，擁有2個(gè)固體添加劑泵，3個(gè)液體添加劑泵，可為壓裂液體系及添加劑的使用提供廣闊的選擇空間。
[0005]目前對(duì)壓裂泵的研究主要是美國(guó)和加拿大，2300hp_2500hp大型成套壓裂裝備成為主力機(jī)型，2011年北美壓裂車規(guī)?？梢赃_(dá)到一千四百多馬力，其中2010至2011凈增長(zhǎng)五百萬(wàn)馬力(凈增2000多臺(tái))。在我國(guó)，壓裂泵目前主要是中石油第四機(jī)廠(湖北荊州)在仿制開(kāi)發(fā)，目前獲得十二五重大專項(xiàng)3000hp壓裂機(jī)組示范(3000萬(wàn))，和中國(guó)石油大學(xué)、西南石油大學(xué)、長(zhǎng)江大學(xué)等在合作，具備一定的基礎(chǔ)，三柱塞泵相對(duì)比較成熟，五柱塞泵正在起步階段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種多排式壓裂泵，這種壓裂泵具有空間利用率高、高壓力、大排量、大功率等優(yōu)點(diǎn)，是一種新型的多缸壓裂泵。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
它包括泵殼體、閥總成、壓裂液進(jìn)口管和壓裂液出口管，其中:
位于泵殼體內(nèi)的主輸入曲軸上，安裝傳動(dòng)齒輪和依次并列有一個(gè)或一個(gè)以上的主輸入曲拐，每個(gè)主輸入連桿的一端與各自主輸入曲拐頸連接，每個(gè)主輸入連桿的另一端與各自主輸入十字頭的一端連接，每個(gè)主輸入十字頭的另一端的水平桿上依次裝有第一主輸入密封盒和主輸入活塞或柱塞。
[0008]位于泵殼體內(nèi)的副傳動(dòng)曲軸上,安裝有與傳動(dòng)齒輪相互哨合的被動(dòng)齒輪和依次并列有一個(gè)或一個(gè)以上的副傳動(dòng)曲拐，每個(gè)副傳動(dòng)連桿的一端與各自副傳動(dòng)曲拐頸連接，每個(gè)副傳動(dòng)連桿的另一端與各自副傳動(dòng)十字頭的一端連接，每個(gè)副傳動(dòng)十字頭的另一端的水平桿上依次裝有第一副傳動(dòng)密封盒和副傳動(dòng)活塞或柱塞；主輸入曲拐和副傳動(dòng)曲拐個(gè)數(shù)必須相等。
[0009]閥總成由一個(gè)主動(dòng)閥塊和一個(gè)或一個(gè)以上被動(dòng)閥塊構(gòu)成；主動(dòng)閥塊開(kāi)有主輸入曲拐相同個(gè)數(shù)的主活塞腔，遠(yuǎn)離泵殼體的每個(gè)主活塞腔孔上分別裝有第二主輸入密封盒；被動(dòng)閥塊開(kāi)有副輸入曲拐相同個(gè)數(shù)的副活塞腔，遠(yuǎn)離泵殼體的每個(gè)副活塞腔孔上分別裝有第二副傳動(dòng)密封盒。
[0010]主動(dòng)閥塊上的每個(gè)主活塞腔出口分別經(jīng)各自出口導(dǎo)管與壓裂液出口管連通，主動(dòng)閥塊上的每個(gè)主活塞腔進(jìn)口分別經(jīng)各自進(jìn)口導(dǎo)管與壓裂液進(jìn)口管連通；被動(dòng)閥塊上的每個(gè)副活塞腔出口分別經(jīng)各自出口導(dǎo)管與壓裂液出口管連通，被動(dòng)閥塊上的每個(gè)副活塞腔進(jìn)口分別經(jīng)各自進(jìn)口導(dǎo)管與壓裂液進(jìn)口管連通。
[0011 ] 所述的主輸入曲拐和副傳動(dòng)曲拐是相同方向排列或相交錯(cuò)位排列。
[0012]本發(fā)明具有的有益效果是:
1、在輸出功率相同的情況下，多排式壓裂泵具有更小的空間占有率，可以大大的節(jié)約空間。
[0013]2、多根曲軸之間，通過(guò)齒輪副傳動(dòng)，具有傳動(dòng)比精確的優(yōu)點(diǎn)。
[0014]3、由于具有多個(gè)活塞或柱塞桿同時(shí)工作，所以相比較傳統(tǒng)的壓裂泵而言，具有大功率、高壓力、大排量的優(yōu)點(diǎn)。
[0015]4、在多缸壓裂泵的制造過(guò)程中，曲軸的制造時(shí)一大難點(diǎn)，隨著油缸的增多，對(duì)曲軸制造的要求也隨之增加。多排式壓裂泵可以將多根較短的曲軸通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)手段連接在一起，從而減輕了制造工藝的難度。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)立體圖。
[0017]圖2是本發(fā)明去除泵殼體后的結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖3是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)局部剖視圖。
[0019]圖4是本發(fā)明的外觀結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖中:1、泵殼體，2、閥總成，3、六個(gè)密封蓋，4、壓裂液進(jìn)口管，5、副傳動(dòng)曲軸，6、主輸入曲軸，7、軸承，8、傳動(dòng)齒輪，9、鍵，10、連桿，11、六個(gè)十字頭，12、六根水平桿，13、六個(gè)密封盒，14、六個(gè)活塞或柱塞，15、壓裂液出口管，16、六根進(jìn)口導(dǎo)管，17、六根出口導(dǎo)管。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0022]如圖1、圖2、圖3所示，位于泵殼體I內(nèi)的主輸入曲軸6上，安裝傳動(dòng)齒輪8和依次并列有一個(gè)或一個(gè)以上的主輸入曲拐(圖2中有三個(gè)主輸入曲拐),主輸入曲軸6外裝有軸承6,主輸入曲軸6與傳動(dòng)齒輪8鏈連接，每個(gè)主輸入連桿10的一端與各自主輸入曲拐頸連接，每個(gè)主輸入連桿10的另一端與各自主輸入十字頭11的一端連接，每個(gè)主輸入十字頭11的另一端的水平桿12上依次裝有第一主輸入密封盒13和主輸入活塞或柱塞14。
[0023]位于泵殼體I內(nèi)的副傳動(dòng)曲軸5上,安裝有與傳動(dòng)齒輪8相互哨合的被動(dòng)齒輪和依次并列有一個(gè)或一個(gè)以上的副傳動(dòng)曲拐(圖2中有三個(gè)副傳動(dòng)曲拐)，每個(gè)副傳動(dòng)連桿10的一端與各自副傳動(dòng)曲拐頸連接，每個(gè)副傳動(dòng)連桿10的另一端與各自副傳動(dòng)十字頭10的一端連接，每個(gè)副傳動(dòng)十字頭10的另一端的水平桿12上依次裝有第一副傳動(dòng)密封盒13和副傳動(dòng)活塞或柱塞14 ;主輸入曲拐和副傳動(dòng)曲拐個(gè)數(shù)必須相等。
[0024]如圖1、圖3所示，閥總成2由一個(gè)主動(dòng)閥塊和一個(gè)或一個(gè)以上被動(dòng)閥塊構(gòu)成；主動(dòng)閥塊開(kāi)有主輸入曲拐相同個(gè)數(shù)的主活塞腔，遠(yuǎn)離泵殼體I的每個(gè)主活塞腔孔上分別裝有第二主輸入密封盒13 ;被動(dòng)閥塊開(kāi)有副輸入曲拐相同個(gè)數(shù)的副活塞腔，遠(yuǎn)離泵殼體I的每個(gè)副活塞腔孔上分別裝有第二副傳動(dòng)密封盒13 ；
如圖1、圖3、圖4所示，主動(dòng)閥塊上的每個(gè)主活塞腔出口分別經(jīng)各自出口導(dǎo)管17與壓裂液出口管15連通，主動(dòng)閥塊上的每個(gè)主活塞腔進(jìn)口分別經(jīng)各自進(jìn)口導(dǎo)管16與壓裂液進(jìn)口管4連通；被動(dòng)閥塊上的每個(gè)副活塞腔出口分別經(jīng)各自出口導(dǎo)管17與壓裂液出口管15連通，被動(dòng)閥塊上的每個(gè)副活塞腔進(jìn)口分別經(jīng)各自進(jìn)口導(dǎo)管16與壓裂液進(jìn)口管4連通。
[0025]所述的主輸入曲拐和副傳動(dòng)曲拐是相同方向排列或相交錯(cuò)位排列。
[0026]本發(fā)明的工作原理如下:
如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明由泵殼體1、閥總成2、六個(gè)密封蓋3、壓裂液進(jìn)口管4、副傳動(dòng)曲軸5、主輸入曲軸6、軸承7、傳動(dòng)齒輪8、鍵9、連桿10、六個(gè)十字頭11、六根水平桿12、六個(gè)密封盒13、六個(gè)活塞或柱塞14、壓裂液出口管15、六根進(jìn)口導(dǎo)管16、六根出口導(dǎo)管17組成。
[0027]主輸入曲軸6與動(dòng)力源相連，主輸入曲軸6通過(guò)傳動(dòng)齒輪8將動(dòng)力傳遞給副輸入曲軸5。壓裂泵由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)主輸入曲軸6轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)齒輪副8的傳動(dòng)作用帶動(dòng)副輸入曲軸5的轉(zhuǎn)動(dòng)。曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)發(fā)生水平運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)活塞或柱塞14實(shí)現(xiàn)壓裂液的吸入和泵出的過(guò)程。由于齒輪副的傳動(dòng)比可以確定，并且不會(huì)發(fā)生打滑等現(xiàn)象，所以主輸入曲軸6與副傳動(dòng)曲軸5可以實(shí)現(xiàn)同步傳動(dòng)。傳動(dòng)結(jié)構(gòu)具有多根的曲軸，用于驅(qū)動(dòng)活塞或柱塞進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在曲軸的連接軸上加工有鍵槽用于固定齒輪副，齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比可以根據(jù)所需的泵的特性進(jìn)行調(diào)節(jié)。同時(shí)可以根據(jù)所需的泵的特性對(duì)不同曲軸上曲拐的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)。密封盒13連接在水平桿12上，用于對(duì)水平桿12進(jìn)行密封，密封蓋3用于密封閥總成2的活塞腔。閥總成2內(nèi)部需要加工出供壓裂液流入及壓出的通道，并導(dǎo)入管道中。在泵殼體I的設(shè)計(jì)加工過(guò)程時(shí)，需要考慮到傳動(dòng)齒輪8的潤(rùn)滑，并且其潤(rùn)滑液等不可以干涉到曲軸、連桿以及十字頭的運(yùn)動(dòng)。通過(guò)將壓裂液泵入到已完成的井口中，當(dāng)壓裂液的壓力達(dá)到IOOMpa左右時(shí)，壓裂液將地下頁(yè)巖層壓裂并將頁(yè)巖層的裂縫逐漸撐大，儲(chǔ)藏在頁(yè)巖層縫隙中的天然氣會(huì)緩慢析出從而被設(shè)備采集。
【權(quán)利要求】
1.一種多排式壓裂泵，其特征在于，它包括泵殼體、閥總成、壓裂液進(jìn)口管和壓裂液出口管，其中: 位于泵殼體內(nèi)的主輸入曲軸上，安裝傳動(dòng)齒輪和依次并列有一個(gè)或一個(gè)以上的主輸入曲拐，每個(gè)主輸入連桿的一端與各自主輸入曲拐頸連接，每個(gè)主輸入連桿的另一端與各自主輸入十字頭的一端連接，每個(gè)主輸入十字頭的另一端的水平桿上依次裝有第一主輸入密封盒和主輸入活塞或柱塞； 位于泵殼體內(nèi)的副傳動(dòng)曲軸上，安裝有與傳動(dòng)齒輪相互哨合的被動(dòng)齒輪和依次并列有一個(gè)或一個(gè)以上的副傳動(dòng)曲拐，每個(gè)副傳動(dòng)連桿的一端與各自副傳動(dòng)曲拐頸連接，每個(gè)副傳動(dòng)連桿的另一端與各自副傳動(dòng)十字頭的一端連接，每個(gè)副傳動(dòng)十字頭的另一端的水平桿上依次裝有第一副傳動(dòng)密封盒和副傳動(dòng)活塞或柱塞；主輸入曲拐和副傳動(dòng)曲拐個(gè)數(shù)必須相等; 閥總成由一個(gè)主動(dòng)閥塊和一個(gè)或一個(gè)以上被動(dòng)閥塊構(gòu)成；主動(dòng)閥塊開(kāi)有主輸入曲拐相同個(gè)數(shù)的主活塞腔，遠(yuǎn)離泵殼體的每個(gè)主活塞腔孔上分別裝有第二主輸入密封盒；被動(dòng)閥塊開(kāi)有副輸入曲拐相同個(gè)數(shù)的副活塞腔，遠(yuǎn)離泵殼體的每個(gè)副活塞腔孔上分別裝有第二副傳動(dòng)密封盒； 主動(dòng)閥塊上的每個(gè)主活塞腔出口分別經(jīng)各自出口導(dǎo)管與壓裂液出口管連通，主動(dòng)閥塊上的每個(gè)主活塞腔進(jìn)口分別經(jīng)各自進(jìn)口導(dǎo)管與壓裂液進(jìn)口管連通；被動(dòng)閥塊上的每個(gè)副活塞腔出口分別經(jīng)各自出口導(dǎo)管與壓裂液出口管連通，被動(dòng)閥塊上的每個(gè)副活塞腔進(jìn)口分別經(jīng)各自進(jìn)口導(dǎo)管與壓裂液進(jìn)口管連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多排式壓裂泵，其特征在于:所述的主輸入曲拐和副傳動(dòng)曲拐是相同方向排列或相交錯(cuò)位排列。
【文檔編號(hào)】F04B53/16GK103557131SQ201310469253
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月10日
【發(fā)明者】張斌, 洪昊岑, 吳雪梅, 楊華勇 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)