控制泵波纹管的工作范围的方法、系统和用途技术方案

控制泵波纹管的工作范围的方法、相关系统、计算机程序和用途，所述工作范围包括诸如波纹管的最大缩回位置和最大伸展位置的最大极限，所述方法包括以下步骤：a)使用至少一个位置传感器(12’、12”)读取波纹管(6’、6”)在闭合液压回路容积中的至少第一位置，g)将表示第一位置的第一位置信号发送到控制系统，h)其中，控制系统基于至少第一位置信号：cl)确定由至少第一位置信号表示的波纹管(6’、6”)的位置，c2)将波纹管(6’、6”)的位置与预定波纹管位置操作范围进行比较，并且c3)如果所述位置在预定波纹管位置操作范围之外，则指示油管理系统阀(16’、16”)使双作用增压液体分隔装置(2)重新校准闭合液压回路容积中的液压流体体积，以重新建立使至少第一位置返回到在预定波纹管位置操作范围内的位置的液压流体体积。

Method, system and application of controlling the working range of pump bellows

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】控制泵波纹管的工作范围的方法、系统和用途
本专利技术涉及一种控制泵波纹管的工作范围的方法以及相关的系统和用途，其包括诸如波纹管的最大缩回位置和最大伸展位置的最大限制。本专利技术特别适合于在诸如高于500巴和高达1500巴或甚至更高的压力的高压下泵送大量具有颗粒的流体(浆体/淤渣)的系统中使用。本专利技术可以形成较大的泵送系统的一部分，所述泵送系统包括压力传递装置、双作用增压液体分隔装置以及流动调节组件(诸如阀组)中的一个或多个。本专利技术适合于在高于500巴的范围的高压下使用，并且尤其适合于油/气井的水力压裂，在所述油/气井中，难以泵送具有形成流体的一部分的诸如支撑剂的颗粒的流体。然而，该泵送系统也可以用于其他钻井应用中，诸如，在用于泵送钻井液的钻井作业以及在固井作业、堵塞和废弃、完井或增产作业、酸化或氮气循环。
技术介绍
水力压裂(也称为水力压裂、压裂、或水压压裂)是一种井增产技术，其中，岩石被以凝胶、泡沫、砂或水的形式的加压流体压裂。化学物质可添加到水中，以提高流体流动或改善水的特定性能，这样的处理后的水被称为“滑溜水”。该过程涉及将“压裂流体”(液体保持砂或其他支撑剂和化学物质)高压注入到井孔中，以在深岩层中产生裂纹，天然气、石油和盐水将更自由地流过所述裂纹。通常，机械活塞泵用于在高压下泵送压裂流体。由于由泵送介质中的砂和颗粒引起的泵内的滑动表面上的机械磨损和撕裂，这些机械泵的运行时间非常有限。在高压下利用颗粒保持液和/或需要的化学液体来操作的泵具有密封表面，颗粒和/或磨蚀性化学流体(化合物)在操作过程中会损坏所述密封表面。当密封件被损坏时，可能会出现泄漏和其他问题，从而导致泵的效率降低。此外，机械泵以高速来操作，这会在整个单元(高循环次数)中产生快速的压力波动，一段时间后，这会导致疲劳故障。因此，这样的泵的使用寿命周期非常有限，并且取决于颗粒类型、颗粒的量、化学成分和化学浓度以及工作压力。在旋转泵中，旋转(轴)密封件以及诸如叶轮和涡轮机轮的昂贵的泵元件会很快磨损。在活塞泵中，活塞在缸体上磨损，导致泄漏、低效率和故障。柱塞泵的另一个公知的问题是流体端的疲劳裂纹。造成这种情况的主要原因是来自压力波动的综合应力以及来自柱塞的机械线性应力。它们还受到动力端上最大允许杆负载的限制，因此必须使柱塞尺寸与期望的速率/压力输送相匹配。通常，使用柱塞/活塞泵单元。当多个泵连接到井下的同一流动线路并且同时在线时，存在它们形成与井下的流动线路的参考频率匹配的干扰模式的风险。这导致流动线路四处运动，这可能导致设备和人员受伤(由于流动线路像蛇一样移动，因此被称为“蛇行”)。在压裂操作中，当关闭泵并且不再向井施加液压时，小颗粒的水力压裂支撑剂使断裂保持打开。支撑剂通常由诸如砂的固体材料制成。砂可以是经过处理的砂或合成物或者诸如陶瓷的天然材料。在陆上压裂中，通常包括多个卡车的所谓的压裂车队运输并定位在适当的位置。每辆卡车都设有用于将压裂流体泵送到井中的泵单元。因此，由于道路上的卡车上的总重量容量以及由卡车给定的物理限制，存在待使用的设备受到重量和物理限制。不适合于压裂而是公开了将干净的液压流体与待泵送的液体分离的系统的现有技术包括EP2913525，其涉及一种液压驱动隔膜泵机(“泵”)，特别是用于水和难以泵送的材料。该系统包括至少两个并排泵送单元。每个泵单元包括泵缸和液压缸。泵缸(与EP2913525相关的附图标记1,2)具有下部第一端和上部第二端，所述下部第一端具有用于待泵送的液体的第一入口和出口，所述上部第二端具有用于液压流体的第二入口和出口。泵缸(1、2)包含波纹管(3、4)，所述波纹管的下端关闭，而其上端打开，用于与液压流体连通。波纹管(3、4)的外部限定用于待泵送的液体的空间。泵缸(1、2)的波纹管(3、4)布置为通过在其顶端处供应的液压流体来驱动，像手风琴一样膨胀和收缩，以泵送与泵缸(1、2)的下部第一端邻近的待泵送的液体。液压缸(9、10)与泵缸(1、2)并排放置。液压缸(9、10)具有与液压驱动器相关联的下部第一端和包含与泵缸(1、2)的上部第二端连通的液压流体的上部第二端。液压驱动器在其上端处以可滑动地安装在液压缸(9、10)中的驱动活塞(19、20)结束。两个泵单元的液压缸(9、10)的液压驱动器通过液压机械连接件(25、27)连接，所述液压机械连接件被设计为使每个液压缸(9、10)的活塞(19、20)前进和缩回。然而，由于圆筒形的泵室，EP2913525中的方案不适用于高压(即，超过500巴)下的水力压裂。当用于水力压裂时，圆筒形状的泵室将无法承受与高循环次数相结合的高压。此外，波纹管是聚合物，导致存在颗粒被挤压在圆筒壁和波纹管之间的风险，并且可能损坏波纹管。另外，每个泵缸上都连接有一个液压缸。因为活塞(19、20)的下侧上的有效面积小于活塞(19、20)的上侧上的有效面积，所以液压缸未被构造为增加进入活塞(19、20)下侧上的压力。此外，在聚合物波纹管上，缺乏对膨胀的方向的控制，导致波纹管与缸壁接触的可能性。这会导致撕裂以及支撑剂被迫进入基础材料。液压机械连接件通常具有一些缺点，包括：-无法与多个单元同步，-无法根据压力和流量来改变缓升/缓降(不能提供对泵的特性的精确控制)，-无法部分冲程，-无法补偿流动中的压力/流量波动，-其将永远不能重叠并产生层叠流，-其在控制阀上产生压降，这导致机油发热，效率损失在5-10％范围内。用于压裂的常规泵存在这样的问题：系统中的部件会在数小时后发生故障，并且不得不维修。因此，为了在系统中提供冗余度，包括多个备用泵的压裂车队是正常的。由于一名服务人员只能操作几辆卡车，因此在维护方面和工时方面都增加了成本。所有液压系统都有一定程度的液压流体的内部泄漏，这也将出现在经过数次循环的闭合回路液压系统中。这种泄漏将在数次循环中累积，从封闭的体积增加或缩减，导致波纹管过度缩回或伸展。无法对此进行控制，将导致波纹管过早失效。因此，本专利技术的目的是解决与现有技术方案有关的至少一些缺陷，更具体地，是使运动部件(活塞、密封件)远离颗粒流体(即，泵送介质)并且避免颗粒损坏运动部件。更具体地，本专利技术的目的是提供一种在高压下平稳且无震动的大流量泵送，减少对流动环路中的所有组件的磨损和撕裂，同时提供一种单元，所述单元能够无缝集成并适应于任何压力流速需求，而无需机械改造或改变。另外，本专利技术的与多个单元同步的能力使潜在的蛇行风险最小化。更具体地，本专利技术的目的之一是提供一种用于压裂的系统，所述系统可以以高体积流量在高压下操作。另一目的是提供一种系统，在所述系统中，待泵送的液体与尽可能多的运动部件分开。更具体地，目的是使损坏波纹管的风险最小化。另一目的是提供一种重量减轻的泵系统，例如，泵系统应能够在形成在水力压裂中使用的所谓的压裂车队的一部分的标准卡车或拖车上进行布置和运输。另一目的是提供一种不需要用于波纹管的外部引导系统的系统。另一目的是提供一种完全无级控制的波纹管速度/冲程控制，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制泵波纹管的工作范围的方法，所述工作范围包括诸如所述波纹管的最大缩回位置和最大伸展位置的最大极限，所述方法包括以下步骤：/na)使用至少一个位置传感器(12’、12”)读取波纹管(6’、6”)在闭合液压回路容积中的至少第一位置，/nb)将表示所述第一位置的第一位置信号发送到控制系统，/nc)其中，所述控制系统基于至少第一位置信号：/ncl)确定由所述至少第一位置信号表示的所述波纹管(6’、6”)的位置，/nc2)将所述波纹管(6’、6”)的位置与预定波纹管位置操作范围进行比较，并且/nc3)如果所述位置在所述预定波纹管位置操作范围之外，则指示油管理系统阀(16’、16”)使双作用增压液体分隔装置(2)重新校准所述闭合液压回路容积中的液压流体体积，以重新建立使所述至少第一位置返回到在所述预定波纹管位置操作范围内的位置的液压流体体积。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170704 NO 201711011.一种控制泵波纹管的工作范围的方法，所述工作范围包括诸如所述波纹管的最大缩回位置和最大伸展位置的最大极限，所述方法包括以下步骤：
a)使用至少一个位置传感器(12’、12”)读取波纹管(6’、6”)在闭合液压回路容积中的至少第一位置，
b)将表示所述第一位置的第一位置信号发送到控制系统，
c)其中，所述控制系统基于至少第一位置信号：
cl)确定由所述至少第一位置信号表示的所述波纹管(6’、6”)的位置，
c2)将所述波纹管(6’、6”)的位置与预定波纹管位置操作范围进行比较，并且
c3)如果所述位置在所述预定波纹管位置操作范围之外，则指示油管理系统阀(16’、16”)使双作用增压液体分隔装置(2)重新校准所述闭合液压回路容积中的液压流体体积，以重新建立使所述至少第一位置返回到在所述预定波纹管位置操作范围内的位置的液压流体体积。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，来自所述至少一个位置传感器(12’、12”)的所述第一位置信号表示所述波纹管(6’、6”)的能运动地布置在压力腔(4’、4”)内的位置。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，来自至少一个位置传感器(21)的第二信号表示双作用增压液体分隔装置(2)中的柱塞(19)的位置。


4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述控制系统将所述至少第一位置信号和所述第二信号进行比较，并且确定所述波纹管(6’、6”)和所述柱塞(19)之间的位置差，并且
-将所述位置差与预定位置差范围进行比较，并且，
-如果所述位置差在所述预定位置差范围之外，则指示油管理系统阀(16’、16”)使双作用增压液体分隔装置(2)重新校准所述闭合液压回路容积中的液压流体体积，以重新建立使所述位置差返回到所述预定位置差范围内的液压流体体积。


5.根据权利要求1至4所述的方法，其中，如果所述位置在所述预定波纹管位置操作范围或所述位置差范围之下，则所述控制系统指示所述油管理系统阀(16’、16”)使所述双作用增压液体分隔装置(2)重新校准，以将液压流体填充到所述闭合液压回路容积中，并且如果计算出的液压流体体积高于所述预定波纹管位置操作范围，则所述控制系统指示所述油管理系统阀(16’、16”)使所述双作用增压液体分隔装置(2)重新校准，以从所述闭合液压回路容积中排出液压流体。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：
d)在步骤c)之前，从布置在所述闭合液压回路容积中的不同位置处的一个或多个温度传感器(42’、42”)读取第一温度，
e)将表示所述第一温度的第一温度信号发送到所述控制系统，
f)其中，所述控制系统基于所述第一温度信号，
-确定所述闭合液压回路容积中的温度，
-将所述温度与预定温度操作范围进行比较，并且
-基于所述位置、所述位置差、或所述温度是否分别在所述预定波纹管位置操作范围、所述预定位置差范围、或所述预定温度操作范围之内、之上、或之下，操作油管理系统阀(16’、16”)使所述双作用增压液体分隔装置(2)通过以下方式重新校准：
-保持空闲、将液压流体填充到闭合液压回路系统中、或从闭合液压回路系统排出液压流体。


7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述波纹管(6’、6”)具有中心轴线(C’、C”)，所述波纹管(6’、6”)沿着所述中心轴线(C’、C”)在大体上纵向方向上伸展和缩回，其中，所述位置传感器中的一者是读取所述波纹管(6’、6”)的轴向伸展的波纹管位置传感器(12’、12”)。


8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述油管理系统阀(16’、16”)布置在所述双作用增压液体分隔装置(2)与压力...

【专利技术属性】
技术研发人员：托尔巴约恩·莫拉特，
申请(专利权)人：RSM想象有限公司，
类型：发明
国别省市：挪威;NO