專利名稱：液氮泵設(shè)備加載測(cè)試與試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于油氣田或煤層氣氮?dú)馀菽瓑毫驯迷O(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種液 氮泵設(shè)備加載測(cè)試與試驗(yàn)裝置，可對(duì)氮?dú)馀菽瓑毫言O(shè)備中液氮泵設(shè)備排出氣體進(jìn)行加載及 液氮泵設(shè)備整機(jī)試驗(yàn)裝置，用于對(duì)液氮泵設(shè)備進(jìn)行排出流量測(cè)試、排出氮?dú)鈮毫虞d、測(cè)試 與試驗(yàn)。
背景技術(shù)：
氮?dú)馀菽瓑毫咽窃谒毫鸭夹g(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù)，特別適用于油氣田及 煤層氣開發(fā)過程中對(duì)低壓、低滲和水敏感性地層的改造。在煤層氣氮驅(qū)開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域也有 廣泛應(yīng)用。在現(xiàn)有的氮?dú)馀菽瓑毫压に嚰夹g(shù)中，氮?dú)馀菽瓑毫驯迷O(shè)備的整機(jī)測(cè)試技術(shù)還不 成熟、試驗(yàn)裝置還不完善。尤其其中重要設(shè)備之一的液氮泵，需要有一套完整的對(duì)液氮泵設(shè) 備整機(jī)測(cè)試與試驗(yàn)的裝置。液氮泵設(shè)備是將液氮經(jīng)液氮泵加壓排出后，再利用專用加溫裝置對(duì)高壓液氮加溫 轉(zhuǎn)化成常溫下氣態(tài)氮的專用設(shè)備，其典型特點(diǎn)是輸入介質(zhì)為低溫液態(tài)介質(zhì)，輸出是高壓、大 排量的氣體。液氮泵設(shè)備是應(yīng)用于油氣田及煤層氣泡沫壓裂的重要設(shè)備，需要定期檢驗(yàn)以 確保施工作業(yè)安全。目前主要利用液氮泵設(shè)備加載試驗(yàn)裝置對(duì)液氮泵設(shè)備進(jìn)行整機(jī)測(cè)試與 試驗(yàn)。液氮泵設(shè)備加載試驗(yàn)裝置的主要作用是對(duì)液氮泵設(shè)備排出氣體的排量、壓力進(jìn)行測(cè) 試與實(shí)驗(yàn)，以檢驗(yàn)液氮泵設(shè)備的性能。液氮泵設(shè)備實(shí)際使用中的輸出氣體排量是由設(shè)備的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)及流體分配系 統(tǒng)決定的，輸出氣體排量壓力是由所完成的泡沫壓裂施工過程中地層的破裂壓力、地層滲 透性、管路阻力等因素決定的。鑒于在實(shí)驗(yàn)過程中地層的破裂壓力、地層滲透性、管路阻力 相對(duì)穩(wěn)定，不宜實(shí)現(xiàn)對(duì)液氮泵設(shè)備排出的氣體排出壓力調(diào)節(jié)，因此作為液氮泵設(shè)備試驗(yàn)技 術(shù)不宜采用。目前國(guó)內(nèi)的測(cè)試試驗(yàn)裝置只能滿足相對(duì)低壓、小排量的液氮泵設(shè)備整機(jī)測(cè)試 與試驗(yàn)需要。而氮?dú)馀菽瓑毫延靡旱迷O(shè)備具有如下特點(diǎn)裝機(jī)功率大，其裝機(jī)功率達(dá)到 1500kw ；排量大，排量達(dá)到600Sm7min(Sm3即標(biāo)準(zhǔn)立方米，專用于氣體體積單位。指氣體 在標(biāo)準(zhǔn)溫度與壓力下的體積，S是英文“標(biāo)準(zhǔn)”的第一個(gè)字頭)；排出壓力高，排出壓力達(dá)到 140MPa;該設(shè)備的測(cè)試與試驗(yàn)與低壓、小排量的液氮泵設(shè)備的測(cè)試與試驗(yàn)相比，在安全風(fēng) 險(xiǎn)方面有本質(zhì)的不同。相應(yīng)地，此類設(shè)備的整機(jī)測(cè)試與試驗(yàn)裝置同一般低壓小排量液氮泵 裝置的要求也就有明顯不同，主要體現(xiàn)在壓力加載技術(shù)和數(shù)據(jù)采集與分析技術(shù)上。小排量 液氮泵排出壓力加載可以采用在完備安全防護(hù)下的直接通過間門調(diào)節(jié)的加載方式完成；低 壓、小排量的液氮泵設(shè)備測(cè)試與試驗(yàn)過程中數(shù)據(jù)采集與分析也可以直接獲取。而對(duì)于高壓、 大排量的液氮泵設(shè)備測(cè)試與試驗(yàn)，若采用上述直接加壓的方式，需要很大的壓力調(diào)節(jié)閥才 能實(shí)現(xiàn)排出壓力調(diào)節(jié)，技術(shù)上很難實(shí)現(xiàn)。另一方面對(duì)高壓、大排量氣體直接進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)， 調(diào)節(jié)與監(jiān)測(cè)安全風(fēng)險(xiǎn)高，造成測(cè)試與試驗(yàn)過程中安全風(fēng)險(xiǎn)很高。因此，目前急需一種能夠適 用于高壓、大排量泡沫壓裂液氮泵設(shè)備的測(cè)試試驗(yàn)技術(shù)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種間接、安全加壓方式的液氮 泵設(shè)備加載測(cè)試與試驗(yàn)裝置。實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案是1、液氮泵設(shè)備加載測(cè)試與試驗(yàn)裝置，用于油氣田或煤層氣氮?dú)馀菽瓑毫言O(shè)備測(cè) 試，包括液氮泵設(shè)備測(cè)試單元，進(jìn)一步包括液氮罐和被測(cè)試的液氮泵設(shè)備，液氮泵設(shè)備安 裝于液氮罐的排出管道上，將儲(chǔ)存于液氮罐的低壓、低溫液氮轉(zhuǎn)化成常溫高壓氣態(tài)氮泵出，水力阻尼裝置單元，包括依次連接的水罐、泵組設(shè)備、和管匯系統(tǒng)，管匯系統(tǒng)將來自于 液氮泵設(shè)備的常溫高壓氣態(tài)氮與來自于泵組設(shè)備的高壓水進(jìn)行混合成為高壓液氣混合體；壓力調(diào)節(jié)單元，安裝于水力阻尼裝置單元的下游，通過調(diào)整高壓液氣混合體的流 量，而對(duì)水力阻尼裝置單元排出的水進(jìn)行加壓。2、其中壓力調(diào)節(jié)單元包括至少一個(gè)相互并聯(lián)聯(lián)接的調(diào)節(jié)單元以及后續(xù)水循環(huán)設(shè) 備，其中每個(gè)調(diào)節(jié)單元進(jìn)一步包括依次連接的液氣混合輸出管匯，安裝于管匯系統(tǒng)的下游，對(duì)混合后的高壓液氣混合體進(jìn)行輸 出分配；至少一個(gè)氣動(dòng)截止閥，對(duì)水力泵車的排出壓力進(jìn)行粗調(diào)；至少一個(gè)電動(dòng)調(diào)壓閥，對(duì)水力泵車的排出壓力進(jìn)行微調(diào)；節(jié)流消音管，對(duì)泵組設(shè)備排出的高壓水實(shí)施壓力加載，并通過消音器進(jìn)行噪音控 制。3、其中管匯系統(tǒng)包括高壓輸水閥門、高壓輸氣閥門、單流閥及管線。4、其中在水罐、和液氮罐的排出管道上分別安裝有單流閥、以及壓力傳感器。5、其中后續(xù)水循環(huán)設(shè)備連接于節(jié)流消音管的出口，后續(xù)水循環(huán)設(shè)備依次包括集 輸裝置、液氣分離器、連接管線、散熱系統(tǒng)、以及循環(huán)管匯；循環(huán)管匯與水力阻尼裝置單元的 水罐連接；其中集輸裝置收集水與氮?dú)獠⑤斔偷揭簹夥蛛x器中，液氣分離器將水與氮?dú)膺M(jìn)行 分離，分離出的氮?dú)庠诖_保安全的條件下排出，分離出的水經(jīng)連接管線、散熱系統(tǒng)、以及循 環(huán)管匯流入水罐接著循環(huán)使用。6、其中泵組設(shè)備安裝于水罐的出水管道上，泵組設(shè)備是水力泵車、或者是水泵與 動(dòng)力系統(tǒng)的組合。

圖1為本實(shí)用新型液氮泵設(shè)備加載試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)原理圖；圖2為本實(shí)用新型流量-壓力曲線；圖3為本實(shí)用新型輸入功率-排出壓力曲線；圖4為本實(shí)用新型液氮泵設(shè)備加載壓力-加載時(shí)間曲線。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖并以具體實(shí)施方式
為例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知曉的是，本實(shí)用新型不限于所列出的具體實(shí)施方式
，只要符合本發(fā)明的精 神，都應(yīng)該包括于本專利的保護(hù)范圍內(nèi)。本實(shí)用新型的原理是在用于氮?dú)馀菽瓑毫训囊旱迷O(shè)備整機(jī)測(cè)試與試驗(yàn)過程中，需要對(duì)其液氮泵設(shè)備 的排出壓力、排量分別進(jìn)行測(cè)試，得出排量與壓力關(guān)系、輸入功率與排出壓力關(guān)系、加載壓 力與加載時(shí)間關(guān)系，可見液氮泵設(shè)備的排出壓力是液氮泵設(shè)備整機(jī)測(cè)試與試驗(yàn)過程中需要 控制的關(guān)鍵參數(shù)。為了完成液氮泵設(shè)備整機(jī)測(cè)試與試驗(yàn)，需要對(duì)該設(shè)備排出氣體進(jìn)行阻尼 設(shè)置，即進(jìn)行壓力加載。由于氣體具有很大的壓縮比，對(duì)大排量氣體直接進(jìn)行安全加載十分 困難，因此本實(shí)用新型的液氮泵設(shè)備加載試驗(yàn)裝置特設(shè)置水力泵車加載裝置即水力阻尼裝 置，使液氮泵設(shè)備排出的氣體與水力阻尼裝置中的水進(jìn)行混合成為高壓液氣混合體，然后 通過調(diào)節(jié)高壓液氣混合體的流量，而間接實(shí)現(xiàn)對(duì)液氮泵設(shè)備排出氣體的壓力調(diào)節(jié)。這樣就 可通過將液體壓力加載轉(zhuǎn)換為氣體壓力加載，而間接實(shí)施對(duì)液氮泵設(shè)備排出氣體的壓力加 載。在本實(shí)用新型的液氮泵設(shè)備加載測(cè)試與試驗(yàn)裝置中，水力阻尼裝置對(duì)其內(nèi)的水力 泵設(shè)備排出水的排出流量、壓力通過壓力調(diào)節(jié)單元進(jìn)行調(diào)節(jié)，壓力調(diào)節(jié)單元主要包括氣動(dòng) 截止閥組件和電動(dòng)調(diào)壓閥，其中氣動(dòng)截止閥組件用于排出壓力粗調(diào)，而電動(dòng)調(diào)壓閥則用于 排出壓力微調(diào)；同時(shí)利用專用管匯使液氮泵裝置排出的氮?dú)馀c水力壓裂設(shè)備排出的液體進(jìn) 行混合，這樣就可通過設(shè)備本身的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)及流體分配系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)液氮設(shè)備氮?dú)馀帕?的控制。以下通過實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明，圖1為本實(shí)用新型液氮泵設(shè)備加載 測(cè)試與試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)原理圖；本實(shí)用新型的液氮泵設(shè)備加載測(cè)試與試驗(yàn)裝置主要包括以 下三大部分一、液氮泵設(shè)備測(cè)試單元100，進(jìn)一步包括自液氮的上游到下游相互連接的液氮罐1，為常規(guī)的儲(chǔ)存液氮的壓力容器，儲(chǔ)存有用于液氮泵設(shè)備加載試驗(yàn)的液態(tài)氮。液氮泵設(shè)備2，就是本實(shí)用新型要測(cè)試其性能的液氮泵設(shè)備，用于油氣田或煤層氣 氮?dú)馀菽瓑毫?，安裝于液氮罐1的排出管道上，將液氮從液氮罐1中泵出；液氮泵設(shè)備2的 作用是將儲(chǔ)存于液氮罐1的低壓、低溫液氮經(jīng)高壓泵泵出后形成高壓、低溫液氮，再經(jīng)過液 氮泵設(shè)備2上配備的專用液氮蒸發(fā)器加溫，將高壓、低溫液氮轉(zhuǎn)化成高壓、常溫氣態(tài)氮?dú)馀?出。在一個(gè)實(shí)施例中，本實(shí)用新型的用于油氣田或煤層氣開發(fā)的氮?dú)馀菽瓑毫驯迷O(shè)備的氣 體排量為90 600sm7min，按排出壓力級(jí)別分為!35MPa、70MPa、105MPa、140MPa等四個(gè)級(jí) 別。本實(shí)驗(yàn)裝置需要完成的是對(duì)額定排量在90 600sm7min范圍內(nèi)，額定壓力是35MPa、 70MPa、105MPa、140MPa其中之一的液氮泵裝置的全負(fù)荷測(cè)試。單流閥3，安裝于液氮泵設(shè)備2的下游，用于防止氮?dú)獾沽鳌毫鞲衅?，采集排出氮?dú)獾膲毫?shù)據(jù)并傳輸給控制系統(tǒng)(圖中未示)。二、水力阻尼裝置單元200，進(jìn)一步包括自水的上游到下游相互連接的水罐5，為常規(guī)的儲(chǔ)存水的容器。流量傳感器6，安裝于水罐5的出水管道上，負(fù)責(zé)采集水罐5的出水流量并傳輸給 控制系統(tǒng)。[0038]水力泵車7，實(shí)際試驗(yàn)時(shí)可采用水力壓裂泵車，是大功率高壓水力泵出設(shè)備。其排 量應(yīng)能滿足基于最低泡沫質(zhì)量要求的最大排量要求，其最高壓力不低于液氮設(shè)備最高排出 壓力。例如要完成額定氣體排量330sm7min、額定排出壓力105MPa的液氮泵設(shè)備測(cè)試， 為了保證實(shí)驗(yàn)與測(cè)試過程中安全，需要混合后泡沫質(zhì)量控制在20%以內(nèi)，需要水力壓裂泵 車的液體額定排量不小于1. 9m7min，排出壓力不低于105MPa。需要配備一臺(tái)額定排出壓 力105MPa的1500型水力壓裂泵車(額定排出功率1500KW)如YLC1500-105壓裂車(SY/ T5211-2009)。也可以使用兩臺(tái)排出壓力105MPa、額定排量在1. 0 1. 9m3/min的壓裂車并 車完成。選擇采用泵車形式是由于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試過程中泵車形式的設(shè)備擺放、安裝方便，同時(shí)油 田企業(yè)大功率高壓水力泵出設(shè)備多為車載形式。若水泵+動(dòng)力系統(tǒng)組成的泵組設(shè)備滿足技 術(shù)參數(shù)要求、同時(shí)適合現(xiàn)場(chǎng)擺放與安裝要求，也可以用泵組設(shè)備代替水力泵車。單流閥8，安裝于水力泵車7的下游，用于防止水倒流。壓力傳感器9，采集水的壓力數(shù)據(jù)并傳輸給控制系統(tǒng)。管匯系統(tǒng)10，由高壓輸水閥門、高壓輸氣閥門、耐高壓且適合液氣混輸?shù)膯瘟鏖y及 管線組成，使前述高壓水與高壓常溫氮?dú)饣旌?，即將來自于液氮泵設(shè)備測(cè)試單元100的常 溫高壓氮?dú)馀c來自于水力阻尼裝置單元200的水進(jìn)行混合，在混合過程中，高壓氮?dú)饣烊?排出的高壓水中，形成高壓液氣混合體。此高壓液氣混合體的壓力就是液氮泵設(shè)備2排出 氣體壓力需要克服的阻尼。三、壓力調(diào)節(jié)單元300，安裝于水力阻尼裝置單元200的下游，包括多個(gè)調(diào)節(jié)單元 310以及后續(xù)水循環(huán)設(shè)備，通過調(diào)整水力阻尼裝置單元200排出的高壓液氣混合體的流量， 而對(duì)水力泵車7排出的水進(jìn)行加壓。其中每個(gè)調(diào)節(jié)單元310進(jìn)一步包括依次連接的以下部件液氣混合輸出管匯11，安裝于管匯系統(tǒng)10的下游，其作用是將混合后的高壓液氣 混合體向各壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)輸出分配。氣動(dòng)截止閥12，利用氣動(dòng)馬達(dá)作為調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)，對(duì)水力泵車的排 出壓力進(jìn)行粗調(diào)。電動(dòng)調(diào)壓閥13，其作用是利用伺服電機(jī)作為調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)并可以實(shí) 施反饋控制，對(duì)水力泵車的排出壓力進(jìn)行微調(diào)。在實(shí)際過程中，利用氣動(dòng)截止閥12可以得到需要調(diào)整壓力的90%左右，其余10% 的壓力調(diào)整利用電動(dòng)調(diào)壓閥13完成。例如要完成額定氣體排量330sm7min、額定排出壓 力105MPa的液氮泵設(shè)備測(cè)試，配備的壓裂車是ΠΧ1500-105壓裂車，需要調(diào)整排出壓力至 105MPa,則首先利用氣動(dòng)截止閥12將排出壓力控制在92 96MPa，再利用電動(dòng)調(diào)壓閥13將 排出壓力控制到105MPa。節(jié)流消音管14，利用節(jié)流原理對(duì)水力泵車排出的高壓水實(shí)施壓力加載，并通過消 音器進(jìn)行噪音控制。節(jié)流消音管由節(jié)流器的擴(kuò)壓部分和消音管組成，節(jié)流消音管外包覆消 音與隔音材料。擴(kuò)壓部分的作用是逐步降低高速液氣混合體的流速，在此過程中伴隨著很 大噪音產(chǎn)生，利用節(jié)流消音管外包的消音與隔音材料，對(duì)試驗(yàn)與測(cè)試過程中產(chǎn)生的噪音進(jìn) 行控制。本實(shí)用新型可以使用一個(gè)或多個(gè)相互并聯(lián)聯(lián)接的調(diào)節(jié)單元310中。而且在每個(gè) 調(diào)節(jié)單元310中，也可依據(jù)液體和氣體排量確定配備測(cè)試與試驗(yàn)過程中氣動(dòng)截止閥12、電動(dòng)調(diào)壓閥13以及節(jié)流消音管14的使用數(shù)量。為了確保調(diào)節(jié)單元設(shè)施本身具有很高的可 靠度，需要控制經(jīng)調(diào)節(jié)后的水的最高流速值。在一個(gè)具體實(shí)施例中，本裝置水的最高流速 限制在200m/s以內(nèi)，若完成額定氣體排量330sm7min的液氮泵設(shè)備測(cè)試，配備的壓裂車是 ΠΧ1500-105壓裂車，需要的液體排量要達(dá)到1. 9m7min，則需要利用的氣動(dòng)截止閥12、電動(dòng) 調(diào)壓閥13各兩個(gè)，調(diào)節(jié)單元310數(shù)量是一個(gè)。在節(jié)流消音管14的出口連接有后續(xù)水循環(huán)設(shè)備，依次包括集輸裝置15、液氣分 離器16、連接管線17、散熱系統(tǒng)18以及循環(huán)管匯19，循環(huán)管匯19與水力阻尼裝置單元200 中的水罐5連接。高壓液氣混合體流經(jīng)多個(gè)調(diào)節(jié)單元310后再經(jīng)節(jié)流消音管14轉(zhuǎn)化成低壓液氣混 合體，此過程中伴隨著大量的熱量產(chǎn)生。其中集輸裝置15的作用是將水與氮?dú)馐占⑤斔?到液氣分離器16中，液氣分離器16的作用是將在測(cè)試過程中形成的水與氮?dú)獾幕旌象w進(jìn) 行分離，分離出的氮?dú)庠诖_保安全的條件下排出，分離出的水經(jīng)連接管線17、散熱系統(tǒng)18 以及循環(huán)管匯19流入水罐5內(nèi)，繼續(xù)循環(huán)使用。其中在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，散熱 系統(tǒng)18包括儲(chǔ)冷卻塔、板式換熱器、循環(huán)泵、閥門、管路等，由于實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的能量被作為 試驗(yàn)介質(zhì)的水吸收而引起溫升，用于對(duì)試驗(yàn)中循環(huán)使用的水冷卻降溫，同時(shí)起到穩(wěn)定液流 作用。在其他實(shí)施例中，散熱系統(tǒng)18也可采用其他已知技術(shù)。因本實(shí)用新型利用液氮泵設(shè)備測(cè)試單元100和水力阻尼裝置單元200本身的動(dòng)力 傳動(dòng)系統(tǒng)及流體分配系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)液氮設(shè)備氮?dú)馀帕康目刂疲圆恍枰硗饧友b動(dòng)力，可 節(jié)約設(shè)備成本及能源。以上是對(duì)本實(shí)用新型液氮泵設(shè)備加載測(cè)試與試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)方面的描述，以下對(duì) 使用本實(shí)用新型進(jìn)行測(cè)試與試驗(yàn)方法進(jìn)行詳細(xì)描述首先，開啟水力泵車7，對(duì)水力泵車7排出的水進(jìn)行加壓，通過壓力傳感器9測(cè)得水 壓。同時(shí)開啟壓力調(diào)節(jié)單元300中的氣動(dòng)截止閥12用于水壓力粗調(diào)，通過調(diào)整氣動(dòng)截止閥 12，可以初步得到所需要的排出壓力。電動(dòng)調(diào)壓閥13用于微調(diào)水壓力，通過調(diào)整電動(dòng)調(diào)壓 閥13，可以對(duì)水力泵車的排出壓力進(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)整。其次，啟動(dòng)液氮泵設(shè)備2，液氮泵設(shè)備2排出的氣態(tài)氮?dú)馀c水力泵車7排出的液體 水進(jìn)行混合，經(jīng)管匯系統(tǒng)10、輸入到混合輸出管匯11。由于事先對(duì)水力阻尼裝置單元200 排出的水液體進(jìn)行壓力加載，水力泵車7向管匯系統(tǒng)10輸入的是高壓水液體，液氮泵設(shè)備 2排出的氣體排向管匯系統(tǒng)10的過程中需要克服其中已經(jīng)存在的壓力，即水力阻尼裝置單 元200排出水的壓力等于液氮泵設(shè)備2排出氣體壓力需要克服的阻尼。由此實(shí)現(xiàn)利用水力 壓裂設(shè)備的排出液體壓力加載系統(tǒng)對(duì)液氮泵裝置2排出氮?dú)膺M(jìn)行壓力加載。在實(shí)際測(cè)試與 試驗(yàn)過程中，利用壓力調(diào)節(jié)單元300中的氣動(dòng)截止閥12、電動(dòng)調(diào)壓閥13對(duì)水力泵車7、液氮 泵設(shè)備2所排出的液氣混合體的流量進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到對(duì)液氮泵裝置2排出氮?dú)獾膲毫?進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，以驗(yàn)證液氮泵設(shè)備2的實(shí)際排出壓力與設(shè)計(jì)指標(biāo)的符合程度。然后，水力泵車7、液氮泵設(shè)備2所排出的液氣混合體匯集到集輸裝置15進(jìn)入液氣 分離器16，經(jīng)液氣分離器16分離后，液體經(jīng)循環(huán)管匯19流入水罐5接著參與循環(huán)，氣體排 入適合的大氣環(huán)境。依據(jù)液氮泵設(shè)備2的氣體排量，以及液氣混合體所允許的氣體最大含 量，為了測(cè)試與試驗(yàn)安全，確定配備測(cè)試與試驗(yàn)要求的水力泵車7的數(shù)量。在本實(shí)用新型的 一個(gè)具體實(shí)施例中，如要完成額定氣體排量330sm7min、額定排出壓力105MPa的液氮泵設(shè)
7備測(cè)試，為了保證實(shí)驗(yàn)與測(cè)試過程中安全，需要混合后泡沫質(zhì)量控制在20%以內(nèi)，需要水力 壓裂泵車的液體額定排量不小于1. 9m7min，排出壓力不低于105MPa。需要配備一臺(tái)額定排 出壓力105MPa的1500型水力壓裂泵車(額定排出功率1500KW)如YLC1500-105壓裂車。 也可以使用兩臺(tái)排出壓力105MPa、額定排量在1.0 1.9m7min的壓裂車如ΠΧ850-105(額 定排出功率850KW)或ΠΧ1000-105(額定排出功率1000KW)并車完成。液氮泵設(shè)備整機(jī)測(cè)試與試驗(yàn)裝置配備有數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，可以與液氮泵設(shè)備 上的流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)接，因非本實(shí)用新型重點(diǎn)故未詳述。液氮泵設(shè)備的排量、動(dòng)力系統(tǒng) 的功率輸出參數(shù)可以直接在液氮泵設(shè)備本身的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中獲取；水力泵車動(dòng)力系統(tǒng)的 功率輸出參數(shù)也可在水力泵車本身的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中獲取。通過測(cè)試與試驗(yàn)系統(tǒng)配備有數(shù) 據(jù)采集與處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)工況的調(diào)節(jié)和對(duì)所需檢測(cè)參數(shù)的測(cè)量、存儲(chǔ)和采集處理、輸 出。測(cè)定液氮泵設(shè)備整機(jī)在各檔轉(zhuǎn)速下的流量、壓力，繪制流量-壓力曲線(見圖2)、輸入 功率-排出壓力曲線(見圖3)、液氮泵設(shè)備加載壓力-加載時(shí)間曲線(見圖4)。本測(cè)試與 試驗(yàn)系統(tǒng)具有自動(dòng)控制與防護(hù)、出口壓力(揚(yáng)程)調(diào)節(jié)，試驗(yàn)狀態(tài)顯示，異常報(bào)警與故障保 護(hù)等功能。本檢測(cè)與試驗(yàn)裝置也可用于液態(tài)二氧化碳泵車等排出高壓氣體設(shè)備的排出流量 測(cè)試、排出氣體壓力加載、測(cè)試與試驗(yàn)。上述試驗(yàn)與測(cè)試過程具有如下特點(diǎn)(1)是利用了水力加載裝置對(duì)水力壓裂設(shè)備 排出壓力進(jìn)行加載。利用專用管匯使液氮泵裝置排出的氮?dú)馀c水力壓裂設(shè)備排出的液體進(jìn) 行混合，一方面降低整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)排出的混合氣液流的氣液比，降低了由于氣體高壓縮比 特點(diǎn)而帶來的試驗(yàn)與測(cè)試風(fēng)險(xiǎn)；另一方面，利用水力壓裂設(shè)備的排出液體壓力加載系統(tǒng)對(duì) 液氮泵裝置排出氮?dú)膺M(jìn)行壓力加載，通過對(duì)液體壓力加載向氣體壓力加載轉(zhuǎn)換，避開了對(duì) 氣體實(shí)施壓力加載而帶來的技術(shù)困難，規(guī)避了對(duì)氣體實(shí)施壓力加載而帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)，從 而確保了本實(shí)用新型的安全測(cè)試。( 利用氣動(dòng)截止閥組件和電動(dòng)調(diào)壓閥為主要部件組成 的壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)于水力壓裂設(shè)備排出流量、壓力調(diào)節(jié)，其中電動(dòng)調(diào)壓閥用于排出壓力微 調(diào)，操作簡(jiǎn)便、精確。(3)在氮?dú)馀菽瓑毫训囊旱迷O(shè)備整機(jī)測(cè)試與試驗(yàn)過程中，可以完成對(duì) 液氮泵設(shè)備的各檔的排出壓力、排量分別進(jìn)行測(cè)試，得出排量與壓力關(guān)系、輸入功率與排出 壓力關(guān)系、加載壓力與加載時(shí)間關(guān)系，并輸出實(shí)驗(yàn)與測(cè)試結(jié)果，從圖2 圖4可明顯看出，本 實(shí)用新型的液氮泵設(shè)備加載測(cè)試與試驗(yàn)裝置已經(jīng)達(dá)到了試驗(yàn)與測(cè)試目的。應(yīng)該注意的是上述實(shí)施例是示例而非限制本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠設(shè)計(jì)很 多替代實(shí)施例而不脫離權(quán)利要求書的范圍。
權(quán)利要求1.一種液氮泵設(shè)備加載測(cè)試與試驗(yàn)裝置，用于油氣田或煤層氣氮?dú)馀菽瓑毫言O(shè)備測(cè) 試，包括液氮罐和被測(cè)試的液氮泵設(shè)備，所述液氮泵設(shè)備安裝于所述液氮罐的排出管道上， 將儲(chǔ)存于所述液氮罐的低壓、低溫液氮轉(zhuǎn)化成常溫高壓氣態(tài)氮泵出，其特征是所述加載測(cè)試與試驗(yàn)裝置還包括水力阻尼裝置單元，包括依次連接的水罐、泵組設(shè)備和管匯系統(tǒng)，所述管匯系統(tǒng)將來自 于所述液氮泵設(shè)備的常溫高壓氣態(tài)氮與來自于所述泵組設(shè)備的高壓水進(jìn)行混合成為高壓 液氣混合體；壓力調(diào)節(jié)單元，安裝于所述水力阻尼裝置單元的下游，通過調(diào)整所述高壓液氣混合體 的流量，而對(duì)所述水力阻尼裝置單元排出的水進(jìn)行加壓。
2.如權(quán)利要求1所述液氮泵設(shè)備加載測(cè)試與試驗(yàn)裝置，其特征是所述壓力調(diào)節(jié)單元 包括至少一個(gè)相互并聯(lián)聯(lián)接的調(diào)節(jié)單元以及后續(xù)水循環(huán)設(shè)備，其中每個(gè)所述調(diào)節(jié)單元進(jìn)一 步包括依次連接的液氣混合輸出管匯，安裝于所述管匯系統(tǒng)的下游，對(duì)混合后的高壓液氣混合體進(jìn)行輸 出分配；至少一個(gè)氣動(dòng)截止閥，對(duì)所述水力泵車的排出壓力進(jìn)行粗調(diào)；至少一個(gè)電動(dòng)調(diào)壓閥，對(duì)所述水力泵車的排出壓力進(jìn)行微調(diào)；節(jié)流消音管，對(duì)所述泵組設(shè)備排出的高壓水實(shí)施壓力加載，并通過消音器進(jìn)行噪音控制。
3.如權(quán)利要求1或2所述液氮泵設(shè)備加載測(cè)試與試驗(yàn)裝置，其特征是所述管匯系統(tǒng) 包括高壓輸水閥門、高壓輸氣閥門、單流閥及管線。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述液氮泵設(shè)備加載測(cè)試與試驗(yàn)裝置，其特征是在所述水罐、 所述液氮罐的排出管道上分別安裝有單流閥以及壓力傳感器。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4所述液氮泵設(shè)備加載測(cè)試與試驗(yàn)裝置，其特征是所述后續(xù) 水循環(huán)設(shè)備連接于所述節(jié)流消音管的出口，所述后續(xù)水循環(huán)設(shè)備依次包括集輸裝置、液氣 分離器、連接管線、散熱系統(tǒng)以及循環(huán)管匯；所述循環(huán)管匯與所述水力阻尼裝置單元的所述 水罐連接；其中所述集輸裝置收集水與氮?dú)獠⑤斔偷剿鲆簹夥蛛x器中，所述液氣分離器將水與 氮?dú)膺M(jìn)行分離，分離出的氮?dú)庠诖_保安全的條件下排出，分離出的水經(jīng)所述連接管線、所述 散熱系統(tǒng)以及所述循環(huán)管匯流入所述水罐內(nèi)循環(huán)使用。
6.如權(quán)利要求1、2、3、4或5所述液氮泵設(shè)備加載測(cè)試與試驗(yàn)裝置，其特征是所述泵 組設(shè)備安裝于所述水罐的出水管道上，所述泵組設(shè)備是水力泵車、或是水泵與動(dòng)力系統(tǒng)的 組合。
專利摘要一種液氮泵設(shè)備加載測(cè)試與試驗(yàn)裝置，用于油氣田或煤層氣氮?dú)馀菽瓑毫言O(shè)備測(cè)試，特設(shè)有水力阻尼裝置單元和壓力調(diào)節(jié)單元，水力阻尼裝置單元包括依次連接的水罐、泵組設(shè)備、和管匯系統(tǒng)，管匯系統(tǒng)將來自于液氮泵設(shè)備的常溫高壓氣態(tài)氮與來自于泵組設(shè)備的高壓水進(jìn)行混合成為高壓液氣混合體；壓力調(diào)節(jié)單元通過調(diào)整高壓液氣混合體的流量，而對(duì)水力阻尼裝置單元排出的水進(jìn)行加壓。本實(shí)用新型利用水力加載裝置進(jìn)行加載，避開了對(duì)氣體實(shí)施壓力加載而帶來的技術(shù)困難和安全風(fēng)險(xiǎn)；壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便、精確；利用設(shè)備本身的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)及流體分配系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)液氮設(shè)備氮?dú)馀帕康目刂?，不需要另外加裝動(dòng)力，節(jié)約設(shè)備成本及能源。
文檔編號(hào)F04B51/00GK201874796SQ20102056934
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2010年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月14日
發(fā)明者張洪光, 徐剛, 王曉林, 王樹龍, 談獻(xiàn)英 申請(qǐng)人:中國(guó)石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司