本發(fā)明屬于水力壓裂設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種液力遠(yuǎn)程控制高壓管匯。

背景技術(shù)：

水力壓裂施工中，由混砂車通過低壓管匯為壓裂泵車供液；壓裂車高壓泵加壓后的壓裂液經(jīng)排出端在高壓管匯匯合；匯合后的壓裂液經(jīng)過高壓管線進(jìn)入井口，沿著井筒進(jìn)入地層進(jìn)行造縫，改造地層導(dǎo)流能力。其中，壓裂車、高壓管匯、高壓管線等區(qū)域?qū)儆诟邏簠^(qū)，為了搶修泵車，操作者通常在高壓下關(guān)閉泵車排出端旋塞閥，這存在較大人員傷害風(fēng)險(xiǎn)。

現(xiàn)有的高壓管匯主要采用人力手動(dòng)控制高壓旋塞閥門的開啟和關(guān)閉，施工人員需進(jìn)入高壓區(qū)手動(dòng)打開高壓管匯上的旋塞閥門實(shí)現(xiàn)開啟或關(guān)閉旋塞的方法已難以實(shí)現(xiàn)，不僅對(duì)人身安全產(chǎn)生嚴(yán)重威脅，嚴(yán)重違反HSE勞動(dòng)規(guī)章制度，在手動(dòng)操作過程中旋塞狀態(tài)的誤判導(dǎo)致施工事故和施工失敗的情況時(shí)有發(fā)生，事故影響范圍大、后果嚴(yán)重，迫切需要可以遠(yuǎn)程操作的高壓管匯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有高壓管匯的不足，提供一種壓裂用液力遠(yuǎn)程控制高壓管匯，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓管匯的遠(yuǎn)程操作和控制。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

壓裂用液力遠(yuǎn)程控制高壓管匯，包括以下組成部分：直角兩通、三通以及連接直角兩通、三通的直管，其特征在于，還包括液控旋塞閥系統(tǒng)及其控制箱，所述液控旋塞閥系統(tǒng)包括液壓管線、旋塞閥、液力控制旋塞盒、電動(dòng)泵、電瓶和液壓分配器及其控制的液壓油控制閥門；電瓶為液控旋塞閥系統(tǒng)及其控制箱供電；控制箱與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，控制箱根據(jù)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的指令或者現(xiàn)場輸入指令控制電動(dòng)泵運(yùn)轉(zhuǎn)泵送液壓油到液壓分配器，液壓分配器開啟目標(biāo)旋塞閥的液壓油控制閥門，液壓油驅(qū)動(dòng)旋塞閥開啟或關(guān)閉。

液力遠(yuǎn)程控制高壓管匯具有兩種控制方式：(1)本地控制：控制箱通過本地管匯控制軟件直接控制旋塞閥開啟/關(guān)閉；(2)遠(yuǎn)程控制：控制箱接收遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)(儀表車)管匯控制軟件指令來控制旋塞閥開啟/關(guān)閉，其中高壓管匯控制箱與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)(儀表車)數(shù)據(jù)采集箱之間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，優(yōu)選采用網(wǎng)線連接。操作者可以直接通過控制箱管匯控制軟件來控制旋塞閥開啟/關(guān)閉，也可通過儀表車管匯控制軟件來遠(yuǎn)程控制旋塞閥開啟/關(guān)閉，這大大降低了人員受傷害的風(fēng)險(xiǎn)。

遠(yuǎn)程控制操作流程為：操作人員通過儀表車管匯控制軟件下達(dá)指令，指令經(jīng)由網(wǎng)線傳輸至高壓管匯控制箱，控制箱控制電動(dòng)泵運(yùn)轉(zhuǎn)泵送液壓油到液壓分配器，液壓分配器開啟目標(biāo)旋塞閥的液壓油控制閥門，液壓油驅(qū)動(dòng)旋塞閥開啟/關(guān)閉，這實(shí)現(xiàn)了高壓管匯的遠(yuǎn)程控制，避免了操作人員進(jìn)入危險(xiǎn)的高壓區(qū)手動(dòng)操作旋塞閥開關(guān)。

在一些具體實(shí)施方案中，液壓控制旋塞閥系統(tǒng)的主要部件及工作原理如下。電瓶：為液控旋塞閥系統(tǒng)及控制箱供電；控制箱：液力遠(yuǎn)程控制高壓管匯的核心，主要功能是接收并處理管匯控制軟件的指令，接收指令后將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳輸給電動(dòng)泵及液壓分配器，促使電動(dòng)泵和液壓分配器工作；電動(dòng)泵：用電驅(qū)動(dòng)的工作泵，接收控制箱信號(hào)后運(yùn)轉(zhuǎn)，向液壓分配器泵送液壓油；液壓分配器：接收控制箱信號(hào)后，確認(rèn)要打開的旋塞閥位置，將其相應(yīng)的液壓油閥門打開，從而控制液壓油流動(dòng)方向；液力控制旋塞盒內(nèi)的液壓缸及活塞：活塞式、雙作用式液壓缸，活塞兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)通過兩腔交替進(jìn)油，靠液壓力的作用來完成；緊固螺栓：用來固定活塞與曲柄連桿機(jī)構(gòu)；曲柄連桿機(jī)構(gòu)：將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)將作用于活塞上的力轉(zhuǎn)變?yōu)榍S對(duì)外輸出的轉(zhuǎn)矩，以驅(qū)動(dòng)旋塞轉(zhuǎn)動(dòng)；旋塞：通過旋塞轉(zhuǎn)動(dòng)來控制旋塞閥開啟與關(guān)閉；旋塞指示銷：指示旋塞位置；接近傳感器：檢測旋塞指示銷的移動(dòng)信息，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)反饋給控制箱。

在一些具體實(shí)施方案中，將活塞和曲柄連桿機(jī)構(gòu)更換為液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)旋塞轉(zhuǎn)動(dòng)。

進(jìn)一步地，液力遠(yuǎn)程控制高壓管匯的工作原理如下：

①操作者通過遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)(儀表車)管匯控制軟件來下達(dá)旋塞閥開/關(guān)指令；

②控制箱接收指令后將其處理轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并發(fā)送給電動(dòng)泵；

③電動(dòng)泵接收電信號(hào)后運(yùn)轉(zhuǎn)，泵送液壓油到達(dá)液壓分配器；

④液壓分配器根據(jù)控制箱信號(hào)將目標(biāo)旋塞閥的液壓油控制閥門打開，液壓油通過液壓管線進(jìn)入液壓缸：若開啟旋塞閥，則液壓油從右側(cè)進(jìn)入，左側(cè)排出，若關(guān)閉旋塞閥，則液壓油從左側(cè)進(jìn)入，右側(cè)排出；

⑤液壓油驅(qū)動(dòng)液力控制旋塞盒中的液壓缸活塞伸出/收縮，活塞與控制旋塞旋轉(zhuǎn)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)之間采用緊固螺栓連接，活塞帶動(dòng)旋塞逆時(shí)針/順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，旋塞閥逐步開啟/關(guān)閉；

⑥指示銷接觸到接近傳感器后，接近傳感器會(huì)發(fā)送反饋信號(hào)至控制箱計(jì)算機(jī)，控制箱計(jì)算機(jī)下達(dá)指令停止電動(dòng)泵和液壓分配器運(yùn)轉(zhuǎn)。

或者

①操作者通過遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)(儀表車)管匯控制軟件來下達(dá)旋塞閥開/關(guān)指令；

②控制箱接收指令后將其處理轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并發(fā)送給電動(dòng)泵；

③電動(dòng)泵接收電信號(hào)后運(yùn)轉(zhuǎn)，泵送液壓油到達(dá)液壓分配器；

④液壓分配器根據(jù)控制箱信號(hào)將目標(biāo)旋塞閥的液壓油控制閥門打開，液壓油通過液壓管線進(jìn)入液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)帶動(dòng)旋塞逆時(shí)針/順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，旋塞閥逐步開啟/關(guān)閉；

⑤指示銷接觸到接近傳感器后，接近傳感器會(huì)發(fā)送反饋信號(hào)至控制箱計(jì)算機(jī)，控制箱計(jì)算機(jī)下達(dá)指令停止電動(dòng)泵和液壓分配器運(yùn)轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步地，高壓管匯與壓裂泵車之間的相互反饋關(guān)系如下。高壓管匯與壓裂泵車之間采用四芯數(shù)據(jù)線連接。旋塞閥開關(guān)狀態(tài)與泵車運(yùn)行狀態(tài)之間相互影響：(1)泵車處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)無法關(guān)閉旋塞閥；(2)旋塞閥關(guān)閉時(shí)泵車無法啟動(dòng)。

進(jìn)一步地，管匯控制軟件既可以實(shí)時(shí)顯示旋塞開啟/關(guān)閉狀態(tài)，也可以控制旋塞開啟/關(guān)閉，并且可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)高壓管匯旋塞閥開啟或關(guān)閉，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，操作靈活。

進(jìn)一步地，三通采用Y型三通。

目前，多數(shù)高壓管匯采用T型三通連接高壓直管與旋塞閥，但T型三通流體流動(dòng)阻力大，流動(dòng)方向難以確定。而本設(shè)計(jì)采用Y型三通連接高壓直管與旋塞閥，流體流動(dòng)阻力小，大量流體向井口方向流動(dòng)，不易出現(xiàn)紊流、涌阻現(xiàn)象。

進(jìn)一步地，還包括支撐架和定位銷，通過支撐架和定位銷可以實(shí)現(xiàn)多套管匯的上下疊加和整體移動(dòng)。

本發(fā)明提供的壓裂用液力遠(yuǎn)程控制高壓管匯，能夠?qū)Ω邏汗軈R本地控制或遠(yuǎn)程控制，極大地提高了高壓管匯操作的安全性和可靠性。液力遠(yuǎn)程控制高壓管匯還可以對(duì)壓裂泵車起到保護(hù)作用，避免泵車在壓裂施工過程中由于緊急停車導(dǎo)致高壓流體對(duì)泵頭的損壞。此外，高壓管匯與壓裂泵車之間的反饋關(guān)系也能夠確保操作人員及設(shè)備的安全，避免由于旋塞閥關(guān)閉導(dǎo)致壓裂泵車憋壓爆裂事故，保證壓裂施工安全順利進(jìn)行。

附圖說明

圖1是實(shí)施例1的壓裂用液力遠(yuǎn)程控制高壓管匯結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是實(shí)施例1的壓裂用液力遠(yuǎn)程控制高壓管匯控制方式原理圖。

圖3是實(shí)施例1的壓裂用液力遠(yuǎn)程控制高壓管匯立體圖。

圖4是實(shí)施例1的壓裂用液力遠(yuǎn)程控制高壓管匯的液力控制旋塞盒結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：1-直角兩通，2-T型三通，3-Y型三通，4-直管，5-支撐架，6-定位銷，7-旋塞閥，8-液力控制旋塞盒，9-電動(dòng)泵，10-液壓分配器，11-電瓶，12-控制箱，13-液壓缸，14-活塞，15-緊固螺栓，16-曲柄連桿機(jī)構(gòu)，17-接近傳感器，18-旋塞。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

圖1是本發(fā)明的壓裂用液力遠(yuǎn)程控制高壓管匯結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是本發(fā)明的壓裂用液力遠(yuǎn)程控制高壓管匯立體圖。如圖所示，本發(fā)明的壓裂用液力遠(yuǎn)程控制高壓管匯是在普通高壓管匯的基礎(chǔ)上加裝了液控旋塞閥系統(tǒng)及其控制箱12。操作者可以直接通過控制箱管匯控制軟件來控制旋塞閥開啟/關(guān)閉，也可通過儀表車管匯控制軟件來遠(yuǎn)程控制旋塞閥開啟/關(guān)閉，這大大降低了人員受傷害的風(fēng)險(xiǎn)。普通高壓管匯主要由以下部分構(gòu)成：直角兩通1、T型三通2、Y型三通3、直管4、支撐架5、定位銷6。液控旋塞閥系統(tǒng)主要由以下部分構(gòu)成：液壓管線、旋塞閥7、液力控制旋塞盒8、電動(dòng)泵9、液壓分配器10和電瓶11。

液力遠(yuǎn)程控制高壓管匯具有兩種控制方式：(1)本地控制：控制箱通過本地管匯控制軟件直接控制旋塞閥開啟/關(guān)閉；(2)遠(yuǎn)程控制：控制箱接收儀表車管匯控制軟件指令來控制旋塞閥開啟/關(guān)閉，其中高壓管匯控制箱與儀表車數(shù)據(jù)采集箱之間采用網(wǎng)線連接。

遠(yuǎn)程控制操作流程為：操作人員通過儀表車管匯控制軟件下達(dá)指令，指令經(jīng)由網(wǎng)線傳輸至高壓管匯控制箱，控制箱控制電動(dòng)泵運(yùn)轉(zhuǎn)泵送液壓油到液壓分配器，液壓分配器開啟目標(biāo)旋塞閥的液壓油控制閥門，液壓油驅(qū)動(dòng)旋塞閥開啟/關(guān)閉，這實(shí)現(xiàn)了高壓管匯的遠(yuǎn)程控制，避免了操作人員進(jìn)入危險(xiǎn)的高壓區(qū)手動(dòng)操作旋塞閥開關(guān)。

液力控制旋塞盒結(jié)構(gòu)如圖4所示。液壓控制旋塞閥系統(tǒng)的主要部件及工作原理如下：

電瓶11：為液控旋塞閥系統(tǒng)及其控制箱供電；

控制箱12：液力遠(yuǎn)程控制高壓管匯的核心，主要功能是接收并處理管匯控制軟件的指令，接收指令后將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳輸給電動(dòng)泵及液壓分配器，促使電動(dòng)泵和液壓分配器工作；

電動(dòng)泵9：用電驅(qū)動(dòng)的工作泵，接收控制箱信號(hào)后運(yùn)轉(zhuǎn)，向液壓分配器泵送液壓油；

液壓分配器10：接收控制箱信號(hào)后，確認(rèn)要打開的旋塞閥位置，將其相應(yīng)的液壓油閥門打開，從而控制液壓油流動(dòng)方向；

液壓缸13及活塞14：活塞式、雙作用式液壓缸，活塞兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)通過兩腔交替進(jìn)油，靠液壓力的作用來完成；

緊固螺栓15：用來固定活塞與曲柄連桿機(jī)構(gòu)；

曲柄連桿機(jī)構(gòu)16：將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)將作用于活塞上的力轉(zhuǎn)變?yōu)榍S對(duì)外輸出的轉(zhuǎn)矩，以驅(qū)動(dòng)旋塞轉(zhuǎn)動(dòng)；

旋塞18：通過旋塞轉(zhuǎn)動(dòng)來控制旋塞閥開啟與關(guān)閉；

接近傳感器17：檢測旋塞指示銷的移動(dòng)信息，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)反饋給控制箱。

本發(fā)明的液力遠(yuǎn)程控制高壓管匯的工作原理如圖2所示：

①操作者通過儀表車管匯控制軟件來下達(dá)旋塞閥開/關(guān)指令；

②控制箱12接收指令后將其處理轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并發(fā)送給電動(dòng)泵9；

③電動(dòng)泵9接收電信號(hào)后運(yùn)轉(zhuǎn)，泵送液壓油到達(dá)液壓分配器10；

④液壓分配器10根據(jù)控制箱12信號(hào)將目標(biāo)旋塞閥的液壓油控制閥門打開，液壓油通過液壓管線進(jìn)入液壓缸13：若開啟旋塞閥，則液壓油從右側(cè)進(jìn)入，左側(cè)排出，若關(guān)閉旋塞閥，則液壓油從左側(cè)進(jìn)入，右側(cè)排出；

⑤液壓油驅(qū)動(dòng)液力控制旋塞盒8中的液壓缸13活塞14伸出/收縮，活塞14與控制旋塞18旋轉(zhuǎn)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)16之間采用緊固螺栓15連接，活塞14帶動(dòng)旋塞18逆時(shí)針/順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，旋塞閥逐步開啟/關(guān)閉；

⑥指示銷接觸到旋塞閥接近傳感器17后，傳感器17會(huì)發(fā)送反饋信號(hào)至控制箱12計(jì)算機(jī)，控制箱12計(jì)算機(jī)下達(dá)指令停止電動(dòng)泵9和液壓分配器10運(yùn)轉(zhuǎn)。

實(shí)施例2

壓裂用液力遠(yuǎn)程控制高壓管匯由以下部分構(gòu)成：直角兩通、T型三通、Y型三通、直管、支撐架、定位銷和旋塞閥系統(tǒng)及其控制箱。液控旋塞閥系統(tǒng)主要由以下部分構(gòu)成：液壓管線、旋塞閥、液力控制旋塞盒、電動(dòng)泵、液壓分配器、液壓馬達(dá)和電瓶。其工作原理如下：

①操作者通過儀表車管匯控制軟件來下達(dá)旋塞閥開/關(guān)指令；

②控制箱接收指令后將其處理轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并發(fā)送給電動(dòng)泵；

③電動(dòng)泵接收電信號(hào)后運(yùn)轉(zhuǎn)，泵送液壓油到達(dá)液壓分配器；

④液壓分配器根據(jù)控制箱信號(hào)將目標(biāo)旋塞閥的液壓油控制閥門打開，液壓油通過液壓管線進(jìn)入液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)逆時(shí)針/順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，旋塞閥逐步開啟/關(guān)閉；

⑤指示銷接觸到旋塞閥接近傳感器后，傳感器會(huì)發(fā)送反饋信號(hào)至控制箱計(jì)算機(jī)，控制箱計(jì)算機(jī)下達(dá)指令停止電動(dòng)泵和液壓分配器運(yùn)轉(zhuǎn)。