一种压裂泵液力端工作参数实时监控系统的制作方法

本发明涉及石油矿场机械技术领域，特别是涉及一种压裂泵液力端工作参数实时监控系统。

背景技术：

近年来，国内各油田相继进入中后开采期，以及复杂岩性油气藏、高压、超高压、深井、超深井、异常高压地层、四低储层（低渗、低压、低产、低丰度）、水平井、多分支等复杂结构井的不断增多，使得原油开采的难度愈来愈大。为保证高效的原油采收率，大功率、大排量、超高压的压裂机组在各大油田夜以继日的投入生产，功不可没。

目前国内压裂机组生产厂家主要集中在以中石化石油工程机械有限公司第四机械厂为代表性的重量级企业。山东烟台杰瑞石油装备技术有限公司经过十五载的研制与技术攻关，在业界也具有举足轻重的地位。占据市场份额较小的企业则有兰州通用机器制造有限公司、宝鸡石油机械厂、兰州矿场机械有限公司、湖北中油科昊机械制造有限公司、永泰集团宁波高压泵厂、上海清河机械有限公司等。虽然国内进入压裂设备生产制造行业的企业呈逐年增多之势，且具有市场领导者的重量级企业一直在大力发展和创新。但就目前国内压裂机组的使用现状来看，仍存在一些缺陷。现有的国产压裂装备整体作业能力普遍偏低，在非常规油气田及深井油井等工况中作业效果较差，泵头体及其他关键零部件的实际使用寿命远小于设计使用寿命。

出厂检测是压裂设备投入使用前的最后一道工序，也是最关键的一步。出厂检测的作用主要体现在：一方面，对压裂设备在近似工况下进行不同输入参数的试运行工作，可以及时有效地发现该泵可能存在的由于设计或制造过程中产生的问题，保证压裂设备厂家所出产的每一台设备的质量；另一方面，用于实施出厂检测的试验台架，可以帮助研发人员弄清设备在近似工况下正常运行时关键部件及主要技术参数的变化特征，通过比对试验结果和理论设计结果，进一步优化压裂设备的设计和制造。然而，从目前国内厂家所搭建的用于出厂检测的试验台架还不够完善，检测的关键技术参数相比设计参数还远远不够，对于压裂设备内部关键部件及主要参数的研究分析较为缺乏。为更为有效地保证设备出厂质量和深入地研究设备各个部件的工作机理，急需一套完善的压裂设备检测系统。

随着科学技术的持续发展，检测技术在硬件和软件方面均得到了巨大提高。基于现有技术，完全可以实现科研单位和工业单位对恶劣、复杂环境下被测物的工作参数的高精度检测需求。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种压裂泵液力端工作参数实时监控系统。该系统能够获取压裂泵工作过程中液力端的关键工作参数，包括柱塞位置、排出阀芯位置、吸入阀芯位置、吸入腔内压力、吸入端压力、排出端压力、液力端后端面靠近排出阀和吸入阀附近的加速度。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种压裂泵液力端工作参数实时监控系统，包括数据检测系统与数据处理系统；所述数据检测系统包括用于实时获取压裂泵液力端柱塞位置的柱塞位移传感器，包括用于实时获取排出阀阀芯位置的排出阀位移传感器，包括用于实时获取吸入阀阀芯位置的吸入阀位移传感器，包括用于实时获取吸入端压力值的吸入端压力传感器，包括用于实时获取吸入腔压力值的吸入腔压力传感器，包括用于实时获取排出管汇靠近排出端压力值的排出端压力传感器，包括用于实时获取液力端基体上靠近阀芯附近的加速度值的两个加速度传感器，包括用于实时采集数据的数据采集器；所述的数据处理系统包括用于实时显示各个传感器数据的数据采集软件及上位机。

所述的柱塞位移传感器、排出阀位移传感器、吸入阀位移传感器的基本结构与工作原理相同，仅有尺寸上的差异。

所述的柱塞位移传感器并行于柱塞轴线方向安装在液力端上，并配有专用的安装支架，安装支架固定在压裂泵液力端排出管汇的接口上，柱塞位移传感器基体与安装支架通过螺纹连接。

所述的排出阀位移传感器安装在排出堵头上端，基体材料为304不锈钢，具有抗高压、耐腐蚀的特点，排出阀位移传感器基体与排出堵头连接处安装有高压密封圈，阀芯拉杆上配有导向环。

所述的吸入阀位移传感器基体通过专用接头安装在吸入管总管汇上，阀芯拉杆一端与吸入阀阀芯下端连接，拉杆上配有导向环。

所述的吸入端压力传感器安装在靠近吸入端附近的位置，基体形状为特定的l型，压力检测探头设置于l型垂直段，l型水平段与安装支架设置有两级密封圈及同心环。

所述的吸入腔压力传感器安装在液力端前端面的吸入堵头上，吸入堵头设置有通孔，传感器基体与堵头之间设置有高强度密封圈。

所述的排出端压力传感器安装在压裂泵排出腔一侧的三通管汇上，传感器基体与堵头之间设置有高强度密封圈。

所述的排出阀加速度传感器与吸入阀加速度传感器安装结构相同，通过专用安装支架固定在压裂泵液力端后端面靠近阀芯的位置，其测量方向与阀芯运动方向平行。

所述的数据采集器实现对所有传感器输出的数据进行同步采集，且各通道的采集频率可以实现自定义设置。

本发明具有以下优点：（1）本发明能够准确检测压裂泵液力端柱塞位置、排出阀位置、吸入阀位置、吸入端压力、吸入腔压力、排出端压力以及靠近阀体附近的加速度等关键参数；（2）本发明能够根据科研工作的不同需求，自定义设置各个通道的采集频率，既可以提高所测量数据的精度，又可以降低数据后处理工作的时间成本；（3）本发明能够实时监测压裂泵在作业过程中其液力端各个零部件的运动状态，方便现场作业人员实时监测和提前判断零部件是否故障；（4）本发明所设计的各个传感器的安装方式均以不损坏液力端基体为原则，安装及拆卸较为方便，且易于更换。

附图说明

图1为本发明的基本构架图；

图2为本发明压裂泵液力端工作性能测量系统的安装结构示意图的剖面图；

图3为本发明压裂泵液力端工作性能测量系统的安装结构示意图的局部剖面图；

图中，1-排出阀位移传感器，2-排出堵头，3-排出阀阀芯，4-吸入堵头，5-吸入腔压力传感器，6-吸入阀阀芯，7-吸入端压力传感器，8-固定底座，9-吸入管，10-固定底座，11-吸入阀位移传感器，12-排出阀振动传感器，13-固定底座，14-压裂泵液力端，15-柱塞，16-卡箍，17-固定支架，18-柱塞位移传感器拉杆，19-柱塞位移传感器，20-固定底座，21-固定底座，22-吸入阀振动传感器，23-排出端压力传感器，24-排出堵头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下描述：

如图1所示，一种压裂泵液力端工作参数实时监控系统，它包括数据检测系统、数据处理系统。数据检测系统包括多个高精度传感器及一台数据采集器，通过在对应位置分别安装传感器，将实时获取压裂泵液力端14的柱塞15位置、排出阀阀芯3位置、吸入阀阀芯6位置、吸入端压力、吸入腔压力、排出端压力以及靠近阀体附近的加速度等关键参数传送至数据采集器。数据处理系统用以调取数据采集器所采集的实时数据，并加以处理分析，通过上位机界面实时显示。

如图2所示，所述的数据检测系统由柱塞位移传感器19、排出阀位移传感器1、吸入阀位移传感器11、吸入端压力传感器7、吸入腔压力传感器5、排出端压力传感器23、排出阀振动传感器12、吸入阀振动传感器22以及高速数据采集器组成。

如图2所示，柱塞位移传感器19的测量方向与柱塞15轴线平行，柱塞位移传感器19壳体通过专用固定支架20安装于压裂泵液力端14基体上，柱塞位移传感器拉杆18通过固定支架17与卡箍16连接。柱塞位移传感器19用以测量压裂泵作业过程中柱塞15的实时位置。排出阀位移传感器1的测量方向与排出阀阀芯3运动方向同轴，排出阀位移传感器1壳体通过螺纹固定在排出堵头2上，其拉杆一端与排出阀阀芯3上端连接。排出阀位移传感器用以测量压裂泵作业过程中排出阀阀芯3的实时位置，从而可以获得排出阀阀芯3的实际升程。吸入阀位移传感器11的测量方向与吸入阀阀芯6运动方向同轴，吸入阀位移传感器11壳体通过专用固定底座10安装于吸入管9上，其拉杆一端与吸入阀下端连接。吸入阀位移传感器11用以测量压裂泵作业过程中吸入阀阀芯6的实时位置，从而可以获得吸入阀阀芯6的实际升程。

如图2所示，排出阀振动传感器12通过专用固定底座13安装在压裂泵液力端14后端面靠近排出阀的位置，传感器测量方向与排出阀阀芯3运动方向平行，用以测量压裂泵作业过程中液力端后端面靠近排出阀附近位置的振动情况。吸入阀振动传感器22的安装方式、安装位置均与排出阀振动传感器12相似。

如图2所示，吸入端压力传感器7通过专用固定底座8安装在吸入管9的支管部分。为保证获得测量目标区域的准确压力值，将压力传感器基体形状设计为l型，传感器探头设置于l型的垂直段，其他芯片设置于l型的水平段。吸入端压力传感器7安装时由吸入管9内安装。吸入腔压力传感器5通过螺纹配合安装在压裂泵液力端14前端面的吸入堵头4上，吸入堵头4上钻有通孔，保证传感器探头能接触到吸入腔内的高压液体。吸入腔压力传感器5用以测量压裂泵作业过程中吸入腔内的实时压力值，从而可以获得吸入腔内的压力变化曲线。

如图3所示，排出端压力传感器23安装在压裂泵液力端14排出管汇三通结构的一端，通过螺纹配合与三通排出堵头24连接，排出堵头24上钻有通孔，保证传感器探头能接触到排出管汇内的高压液体。排出端压力传感器23用以测量压裂泵作业过程中排出管汇中的实时压力值，从而可以获得排出管汇内的压力变化曲线。

如图1、图2、图3所示，所发明的一种压裂泵液力端14工作参数实时监控系统，包含1个柱塞位移传感器19、1个排出端压力传感器23、1个高速数据采集器、1套数据处理软件，排出阀位移传感器、吸入阀位移传感器11、吸入端压力传感器7、吸入腔压力传感器5、吸入阀加速度传感器、排出阀加速度传感器数量可根据压裂泵液力端14缸数或实际作业要求进行配置。所有传感器输出的数据流，均通过高速数据采集器接收和预处理，最终输出至上位机端，由数据处理软件进行后处理。数据采集器和数据处理软件可以根据实际工作的不同需求，自定义设置各个通道的采集频率，既可以提高所测量数据的精度，又可以降低数据后处理工作的时间成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明的并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。