油田用管汇系统和压裂设备组的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种油田用管汇系统和压裂设备组。本实用新型提供的油田用管汇系统包括：设置有第一管接头组的第一管路终端，第一管路终端具有第一出口；设置有第二管接头组的第二管路终端，第二管路终端具有第一入口；至少两个吸入泵，各吸入泵的进口与第一出口连通；用于和混合罐的进液口连通的吸入总管道，各吸入泵的排放口分别与吸入总管道连通；至少两个排出泵，各排出泵的进口分别用于和混合罐的出液口连通；排出总管道，各排出泵的排放口分别与排出总管道连通，且排出总管道与第一入口连通。本实用新型提供的油田用管汇系统排量可以满足大规模压裂施工的需求，并有利于降低设备成本。
【专利说明】油田用管汇系统和压裂设备组
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及压裂设备领域，更具体地，涉及一种油田用管汇系统和压裂设备组。
【背景技术】
[0002]压裂施工作业是改造油气藏的重要手段之一，对于低渗透油气井，一般需要借助于压裂作业才能达到稳产和增产的目的。压裂施工协同作业设备一般包括供水车、混砂车、管汇系统和压裂车，管汇系统作为压裂作业的重要设备，起到将供液车内的液体泵送至混砂车的混合罐中参与拌制压裂液，并将混合罐内制好的压裂液泵送给压裂车柱塞泵的作用。目前压裂施工的规模日益增大，为提高压裂施工效率，通常一台混砂车通过管汇系统向多台压裂车供应压裂液。
[0003]管汇系统的典型结构包括两个管路终端、单个吸入泵和单个排出泵、吸入总管道和排出总管道，各管路终端上分别设置有管接头组，一个管路终端的管接头组用于和供水车的水箱通过管道连通，吸入泵的进口与该管路终端连通，吸入泵的排放口与吸入总管道连通，吸入总管道用于和混砂车的混合罐连接，以使水注入混合罐内；排出泵的进口用于和混合罐连通，排出总管道与排出泵的排放口连通，另一个管路终端与排出总管道连通，多个压裂车的压裂泵入口通过管道分别与该另一个管路终端连通，以使混合罐内拌制好的压裂液输入压裂车的压裂泵中。
[0004]上述的管汇系统能够满足一般规模的压裂施工需求，然而当压裂施工规模增大时，需要更多台的压裂车同时作业，同时需要配备更大排量的管汇系统为更多台的压裂车供应压裂液，而当前管汇系统受限于吸入泵和排出泵的功率，最大清水排量一般为16m3/min，混配支撑剂后的压裂液的最大排量还低于16m3/min，不能满足大规模压裂施工的需求。目前，为使管汇系统的排量能够满足大规模压裂施工的需求，主要可采用两种方式:一种方式是对管汇系统配置更高规格的吸入泵和排出泵，而更高规格的吸入泵和排出泵相对于普通规格的泵来说价格较为高昂，造成设备成本的大幅增加，影响施工作业的收益，且配置更高规格的泵所能增加的排量也是有限的；另一种方式是增配一套混砂车和管汇系统，而混砂车的费用更加高昂，对压裂施工的成本和收益的影响更大。
[0005]因此，如何使管汇系统的排量满足大规模压裂施工需求的同时，进一步降低设备成本是本领域技术人员亟待解决的问题。
实用新型内容
[0006]本实用新型的一个目的是提供一种油田用管汇系统，该油田用管汇系统的排量可以满足大规模压裂施工的需求，并有利于降低设备成本。本实用新型的另一个目的在于提供一种应用上述油田用管汇系统的压裂设备组。
[0007]本实用新型提供的一种油田用管汇系统，包括:设置有第一管接头组的第一管路终端，第一管路终端具有第一出口 ；设置有第二管接头组的第二管路终端，第二管路终端具有第一入口 ；至少两个吸入泵，各吸入泵的进口与第一出口连通；用于和混合罐的进液口连通的吸入总管道，各吸入泵的排放口分别与吸入总管道连通；至少两个排出泵，各排出泵的进口分别用于和混合罐的出液口连通；排出总管道，各排出泵的排放口分别与排出总管道连通，且排出总管道与第一入口连通。
[0008]进一步地，各吸入泵的进口与第一出口相连通的通道上设置有第一阀门；第二管路终端具有第二出口，各吸入泵的进口与第二出口连通，且各吸入泵的进口与第二出口相连通的通道上设置有第二阀门；排出总管道与第一入口相连通的通道上设置有第三阀门；第一管路终端具有第二入口，排出总管道与第二入口连通，且排出总管道与第二入口相连通的通道上设置有第四阀门。
[0009]进一步地，该油田用管汇系统还包括连接在吸入总管道和排出总管道之间的支路，支路上设置有第五阀门。
[0010]进一步地，至少一个吸入泵的排放口与吸入总管道相连通的通道上设置有第六阀门；至少一个排出泵的排放口与排出总管道相连通的通道上设置有第七阀门。
[0011]进一步地，各吸入泵的排放口与吸入总管道相连通的通道上均设置有第六阀门；各排出泵的排放口与排出总管道相连通的通道上均设置有第七阀门。
[0012]进一步地，吸入总管道上设置有第九阀门，第九阀门处于吸入总管道与支路的连接口的下游；排出总管道上设置有第十阀门，第十阀门处于排出总管道与支路的连接口的上游。
[0013]进一步地，第一管路终端、第二管路终端通过集管总成与各吸入泵连接；集管总成包括:主管路，分别与主管路连接的第一入液管、第二入液管和至少两个出液管；第一入液管与第一出口连接，第一阀门设置在第一入液管上；第二入液管与第二出口连接，第二阀门设置在第二入液管上；各出液管与各吸入泵的进口一一对应连接。
[0014]进一步地，位于相邻两出液管之间的主管路上设置有第八阀门。
[0015]本实用新型提供的油田用管汇系统包括至少两个吸入泵和至少两个排出泵，通过各吸入泵的协同作业和各排出泵的协同作业来增加管汇系统的排量，这样，不但可以满足更大规模的压裂施工的需求，而且各吸入泵和排出泵可以选用普通规格的泵，有助于降低管汇系统的设备成本。另外，因管汇系统的吸入泵和排出泵数量均不少于两个，管汇系统的排量得到大幅提升的同时，一台混砂车通过该油田用管汇系统可以为更多台压裂车提供压裂液，提高了混砂车的单车作业能力，可以减少混砂车的使用数量，有助于降低压裂施工作业的设备成本。
[0016]本实用新型提供的另一种油田用管汇系统，包括:设置有第一管接头组的第一管路终端，第一管路终端具有第一出口 ；设置有第二管接头组的第二管路终端，第二管路终端具有第一入口 ；至少两个吸入泵，各吸入泵的进口与第一出口连通；吸入总管道，各吸入泵的排放口分别与吸入总管道连通；排出总管道，排出总管道与第一入口连通；支路，连接在吸入总管道和排出总管道之间。该油田用管汇系统适用于由外部供应的成品压裂液直接输送给第一管接头组的工况，通过各吸入泵的协同作业来增加管汇系统的排量后，由第二管接头组输出给多个压裂车，以满足更大规模的压裂施工的需求，而且各吸入泵可以选用普通规格的泵，有助于降低管汇系统的设备成本。
[0017]本实用新型提供的压裂设备组具有混砂车、压裂车和上述的油田用管汇系统。【专利附图】
【附图说明】
[0018]构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
[0019]图1示意性示出了本实用新型第一实施例提供的油田用管汇系统的结构原理图，为便于理解，图中还示出了混合罐；
[0020]图2示意性示出了本实用新型第二实施例提供的油田用管汇系统的结构原理图，为便于理解，图中还示出了混合罐；
[0021]图3示意性示出了本实用新型第三实施例提供的油田用管汇系统的结构原理图，为便于理解，图中还示出了混合罐；
[0022]图4示意性示出了本实用新型第四实施例提供的油田用管汇系统的立体结构；
[0023]图5示意性示出了本实用新型第五实施例提供的油田用管汇系统的结构原理图。
【具体实施方式】
[0024]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
[0025]参见图1示出了本实用新型第一实施例提供的油田用管汇系统的结构原理图，如图所示，该油田用管汇系统(以下也简称管汇系统)至少包括:第一管路终端1、第二管路终端2、至少两个吸入泵31、吸入总管道41、至少两个排出泵32、排出总管道42。图1中吸入总管道41和排出总管道42旁边的黑色箭头用于表示该油田用管汇系统处于正常作业模式下的液体流向，为便于理解，图1中还示出了与管汇系统配合使用的混合罐9，混合罐9例如为混砂车的罐体。需要说明的是，本文中管汇系统的正常作业模式指的是:吸入泵31用于泵水，将水通过吸入总管道41输送到混合罐9内参与拌制压裂液；排出泵32用于将混合罐9内制成的压裂液泵送给排出总管道42，压裂液通过排出总管道42输送给压裂泵。
[0026]第一管路终端I上设置有第一管接头组11和第一出口 12，其中，第一管接头组11用于通过管道与水源(例如供水车的水箱)连通，由第一管接头组11进入第一管路终端I内的水从第一出口 12排出。
[0027]吸入泵31的数量可以为两个、三个或者更多个，但不应少于两个，具体个数可根据压裂施工规模选择。各吸入泵31的进口与第一出口 12连通，各吸入泵31的排放口分别与吸入总管道41连通，吸入总管道41用于和混合罐9的进液口连通，吸入总管道41具有用于与混合罐9的进液口连通的出液口。
[0028]排出泵32的数量可以为两个、三个或者更多个，但不应少于两个，具体个数可根据压裂施工规模选择。各排出泵32的进口分别用于和混合罐9的出液口连通，各排出泵32的排放口分别与排出总管道42连通，混合罐9内拌制好的压裂液由排出泵32泵入到排出总管道42内。
[0029]第二管路终端2上设置有第二管接头组21和第一入口 23，排出总管道42与第一入口 23连通，第二管接头组21用于通过管道与压裂泵连接，排出总管道42内的压裂液由第一入口 23进入第二管路终端2内，并从第二管接头组21流出，进入压裂泵中加压。[0030]本实用新型第一实施例提供的油田用管汇系统，因设置有至少两个吸入泵31和至少两个排出泵32，通过各吸入泵31的协同作业和各排出泵32的协同作业来增加该管汇系统的排量，这样，不但可以满足更大规模的压裂施工的需求，而且各吸入泵31和排出泵32均可以选用普通规格的泵，相较于现有技术通过提高单个吸入泵和单个排出泵的规格来提高管汇系统排量的方式来说，采用多个普通规格泵的成本较低而且对排量的提高较大，有助于降低管汇系统的设备成本。另外，因管汇系统的吸入泵31和排出泵32数量均不少于两个，管汇系统的排量得到大幅提升的同时，一台混砂车通过该管汇系统可以为更多台压裂车提供压裂液，提高了混砂车的单车作业能力，可以减少混砂车的使用数量，有助于降低压裂施工作业的设备成本。另外，采用至少两个吸入泵31和排出泵32，在进行压裂施工时，即使吸入泵31或排出泵32单机故障停机，其他泵体仍可继续工作，降低了吸入泵31或排出泵32单机故障对压裂施工效率的影响。
[0031]由图1中可以看出，优选地，在吸入总管道41和排出总管道42上均连接有流量计7，在排出总管道42上还设置有密度计8，用于实时监控水和压裂液的流量以及压裂液的密度。
[0032]另外，为使该管汇系统还可以适用于压裂施工的酸化作业模式，该油田用管汇系统还包括连接在吸入总管道41和排出总管道42之间的支路43，支路43上设置有第五阀门55,第五阀门55在管路系统处于正常作业模式时关闭,在酸化作业模式时开启。压裂施工的酸化作业模式是指:压裂液直接由外部供应给吸入泵31对应的管接头组，混合罐9和排出泵32不工作，压裂液通过吸入泵31泵送到吸入总管道41内后，不经过混合罐9和排出泵32，而是通过支路43直接进入排出总管道42内，再由排出总管道42对应的管接头组排出。
[0033]优选地，吸入总管道41上设置有第九阀门59，第九阀门59处于吸入总管道41与支路43的连接口的下游；排出总管道42上设置有第十阀门510，第十阀门510处于排出总管道42与支路43的连接口的上游。第九阀门59和第十阀门510在管汇系统处于正常作业模式时开启，使得水可以流入混合罐9内，压裂液可以通过排出总管道42排出。第九阀门59和第十阀门510在管汇系统处于酸化作业模式时关闭，避免吸入总管道41和排出总管道42内的压裂液进入到混合罐9内。
[0034]图2示出了本实用新型第二实施例提供的油田用管汇系统的结构原理图，与上述第一实施例的不同之处在于:各吸入泵31的进口与第一出口 12相连通的通道上设置有第一阀门51。第二管路终端2具有第二出口 22，各吸入泵31的进口与第二出口 22连通，且各吸入泵31的进口与第二出口 22相连通的通道上设置有第二阀门52。排出总管道42与第一入口 23相连通的通道上设置有第三阀门53。第一管路终端I具有第二入口 13，排出总管道42与第二入口 13连通，且排出总管道42与第二入口 13相连通的通道上设置有第四阀门54。这样，通过控制第一阀门51、第二阀门52、第三阀门53和第四阀门54的开启和关闭状态，第一管路终端I还可以作为压裂液排出的终端，第二管路终端2还可以作为与水源连通的终端，即第一管路终端I和第二管路终端2可以实现功能切换。
[0035]具体地，当第一阀门51和第三阀门53关闭，第二阀门52和第四阀门54开启时，第二管路终端2作为与水源或者与外部供应的压裂液连通的终端，液体(水或者外部供应的压裂液)从第二管接头组21进入，通过第二阀门52、吸入泵31后进入吸入总管道41内继续流动；第一管路终端I则相应地作为排出压裂液的终端，排出总管道42内的压裂液通过第四阀门54进入第一管路终端I内，通过第一管接头组11排出。当第一阀门51和第三阀门53开启，第二阀门52和第四阀门54关闭时，管汇系统工作时的液体流向与上述第一实施例相同，在此不再赘述。
[0036]为了优化管汇系统的结构，减少第一阀门51、第二阀门52的使用数量，进一步降低成本，优选地，由图2中可以看出，第一管路终端1、第二管路终端2通过集管总成6与各吸入泵31连接。集管总成6包括:主管路60，分别与主管路60连接的第一入液管61、第二入液管62和至少两个出液管63。第一入液管61与第一出口 12连接，第一阀门51设置在第一入液管61上；第二入液管62与第二出口 22连接，第二阀门52设置在第二入液管62上；各出液管63与各吸入泵31的进口一一对应连接，这样，第一阀门51可以采用一个，就能控制各吸入泵31的进口与第一出口 12之间通道的通断；第二阀门52可以采用一个，就能控制各吸入泵31的进口与第二出口 22之间通道的通断。
[0037]图3示出了本实用新型第三实施例提供的油田用管汇系统的结构原理图，与上述第二实施例的不同之处在于:各吸入泵31的排放口与吸入总管道41相连通的通道上均设置有第六阀门56，各排出泵32的排放口与排出总管道42相连通的通道上均设置有第七阀门57，通过控制各第六阀门56和各第七阀门57的开启或关闭，以及与各第六阀门56和各第七阀门57对应的吸入泵31、排出泵32的启动或停机，各泵体(吸入泵31和排出泵32)可以同时工作提供最大排量液体支持，也可以部分工作提供较小排量，使得管汇系统的排量可调，达到管汇系统的排量可以满足不同压裂施工规模的需求以及在同一压裂施工不同作业进度时的需求，而且对管汇系统的排量控制(尤其是小排量时的排量控制)更为精准，使得压裂液的配比更为精准。
[0038]需要说明的是，在其他实施例中，还可以仅在部分(至少一个)吸入泵31的排放口与吸入总管道41相连通的通道上设置有第六阀门56，部分(至少一个)排出泵32的排放口与排出总管道42相连通的通道上设置有第七阀门57，同样可以实现管汇系统排量可调的效果。
[0039]优选地，本实施例中，位于相邻两出液管63之间的主管路60上设置有第八阀门58，这样，当需要该管汇系统以小排量工作时，通过分别合理控制每相邻两出液管63之间的第八阀门58的开启或关闭，液体可以不进入部分不需要启动的吸入泵31的进口内，降低液体对不启动的吸入泵31的腐蚀。
[0040]图4示出了本实用新型第四实施例提供的油田用管汇系统的立体结构，与上述第三实施例的不同之处在于；吸入泵31和排出泵32为两个，两个吸入泵31可以同时工作也可以独立工作且互为备份，两个排出泵32可以同时工作也可以独立工作且互为备份。具体地，两个吸入泵31和两个排出泵32可以同时工作以提供最大排量的液体支持，也可以仅部分工作提供较小排量(例如仅一个吸入泵31和一个排出泵32同时工作)，使得管汇系统的排量可调，以满足不同压裂施工规模的需求以及在同一压裂施工不同作业进度时的需求。而且，即使在压裂施工中两个吸入泵31中的任一个和/或两个排出泵32中的任一个发生故障时，通过合理控制各阀门的通断状态，没有发生故障的另一个吸入泵31和/或排出泵32仍可以正常工作，继续为压裂车的压裂泵输送压裂液，这样，互为备份的两个吸入泵31和互为备份的两个排出泵32降低了吸入泵31、排出泵32单机故障对压裂施工效率的影响。[0041]图5示出了本实用新型第五实施例提供的油田用管汇系统的结构原理图，如图所示，该油田用管汇系统包括:设置有第一管接头组11的第一管路终端1，第一管路终端I具有第一出口 12 ;设置有第二管接头组21的第二管路终端2，第二管路终端2具有第一入口23 ;至少两个吸入泵31，各吸入泵31的进口与第一出口 12连通；吸入总管道41，各吸入泵31的排放口分别与吸入总管道41连通；排出总管道42，排出总管道42与第一入口 23连通；支路43，连接在吸入总管道41和排出总管道42之间。图5中的虚线箭头用于表示该油田用管汇系统工作状态的液体流向。
[0042]参照图1可以看出，本实施例与第一实施例的不同之处在于，吸入总管道41不用连接混合罐，也无需设置与混合罐连通的排出泵32，吸入总管道41和排出总管道42直接通过支路43连接，本实施例的油田用管汇系统工作时相当于第一实施例的油田用管汇系统的酸化作业模式，即，外供压裂液直接供应给第一管接头组11，通过各吸入泵31的协同作业来增加管汇系统的排量后，由第二管接头组21排出以输送给多个压裂车，满足更大规模的压裂施工的需求，而且各吸入泵可以选用普通规格的泵，有助于降低管汇系统的设备成本。优选地，吸入总管道41、支路43和排出总管道42可以为一体式结构。
[0043]需要说明的是，本实用新型各实施例中的采用的阀门均可以采用蝶阀或者其他结构的阀门，与阀门相匹配的执行器可以为液动、气动或者其他驱动方式。
[0044]综上所述，本实用新型提供的管汇系统可以达到如下技术效果:各吸入泵31和排出泵32可以同时工作提供最大排量液体支持也可以独立工作，降低了吸入泵或排出泵单机故障对压裂施工效率的影响，而且便于小排量的精准控制；第一管路终端I和第二管路终端2可以互相切换工作，便于与管汇系统配合的设备(例如运水车设备和压裂车设备)在油田现场的布局。
[0045]本实用新型提供的压裂设备组包括混砂车、压裂车和上述的油田用管汇系统。该油田用管汇系统可以安装在混砂车、混砂拖车、混砂橇及其它石油压裂设备的混砂装备上，或者装载在单独的管汇运输车上。因本实用新型实施例提供的油田用管汇系统可以达到上述技术效果，应用有该管汇系统的压裂设备组也应具备相应的技术效果，在此不再赘述。
[0046]以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种油田用管汇系统，其特征在于，包括: 设置有第一管接头组(11)的第一管路终端(1)，所述第一管路终端(I)具有第一出口(12)； 设置有第二管接头组(21)的第二管路终端(2)，所述第二管路终端(2)具有第一入口(23)； 至少两个吸入泵(31)，各所述吸入泵(31)的进口与所述第一出口(12)连通； 用于和混合罐(9)的进液口连通的吸入总管道(41)，各所述吸入泵(31)的排放口分别与所述吸入总管道(41)连通； 至少两个排出泵(32)，各所述排出泵(32)的进口分别用于和所述混合罐(9)的出液口连通； 排出总管道(42 )，各所述排出泵(32 )的排放口分别与所述排出总管道(42 )连通，且所述排出总管道(42)与所述第一入口(23)连通。
2.根据权利要求1所述的油田用管汇系统，其特征在于， 各所述吸入泵(31)的进口与所述第一出口(12)相连通的通道上设置有第一阀门(51)； 所述第二管路终端(2 )具 有第二出口( 22 )，各所述吸入泵(31)的进口与所述第二出口(22)连通，且各所述吸入泵(31)的进口与所述第二出口(22)相连通的通道上设置有第二阀门(52)； 所述排出总管道(42 )与所述第一入口( 23 )相连通的通道上设置有第三阀门(53 ); 所述第一管路终端(I)具有第二入口(13)，所述排出总管道(42)与所述第二入口(13)连通，且所述排出总管道(42)与所述第二入口(13)相连通的通道上设置有第四阀门(54)。
3.根据权利要求1或2所述的油田用管汇系统，其特征在于，还包括连接在所述吸入总管道(41)和所述排出总管道(42)之间的支路(43)，所述支路(43)上设置有第五阀门(55)。
4.根据权利要求1或2所述的油田用管汇系统，其特征在于，至少一个所述吸入泵(31)的排放口与所述吸入总管道(41)相连通的通道上设置有第六阀门(56);至少一个所述排出泵(32)的排放口与所述排出总管道(42)相连通的通道上设置有第七阀门(57)。
5.根据权利要求4所述的油田用管汇系统，其特征在于，各所述吸入泵(31)的排放口与所述吸入总管道(41)相连通的通道上均设置有所述第六阀门(56);各所述排出泵(32)的排放口与所述排出总管道(42 )相连通的通道上均设置有所述第七阀门(57 )。
6.根据权利要求3所述的油田用管汇系统，其特征在于，所述吸入总管道(41)上设置有第九阀门(59)，所述第九阀门(59)处于所述吸入总管道(41)与所述支路(43)的连接口的下游；所述排出总管道(42)上设置有第十阀门(510)，所述第十阀门(510)处于所述排出总管道(42)与所述支路(43)的连接口的上游。
7.根据权利要求2所述的油田用管汇系统，其特征在于， 所述第一管路终端(I)、所述第二管路终端(2 )通过集管总成(6 )与各所述吸入泵(31)连接； 所述集管总成(6)包括:主管路(60)，分别与所述主管路(60)连接的第一入液管(61)、第二入液管(62)和至少两个出液管(63)； 所述第一入液管(61)与所述第一出口(12)连接，所述第一阀门(51)设置在所述第一入液管(61)上； 所述第二入液管(62)与所述第二出口(22)连接，所述第二阀门(52)设置在所述第二入液管(62)上； 各所述出液管(63)与各所述吸入泵(31)的进口一一对应连接。
8.根据权利要求7所述的油田用管汇系统，其特征在于，位于相邻两出液管(63)之间的主管路(60 )上设置有第八阀门(58 )。
9.一种油田用管汇系统，其特征在于，包括: 设置有第一管接头组(11)的第一管路终端(1)，所述第一管路终端(I)具有第一出口(12)； 设置有第二管接头组(21)的第二管路终端(2)，所述第二管路终端(2)具有第一入口(23)； 至少两个吸入泵(31)，各所述吸入泵(31)的进口与所述第一出口(12)连通； 吸入总管道(41)，各所述吸入泵(31)的排放口分别与所述吸入总管道(41)连通； 排出总管道(42)，所述排出总管道(42)与所述第一入口(23)连通； 支路(43)，连接在所 述吸入总管道(41)和所述排出总管道(42)之间。
10.一种压裂设备组，其特征在于，具有混砂车、压裂车和权利要求1至9中任一项所述的油田用管汇系统。
【文档编号】E21B43/26GK203822218SQ201420116777
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年3月14日 优先权日:2014年3月14日
【发明者】王广良, 敖祥 申请人:三一重型能源装备有限公司