Мобильная насосная установка Российский патент 2024 года по МПК F04B23/06 F04B47/00 

Изобретение относится к насосному оборудованию для добывающей промышленности, в частности к мобильным технологическим установкам, предназначенным для нагнетания различных жидких сред при гидравлическом разрыве пластов, промывке песчаных пробок и других промывочно-продавочных работах для интенсификации добычи углеводородов в нефтяных, газовых и прочих скважинах. Может быть применимо в труднодоступных местах на нефтяных и газовых месторождениях на суше, в условиях различного климата.

Известна многофункциональная машина для гидроразрыва пласта по патенту Китая на изобретение CN 106223924, F04B 23/10, 2016. Многофункциональная машина состоит из тележки-шасси, бака гидравлического масла, глушителя, бортового двигателя, коробки переключения скоростей гидравлики, радиатора тепла, трансмиссионного вала, пятицилиндрового двигателя. Грузовик-шасси используется в качестве транспортного средства, на нем также размещен плунжерный насос, всасывающий коллектор плунжерного насоса, нагнетательный коллектор крекинг-насоса, всасывающий коллектор центробежного насоса, центробежный насос, расходомер, выпускной коллектор центробежного насоса, вторичная балка, опора плунжерного насоса и нагнетательный коллектор центробежного насоса. На специальном шасси размещен комплект подвижного состава системы подачи кислой жидкости и системы всасывания высокого давления. Недостатком является низкая ремонтопригодность насосной установки, связанная с многоярусной компоновкой оборудования, недостаточная надежность работы машины для гидроразрыва пласта в условиях низких температур.

Известна установка насосная универсальная по патенту России на полезную модель RU 73025, Е21В 43/00, 2008 Установка содержит монтажную раму, размещенную на раме автомобиля. На монтажной раме установлены: силовой агрегат, состоящий из палубного двигателя с турбонаддувом и коробкой перемены передач, насос высокого давления, соединенный трансмиссией с силовым агрегатом, подпорный насос, привод которого осуществляется от шасси автомобиля через карданные валы и промежуточные опоры, манифольд, состоящий из приемной, нагнетательной, сбросовой линий и манифольд подпорного насоса, коллектор, раздающий для раздачи рабочей жидкости, вспомогательный трубопровод, который служит для соединения нагнетательной линии установки с устьем скважины, мерный бак, состоящий их двух половин с мерными линейками и сообщающийся с насосами. Установка оснащена кабиной управления оператора утепленной с дополнительным обогревом, где расположен пульт управления силовым агрегатом с расположенными на нем контрольно-измерительными приборами. Недостатком является сложность замены узлов оборудования при выходе их из строя, сложность доставки насосной установки к труднопроходимым для автомобиля местам, невысокая надежность работы узлов насосной установки.

В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбрана насосная установка по патенту России на полезную модель RU98493, F04B 23/00, 2010. Насосная установка расположена на шасси автомобиля, на платформе которого установлен силовой агрегат, насос высокого давления, соединенный трансмиссией с приводным двигателем силового агрегата, манифольды низкого и высокого давления, система подогрева и охлаждения, а также система управления насосной установкой. Насосная установка дополнительно содержит опрессовочный насос и электросистему, установленные на платформе шасси автомобиля. В качестве насоса высокого давления в установке используется трехплунжерный насос с приводным двигателем от силовой установки с электронной системой управления и автоматическим отслеживанием аварийных режимов работ. В трансмиссии перед трехплунжерным насосом установлен дисковый тормоз, а в манифольде низкого давления - гаситель пульсаций рабочей жидкости, на входном фланце трехплунжерного насоса установлен демпфер. Трансмиссия содержит гидромеханическую семискоростную коробку передач и карданный вал. Система охлаждения выполнена в виде блока радиаторов с программно управляемым вентилятором. Управление насосной установкой осуществляется с выносного пульта управления, так же система управления может быть установлена в отдельном комплексе в составе оборудования по гидроразрыву пластов. Компоновка оборудования на шасси автомобиля не позволяет осуществлять замену вышедших из строя узлов без демонтажа всего оборудования, при выходе из строя базового автомобильного шасси невозможно эксплуатировать самонасосное оборудование. Недостатком является и низкая проходимость автомобиля в условиях месторождений, сложность или невозможность доставки насосной установки к подобному месту эксплуатации.

Технической задачей заявляемого изобретения является расширение арсенала средств мобильных насосных установок.

Техническим результатом является реализация изобретением указанного назначения за счет создания насосной установки с повышенной ремонтопригодностью, надежностью работы, с улучшенными эксплуатационными свойствами.

Технический результат достигается за счет того, что в мобильной насосной установке для гидроразрыва пласта, содержащей двигатель силовой установки, соединенный приводным валом с плунжерным насосом, манифольд низкого давления, манифольд высокого давления, систему подогрева, систему охлаждения, смазочную систему, включающую систему смазки приводной части насоса, систему управления, гаситель гидравлических пульсаций манифольда низкого давления, согласно изобретению, что на раме полуприцепа последовательно размещены модуль охлаждения, силовой модуль, емкостной модуль, содержащий смазочный бак и гидробак, насосный модуль, с размещенными в них соответствующими функциональными узлами, внутри рамы полуприцепа расположены гидравлические и электрические магистрали, связывающие модули, система смазки приводной части насоса снабжена подогревающим устройством, выполненным в виде подогревателя масла, связанным с предпусковым подогревателем и двигателем силовой установки, система смазки приводной части насоса снабжена охлаждающим устройством, выполненным в виде маслоохладителя, связанным с контуром системы охлаждения, проходящим через радиатор, гаситель гидравлических пульсаций манифольда низкого давления выполнен в виде гидропневматического аккумулятора, продольные стороны рамы полуприцепа снабжены элементами для крепления траверсы

Технический результат обеспечивается размещением насосной установки на полуприцепе и модульным исполнением установки. Размещение оборудование на раме полуприцепа позволяет расположить все узлы на основании, длина которого значительно превышает длину шасси автомобиля. Удлиненное основание, являющееся рамой полуприцепа, позволяет последовательно вдоль продольной оси полуприцепа разместить все модули установки. Размещение внутри рамы полуприцепа гидравлических и электрических магистралей с выводом на наружную поверхность элементов для подключения к ним модулей и узлов установки позволяет заменять узлы и модули без демонтирования остального оборудования, что повышает ремонтопригодность установки. Наличие системы смазки приводной части насоса и возможность ее подогрева от двух источников тепла – двигателя силовой установки и предпускового обогревателя повышает надежность работы плунжерного насоса, обеспечивает возможность работы насосной установки в условиях низких температур, улучшает эксплуатационные возможности установки. Надежность работы плунжерного насоса так же повышается за счет возможности охлаждения системы смазки приводной части насоса при критическом повышении температуры в результате трения его частей. Возможность такого охлаждения обеспечивается наличием дополнительного контура охлаждения, проходящего через радиатор системы охлаждения, что в свою очередь обусловлено наличием достаточной площади для размещения укрупненного модуля охлаждения на удлиненной раме полуприцепа. Выполнение гасителя гидравлических пульсаций манифольда низкого давления в виде гидропневматического аккумулятора позволяет осуществить пневматическое всасывание перекачиваемой жидкости перед запуском насоса, исключив взаимодействие его сухих поверхностей в начальный момент при включении. Это снижает риск преждевременного износа насоса и предотвращает поломку его частей. Кроме того, при работе гидропневматического аккумулятора исключаются гидроудары, действующие на поршни насоса при поступлении жидкости в подпоршневые полости при включении насоса. Все это повышает надежность работы насосной установки. Снабжение продольных сторон рамы полуприцепа элементами для крепления с траверсой и возможность равномерного распределения массы по площади рамы полуприцепа за счет модульного исполнения установки позволяет поднимать полуприцеп с помощью траверсы и независимо от автомобиля-тягача транспортировать его к труднодоступному месту назначения, например, с помощью водного транспорта. Это улучшает эксплуатационные возможности насосной установки. Таким образом, арсенала средств мобильных насосных установок расширяется за счет создания установки с повышенной ремонтопригодностью, надежностью работы и с расширенными условиями ее использования.

На фиг. 1 представлен вид справа мобильной насосной установке для гидроразрыва пласта.

На фиг. 2 представлен вид слева мобильной насосной установке для гидроразрыва пласта.

На фиг. 3 представлена схема системы смазки приводной части насоса.

Мобильная насосная установка на раме 1 шасси полуприцепа содержит модуль охлаждения 2, силовой модуль 3, емкостной модуль 4, насосный модуль 5. В модуль охлаждения 2 входит горизонтально расположенный на раме 1 радиатор 6, через которые проходят контур охлаждения дизельного топлива, контур охлаждения двигателя 9 контур охлаждения коробки передач 15 (на чертеже не показаны) и контур охлаждения смазочной системы, в которую входит контур охлаждения гидравлической части насоса и контур охлаждения 7приводной части насоса 21, маслоохладитель 8 коробки передач, расположенный внутри рамы 1. Силовой модуль 3 содержит двигатель 9 внутреннего сгорания, топливный бак 10, блок аккумуляторной батареи 11, бак смазки привода 12, приборный блок13, глушитель 14, автоматическую коробку передач 15. Емкостной модуль 4 содержит смазочный бак 16, пневматический баллон 17, гидробак 18, инструментальные ящики 19, предпусковой подогреватель 20. Насосный модуль 5 содержит плунжерный насос 21, всасывающий манифольд низкого давления 22, выпускной манифольд высокого давления 23. На манифольде низкого давления 22 установлен гаситель гидравлических пульсаций, выполненный в виде гидропневматического аккумулятора 24. Внутри рамы 1 шасси полуприцепа расположены трубопроводы и электрические кабели (на чертеже не показаны), подведенные к входным и выходным присоединительным элементам, таким, как штуцеры, клеммы, патрубки узлов и устройств насосной установки. Снаружи боковые стороны рамы 1 снабжены элементами 25 для зацепления траверсы. В качестве двигателя 9 может использоваться дизельный двигатель MTU 12V4000 S83L, для автоматической коробки передач 15 может использоваться коробка передач Allison 9826 OFS, в качестве насоса 21 используют пятиплунжерный насос. Система смазки приводной части насоса 21 содержит смазочный бак 16, шестеренчатый насос 26, подогреватель масла 27, выполненный в виде теплообменника, в котором подогрев рабочей среды осуществляют от двигателя 9 или от предпускового подогревателя 20. Подогрев рабочей среды осуществляют от двигателя 9 посредством рециркуляции в теплообменнике нагретой охлаждающей жидкости из рубашки охлаждения двигателя. Предпусковой подогреватель 20 представляет собой теплообменник, расположенный в камере сгорания дизельного топлива, в котором теплообменная жидкость нагревается при его сгорании. Так же система смазки приводной части насоса 21 содержит маслоохладитель 28, связанный с контуром охлаждения 7, проходящим через радиатор 6.

Мобильная насосная установка работает следующим образом.

С помощью автомобиля-тягача доставляют полуприцеп с размещенной на нем насосной установкой на нефтяное или газовое месторождение. Габариты насосной установки, размещенной на раме шасси-полуприцепа могут быть следующими: длина 12500 мм, ширина 2550 мм, высота 4000 мм. В случае отсутствия доступа к месторождению полуприцеп с помощью траверсы грузят на плавсредство, например на баржу, и доставляют к месту назначения, где автомобилем транспортируют насосную установку на месторождение. Траверсу крепят с помощью тросов, которые пропускают через петли 25 рамы 1. При этом не происходит перекоса поднимаемого полуприцепа за счет оптимального расположения модулей на площади рамы 1 полуприцепа, за счет правильного распределения их центров тяжести. Насосную установку устанавливают на месторождении, соединяют манифольд низкого давления 22 с блендером, в котором готовят рабочую жидкость для подачи в скажину, манифольд высокого давления 23 соединяют со скважинным оборудованием для последующей закачки рабочей жидкости в пласт для осуществления гидравлического разрыва пласта, промывки песчаных пробок или других промывочно-продавочных работ. Гидропневматический аккумулятор 24 создает разряжение в манифольде подачи рабочей жидкости в плунжерный насос 21, осуществляя подсос рабочей жидкости через манифольд низкого давления 22, создавая тем самым безразрывную ее подачу к плунжерному насосу. От внешнего гидравлического привода запускают стартер, осуществляют пуск двигателя внутреннего сгорания 9. Посредством автоматической коробки передач 15 и приводного вала приводят в движение плунжерный насос 21, осуществляют подачу рабочей жидкости в пласт под высоким давлением, например до 105 МПа. Управление насосной установкой осуществляют при помощи удаленной панели управления или дистанционного пульта. С помощью системы управления осуществляют пуск и остановку двигателя 9, управление акселератором, управление автоматической коробкой передач 15. На панели управления отображается рабочее давление и расход насоса 21. Система управления оповещает оператора о превышении давления насоса 21, о высокой температуре и низком давлении масла. Оборудование оснащено автоматической защитой от превышения давления с электрическим управлением. Во время работы пятиплунжерного насоса 21 происходит постоянная принудительная смазка его приводной механической части. При превышении допустимой температуры масла в системе смазки приводной части насоса 21 система управления автоматически включает маслоохладитель 28, осуществляющий забор холодного воздуха от радиатора 6 через контур охлаждения 7. При охлаждении температуры масла до значения ниже допустимого с помощью системы управления включают подогреватель масла 27. Это позволяет использовать насосную установку в широком диапазоне температур окружающей среды, в условиях различного климата, при температуре от минус 40°С до плюс 45°С. При необходимости замены узла или элемента оборудования насосной установки данный узел отключают от электрической и гидравлической систем, размещенных внутри рамы шасси полуприцепа. Отключают при помощи отсоединения, выключения или заглушения подводящих магистралей при помощи наружного вывода на внешней стороне рамы 1. При необходимости производят отключение всего модуля, при этом не производят демонтаж соседних модулей, узлов и элементов.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет расширить арсенала средств мобильных насосных установок за счет создания установки, обладающей повышенными надежностью, ремонтопригодностью и улучшенными эксплуатационными качествами.

Изобретение относится к мобильным технологическим установкам, предназначенным для нагнетания различных жидких сред при гидравлическом разрыве пластов, промывке песчаных пробок и других промывочно-продавочных работах для интенсификации добычи углеводородов в нефтяных, газовых и прочих скважинах. Мобильная насосная установка содержит двигатель силовой установки, соединенный приводным валом с плунжерным насосом, манифольд низкого давления, манифольд высокого давления, систему подогрева, систему охлаждения, смазочную систему, включающую систему смазки приводной части насоса, систему управления, гаситель гидравлических пульсаций манифольда низкого давления. На раме полуприцепа последовательно размещены модуль охлаждения, силовой модуль, емкостной модуль, содержащий смазочный бак и гидробак, насосный модуль, с размещенными в них соответствующими функциональными узлами. Внутри рамы полуприцепа расположены гидравлические и электрические магистрали, связывающие модули. Система смазки приводной части насоса снабжена подогревающим устройством, выполненным в виде подогревателя масла, связанным с предпусковым подогревателем и двигателем силовой установки. Система смазки приводной части насоса снабжена охлаждающим устройством, выполненным в виде маслоохладителя, связанным с контуром системы охлаждения, проходящим через радиатор. Гаситель гидравлических пульсаций манифольда низкого давления выполнен в виде гидропневматического аккумулятора. Продольные стороны рамы полуприцепа снабжены элементами для крепления траверсы. Техническим результатом изобретения является создание насосной установки с повышенной ремонтоспособностью, надежностью работы, с улучшенными эксплуатационными свойствами. 3 ил.

Мобильная насосная установка, содержащая двигатель силовой установки, соединенный приводным валом с плунжерным насосом, манифольд низкого давления, манифольд высокого давления, систему подогрева, систему охлаждения, смазочную систему, включающую систему смазки приводной части насоса, систему управления, гаситель гидравлических пульсаций манифольда низкого давления, отличающаяся тем, что на раме полуприцепа последовательно размещены модуль охлаждения, силовой модуль, емкостной модуль, содержащий смазочный бак и гидробак, насосный модуль, с размещенными в них соответствующими функциональными узлами, внутри рамы полуприцепа расположены гидравлические и электрические магистрали, связывающие модули, система смазки приводной части насоса снабжена подогревающим устройством, выполненным в виде подогревателя масла, связанным с предпусковым подогревателем и двигателем силовой установки, система смазки приводной части насоса снабжена охлаждающим устройством, выполненным в виде маслоохладителя, связанным с контуром системы охлаждения, проходящим через радиатор, гаситель гидравлических пульсаций манифольда низкого давления выполнен в виде гидропневматического аккумулятора, продольные стороны рамы полуприцепа снабжены элементами для крепления траверсы.