RU2814707C1

RU2814707C1 - Device for hydraulic fracturing, method of controlling such device and system for hydraulic fracturing

Info

Publication number: RU2814707C1
Application number: RU2022132812A
Authority: RU
Inventors: Цзифэн ЧЖУН; Лян ЛВ; Синьчэн ЛИ
Original assignee: Янтай Джерех Петролеум Иквипмент Энд Текнолоджиз Ко., Лтд.
Priority date: 2021-04-20
Filing date: 2021-12-17
Publication date: 2024-03-04

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: group of inventions relates to a device for hydraulic fracturing, a method of controlling the device for hydraulic fracturing and a system for hydraulic fracturing. Device for hydraulic fracturing comprises plunger pump, primary engine, coupling and hydraulic system for coupling, first pressure sensor, first and second vibration sensors. Method of controlling the hydraulic fracturing device includes determining hydraulic pressure in the hydraulic system for the coupling and controlling the coupling for its disconnection. Hydraulic fracturing system comprises a hydraulic fracturing device, a control system configured to control a coupling of the hydraulic fracturing device, and a remote control unit connected to the control system. Control system is electrically connected to the coupling and connected to the first pressure sensor and the second vibration sensor, wherein the control system is configured to control the coupling in accordance with feedback signals supplied by the first pressure sensor and the second vibration sensor.

EFFECT: higher reliability of hydraulic fracturing.

16 cl, 7 dwg

Description

Настоящая заявка претендует на приоритет китайской патентной заявки № 202110426356.1, поданной 20 апреля 2021 года, раскрытие которой включено в настоящую заявку посредством ссылки во всей своей полноте как часть настоящей заявки.This application claims the benefit of Chinese Patent Application No. 202110426356.1, filed on April 20, 2021, the disclosure of which is incorporated herein by reference in its entirety as part of this application.

Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates

Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к устройству для гидроразрыва пласта, способу управления устройством для гидроразрыва пласта и системе для гидроразрыва пласта.Embodiments of the present invention relate to a hydraulic fracturing apparatus, a method for controlling a hydraulic fracturing apparatus, and a hydraulic fracturing system.

Уровень техникиState of the art

В области добычи нефти и газа технология гидроразрыва пласта представляет собой способ, позволяющий создавать трещины в нефтяных и газовых резервуарах с помощью находящейся под высоким давлением жидкости для гидроразрыва пласта. Технология гидроразрыва пласта может улучшать условия текучести нефти и газа под землей, вызывая трещины в нефтяных и газовых резервуарах, что может увеличить производительность нефтяных скважин. Поэтому она широко используется при традиционной и нетрадиционной добыче нефти и газа, разработке морских и береговых нефтегазовых ресурсов.In the oil and gas industry, hydraulic fracturing is a technique that creates cracks in oil and gas reservoirs using high-pressure hydraulic fracturing fluid. Hydraulic fracturing technology can improve the flow conditions of oil and gas underground by causing cracks in oil and gas reservoirs, which can increase the productivity of oil wells. Therefore, it is widely used in conventional and unconventional oil and gas production, offshore and onshore oil and gas resource development.

Плунжерный насос – это устройство, которое использует возвратно-поступательное движение плунжера в цилиндре для повышения давления жидкости. Плунжерный насос обладает такими преимуществами, как высокое номинальное давление, компактная конструкция и высокая производительность, поэтому он используется в технологии гидроразрыва пласта.A plunger pump is a device that uses the reciprocating motion of a plunger in a cylinder to increase the pressure of a fluid. The plunger pump has the advantages of high pressure rating, compact structure and high performance, so it is used in hydraulic fracturing technology.

В документе CN 109578459 A описано устройство для гидроразрыва пласта, которое содержит муфту, двигатель, головку насоса в сборе, электрический блок, блок управления и датчик вибрации. Двигатель представляет собой двигатель с двумя концами вала, при этом каждый конец двигателя соединен с соединительной частью муфты, предназначенной для двигателя, причем соединительная часть муфты, предназначенная для насоса, соединена с головкой насоса в сборе. Муфта устройства для гидроразрыва пласта содержит соединительную часть для насоса, передаточную часть и соединительную часть для двигателя, причем соединительная часть для насоса и передаточная часть соединены разъемным образом посредством фрикционной пластины в сборе, при этом передаточная часть соединена с соединительной частью для двигателя; при этом конец соединительной части для насоса имеет впускное отверстие для рабочей жидкости, которое используется для подачи рабочей жидкости под давлением в фрикционную пластину в сборе; с передаточной частью соединено соединительное устройство для приводной рабочей жидкости, а боковая стенка соединительного устройства для приводной рабочей жидкости снабжена фланцем, причем фланец имеет проходное отверстие для рабочей жидкости. Предпочтительно, проходное отверстие для рабочей жидкости расположено в радиальном направлении, при этом данное отверстие расположено на наружной периферийной стенке фланца, причем проходное отверстие для рабочей жидкости сообщено с впускным отверстием для рабочей жидкости, при этом имеется также устройство для ввода рабочей жидкости, которое соединено с фланцем скользящим и герметичным образом. Впускное отверстие для рабочей жидкости соединено с впускной трубкой для рабочей жидкости. При такой конструкции рабочая жидкость под давлением поступает сбоку, что значительно сокращает путь подачи рабочей жидкости под давлением.Document CN 109578459 A describes a hydraulic fracturing device that includes a coupling, a motor, a pump head assembly, an electrical unit, a control unit and a vibration sensor. The motor is a two-end shaft motor, with each motor end connected to a coupling coupling portion for the motor, and a coupling coupling portion for the pump being coupled to the pump head assembly. The hydraulic fracturing device coupling includes a pump connecting part, a transmission part and a motor connecting part, wherein the pump connecting part and the transmission part are releasably connected by a friction plate assembly, wherein the transmission part is connected to the motor connecting part; wherein the end of the pump connecting part has a working fluid inlet, which is used to supply working fluid under pressure to the friction plate assembly; A connecting device for the driving working fluid is connected to the transfer part, and the side wall of the connecting device for the driving working fluid is provided with a flange, wherein the flange has a through hole for the working fluid. Preferably, the working fluid passage hole is located in the radial direction, and the hole is located on the outer peripheral wall of the flange, and the working fluid passage hole is in communication with the working fluid inlet hole, and there is also a working fluid input device that is connected to flange in a sliding and sealed manner. The working fluid inlet is connected to the working fluid inlet pipe. With this design, the pressurized working fluid enters from the side, which significantly shortens the supply path of the pressurized working fluid.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention

В вариантах осуществления настоящего изобретения предлагаются устройство для гидроразрыва пласта, способ управления устройством для гидроразрыва пласта и система для гидроразрыва пласта. Когда первый датчик давления обнаруживает, что давление рабочей жидкости, подаваемой гидравлической системой для муфты в муфту, меньше заданного значения давления, устройство для гидроразрыва пласта может управлять муфтой для ее разъединения, так что можно избежать явления проскальзывания муфты, вызываемого относительно низким давлением жидкости, кроме того можно избежать усугубления состояния неисправности и провести соответствующий капитальный ремонт и техническое обслуживание.Embodiments of the present invention provide a hydraulic fracturing apparatus, a method for controlling a hydraulic fracturing apparatus, and a hydraulic fracturing system. When the first pressure sensor detects that the pressure of the working fluid supplied by the clutch hydraulic system to the clutch is less than a predetermined pressure value, the hydraulic fracturing device can control the clutch to release it, so that the phenomenon of clutch slippage caused by relatively low fluid pressure can be avoided, except In this way, the aggravation of the fault condition can be avoided and appropriate major repairs and maintenance can be carried out.

По меньшей мере в одном варианте осуществления настоящего изобретения предлагается устройство для гидроразрыва пласта, которое включает в себя: плунжерный насос, имеющий приводную часть и гидравлическую часть; первичный двигатель, имеющий выходной вал; муфту, включающую в себя первый соединительный участок, второй соединительный участок и участок сцепления, расположенный между первым соединительным участком и вторым соединительным участком; и гидравлическую систему для муфты, выполненную с возможностью подачи рабочей жидкости в муфту, при этом приводная часть плунжерного насоса включает в себя входной вал, причем первый соединительный участок соединен с указанным входным валом, а второй соединительный участок соединен с выходным валом первичного двигателя, при этом устройство для гидроразрыва пласта дополнительно включает в себя первый датчик давления, выполненный с возможностью определения гидравлического давления в гидравлической системе для муфты.In at least one embodiment, the present invention provides a hydraulic fracturing apparatus that includes: a plunger pump having a drive part and a hydraulic part; a prime mover having an output shaft; a coupling including a first connecting portion, a second connecting portion, and a coupling portion located between the first connecting portion and the second connecting portion; and a hydraulic system for the clutch, configured to supply hydraulic fluid to the clutch, wherein the driving portion of the plunger pump includes an input shaft, wherein a first coupling portion is connected to said input shaft, and a second coupling portion is connected to said output shaft of the prime mover, wherein the hydraulic fracturing device further includes a first pressure sensor configured to detect hydraulic pressure in the hydraulic system for the clutch.

Например, предлагаемое в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство для гидроразрыва пласта дополнительно включает в себя: второй датчик давления, при этом гидравлическая часть плунжерного насоса имеет выходной конец для жидкости, а второй датчик давления выполнен с возможностью определения давления жидкости на выходном конце для жидкости.For example, in one embodiment of the present invention, a hydraulic fracturing apparatus further includes: a second pressure sensor, wherein a hydraulic portion of the plunger pump has a fluid outlet end, and the second pressure sensor is configured to sense a fluid pressure at the fluid outlet end. .

Например, предлагаемое в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство для гидроразрыва пласта дополнительно включает в себя: выпускной коллектор, соединенный с выходным концом для жидкости, при этом второй датчик давления расположен на выходном конце для жидкости или на выпускном коллекторе.For example, a hydraulic fracturing apparatus of one embodiment of the present invention further includes: an outlet manifold connected to a fluid outlet end, wherein a second pressure sensor is located at the fluid outlet end or outlet manifold.

Например, предлагаемое в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство для гидроразрыва пласта дополнительно включает в себя два плунжерных насоса, один первичный двигатель, две муфты, две гидравлические системы для муфты и два первых датчика давления, причем два первых датчика давления расположены во взаимно однозначном соответствии с двумя гидравлическими системами для муфты, а первый датчик давления выполнен с возможностью определения гидравлического давления в соответствующей одной из двух гидравлических систем для муфты.For example, in one embodiment of the present invention, a hydraulic fracturing apparatus further includes two plunger pumps, one prime mover, two clutches, two clutch hydraulic systems, and two first pressure sensors, wherein the two first pressure sensors are located in a one-to-one correspondence with two hydraulic systems for the clutch, and the first pressure sensor is configured to detect hydraulic pressure in the corresponding one of the two hydraulic systems for the clutch.

Например, предлагаемое в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство для гидроразрыва пласта дополнительно включает в себя: первый датчик температуры, выполненный с возможностью определения температуры муфты.For example, in one embodiment of the present invention, a hydraulic fracturing apparatus further includes: a first temperature sensor configured to detect the temperature of the sleeve.

Например, предлагаемое в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство для гидроразрыва пласта дополнительно включает в себя: второй датчик температуры, выполненный с возможностью определения температуры рабочей жидкости в гидравлической системе для муфты.For example, the hydraulic fracturing apparatus of one embodiment of the present invention further includes: a second temperature sensor configured to detect the temperature of the hydraulic fluid in the clutch hydraulic system.

Например, предлагаемое в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство для гидроразрыва пласта дополнительно включает в себя: первый датчик вибрации, выполненный с возможностью обнаружения вибрации плунжерного насоса, при этом устройство для гидроразрыва пласта дополнительно включает в себя основание плунжерного насоса, причем плунжерный насос расположен на основании плунжерного насоса, при этом первый датчик вибрации расположен на плунжерном насосе или на основании плунжерного насоса.For example, in one embodiment of the present invention, the hydraulic fracturing apparatus further includes: a first vibration sensor configured to detect vibration of the plunger pump, wherein the hydraulic fracturing apparatus further includes a plunger pump base, wherein the plunger pump is located on base of the plunger pump, wherein the first vibration sensor is located on the plunger pump or on the base of the plunger pump.

Например, предлагаемое в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство для гидроразрыва пласта дополнительно включает в себя: второй датчик вибрации, выполненный с возможностью обнаружения вибрации первичного двигателя, при этом устройство для гидроразрыва пласта дополнительно включает в себя основание первичного двигателя, причем первичный двигатель расположен на основании первичного двигателя, при этом второй датчик вибрации расположен на первичном двигателе или основании первичного двигателя.For example, in one embodiment of the present invention, the fracturing apparatus further includes: a second vibration sensor configured to detect vibration of the prime mover, wherein the fracturing apparatus further includes a prime mover base, wherein the prime mover is located on base of the prime mover, wherein the second vibration sensor is located on the prime mover or base of the prime mover.

Например, предлагаемое в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство для гидроразрыва пласта дополнительно включает в себя: первый датчик скорости вращения, выполненный с возможностью определения фактической скорости вращения входного вала плунжерного насоса; при этом второй датчик скорости вращения, выполненный с возможностью определения фактической скорости вращения выходного вала первичного двигателя.For example, the hydraulic fracturing apparatus of one embodiment of the present invention further includes: a first rotation speed sensor configured to detect the actual rotation speed of the input shaft of the plunger pump; wherein a second rotation speed sensor is configured to determine the actual rotation speed of the output shaft of the primary engine.

Например, предлагаемое в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство для гидроразрыва пласта дополнительно включает в себя: планетарный редуктор, включающий в себя входной вал, при этом первый соединительный участок муфты непосредственно соединен с указанным входным валом, причем входной вал плунжерного насоса непосредственно соединен с планетарным редуктором.For example, a hydraulic fracturing apparatus of one embodiment of the present invention further includes: a planetary gearbox including an input shaft, wherein a first coupling portion is directly coupled to said input shaft, wherein an input shaft of the plunger pump is directly coupled to the planetary gearbox

Например, в предлагаемом в одном из вариантов выполнения устройства для гидроразрыва пласта первичный двигатель включает в себя одно из дизельного двигателя, электродвигателя и газотурбинного двигателя.For example, in one embodiment of a hydraulic fracturing apparatus, the prime mover includes one of a diesel engine, an electric motor, and a gas turbine engine.

По меньшей мере в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения дополнительно предлагается способ управления устройством для гидроразрыва пласта, представляющим собой вышеупомянутое устройство для гидроразрыва пласта, при этом способ управления включает в себя: определение гидравлического давления в гидравлической системе для муфты; и управление муфтой для ее разъединения, если измеренное гидравлическое давление в гидравлической системе для муфты меньше первого заданного значения давления.In at least one embodiment of the present invention, there is further provided a method for controlling a hydraulic fracturing device of the above-mentioned hydraulic fracturing device, the control method including: determining a hydraulic pressure in a hydraulic system for a clutch; and controlling the clutch to disengage the clutch if the measured hydraulic pressure in the hydraulic system for the clutch is less than the first set pressure value.

Например, предлагаемый в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения способ управления устройством для гидроразрыва пласта дополнительно включает: определение давления жидкости на выходе плунжерного насоса; и управление муфтой для ее разъединения, если измеренное давление жидкости на выходе плунжерного насоса больше второго заданного значения давления.For example, in one embodiment of the present invention, a method for controlling a hydraulic fracturing device further includes: determining the fluid pressure at the outlet of the plunger pump; and controlling the clutch to disengage it if the measured fluid pressure at the outlet of the plunger pump is greater than the second set pressure value.

Например, предлагаемый в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения способ управления устройством для гидроразрыва пласта дополнительно включает: определение температуры муфты; и управление муфтой для ее разъединения, если измеренная температура муфты выше первого заданного значения температуры.For example, in one embodiment of the present invention, a method for controlling a hydraulic fracturing device further includes: determining the temperature of the sleeve; and controlling the clutch to disengage the clutch if the sensed temperature of the clutch is higher than the first set temperature value.

Например, предлагаемый в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения способ управления устройством для гидроразрыва пласта дополнительно включает: определение температуры рабочей жидкости в гидравлической системе для муфты; и управление муфтой для ее разъединения, если измеренная температура рабочей жидкости в гидравлической системе для муфты выше второго заданного значения температуры.For example, in one embodiment of the present invention, a method for controlling a hydraulic fracturing device further includes: determining the temperature of the working fluid in the hydraulic system for the clutch; and controlling the clutch to disengage the clutch if the sensed temperature of the hydraulic fluid for the clutch is higher than the second temperature set point.

Например, предлагаемый в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения способ управления устройством для гидроразрыва пласта дополнительно включает: определение вибрации плунжерного насоса; и управление муфтой для ее разъединения, если измеренная вибрация плунжерного насоса выше первого заданного значения вибрации.For example, in one embodiment of the present invention, a method for controlling a hydraulic fracturing device further includes: detecting vibration of a plunger pump; and controlling the clutch to disengage it if the measured vibration of the plunger pump is higher than the first vibration set point.

Например, предлагаемый в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения способ управления устройством для гидроразрыва пласта дополнительно включает: определение вибрации первичного двигателя; и управление муфтой для ее разъединения, если измеренная вибрация первичного двигателя выше, чем второе заданное значение вибрации.For example, in one embodiment of the present invention, a method for controlling a hydraulic fracturing device further includes: detecting prime mover vibration; and controlling the clutch to disengage it if the measured vibration of the prime mover is higher than the second vibration set point.

Например, предлагаемый в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения способ управления устройством для гидроразрыва пласта дополнительно включает: определение первой фактической скорости вращения входного вала плунжерного насоса; определение второй фактической скорости вращения выходного вала первичного двигателя; и вычисление отношения первой фактической скорости вращения ко второй фактической скорости вращения и управление муфтой для ее разъединения, если отношение меньше первого заданного отношения или больше второго заданного отношения.For example, in one embodiment of the present invention, a method for controlling a hydraulic fracturing apparatus further includes: determining a first actual rotation speed of the plunger pump input shaft; determining a second actual rotation speed of the output shaft of the primary engine; and calculating the ratio of the first actual rotation speed to the second actual rotation speed and controlling the clutch to disengage it if the ratio is less than the first predetermined ratio or greater than the second predetermined ratio.

По меньшей мере в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения дополнительно предлагается система для гидроразрыва пласта, которая включает в себя любое из вышеупомянутых устройств для гидроразрыва пласта, систему управления, выполненную с возможностью управления муфтой в устройстве для гидроразрыва пласта, и блок дистанционного управления, связанный с системой управления.In at least one embodiment of the present invention, there is further provided a system for hydraulic fracturing, which includes any of the above-mentioned hydraulic fracturing devices, a control system configured to control a clutch in the hydraulic fracturing device, and a remote control unit associated with control system.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

Для того чтобы более наглядно проиллюстрировать технические решения вариантов осуществления изобретения, ниже кратко описаны чертежи вариантов осуществления изобретения; причем очевидно, что описываемые ниже чертежи относятся только к некоторым вариантам осуществления изобретения и, таким образом, не ограничивают изобретение.In order to more clearly illustrate the technical solutions of the embodiments of the invention, the following will briefly describe the drawings of the embodiments of the invention; It will be understood that the drawings described below relate only to some embodiments of the invention and, thus, do not limit the invention.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства для гидроразрыва пласта;In fig. 1 shows a schematic diagram of a device for hydraulic fracturing;

на фиг. 2A – принципиальная схема устройства для гидроразрыва пласта согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;in fig. 2A is a schematic diagram of a hydraulic fracturing apparatus according to one embodiment of the present invention;

на фиг. 2B – принципиальная схема другого устройства для гидроразрыва пласта согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения; in fig. 2B is a schematic diagram of another hydraulic fracturing apparatus according to one embodiment of the present invention;

на фиг. 3 – принципиальная схема другого устройства для гидроразрыва пласта согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;in fig. 3 is a schematic diagram of another hydraulic fracturing device according to one embodiment of the present invention;

на фиг. 4 – принципиальная схема другого устройства для гидроразрыва пласта согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;in fig. 4 is a schematic diagram of another hydraulic fracturing device according to one embodiment of the present invention;

на фиг. 5 – блок-схема системы для гидроразрыва пласта согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения; иin fig. 5 is a block diagram of a hydraulic fracturing system according to one embodiment of the present invention; And

на фиг. 6 – блок-схема системы для гидроразрыва пласта согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.in fig. 6 is a block diagram of a hydraulic fracturing system according to one embodiment of the present invention.

Осуществление изобретенияCarrying out the invention

Для того чтобы более ясно представить цели, технические подробности и преимущества вариантов осуществления настоящего изобретения, технические решения вариантов осуществления изобретения описываются ясным и полностью понятным образом со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи вариантов осуществления настоящего изобретения. Очевидно, что описываемые варианты осуществления изобретения являются всего лишь частью вариантов осуществления изобретения, но не всеми возможными вариантами осуществления настоящего изобретения. На основе описанных здесь вариантов осуществления изобретения специалисты в данной области техники могут без каких-либо изобретательских усилий получить другой(ие) вариант(ы) осуществления изобретения, который(е) должен(ны) входить в объем защиты настоящего изобретения.In order to more clearly present the objectives, technical details and advantages of the embodiments of the present invention, the technical solutions of the embodiments of the invention are described in a clear and fully understandable manner with reference to the accompanying drawings of the embodiments of the present invention. It is obvious that the described embodiments of the invention are only a part of the embodiments of the invention, but not all possible embodiments of the present invention. Based on the embodiments of the invention described herein, those skilled in the art may, without any inventive effort, obtain other embodiment(s) of the invention that would fall within the scope of protection of the present invention.

Если не определено иное, все технические и научные термины, используемые в настоящем документе, имеют те же значения, которые обычно приняты у специалистов в той области техники, к которой относится настоящее изобретение. Термины "первый", "второй" и т.д., используемые в настоящем описании, не предназначены для указания какой-либо последовательности, количества или важности, а лишь предназначены для различения компонентов. Кроме того, термины "включает в себя", "включающий в себя" и т.д. предназначены для указания того, что элементы или объекты, перечисленные перед этими терминами, заключают в себе элементы или объекты и их эквиваленты, перечисленные после этих терминов, но не исключают другие элементы или объекты. Фразы "соединяет", "соединенный" и т.д. не предназначены для определения физического или механического соединения, но могут подразумевать прямое или косвенное электрическое соединение.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meanings as commonly accepted by those skilled in the art to which this invention relates. The terms "first", "second", etc., as used herein, are not intended to indicate any sequence, quantity or importance, but are merely intended to distinguish components. In addition, the terms “includes”, “including”, etc. are intended to indicate that the elements or objects listed before those terms include the elements or objects and their equivalents listed after those terms, but do not exclude other elements or objects. Phrases “connects”, “connected”, etc. are not intended to define a physical or mechanical connection, but may imply a direct or indirect electrical connection.

За счет непрерывного совершенствования устройства для гидроразрыва пласта плунжерный насос в устройстве для гидроразрыва пласта постепенно переходит от привода от дизельного двигателя к приводу от электродвигателя или газотурбинного двигателя, чтобы соответствовать более высоким требованиям к защите окружающей среды. В этом случае такое устройство для гидроразрыва пласта также имеет преимущества высокой мощности и низкой стоимости конструкции.Through the continuous improvement of the hydraulic fracturing device, the plunger pump in the hydraulic fracturing device is gradually moving from diesel engine drive to electric motor or gas turbine engine drive to meet higher environmental protection requirements. In this case, this hydraulic fracturing device also has the advantages of high power and low construction cost.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для гидроразрыва пласта. Как показано на фиг. 1, устройство 10 для гидроразрыва пласта включает в себя плунжерный насос 11 и электродвигатель 12. Выходной вал электродвигателя 12 соединен с входным валом плунжерного насоса 11 через муфту 13. Из-за частого включения и выключения муфта 13 относительно часто выходит из строя. С другой стороны, при осуществлении гидроразрыва пласта плунжерный насос должен работать стабильно и непрерывно, поэтому требования к стабильности муфты очень высоки. Поэтому, если во время работы в муфте устройства для гидроразрыва пласта возникнет проблема и ее нельзя вовремя определить и устранить, это приведет к большим экономическим потерям при выполнении операции гидроразрыва пласта. Следует отметить, что конструкция устройства для гидроразрыва пласта, показанного на фиг. 1, может быть такой, что оно будет иметь один двигатель и один насос (то есть один электродвигатель будет приводить в действие один плунжерный насос), или такой, что оно будет иметь один двигатель и два насоса (то есть один электродвигатель будет приводить в действие два плунжерных насоса).In fig. Figure 1 shows a schematic diagram of a device for hydraulic fracturing. As shown in FIG. 1, the hydraulic fracturing apparatus 10 includes a plunger pump 11 and a motor 12. The output shaft of the motor 12 is connected to the input shaft of the plunger pump 11 through a coupling 13. Due to frequent on and off operation, the coupling 13 is relatively prone to failure. On the other hand, when carrying out hydraulic fracturing, the plunger pump must operate stably and continuously, so the requirements for the stability of the coupling are very high. Therefore, if a problem occurs in the clutch of the hydraulic fracturing device during operation and cannot be identified and corrected in time, it will lead to great economic losses in the hydraulic fracturing operation. It should be noted that the structure of the hydraulic fracturing apparatus shown in FIG. 1 may be such that it will have one motor and one pump (that is, one electric motor will drive one plunger pump), or such that it will have one motor and two pumps (that is, one electric motor will drive two plunger pumps).

С другой стороны, перед работой или в конце работы устройства для гидроразрыва пласта обслуживающий персонал должен провести оценку технического состояния, а также проверить и оценить неисправности в соответствии с имеющимся опытом. Однако, как упоминалось выше, к устройству для гидроразрыва пласта предъявляются высокие требования в отношении стабильности, и оно относится к строительному оборудованию с высокой мощностью (номинальная максимальная выходная мощность одного плунжерного насоса обычно выше 2000 л.с.) и высоким давлением (номинальное давление плунжерного насоса обычно не меньше 10000 фунтов/кв. дюйм) (максимальное давление обычно может превышать 40 МПа во время строительства), при этом обслуживающий персонал не может проверять и устранять неполадки поблизости во время работы. Поэтому, если во время работы устройства для гидроразрыва пласта возникнут проблемы, это создаст риски для проведения операции гидроразрыва пласта. Кроме того, если в устройстве для гидроразрыва пласта возникнет потенциальная неисправность, которая не может быть обнаружена обслуживающим персоналом, это создаст большую потенциальную угрозу безопасности выполнения операции гидроразрыва пласта.On the other hand, before operating or at the end of operating a hydraulic fracturing device, operating personnel must conduct an assessment of the technical condition, and check and evaluate the faults according to their experience. However, as mentioned above, the hydraulic fracturing device has high stability requirements, and it belongs to the construction equipment with high power (the rated maximum output power of one plunger pump is usually above 2000 HP) and high pressure (the rated pressure of the plunger pump pump is usually at least 10,000 psi) (maximum pressure can usually exceed 40 MPa during construction), without maintenance personnel being able to inspect and troubleshoot problems nearby during operation. Therefore, if problems occur during the operation of the hydraulic fracturing device, it will pose risks to the hydraulic fracturing operation. In addition, if a potential malfunction occurs in the hydraulic fracturing apparatus that cannot be detected by maintenance personnel, this poses a major potential threat to the safety of the hydraulic fracturing operation.

В связи с этим в вариантах осуществления настоящего изобретения предлагается устройство для гидроразрыва пласта, способ управления устройством для гидроразрыва пласта и система для гидроразрыва пласта. Устройство для гидроразрыва пласта включает в себя плунжерный насос, первичный двигатель, муфту и гидравлическую систему для муфты. Плунжерный насос включает в себя приводную часть и гидравлическую часть, при этом первичный двигатель имеет выходной вал, а муфта включает в себя первый соединительный участок, второй соединительный участок и участок сцепления, расположенный между первым соединительным участком и вторым соединительным участком. Приводная часть плунжерного насоса включает в себя входной вал, причем первый соединительный участок соединен с входным валом, а второй соединительный участок соединен с выходным валом первичного двигателя, при этом гидравлическая система для муфты выполнена с возможностью подачи рабочей жидкости в муфту. Устройство для гидроразрыва пласта, кроме того, включает в себя первый датчик давления, расположенный в гидравлической системе для муфты и выполненный с возможностью определения гидравлического давления в гидравлической системе для муфты. Поэтому, когда первый датчик давления обнаруживает, что давление рабочей жидкости, подаваемой гидравлической системой для муфты в муфту, меньше заданного значения давления, устройство для гидроразрыва пласта может управлять муфтой для ее разъединения, так что можно избежать явления проскальзывания муфты, вызываемого снижением давления жидкости, предотвратить дальнейшее усугубление неисправности и провести соответствующий капитальный ремонт и техническое обслуживание.Accordingly, embodiments of the present invention provide a hydraulic fracturing apparatus, a method for controlling the hydraulic fracturing apparatus, and a hydraulic fracturing system. The hydraulic fracturing device includes a plunger pump, a prime mover, a coupling and a hydraulic system for the coupling. The plunger pump includes a driving part and a hydraulic part, wherein the prime mover has an output shaft, and the coupling includes a first connecting portion, a second connecting portion, and a coupling portion located between the first connecting portion and the second connecting portion. The driving part of the plunger pump includes an input shaft, a first connecting portion is connected to the input shaft, and a second connecting portion is connected to the output shaft of the prime mover, and the hydraulic system for the clutch is configured to supply working fluid to the clutch. The hydraulic fracturing apparatus further includes a first pressure sensor located in the clutch hydraulic system and configured to detect hydraulic pressure in the clutch hydraulic system. Therefore, when the first pressure sensor detects that the pressure of the hydraulic fluid supplied by the clutch hydraulic system to the clutch is less than a predetermined pressure value, the hydraulic fracturing device can control the clutch to release it, so that the phenomenon of clutch slippage caused by a decrease in fluid pressure can be avoided, prevent further deterioration of the fault and carry out appropriate major repairs and maintenance.

Здесь и далее предлагаемое в вариантах осуществления настоящего изобретения устройство для гидроразрыва пласта подробно описано со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи.Hereinafter, the hydraulic fracturing device proposed in the embodiments of the present invention is described in detail with reference to the accompanying drawings.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения предлагается устройство для гидроразрыва пласта. На фиг. 2A представлена принципиальная схема устройства для гидроразрыва пласта согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения; на фиг. 2B представлена принципиальная схема другого устройства для гидроразрыва пласта согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 2A и 2B, устройство 100 для гидроразрыва пласта включает в себя плунжерный насос 110, первичный двигатель 120, муфту 130 и гидравлическую систему 140 для муфты. Плунжерный насос 110 включает в себя приводную часть 112 и гидравлическую часть 114, первичный двигатель 120 включает в себя выходной вал 125, муфта 130 включает в себя первый соединительный участок 131, второй соединительный участок 132 и участок 133 сцепления, расположенный между первым соединительным участком 131 и вторым соединительным участком 132. Приводная часть 112 плунжерного насоса 110 включает в себя входной вал 1125, причем первый соединительный участок 131 соединен с входным валом 1125, а второй соединительный участок 132 соединен с выходным валом 125 первичного двигателя 120, при этом гидравлическая система 140 для муфты выполнена с возможностью подачи рабочей жидкости в муфту 130. Устройство 100 для гидроразрыва пласта дополнительно включает в себя первый датчик 151 давления, выполненный с возможностью определения гидравлического давления в гидравлической системе 140 для муфты, то есть величины давления рабочей жидкости, подаваемой гидравлической системой 140 для муфты в муфту 130. Следует отметить, что различные "давления" или "значения давления" в настоящем описании представляют собой значения давления, полученные с помощью манометров или датчиков давления. В устройстве для гидроразрыва пласта гидравлическая система для муфты выполнена с возможностью подачи рабочей жидкости в муфту. Если давление рабочей жидкости не соответствует требованиям из-за утечки масла и других причин, в муфте возникает явление проскальзывания, кроме того, если это не будет своевременно устранено, могут возникнуть более серьезные неисправности, что сопряжено с большой потенциальной угрозой безопасности и большими экономическими потерями при выполнении операции гидроразрыва пласта. Однако предлагаемое в вариантах осуществления настоящего изобретения устройство для гидроразрыва пласта определяет величину гидравлического давления рабочей жидкости, подаваемой в муфту гидравлической системой для муфты, с помощью первого датчика давления, при этом, когда первый датчик давления определяет, что величина гидравлического давления рабочей жидкости, подаваемой в муфту гидравлической системой для муфты, меньше заданного значения давления, устройство для гидроразрыва пласта может управлять муфтой для ее разъединения, так что можно избежать явления проскальзывания муфты, вызываемого снижением гидравлического давления, таким образом можно избежать дальнейшего усугубления неисправности и провести соответствующий капитальный ремонт и техническое обслуживание. Кроме того, гидравлическое давление рабочей жидкости, подаваемой в муфту гидравлической системой для муфты, определяемое первым датчиком давления, может отображаться дистанционно, что позволяет реализовать дистанционное управление и снизить сложность и стоимость эксплуатации.In one embodiment, the present invention provides a hydraulic fracturing device. In fig. 2A is a schematic diagram of a hydraulic fracturing apparatus according to one embodiment of the present invention; in fig. 2B is a schematic diagram of another hydraulic fracturing apparatus in accordance with one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2A and 2B, the hydraulic fracturing apparatus 100 includes a plunger pump 110, a prime mover 120, a clutch 130, and a clutch hydraulic system 140. The plunger pump 110 includes a driving portion 112 and a hydraulic portion 114, the prime mover 120 includes an output shaft 125, the clutch 130 includes a first coupling portion 131, a second coupling portion 132, and a clutch portion 133 located between the first coupling portion 131 and a second coupling portion 132. The drive portion 112 of the plunger pump 110 includes an input shaft 1125, the first coupling portion 131 being connected to the input shaft 1125, and the second coupling portion 132 being connected to the output shaft 125 of the prime mover 120, wherein a hydraulic system 140 for the clutch configured to supply hydraulic fluid to the clutch 130. The hydraulic fracturing device 100 further includes a first pressure sensor 151 configured to sense the hydraulic pressure in the clutch hydraulic system 140, that is, the amount of pressure of the working fluid supplied by the clutch hydraulic system 140 into the coupling 130. It should be noted that the various "pressures" or "pressure values" herein represent pressure values obtained using pressure gauges or pressure sensors. In the hydraulic fracturing device, the hydraulic system for the coupling is configured to supply working fluid to the coupling. If the working fluid pressure does not meet the requirements due to oil leakage and other reasons, a slip phenomenon will occur in the clutch, in addition, if this is not corrected in time, more serious malfunctions may occur, which involves a large potential safety hazard and large economic losses when performing a hydraulic fracturing operation. However, the hydraulic fracturing apparatus of the embodiments of the present invention detects the hydraulic pressure amount of the working fluid supplied to the clutch by the clutch hydraulic system using the first pressure sensor, wherein when the first pressure sensor determines that the hydraulic pressure amount of the working fluid supplied to the clutch clutch by the hydraulic system for the clutch, less than the set pressure value, the hydraulic fracturing device can control the clutch to disengage it, so that the phenomenon of clutch slippage caused by the decrease in hydraulic pressure can be avoided, thus the further aggravation of the malfunction can be avoided, and appropriate overhaul and maintenance can be carried out . In addition, the hydraulic pressure of the working fluid supplied to the clutch by the hydraulic system for the clutch, detected by the first pressure sensor, can be displayed remotely, allowing remote control to be realized and reducing the complexity and cost of operation.

В некоторых примерах первичный двигатель включает в себя одно из дизельного двигателя, электродвигателя и газотурбинного двигателя. Само собой разумеется, что варианты осуществления настоящего изобретения включают в себя варианты, но не ограничиваются ими, в которых первичный двигатель может представлять собой также другие машины, обеспечивающие мощность.In some examples, the prime mover includes one of a diesel engine, an electric motor, and a gas turbine engine. It goes without saying that embodiments of the present invention include, but are not limited to, those in which the prime mover may also be other power-producing machines.

На фиг. 3 представлена принципиальная схема другого устройства для гидроразрыва пласта согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 3, устройство 100 для гидроразрыва пласта включает в себя два плунжерных насоса 110 и один первичный двигатель 120. Один первичный двигатель 120 может приводить в действие два плунжерных насоса 110 одновременно. В этом случае устройство 100 для гидроразрыва может включать в себя две муфты 130, две гидравлические системы 140 для муфты и два первых датчика 151 давления. Два первых датчика 151 давления расположены во взаимно однозначном соответствии с двумя гидравлическими системами 140 для муфты, при этом каждый первый датчик давления 151 выполнен с возможностью определения гидравлического давления в соответствующей гидравлической системе 140 для муфты. Поэтому, когда первый датчик давления обнаруживает, что значение гидравлического давления рабочей жидкости, подаваемой любую из двух гидравлических систем для муфты, меньше заданного значения давления, соответствующая муфта может управляться для ее разъединения, обеспечивая тем самым нормальную работу другого плунжерного насоса.In fig. 3 is a schematic diagram of another hydraulic fracturing apparatus in accordance with one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the hydraulic fracturing apparatus 100 includes two plunger pumps 110 and one prime mover 120. One prime mover 120 can drive two plunger pumps 110 simultaneously. In this case, the fracturing device 100 may include two clutches 130, two clutch hydraulic systems 140, and two first pressure sensors 151. The two first pressure sensors 151 are located in a one-to-one correspondence with the two clutch hydraulic systems 140, with each first pressure sensor 151 configured to sense hydraulic pressure in the corresponding clutch hydraulic system 140. Therefore, when the first pressure sensor detects that the hydraulic pressure value of the hydraulic fluid supplied by either of the two hydraulic systems to the clutch is less than the set pressure value, the corresponding clutch can be controlled to disengage, thereby allowing the other plunger pump to operate normally.

В некоторых примерах, как показано на фиг. 2А, гидравлическая система 140 для муфты включает в себя в себя трубопровод 142 подачи масла, соединенный с муфтой 130, чтобы подавать рабочую жидкость в муфту 130. В этом случае первый датчик 151 давления может располагаться на трубопроводе 142 подачи масла, так что гидравлическое давление в гидравлической системе 140 для муфты может лучше определяться. Само собой разумеется, в вариантах осуществления настоящего изобретения, но не ограничиваясь этим, первый датчик давления может быть установлен в других подходящих местах, если он сможет определять гидравлическое давление в гидравлической системе для муфты.In some examples, as shown in FIG. 2A, the clutch hydraulic system 140 includes an oil supply line 142 connected to the clutch 130 to supply hydraulic fluid to the clutch 130. In this case, the first pressure sensor 151 may be located on the oil supply line 142 such that the hydraulic pressure is hydraulic system 140 for the clutch can be better determined. Of course, in embodiments of the present invention, but not limited to, the first pressure sensor may be installed in other suitable locations if it can sense the hydraulic pressure in the hydraulic system for the clutch.

В некоторых примерах, поскольку в рабочем состоянии муфта вращается, трубопровод подачи масла может соединяться с муфтой посредством вращающегося соединения. Само собой разумеется, что в вариантах осуществления настоящего изобретения, но не ограничиваясь этим, трубопровод подачи масла может соединяться с муфтой другими способами. Кроме того, тип вращающегося соединения может выбираться в зависимости от фактической ситуации. В некоторых примерах, как показано на фиг. 2А, устройство 100 для гидроразрыва пласта дополнительно включает в себя второй датчик 152 давления. Гидравлическая часть 114 плунжерного насоса 110 включает в себя выходной конец 1142 для жидкости, при этом второй датчик 152 давления выполнен с возможностью определения давления жидкости, выходящей из выходного конца 1142 для жидкости. Когда устройство для гидроразрыва пласта выполняет операции гидроразрыва, необходимо, чтобы устройство для гидроразрыва пласта подавало жидкость для гидроразрыва под заданным давлением. Если давление жидкости, выходящей из выходного конца 1142 плунжерного насоса 110, превышает безопасное значение давления (например, 90 МПа), необходимо защитить трансмиссию и компоненты высокого давления устройства. В этом случае устройство для гидроразрыва пласта может быстро разъединить муфту и защитить трансмиссию и компоненты высокого давления устройства, тем самым играя роль предохранителя.In some examples, because the clutch rotates in operation, an oil supply line may be connected to the clutch via a rotating joint. It goes without saying that in embodiments of the present invention, but not limited to, the oil supply line may be connected to the coupling in other ways. In addition, the type of rotating joint can be selected depending on the actual situation. In some examples, as shown in FIG. 2A, the hydraulic fracturing device 100 further includes a second pressure sensor 152. The hydraulic portion 114 of the plunger pump 110 includes a fluid outlet end 1142, wherein the second pressure sensor 152 is configured to sense the pressure of a fluid exiting the fluid outlet end 1142. When a hydraulic fracturing device performs hydraulic fracturing operations, it is necessary for the hydraulic fracturing device to supply fracturing fluid at a predetermined pressure. If the pressure of the fluid exiting the outlet end 1142 of the plunger pump 110 exceeds a safe pressure value (eg, 90 MPa), it is necessary to protect the transmission and high pressure components of the device. In this case, the hydraulic fracturing device can quickly disengage the clutch and protect the transmission and high pressure components of the device, thereby acting as a safety device.

Например, если давление жидкости, выходящей через выходной конец плунжерного насоса, превышает безопасное значение давления, устройство для гидроразрыва пласта может управлять гидравлической системой для муфты с помощью системы управления, чтобы быстро разъединить муфту. Само собой разумеется, в вариантах осуществления настоящего изобретения, но не ограничиваясь этим, устройство для гидроразрыва пласта способно также играть роль предохранителя, останавливая вращение электродвигателя, прекращая подачу питания на электродвигатель или отключая выход преобразователя частоты электродвигателя с помощью системы управления, когда давление жидкости, выходящей из выходного конца для жидкости плунжерного насоса, превышает безопасное значение давления.For example, if the pressure of the fluid exiting the outlet end of the plunger pump exceeds a safe pressure value, the fracturing device can control the hydraulic system for the clutch using a control system to quickly disengage the clutch. It goes without saying that in embodiments of the present invention, but not limited to, the hydraulic fracturing device is also capable of acting as a safety device by stopping the rotation of the motor, stopping the power supply to the motor, or turning off the output of the motor frequency converter by the control system when the pressure of the fluid leaving from the liquid outlet end of the plunger pump exceeds the safe pressure value.

В некоторых примерах, как показано на фиг. 3, устройство 100 для гидроразрыва пласта включает в себя два плунжерных насоса 110 и первичный двигатель 120. Один первичный двигатель 120 может приводить в действие два плунжерных насоса 110 одновременно. В этом случае устройство 100 для гидроразрыва пласта может включать в себя две муфты 130, две гидравлические системы 140 для муфты и два вторых датчика 152 давления. Два вторых датчика давления 152 расположены во взаимно однозначном соответствии с двумя выходными концами 1142 для жидкости двух плунжерных насосов 110, при этом каждый второй датчик 151 давления выполнен с возможностью определения гидравлического давления в соответствующем выходном конце 1142 для жидкости. Поэтому, когда вторые датчики давления обнаруживают, что гидравлическое давление, создаваемое в любом из двух выходных концов для жидкости, превышает безопасное значение давления, муфта может быстро разъединяться для защиты трансмиссии и компонентов высокого давления устройства, тем самым играя роль предохранителя.In some examples, as shown in FIG. 3, the hydraulic fracturing apparatus 100 includes two plunger pumps 110 and a prime mover 120. One prime mover 120 can drive two plunger pumps 110 simultaneously. In this case, the hydraulic fracturing device 100 may include two clutches 130, two clutch hydraulic systems 140, and two second pressure sensors 152. Two second pressure sensors 152 are located in one-to-one correspondence with the two fluid outlet ends 1142 of the two plunger pumps 110, each second pressure sensor 151 being configured to sense hydraulic pressure at the corresponding fluid outlet end 1142. Therefore, when the second pressure sensors detect that the hydraulic pressure generated at either of the two fluid outlet ends exceeds a safe pressure value, the clutch can quickly disengage to protect the transmission and high-pressure components of the device, thereby acting as a safety device.

В некоторых примерах, как показано на фиг. 2А, устройство 100 для гидроразрыва пласта дополнительно включает в себя выпускной коллектор 160, соединенный с выходным концом 1142 для жидкости. В этом случае второй датчик 152 давления может располагаться на выходном конце 1142 для жидкости или на выпускном коллекторе 160, чтобы лучше определять давление жидкости, выходящей из выходного конца 1142. Само собой разумеется, в вариантах осуществления настоящего изобретения, но не ограничиваясь этим, второй датчик давления может располагаться в других подходящих местах, где он может определять давление жидкости, выходящей из выходного конца для жидкости; например, второй датчик давления может располагаться на коллекторе для сброса давления.In some examples, as shown in FIG. 2A, the hydraulic fracturing apparatus 100 further includes an outlet manifold 160 connected to a fluid outlet end 1142. In this case, a second pressure sensor 152 may be located at the fluid outlet end 1142 or on the outlet manifold 160 to better determine the pressure of the fluid exiting the outlet end 1142. Of course, in embodiments of the present invention, but not limited to, the second sensor the pressure may be located at other suitable locations where it can detect the pressure of the liquid exiting the liquid outlet end; for example, a second pressure sensor may be located on the manifold to relieve pressure.

Например, как показано на фиг. 2A, выпускной коллектор 160 устройства 100 для гидроразрыва пласта расположен только на стороне плунжерного насоса 110, удаленной от муфты 130, кроме того, как показано на фиг. 2B, устройство 100 для гидроразрыва пласта также может иметь вспомогательный коллектор 161 на стороне плунжерного насоса 110, удаленной от выпускного коллектора 160. В этом случае второй датчик 152 давления также может располагаться на вспомогательном коллекторе 161, а вспомогательный коллектор 161 может быть выполнен с возможностью выпуска жидкости высокого давления или сброса давления.For example, as shown in FIG. 2A, the outlet manifold 160 of the hydraulic fracturing device 100 is located only on the side of the plunger pump 110 away from the sleeve 130, other than as shown in FIG. 2B, the hydraulic fracturing apparatus 100 may also have an auxiliary manifold 161 on a side of the plunger pump 110 remote from the outlet manifold 160. In this case, the second pressure sensor 152 may also be located on the auxiliary manifold 161, and the auxiliary manifold 161 may be configured to release high pressure fluids or pressure relief.

В некоторых примерах, как показано на фиг. 2A и 2B, устройство 100 для гидроразрыва пласта дополнительно включает в себя первый датчик 171 температуры, выполненный с возможностью определения температуры муфты 130. Таким образом, устройство для гидроразрыва пласта определяет температуру муфты с помощью первого датчика температуры, причем, когда первый датчик температуры определяет, что температура муфты выше заданного значения температуры, муфта может управляться для разъединения, так что можно избегать различных неисправностей, вызываемых высокой температурой муфты, предотвращать дальнейшее усугубление неисправностей и проводить соответствующий капитальный ремонт и техническое обслуживание. Кроме того, температура муфты, определяемая первым датчиком температуры, может отображаться дистанционно, что позволяет осуществлять дистанционное управление, а также снижать сложность и стоимость эксплуатации. Следует отметить, что первый датчик температуры выполнен с возможностью определения температуры муфты, но первый датчик температуры не обязательно должен устанавливаться на муфте, поскольку муфта вращается, и стабильность первого датчика температуры при использовании проводного или беспроводного соединения легко может столкнуться с проблемами, поэтому первый датчик температуры может использовать бесконтактные способы измерения температуры, такие как инфракрасное измерение температуры.In some examples, as shown in FIG. 2A and 2B, the hydraulic fracturing apparatus 100 further includes a first temperature sensor 171 configured to detect the temperature of the sleeve 130. Thus, the hydraulic fracturing apparatus detects the temperature of the sleeve using the first temperature sensor, wherein when the first temperature sensor detects that the clutch temperature is higher than the set temperature value, the clutch can be controlled to decouple, so that various malfunctions caused by high clutch temperature can be avoided, the malfunctions can be prevented from further aggravating, and proper overhaul and maintenance can be carried out. In addition, the clutch temperature detected by the first temperature sensor can be displayed remotely, allowing remote control and reducing operating complexity and cost. It should be noted that the first temperature sensor is configured to detect the temperature of the clutch, but the first temperature sensor does not need to be installed on the clutch because the clutch rotates, and the stability of the first temperature sensor when using a wired or wireless connection may easily encounter problems, so the first temperature sensor can use non-contact temperature measurement methods such as infrared temperature measurement.

В некоторых примерах, как показано на фиг. 2A и 2B, устройство 100 для гидроразрыва пласта дополнительно включает в себя второй датчик 172 температуры, выполненный с возможностью определения температуры гидравлической системы 140 для муфты. Таким образом, устройство для гидроразрыва пласта определяет температуру рабочей жидкости в гидравлической системе для муфты с помощью второго датчика температуры, и когда второй датчик температуры определит, что температура рабочей жидкости в гидравлической системе для муфты выше заданного значения температуры, муфта может управляться для разъединения, тем самым предотвращая различные неисправности, вызываемые высокой температурой муфты, предотвращая дальнейшее усугубление неисправностей и позволяя проводить соответствующий капитальный ремонт и техническое обслуживание.In some examples, as shown in FIG. 2A and 2B, the hydraulic fracturing device 100 further includes a second temperature sensor 172 configured to detect the temperature of the clutch hydraulic system 140. Thus, the hydraulic fracturing device detects the temperature of the working fluid in the hydraulic system for the clutch using the second temperature sensor, and when the second temperature sensor determines that the temperature of the working fluid in the hydraulic system for the clutch is higher than a set temperature value, the clutch can be controlled to release, thereby thereby preventing various malfunctions caused by high coupling temperatures, preventing further aggravation of malfunctions and allowing appropriate overhaul and maintenance to be carried out.

В некоторых примерах, как показано на фиг. 3, устройство 100 для гидроразрыва включает в себя два плунжерных насоса 110 и один первичный двигатель 120. Один первичный двигатель 120 может приводить в действие оба плунжерных насоса 110 одновременно. В этом случае устройство 100 для гидроразрыва пласта может включать в себя две муфты 130, две гидравлические системы 140 для муфты, два первых датчика 171 температуры и два вторых датчика 172 температуры. Два первых датчика 171 температуры расположены во взаимно однозначном соответствии с двумя муфтами 130, при этом каждый первый датчик 171 температуры выполнен с возможностью определения температуры соответствующей муфты 130. Два вторых датчика 172 температуры расположены во взаимно однозначном соответствии с двумя гидравлическими системами 140 для муфты, при этом каждый второй датчик 172 температуры выполнен с возможностью определения температуры соответствующей гидравлической системы 140 для муфты. Поэтому, когда первые датчики температуры обнаруживают, что температура любой из двух муфт ненормальна, или вторые датчики температуры обнаруживают, что температура любой из двух гидравлических систем для муфты ненормальна, соответствующая муфта может управляться для ее отключения, обеспечивая тем самым нормальную работу другого плунжерного насоса.In some examples, as shown in FIG. 3, the fracturing apparatus 100 includes two plunger pumps 110 and one prime mover 120. One prime mover 120 can drive both plunger pumps 110 simultaneously. In this case, the hydraulic fracturing apparatus 100 may include two clutches 130, two clutch hydraulic systems 140, two first temperature sensors 171, and two second temperature sensors 172. Two first temperature sensors 171 are located in a one-to-one correspondence with the two clutches 130, with each first temperature sensor 171 configured to determine the temperature of the corresponding clutch 130. Two second temperature sensors 172 are located in a one-to-one correspondence with the two hydraulic systems 140 for the clutch, with In this case, each second temperature sensor 172 is configured to determine the temperature of the corresponding hydraulic system 140 for the clutch. Therefore, when the first temperature sensors detect that the temperature of either of the two clutches is abnormal, or the second temperature sensors detect that the temperature of either of the two hydraulic systems for the clutch is abnormal, the corresponding clutch may be controlled to disengage, thereby allowing the other plunger pump to operate normally.

В некоторых примерах, как показано на фиг. 2A и 2B, устройство 100 для гидроразрыва пласта дополнительно включает в себя первый датчик 181 вибрации, выполненный с возможностью обнаружения вибрации плунжерного насоса 110. Устройство 100 для гидроразрыва пласта дополнительно включает в себя основание 118 плунжерного насоса, причем плунжерный насос 110 расположен на основании 118 плунжерного насоса, при этом первый датчик 181 вибрации расположен на плунжерном насосе 110 или на основании 118 плунжерного насоса. В процессе работы устройства для гидроразрыва пласта, когда муфта выходит из строя, передача между муфтой и плунжерным насосом будет ненормальной, что приведет к повышению вибрации плунжерного насоса. Устройство для гидроразрыва пласта, представленное в данном примере, обнаруживает вибрацию плунжерного насоса с помощью первого датчика вибрации, и если вибрация плунжерного насоса превышает заданное значение вибрации, муфта может управляться для ее размыкания, при этом входная мощность плунжерного насоса может полностью отключаться, что позволяет избежать дальнейшего усугубления неисправности и провести соответствующий капитальный ремонт и техническое обслуживание. Кроме того, поскольку первый датчик вибрации расположен на плунжерном насосе (например, на корпусе плунжерного насоса) или на основании плунжерного насоса, первый датчик вибрации в этом случае жестко связан с плунжерным насосом, при этом первый датчик вибрации может лучше обнаруживать вибрацию плунжерного насоса.In some examples, as shown in FIG. 2A and 2B, the hydraulic fracturing device 100 further includes a first vibration sensor 181 configured to detect vibration of the plunger pump 110. The hydraulic fracturing device 100 further includes a plunger pump base 118, wherein the plunger pump 110 is located on the plunger pump base 118. pump, wherein the first vibration sensor 181 is located on the plunger pump 110 or on the plunger pump base 118. During the operation of the hydraulic fracturing device, when the coupling fails, the transmission between the coupling and the plunger pump will be abnormal, causing the vibration of the plunger pump to increase. The hydraulic fracturing apparatus shown in this example detects the vibration of a plunger pump through a first vibration sensor, and if the vibration of the plunger pump exceeds a set vibration value, the clutch can be controlled to open the clutch, and the input power of the plunger pump can be completely turned off, thereby avoiding further aggravation of the malfunction and carry out appropriate major repairs and maintenance. In addition, since the first vibration sensor is located on the plunger pump (for example, on the plunger pump body) or on the base of the plunger pump, the first vibration sensor is then rigidly coupled to the plunger pump, and the first vibration sensor can better detect vibration of the plunger pump.

В некоторых примерах, как показано на фиг. 3, устройство 100 для гидроразрыва пласта включает в себя два плунжерных насоса 110 и один первичный двигатель 120. Один первичный двигатель 120 может приводить в действие оба плунжерных насоса 110 одновременно. В этом случае устройство 100 для гидроразрыва пласта может включать в себя две муфты 130, две гидравлические системы 140 для муфты и два первых датчика 181 вибрации. Поэтому, когда первый датчик 181 вибрации обнаруживает, что вибрация любого из двух плунжерных насосов превышает заданное значение вибрации, соответствующая муфта может управляться для ее разъединения, обеспечивая тем самым нормальную работу другого плунжерного насоса.In some examples, as shown in FIG. 3, the hydraulic fracturing apparatus 100 includes two plunger pumps 110 and one prime mover 120. One prime mover 120 can drive both plunger pumps 110 simultaneously. In this case, the hydraulic fracturing apparatus 100 may include two clutches 130, two clutch hydraulic systems 140, and two first vibration sensors 181. Therefore, when the first vibration sensor 181 detects that the vibration of either of the two plunger pumps exceeds a predetermined vibration value, the corresponding clutch can be controlled to disengage, thereby allowing the other plunger pump to operate normally.

В некоторых примерах, как показано на фиг. 2A и 2B, устройство 100 для гидроразрыва пласта дополнительно включает в себя второй датчик 182 вибрации, выполненный с возможностью обнаружения вибрации первичного двигателя 120. Устройство 100 для гидроразрыва пласта дополнительно включает в себя основание 128 первичного двигателя, причем первичный двигатель 120 расположен на основании 128 первичного двигателя, при этом второй датчик 182 вибрации расположен на первичном двигателе 120 или на основании 128 первичного двигателя. В процессе работы устройства для гидроразрыва пласта, когда муфта выходит из строя, передача между муфтой и первичным двигателем становится ненормальной, что приводит к сильной вибрации первичного двигателя. Устройство для гидроразрыва пласта, представленное в данном примере, обнаруживает вибрацию первичного двигателя с помощью первого датчика вибрации, и если вибрация первичного двигателя превышает заданное значение вибрации, муфта может управляться для разъединения, что позволяет избежать дальнейшего усугубления неисправности и провести соответствующий капитальный ремонт и техническое обслуживание. Кроме того, поскольку второй датчик вибрации расположен на первичном двигателе (например, на корпусе первичного двигателя) или на основании первичного двигателя, второй датчик вибрации может лучше обнаруживать вибрацию первичного двигателя.In some examples, as shown in FIG. 2A and 2B, the hydraulic fracturing device 100 further includes a second vibration sensor 182 configured to detect vibration of the prime mover 120. The hydraulic fracturing device 100 further includes a prime mover base 128, wherein the prime mover 120 is located on the prime mover base 128 engine, with a second vibration sensor 182 located on the prime mover 120 or on the prime mover base 128. During the operation of the hydraulic fracturing device, when the clutch fails, the transmission between the clutch and the prime mover becomes abnormal, resulting in severe vibration of the prime mover. The hydraulic fracturing device shown in this example detects the vibration of the prime mover using the first vibration sensor, and if the vibration of the prime mover exceeds a set vibration value, the clutch can be controlled to disengage, thereby avoiding further aggravation of the fault and carrying out appropriate overhaul and maintenance. . In addition, since the second vibration sensor is located on the prime mover (eg, on the prime mover housing) or on the base of the prime mover, the second vibration sensor can better detect vibration of the prime mover.

В некоторых примерах, как показано на фиг. 2A и 2B, устройство 100 для гидроразрыва пласта дополнительно включает в себя первый датчик 191 скорости вращения и второй датчик 192 скорости вращения. Первый датчик 191 скорости вращения выполнен с возможностью определения фактической скорости вращения входного вала 1125 плунжерного насоса 110. Второй датчик 192 скорости вращения выполнен с возможностью определения фактической скорости вращения выходного вала 125 первичного двигателя 120. Поэтому при фактической скорости вращения, измеренной первым датчиком 191 скорости вращения, не соответствующей фактической скорости вращения, измеренной вторым датчиком 192, например при несоответствии передаточного отношения, можно судить о том, что муфта неисправна. В этом случае муфта может управляться для ее разъединения, что позволяет избежать дальнейшего усугубления неисправности и провести соответствующий капитальный ремонт и техническое обслуживание.In some examples, as shown in FIG. 2A and 2B, the hydraulic fracturing device 100 further includes a first rotation speed sensor 191 and a second rotation speed sensor 192. The first rotation speed sensor 191 is configured to determine the actual rotation speed of the input shaft 1125 of the plunger pump 110. The second rotation speed sensor 192 is configured to determine the actual rotation speed of the output shaft 125 of the prime mover 120. Therefore, when the actual rotation speed measured by the first rotation speed sensor 191 , which does not correspond to the actual rotation speed measured by the second sensor 192, for example when the gear ratio is mismatched, it can be judged that the clutch is faulty. In this case, the clutch can be controlled to disengage, thereby avoiding further aggravation of the fault and allowing appropriate overhaul and maintenance to be carried out.

В некоторых примерах, как показано на фиг. 2A и 2B, первый датчик 191 скорости вращения может располагаться на входном валу 1125 плунжерного насоса 110, так что пространство, которое может быть зафиксировано и защищено, больше. Следует отметить, что если датчик скорости вращения установлен на муфте или на ее верхней и нижней частях, то существует больший риск повреждения датчика скорости вращения при капитальном ремонте муфты или утечке масла. Кроме того, колебания муфты могут легко вызывать отклонение обнаруживаемых данных. Однако в устройстве для гидроразрыва пласта, представленном в данном примере, первый датчик скорости вращения может устанавливаться на входном валу плунжерного насоса, на который не будет влиять отказ муфты или ее капитальный ремонт.In some examples, as shown in FIG. 2A and 2B, the first rotation speed sensor 191 may be located on the input shaft 1125 of the plunger pump 110 so that the space that can be fixed and protected is larger. It should be noted that if the speed sensor is installed on the clutch or on its top and bottom, there is a greater risk of damage to the speed sensor during a major overhaul of the clutch or an oil leak. In addition, coupling vibrations can easily cause deviations in the detected data. However, in the hydraulic fracturing apparatus of this example, the first rotation speed sensor can be mounted on the input shaft of the plunger pump, which will not be affected by clutch failure or major repairs.

В некоторых примерах, как показано на фиг. 3, устройство 100 для гидроразрыва пласта включает в себя два плунжерных насоса 110 и один первичный двигатель 120. Один первичный двигатель 120 может приводить в действие оба плунжерных насоса 110 одновременно. В этом случае устройство 100 для гидроразрыва пласта может включать в себя две муфты 130, две гидравлические системы 140 для муфты, два первых датчика 191 скорости вращения и один второй датчик 192 скорости вращения. Поэтому, когда скорость вращения любого из двух плунжерных насосов, определенная двумя первыми датчиками 191 скорости вращения, не совпадает со скоростью вращения первичного двигателя, определенной вторым датчиком 192 скорости вращения, соответствующая муфта может управляться для ее разъединения, обеспечивая тем самым нормальную работу другого плунжерного насоса.In some examples, as shown in FIG. 3, the hydraulic fracturing apparatus 100 includes two plunger pumps 110 and one prime mover 120. One prime mover 120 can drive both plunger pumps 110 simultaneously. In this case, the hydraulic fracturing apparatus 100 may include two clutches 130, two clutch hydraulic systems 140, two first rotational speed sensors 191, and one second rotational speed sensor 192. Therefore, when the rotation speed of either of the two plunger pumps detected by the first two rotation speed sensors 191 does not match the rotation speed of the prime mover detected by the second rotation speed sensor 192, the corresponding clutch can be controlled to disengage it, thereby allowing the other plunger pump to operate normally. .

Следует отметить, что как устройство для гидроразрыва пласта, показанное на фиг. 2A и 2B, так и устройство для гидроразрыва пласта, показанное на фиг. 3, могут оснащаться по меньшей мере тремя видами вышеупомянутых первого датчика давления, второго датчика давления, первого датчика температуры, первого датчика вибрации, второго датчика вибрации, первого датчика скорости вращения и второго датчика скорости вращения одновременно, чтобы оценивать состояние муфты с разных аспектов, управляя, таким образом, муфтой для ее разъединения в случае ее ненормального состояния, что позволяет избежать дальнейшего усугубления неисправности и провести соответствующий капитальный ремонт и техническое обслуживание.It should be noted that as the hydraulic fracturing device shown in FIG. 2A and 2B and the hydraulic fracturing device shown in FIG. 3, can be equipped with at least three kinds of the above-mentioned first pressure sensor, second pressure sensor, first temperature sensor, first vibration sensor, second vibration sensor, first rotation speed sensor and second rotation speed sensor simultaneously, so as to evaluate the clutch condition from different aspects, controlling , thus, a coupling to disconnect it in case of its abnormal condition, thereby avoiding further aggravation of the malfunction and carrying out appropriate overhaul and maintenance.

На фиг. 4 представлена принципиальная схема другого устройства для гидроразрыва пласта согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 4, устройство 100 для гидроразрыва пласта может дополнительно включать в себя редуктор 210 с входным валом 212. Входной вал 212 непосредственно соединен с первым соединительным участком 131 муфты 130, а входной вал 1125 непосредственно соединен с редуктором 210. Редуктор 210 может включать в себя планетарный редуктор 216 и редуктор 214 с параллельными валами, в этом случае редуктор 214 с параллельными валами соединен с входным валом 212, а входной вал 1125 непосредственно соединен с планетарным редуктором 216.In fig. 4 is a schematic diagram of another hydraulic fracturing apparatus according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the hydraulic fracturing apparatus 100 may further include a gearbox 210 with an input shaft 212. The input shaft 212 is directly coupled to the first coupling portion 131 of the clutch 130, and the input shaft 1125 is directly coupled to the gearbox 210. The gearbox 210 may include a planetary gearbox. 216 and a parallel shaft gearbox 214, in which case the parallel shaft gearbox 214 is coupled to the input shaft 212 and the input shaft 1125 is directly coupled to the planetary gearbox 216.

В обычном устройстве для гидроразрыва пласта муфта соединена с входным валом плунжерного насоса. В процессе работы устройства для гидроразрыва пласта вибрация или дрожание самого плунжерного насоса, очевидно, выше, чем вибрация или дрожание первичного двигателя из-за коленчатой конструкции входного вала и мгновенного колебания давления на входе и выходе плунжерного насоса. Кроме того, сама муфта является тяжелой и также включает в себя механизм перемещения и уплотнительную конструкцию, поэтому соединение муфты с входным валом плунжерного насоса подвержено поломке. Кроме того, входной вал плунжерного насоса должен непосредственно соединяться с муфтой, а сам плунжерный насос обычно оснащен редуктором плунжерного насоса, поэтому входной вал плунжерного насоса должен проходить через корпус плунжерного насоса и редуктор плунжерного насоса и соединиться с муфтой, что приводит к необходимости иметь большую длину входного вала плунжерного насоса; кроме того, входной вал плунжерного насоса должен иметь отверстие для рабочей жидкости, проходящее через входной вал плунжерного насоса, при этом большая длина указанного входного вала также приводит к необходимости формирования отверстия большой длины для рабочей жидкости, что сопряжено с большой сложностью обработки и приводит к высокой стоимости.In a conventional hydraulic fracturing device, the coupling is connected to the input shaft of a plunger pump. During the operation of the hydraulic fracturing device, the vibration or vibration of the plunger pump itself is obviously higher than the vibration or vibration of the prime mover due to the cranked structure of the input shaft and the instantaneous pressure fluctuation of the inlet and outlet of the plunger pump. In addition, the coupling itself is heavy and also includes a movement mechanism and a sealing structure, so the connection of the coupling to the input shaft of the plunger pump is susceptible to failure. In addition, the input shaft of the plunger pump must be directly connected to the coupling, and the plunger pump itself is usually equipped with a plunger pump reducer, so the input shaft of the plunger pump must pass through the plunger pump body and the plunger pump reducer and connect with the coupling, resulting in the need to have a longer length plunger pump input shaft; In addition, the input shaft of the plunger pump must have a hole for the working fluid passing through the input shaft of the plunger pump, while the large length of the said input shaft also leads to the need to form a long hole for the working fluid, which is associated with great processing complexity and leads to high cost.

Однако в устройстве для гидроразрыва пласта, представленном в данном примере, первый соединительный участок муфты непосредственно соединен с входным валом планетарного редуктора, а планетарный редуктор непосредственно соединен с входным валом плунжерного насоса, поэтому нет необходимости соединять муфту с входным валом плунжерного насоса. Таким образом, устройство для гидроразрыва пласта позволяет снизить частоту отказов муфты. С другой стороны, нет необходимости напрямую соединять входной вал плунжерного насоса с муфтой, что позволяет значительно уменьшить длину входного вала плунжерного насоса, тем самым значительно уменьшая сложность обработки входного вала плунжерного насоса и отверстия для рабочей жидкости во входном валу плунжерного насоса и снижая его стоимость.However, in the hydraulic fracturing apparatus shown in this example, the first connecting portion of the coupling is directly connected to the input shaft of the planetary gearbox, and the planetary gearbox is directly connected to the input shaft of the plunger pump, so there is no need to connect the coupling to the input shaft of the plunger pump. Thus, the hydraulic fracturing device can reduce the failure rate of the coupling. On the other hand, there is no need to directly connect the plunger pump input shaft with the coupling, which can greatly reduce the length of the plunger pump input shaft, thereby greatly reducing the processing complexity of the plunger pump input shaft and the working fluid hole in the plunger pump input shaft and reducing its cost.

Например, если плунжерный насос представляет собой пятицилиндровый плунжерный насос, то длина входного вала может быть уменьшена с более чем 2 метров до менее 0,8 метра, что значительно снижает сложность обработки входного вала и снижает его стоимость.For example, if the plunger pump is a five-cylinder plunger pump, the length of the input shaft can be reduced from more than 2 meters to less than 0.8 meters, which greatly reduces the processing complexity of the input shaft and reduces its cost.

На фиг. 5 представлена блок-схема системы для гидроразрыва пласта согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Система 300 для гидроразрыва пласта включает в себя устройство 100 для гидроразрыва пласта по любому из вышеприведенных примеров. Система 300 для гидроразрыва пласта дополнительно включает в себя систему 230 управления; при этом система 230 управления включает в себя первый блок 231 управления и первый модуль 232 связи. Система 230 управления электрически связана с муфтой 130; система 230 управления связана с первым датчиком 151 давления, вторым датчиком 152 давления, первым датчиком 171 температуры, вторым датчиком 172 температуры, первым датчиком 181 вибрации, вторым датчиком 182 вибрации, первым датчиком 191 скорости вращения и вторым датчиком 192 скорости вращения. Система 230 управления может управлять муфтой 130 в соответствии с сигналами обратной связи, подаваемыми первым датчиком 151 давления, вторым датчиком 152 давления, первым датчиком 171 температуры, вторым датчиком 172 температуры, первым датчиком 181 вибрации, вторым датчиком 182 вибрации, первым датчиком 191 скорости вращения и вторым датчиком 192 скорости вращения.In fig. 5 is a block diagram of a hydraulic fracturing system according to one embodiment of the present invention. The hydraulic fracturing system 300 includes a hydraulic fracturing device 100 according to any of the above examples. The hydraulic fracturing system 300 further includes a control system 230; wherein the control system 230 includes a first control unit 231 and a first communication module 232. The control system 230 is electrically coupled to the clutch 130; control system 230 is coupled to a first pressure sensor 151, a second pressure sensor 152, a first temperature sensor 171, a second temperature sensor 172, a first vibration sensor 181, a second vibration sensor 182, a first rotation speed sensor 191, and a second rotation speed sensor 192. The control system 230 may control the clutch 130 in accordance with feedback signals provided by the first pressure sensor 151, the second pressure sensor 152, the first temperature sensor 171, the second temperature sensor 172, the first vibration sensor 181, the second vibration sensor 182, the first rotation speed sensor 191 and a second rotation speed sensor 192.

Например, когда первый датчик давления обнаруживает, что значение давления рабочей жидкости, подаваемой гидравлической системой для муфты в муфту, меньше заданного значения давления, система управления может управлять муфтой для ее разъединения, чтобы избежать явления проскальзывания муфты, вызываемого пониженным гидравлическим давлением, тем самым предотвращая дальнейшее усугубление неисправности и позволяя провести соответствующий капитальный ремонт и техническое обслуживание. Способ управления, реализуемый системой управления в соответствии с сигналами обратной связи, передаваемыми другими датчиками, раскрыт при описании соответствующих датчиков, поэтому его описания здесь не будет повторяться.For example, when the first pressure sensor detects that the pressure value of the hydraulic fluid supplied by the clutch hydraulic system to the clutch is less than a predetermined pressure value, the control system may control the clutch to disengage the clutch to avoid the phenomenon of clutch slippage caused by reduced hydraulic pressure, thereby preventing further aggravating the fault and allowing appropriate major repairs and maintenance to be carried out. The control method implemented by the control system in accordance with feedback signals transmitted by other sensors is disclosed in the description of the corresponding sensors, so its description will not be repeated here.

Следует отметить, что система 230 управления связываться с вышеупомянутыми датчиками проводным или беспроводным способом.It should be noted that the control system 230 communicates with the above sensors in a wired or wireless manner.

В некоторых примерах, как показано на фиг. 5, система 300 для гидроразрыва пласта дополнительно включает в себя блок 250 дистанционного управления. Блок 250 дистанционного управления включает в себя второй модуль 251 управления, второй модуль 252 связи, модуль 253 ввода и модуль 254 отображения. Блок 250 дистанционного управления может связываться с первым модулем 232 связи системы 230 управления через второй модуль 252 связи. Второй модуль 251 управления соответственно соединен с модулем 253 ввода и модулем 254 отображения. Таким образом, блок 250 дистанционного управления может принимать данные системы 230 управления и отображать их на модуле 254 отображения. Пользователь также может посылать управляющие инструкции в систему 230 управления через модуль 253 ввода блока 250 дистанционного управления.In some examples, as shown in FIG. 5, the hydraulic fracturing system 300 further includes a remote control unit 250. The remote control unit 250 includes a second control unit 251, a second communication unit 252, an input unit 253, and a display unit 254. The remote control unit 250 may communicate with the first communication module 232 of the control system 230 via the second communication module 252 . The second control module 251 is respectively connected to the input module 253 and the display module 254. Thus, the remote control unit 250 can receive data from the control system 230 and display it on the display unit 254. The user can also send control instructions to the control system 230 through the input module 253 of the remote control unit 250.

В некоторых примерах, как показано на фиг. 5, система 300 для гидроразрыва пласта дополнительно включает в себя блок 240 питания, при этом блок 240 питания включает в себя трансформатор 242. Если первичный двигатель 120 является электродвигателем, то блок 240 питания может соединяться с первичным двигателем 120 для подачи питания на первичный двигатель 120. Кроме того, блок 240 питания может соединяться с системой 230 управления для подачи питания на систему 230 управления.In some examples, as shown in FIG. 5, the hydraulic fracturing system 300 further includes a power supply 240, wherein the power supply 240 includes a transformer 242. If the prime mover 120 is an electric motor, the power supply 240 may be coupled to the prime mover 120 to supply power to the prime mover 120 In addition, the power supply 240 may be coupled to the control system 230 to supply power to the control system 230.

На фиг. 6 представлена блок-схема другой системы для гидроразрыва пласта согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 6, в блоке 250 дистанционного управления второй модуль 252 связи может быть интегрирован во второй модуль 251 управления, тем самым улучшая интеграцию блока дистанционного управления. Таким образом, второй модуль 251 управления может непосредственно принимать данные системы 230 управления и отображать их на модуле 254 отображения. Пользователь также может посылать управляющие инструкции в систему 230 управления через модуль 253 ввода блока 250 дистанционного управления.In fig. 6 is a block diagram of another hydraulic fracturing system in accordance with one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, in the remote control unit 250, the second communication module 252 may be integrated into the second control unit 251, thereby improving the integration of the remote control unit. Thus, the second control module 251 can directly receive data from the control system 230 and display it on the display module 254. The user can also send control instructions to the control system 230 through the input module 253 of the remote control unit 250.

По меньшей мере в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения дополнительно предлагается способ управления устройством для гидроразрыва пласта. Устройство для гидроразрыва пласта может быть устройством для гидроразрыва пласта по любому из вышеприведенных примеров. В этом случае способ управления включает: определение гидравлического давления в гидравлической системе для муфты; и управление муфтой для ее разъединения, если измеренное гидравлическое давление в гидравлической системе для муфты меньше, чем первое заданное значение давления.At least one embodiment of the present invention further provides a method for controlling a hydraulic fracturing device. The hydraulic fracturing device may be a hydraulic fracturing device according to any of the above examples. In this case, the control method includes: determining the hydraulic pressure in the hydraulic system for the clutch; and controlling the clutch to disengage the clutch if the measured hydraulic pressure in the hydraulic system for the clutch is less than the first set pressure value.

В способе управления, предусмотренном данным вариантом осуществления настоящего изобретения, когда значение гидравлического давления рабочей жидкости, подаваемой в муфту гидравлической системой для муфты, меньше, чем первое заданное значение давления, муфта управляется для ее разъединения, так что можно избежать явления проскальзывания муфты, вызываемого пониженным гидравлическим давлением, исключить дальнейшее усугубление неисправностей и провести соответствующий капитальный ремонт и техническое обслуживание.In the control method provided by this embodiment of the present invention, when the hydraulic pressure value of the working fluid supplied to the clutch by the hydraulic system for the clutch is less than the first set pressure value, the clutch is controlled to disengage, so that the phenomenon of clutch slippage caused by low hydraulic pressure, to prevent further aggravation of malfunctions and to carry out appropriate overhauls and maintenance.

Например, гидравлическое давление в гидравлической системе для муфты может определяться вышеупомянутым первым датчиком давления, то есть величиной гидравлического давления рабочей жидкости, подаваемой гидравлической системой для муфты в муфту.For example, the hydraulic pressure in the clutch hydraulic system may be determined by the above-mentioned first pressure sensor, that is, the amount of hydraulic pressure of the working fluid supplied by the clutch hydraulic system to the clutch.

В некоторых примерах способ управления дополнительно включает: определение давления жидкости на выходе плунжерного насоса; и управление муфтой для ее разъединения, если измеренное давление жидкости на выходе плунжерного насоса выше, чем второе заданное значение давления. Таким образом, если давление жидкости на выходе плунжерного насоса выше, чем второе заданное значение давления, может возникнуть проблема с муфтой. В этом случае устройство для гидроразрыва пласта может управлять муфтой для ее разъединения, чтобы вовремя обнаружить и устранить неисправность. Следует отметить, что вышеупомянутое второе заданное значение давления может быть безопасным значением давления.In some examples, the control method further includes: determining the fluid pressure at the outlet of the plunger pump; and controlling the clutch to disengage it if the measured fluid pressure at the outlet of the plunger pump is higher than the second set pressure value. Therefore, if the fluid pressure at the outlet of the plunger pump is higher than the second pressure set point, a clutch problem may occur. In this case, the hydraulic fracturing device can control the clutch to release it in order to detect and correct the fault in time. It should be noted that the above second set pressure value may be a safety pressure value.

Например, давление жидкости, выдаваемой плунжерным насосом, может определяться вторым датчиком давления, описанным выше.For example, the pressure of the fluid delivered by the plunger pump may be sensed by the second pressure sensor described above.

В некоторых примерах способ управления дополнительно включает: определение температуры муфты; и управление муфтой для ее разъединения, если измеренная температура муфты выше, чем первое заданное значение температуры. Таким образом, если температура муфты превышает заданное значение температуры, муфта может управляться для ее разъединения, что позволяет избегать различных неисправностей, вызываемых высокой температурой муфты, предотвращать дальнейшее усугубление состояния неисправностей, и проводить соответствующий капитальный ремонт и техническое обслуживание.In some examples, the control method further includes: detecting a clutch temperature; and controlling the clutch to disengage the clutch if the sensed temperature of the clutch is higher than the first set temperature value. In this way, if the temperature of the clutch exceeds the set temperature value, the clutch can be controlled to disengage, which can avoid various malfunctions caused by high clutch temperature, prevent further aggravation of the malfunction condition, and carry out appropriate overhaul and maintenance.

Например, температура муфты может измеряться первым датчиком температуры.For example, the temperature of the coupling may be measured by a first temperature sensor.

В некоторых примерах способ управления дополнительно включает: измерение температуры рабочей жидкости в гидравлической системе для муфты; и управление муфтой для ее разъединения, если измеренная температура рабочей жидкости в гидравлической системе для муфты выше второго заданного значения температуры. Таким образом, если температура рабочей жидкости в гидравлической системе для муфты превышает второе заданное значение температуры, муфта может управляться для ее разъединения, что позволяет избегать различных неисправностей, вызываемых повышением температуры муфты, предотвращать дальнейшее усугубление состояния неисправностей и проводить соответствующий капитальный ремонт и техническое обслуживание.In some examples, the control method further includes: measuring the temperature of a working fluid in a hydraulic system for the clutch; and controlling the clutch to disengage the clutch if the sensed temperature of the hydraulic fluid for the clutch is higher than the second temperature set point. Thus, if the temperature of the hydraulic fluid for the clutch exceeds the second set temperature value, the clutch can be controlled to disengage, thereby avoiding various malfunctions caused by the increase in clutch temperature, preventing further aggravation of the malfunction condition, and carrying out appropriate overhaul and maintenance.

Например, температура рабочей жидкости в гидравлической системе для муфты может измеряться вторым датчиком температуры.For example, the temperature of the hydraulic fluid for the clutch may be measured by a second temperature sensor.

В некоторых примерах способ управления дополнительно включает: обнаружение вибрации плунжерного насоса; и управление муфтой для ее разъединения, если обнаруженная вибрация плунжерного насоса выше, чем первое заданное значение вибрации. В процессе работы устройства для гидроразрыва пласта, когда муфта выходит из строя, передача между муфтой и плунжерным насосом будет ненормальной, что приведет к высокой вибрации плунжерного насоса. Если вибрация плунжерного насоса превышает первое заданное значение вибрации, в способе управления может осуществляться управление муфтой для ее разъединения и полностью прекращаться подача входной мощности на плунжерный насос, что позволяет избегать дальнейшего усугубления неисправности и проводить соответствующий капитальный ремонт и техническое обслуживание.In some examples, the control method further includes: detecting vibration of the plunger pump; and controlling the clutch to disengage it if the detected vibration of the plunger pump is higher than the first vibration set value. During the operation of the hydraulic fracturing device, when the coupling fails, the transmission between the coupling and the plunger pump will be abnormal, resulting in high vibration of the plunger pump. If the vibration of the plunger pump exceeds the first set vibration value, the control method can control the clutch to disengage it and completely stop the input power to the plunger pump, thereby avoiding further aggravation of the malfunction and carrying out appropriate overhaul and maintenance.

Например, вибрация плунжерного насоса может обнаруживаться первым датчиком вибрации, описанным выше.For example, vibration of a plunger pump may be detected by the first vibration sensor described above.

В некоторых примерах способ управления дополнительно включает: измерение вибрации первичного двигателя; и, если измеренная вибрация первичного двигателя выше, чем второе заданное значение вибрации, управление муфтой для ее разъединения. Если муфта выходит из строя, передача между муфтой и первичным двигателем будет ненормальной, что приведет к высокой вибрации первичного двигателя. Если вибрация первичного двигателя превысит второе заданное значение вибрации, в способе управления может осуществляться управление муфтой для ее разъединения, что позволяет избегать дальнейшего усугубления состояния неисправности и проводить соответствующий капитальный ремонт и техническое обслуживание.In some examples, the control method further includes: measuring vibration of the prime mover; and, if the measured vibration of the prime mover is higher than the second vibration setpoint, controlling the clutch to disengage it. If the clutch fails, the transmission between the clutch and the prime mover will be abnormal, resulting in high vibration of the prime mover. If the vibration of the prime mover exceeds the second set vibration value, the control method may control the clutch to disengage it, thereby avoiding further aggravation of the malfunction condition and carrying out appropriate overhaul and maintenance.

В некоторых примерах способ управления дополнительно включает: определение первой фактической скорости вращения входного вала плунжерного насоса; определение второй фактической скорости вращения выходного вала первичного двигателя; вычисление отношения первой фактической скорости ко второй фактической скорости, и управление муфтой для ее разъединения, если отношение меньше первого заданного отношения или больше второго заданного отношения. Таким образом, если отношение первой фактической частоты вращения входного вала плунжерного насоса ко второй фактической частоте вращения выходного вала первичного двигателя меньше первого заданного отношения или больше второго заданного отношения (т.е. совпадение отсутствует), можно считать, что муфта неисправна. В этом случае, в способе управления может осуществляться управление муфтой для ее разъединения, чтобы избежать дальнейшего усугубления неисправности и провести соответствующий капитальный ремонт и техническое обслуживание.In some examples, the control method further includes: determining a first actual rotation speed of an input shaft of the plunger pump; determining a second actual rotation speed of the output shaft of the primary engine; calculating the ratio of the first actual speed to the second actual speed, and controlling the clutch to disengage it if the ratio is less than the first predetermined ratio or greater than the second predetermined ratio. Thus, if the ratio of the first actual rotational speed of the plunger pump input shaft to the second actual rotational speed of the prime mover output shaft is less than the first specified ratio or greater than the second specified ratio (i.e., there is no match), the clutch can be considered to be faulty. In this case, the control method may control the clutch to disengage it in order to avoid further aggravation of the malfunction and carry out appropriate overhaul and maintenance.

Необходимо пояснить следующие утверждения:The following statements need clarification:

(1) На чертежах вариантов осуществления настоящего изобретения показаны только структуры, относящиеся к вариантам осуществления настоящего изобретения, а другие структуры могут относиться к общеизвестной(ым) конструкции(ям);(1) The drawings of embodiments of the present invention show only the structures related to the embodiments of the present invention, and other structures may refer to publicly known structure(s);

(2) В случае отсутствия противоречий признаки одного варианта осуществления настоящего изобретения или различных вариантов осуществления настоящего изобретения могут комбинироваться.(2) In the absence of conflict, features of one embodiment of the present invention or different embodiments of the present invention may be combined.

Вышеизложенное относится лишь к частными вариантами осуществления настоящего изобретения и не ограничивает объем настоящего изобретения; любой из специалистов, знакомых со смежными областями техники, может легко придумать варианты и замены в технических областях, описанных в настоящем описании, которые должны попадать в объем защиты настоящего изобретения. Поэтому области применения настоящего изобретения должны быть определены прилагаемой формулой изобретения.The foregoing relates only to particular embodiments of the present invention and does not limit the scope of the present invention; variations and substitutions in the technical fields described herein that would fall within the scope of the present invention can readily be conceived by any one skilled in the art. Therefore, the scope of application of the present invention should be defined by the appended claims.

Claims

1. A device for hydraulic fracturing, containing:

a plunger pump having a driving part and a hydraulic part,

a prime mover containing an output shaft,

a coupling comprising a first coupling portion, a second coupling portion, and a coupling portion located between the first coupling portion and the second coupling portion, and

a hydraulic system for the coupling, configured to supply working fluid to the coupling,

wherein the driving part of the plunger pump comprises an input shaft, wherein said first connecting portion is connected to said input shaft, and said second connecting portion is connected to said output shaft of the prime mover,

wherein the hydraulic fracturing device further comprises a first pressure sensor configured to detect hydraulic pressure in the hydraulic system for the clutch,

wherein the hydraulic fracturing device further comprises a first vibration sensor configured to detect vibration of the plunger pump, and a second vibration sensor configured to detect vibration of the prime mover,

wherein the hydraulic fracturing device further comprises a plunger pump base, wherein the plunger pump is located on the plunger pump base, wherein the first vibration sensor is located on the plunger pump base, wherein the hydraulic fracturing device further comprises a prime mover base, wherein the prime mover is located on the prime mover base engine, wherein the second vibration sensor is located on the prime mover or on the base of the prime mover.

2. The apparatus of claim 1, further comprising a second pressure sensor, wherein the hydraulic portion of the plunger pump includes a fluid outlet end, wherein the second pressure sensor is configured to sense the pressure of a fluid exiting the fluid outlet end.

3. The apparatus of claim 2, further comprising an outlet manifold coupled to the fluid outlet end, wherein the second pressure sensor is located at the fluid outlet end or the outlet manifold.

4. Device according to any one of paragraphs. 1 to 3, which further comprises a plunger pump, a clutch, a hydraulic system for the clutch, and a first pressure sensor, wherein the two first pressure sensors are arranged in mutual correspondence with the two hydraulic systems for the clutch, wherein the first pressure sensor is configured to detect hydraulic pressure in the corresponding one of two hydraulic systems for the clutch.

5. Device according to any one of paragraphs. 1–4, which further comprises a first temperature sensor configured to detect the temperature of the coupling.

6. The device according to claim 5, which additionally contains a second temperature sensor configured to determine the temperature of the working fluid in the hydraulic system for the clutch.

7. Device according to any one of paragraphs. 1–6, which additionally contains:

a first rotation speed sensor configured to detect an actual rotation speed of the input shaft of the plunger pump; And

a second rotation speed sensor configured to determine the actual rotation speed of the output shaft of the primary engine.

8. Device according to any one of paragraphs. 1-7, which further comprises a planetary gearbox including an input shaft, wherein a first coupling portion is directly connected to said input shaft, wherein the input shaft of the plunger pump is directly coupled to the planetary gearbox.

9. Device according to any one of paragraphs. 1 to 8, in which the prime mover is one of a diesel engine, an electric motor and a gas turbine engine.

10. A method for controlling a hydraulic fracturing device, wherein the hydraulic fracturing device is a hydraulic fracturing device according to any one of claims. 1–9, wherein the control method includes:

determining the hydraulic pressure in the hydraulic system for the clutch, and

controlling the clutch to disengage if the detected hydraulic pressure in the hydraulic system for the clutch is less than the first set pressure value,

prime mover vibration detection, and

controlling the clutch to disengage if the detected vibration of the prime mover exceeds a second vibration setpoint.

11. The method according to claim 10, which additionally includes:

determining the fluid pressure delivered by the plunger pump, and

Controlling the clutch to disengage if the detected pressure of the fluid being delivered by the plunger pump exceeds a second pressure set point.

12. The method according to claim 10, which additionally includes:

determination of coupling temperature, and

controlling the clutch to disengage if the measured clutch temperature exceeds the first set temperature value.

13. Method according to any one of paragraphs. 10–12, which additionally includes:

determining the temperature of the working fluid in the hydraulic system for the clutch, and

controlling the clutch to disengage if the detected temperature of the hydraulic fluid for the clutch exceeds a second temperature setpoint.

14. Method according to any one of paragraphs. 10–13, which additionally includes:

plunger pump vibration detection, and

controlling the clutch to disengage if detected plunger pump vibration exceeds the first vibration setpoint.

15. Method according to any one of paragraphs. 10–14, which additionally includes:

determining the first actual rotation speed of the input shaft of the plunger pump,

determining the second actual speed of rotation of the output shaft of the prime mover, and

calculating the ratio of the first actual rotation speed to the second actual rotation speed and controlling the clutch to disengage it if the ratio is less than the first predetermined ratio or greater than the second predetermined ratio.

16. System for hydraulic fracturing, containing:

device for hydraulic fracturing according to any one of paragraphs. 1–9,

a control system configured to control the clutch of the hydraulic fracturing device, and

remote control unit connected to the control system,

wherein the control system is electrically coupled to the clutch and coupled to the first pressure sensor and the second vibration sensor, wherein the control system is configured to control the clutch in accordance with feedback signals provided by the first pressure sensor and the second vibration sensor.