泵系统技术方案

一种具有动力端和流体端组件的泵系统。该流体端组件包括配置成在柱塞孔的内部平移的柱塞。该流体端进一步包括吸入阀组件和排放阀组件。动力端配置成使用短抽油杆来引导柱塞在流体端组件的内部进行移动，以产生压差。吸入阀组件和排放阀组件响应于该压差而工作，以移动流体。直阀密封件位于吸入阀组件和/或排放阀组件的内部，以分配由阀在流体端组件内部的移动而引起的力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】泵系统
本申请总体涉及泵系统，该泵系统具有与流体端可操作连通的动力端，更具体地，涉及一种运送压裂流体的泵系统。
技术介绍
从低渗透储集岩中经济地产生碳氢化合物是困难的。油和气的生产率通常通过水力压裂而提高，水力压裂为一种提高岩层渗透率的技术，该技术能够打开使碳氢化合物进入回收井的通道。在水力压裂过程中，流体在高压(有时高达50，000PSI)下被泵送进入地层，进入储集岩并且将其破裂或压裂。大量的支撑剂悬浮在流体中被运载进入裂缝中。当压力释放时，裂缝部分地包围支撑剂，为油和气留出流动通道。专业的泵系统被用于以非常高的速率和压力运送压裂流体来完成水力压裂过程或“压裂作业”。用在油田井服务 设备中的容积式泵在恶劣的环境和运行条件中运行，服务和维护。导致这些泵性能减低和使用寿命减少的四个主要问题为:1)由于充注流不足和/或不一致而产生的泵空穴；2)在泵的流体端产生的由金属疲劳导致的破裂和故障，流体端已知的也被称作泵的流体或压力侧。这是由随着泵往复运动来移动处于压力下的流体而产生的每秒发生三次的不间断的高强度增压和泄压而引起的；3)不正确的维护；以及4)不正确的操作。这些泵系统通常设置有动力端和流体端。动力端引起柱塞在容纳受压流体的流体端内部进行移动。在这些流体端内部具有多个为压裂流体加压的往复式柱塞。吸入阀和排放阀控制流体流向和流出柱塞。具有太多内部突起的阀能够捕获或者“淘汰”足够多的支撑剂来阻碍流体流动通过泵，需要花费时间和精力来清理堵塞，这是一项高成本的工作。还有，这些突起物能够产生明显的压力损失，这需要消耗更多的对于执行水力压裂工作来说是必须的能量。通常使用的排放阀拥有多个突伸进入阀中心的引导件或“翼”，以将柱塞保持在合适的位置。这些翼已知的捕获悬浮在压裂流体中的支撑剂。当前存在对改进的，没有翼的排放阀的需求。位于这些阀中的活塞通常按压阀座以选择性地阻止流体流动。柱塞运动产生的压力差通常能够打开和关闭这些阀。为了减少阀座周围的泄漏并且使泵送效率最大化，在吸入阀和排放阀中的活塞通常装配有密封部件。这些密封部件或填充物通常是由弹性材料形成的环。这些环固定到活塞的凹槽中，设置的这些凹槽有助于与阀座的接触。密封部件的典型设计允许它们在安装之后围绕它们的定位凹槽移动，使密封部件在由压裂流体运载的磨蚀性支撑剂和其它材料的环境中过渡磨损。因此，已知的密封部件需要频繁更换。密封部件设置在泵的流体端的深处，泵被大量重的螺纹紧固件固定在一起。为了接近磨损的密封部件，需要多次频繁地拆卸流体端。尽管制造商提供了结实且坚固的泵，然而本领域中泵的拆卸是特别耗时且难以执行的。因此如果吸入阀和排放阀中的密封部件寿命的增加，将能够为油田经营者节省大量的成本。柱塞在增压腔中往复运动以产生对于破裂地下储集岩来说是必须的非常高的压力。随着柱塞在增压腔中往复运动，柱塞在高压和低压之间循环并且经受高应力变化。柱塞在增压腔的末端还摩擦密封部件，并且由此被运载在泵送流体中的支撑剂和其它材料所磨损和刮擦。这些泵通常具有将十字头接合在动力端内部并且驱动柱塞的连接杆。传统的连接管被铸造为单个个体并且由此被加工成其最终尺寸。当这种连接杆的部分被磨坏，杆必须进行更换，并且这是一个整体耗时且昂贵的任务。组合连接杆已经发展成为单件杆的替代物，以通过仅仅更换杆被磨损的部分而使杆的更换时间最小化。然而，组合连接杆还没有获得广泛的接受，因为磨损不仅仅发生在通常发生磨损的点，而且还发生在组合件的连接处。这些泵具有位于动力端内部、将连接杆连接到曲轴的轴承。这些轴承通常包括包围曲轴并且防止或限制摩擦的青铜套筒。然而，这些套筒的不正确设计可能限制润滑剂流向接触曲轴的表面。如果流动被阻碍，套筒和泵可能受到损坏。损坏可能是由于套筒抓住曲轴使得磨损其壳体以及在由于磨损曲轴的地方发生的磨擦而造成。在每种情况中，受影响的泵必须立即被关停并且对轴承进行维修。这种情况是耗时的，并且对于执行压裂工作的油田经营者来说是代价很高的。该泵系统具有许多可释放地彼此固定的部件，以使得它们能够容易地维修或更换。泵系统内部的这些部件和支承部件之间的连接削弱了泵系统，限制了其压力等级，并且使其易于腐蚀，泄露并且在高的循环应力下发生的破裂。因此，泵系统有时候在具有负载的情况下过早地发生故障。为了提高压力等级并且降低故障率，泵制造商已经提出了对流体端进行改进，然而这些设计还没有被广泛使用或者获得商业成功，因为它们制造起来很困难且昂贵并且同样难以在现场使用。因此，泵系统对解决描述的缺点存在着持续的需求。尽管泵系统已经取得了巨大的进步，仍然存在很多缺点。【附图说明】为了更完整地理解本专利技术，包括其特征和优点，结合附图作为参考对本专利技术进行详细描述，其中相同数字代表相同部件，并且其中:图1为根据本申请的优选实施例的泵系统的截面图；图2为根据本申请的优选实施例的安装在连接杆上并且支撑连接杆轴承的连接杆轴承壳的侧面立视图；图3为图2的壳和杆轴承的分解截面图；图4为图2的连接杆轴承壳的俯视图；图5为由图3的壳体支撑的上方轴承部分的仰视图；图6为由图3的壳体支撑的下方轴承部分的俯视图；图7为根据本申请的优选实施例的具有一些部分被移除以展示其内部细节的连接杆的正面立视图；图8为图7的连接杆的顶部的侧面立视图，其具有部分被移除以展示其内部细节;图9为图7的连接杆的仰视图；图10为图7的连接杆的俯视图；图11为显示含有图12A、12B、12C和12D的四个图纸的相对位置的示意图，每个表示流体端组件的第一实施例的相应部分；图12A为根据本申请的优选实施例的流体端组件的第一实施例的左侧部分的横截面视图；图12B为根据本申请的优选实施例的流体端组件的第一实施例的中心部分的横截面视图；图12C为根据本申请的优选实施例的流体端组件的第一实施例的上方、右侧部分的横截面视图；图12D为根据本申请的优选实施例的流体端组件的第一实施例的下方、右侧部分的横截面视图；图13为显示包含有图14A、14B、14C和14D的四个图纸的相对位置的示意图，每个表示图11-12的流体端组件的一个可选实施例的相应部分；图14A为图11-12的流体端组件的第二实施例的左侧部分的横截面视图；图14B为图11-12的流体端组件的第二实施例的中心部分的横截面视图；图14C为图11-12的流体端组件的第二实施例的上方、右侧部分的横截面视图；图14D为图11-12的流体端组件的第二实施例的下方、右侧部分的横截面视图；图15为显不包含有图16A、16B和16C的四个图纸的相对位置的不意图，每个表不图11-14的流体端组件的一个可选实施例的相应部分；图16A为图15的流体端组件的顶部的放大的横截面视图；图16B为图15的流体端组件的中间部分的放大的横截面视图；图16C为图15的流体端组件的底部的放大的横截面视图；图17为图11-14的柱塞组件的一个可选实施例的纵向的横截面视图；图18为图17的柱塞组件的短抽油杆适配器的分解的侧面立视图；图19为图18的短抽油杆适配器的仰视图；图20为图18的短抽油杆的俯视图；图21为图18沿着线21-21的横截面视图；图22为图18沿着线22-22的横截面视图；图23为图18沿着线23-23的横截面视图；图24为图17的柱塞组件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种泵系统，包括：具有短抽油杆的动力端组件；流体端组件，其具有在流体系统中产生交替压差的柱塞，该动力端组件配置成引导柱塞在柱塞腔内部进行平移以为充注流体加压；吸入阀组件和排放阀组件，配置成响应于压差而选择性地运行；以及直阀密封件，其配置成将吸入阀组件和排放阀组件密封在流体端组件内部的直孔里。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.10 US 61/558,323;2011.11.10 US 61/558,317;1.一种泵系统，包括: 具有短抽油杆的动力端组件； 流体端组件，其具有在流体系统中产生交替压差的柱塞，该动力端组件配置成引导柱塞在柱塞腔内部进行平移以为充注流体加压； 吸入阀组件和排放阀组件，配置成响应于压差而选择性地运行；以及 直阀密封件，其配置成将吸入阀组件和排放阀组件密封在流体端组件内部的直孔里。2.如权利要求1所述的泵系统，其中动力端组件包括多件式连接杆，其配置成使用多个螺纹紧固件将单个部分连接到一起，以减少连接杆的磨损。3. 如权利要求1所述的泵系统，其中动力端组件包括与连接杆相关联的连接杆轴承壳，该连接杆轴承壳包括用于分配润滑剂的通道和相关联的斜面区域。4.如权利要求1所述的泵系统，其中柱塞和短抽油杆通过短抽油杆适配器连接到一起。5.如权利要求1所述的泵系统，其中短抽油杆适配器为鸠尾形夹具。6.如权利要求5所述的泵系统，其中短抽油杆适配器采用非螺纹关系将短抽油杆和柱塞连接到一起。7.如权利要求1所述的泵系统，其中吸入阀和排放阀在流体端的中心线呈钝角交叉，中心线与柱塞的轴线同轴。8.如权利要求1所述的泵系统，其中吸入阀限定第一中心线并且排放阀限定第二中心线，第一中心线和第二中心线彼此平行并且垂直于由柱塞限定的第三中心线。9.如权利要求1所述的泵系统，其中吸...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·D·马列特，S·多明格斯，
申请(专利权)人：JMac工具公司，
类型：发明
国别省市：美国;US