用于压裂设备的软管快接装置的制作方法

1.本实用新型涉及油气田压裂中使用的用于压裂设备的软管快接装置及具有这种软管快接装置的压裂设备。


背景技术：

2.当压裂设备在油气田开采中作业时，压裂设备泵出的高压的压裂液需要输送到管汇橇，然后再通过管汇橇输送压裂液到井下。以前压裂设备与管汇橇之间采用硬管连接。在进行连接时，需要至少4个连接接头才能完成管汇连接，每个连接接头都需要工作人员现场搬动重量极大的高压弯头或直管，通过敲击由壬接头连接。由于现场作业一台管汇橇需要连接多台压裂车，连接高压管汇的工作量十分巨大，耗时耗力，且连接过程极其不方便，还存在极大的安全风险。另外，高压硬管的成本较高。
3.为了解决高压硬管笨重且成本较高的问题，目前在管汇橇与每台压裂设备之间大都采用高压软管进行连接。由于高压软管可以做的长度较长，只需要一根高压软管连接两个接头，就能连接压裂设备高压排出口和管汇橇。而且，高压软管具有降低流体震动、使用寿命更长、价格更实惠、与传统的高压硬管相比流速更快、软管结构可弯曲因而结构布置更紧凑等优点。由于这些原因，高压软管在井场得到了广泛的使用。然而，虽然相对于硬管具有诸多优势，但是在现场连接高压软管时，每个压裂设备也需要至少3米的高压软管才能更好地与管汇橇连接，3米的高压软管重量也达到了100多公斤，连接时同样需要至少3个工作人员现场抬拉高压软管来进行管汇连接，也具有极大的不便利和不安全。
4.有鉴于此，希望提出一种高压软管快接装置以解决上述的一系列问题。


技术实现要素：

5.一方面，本实用新型提供一种用于压裂设备的软管快接装置。该软管快接装置包括：软管保持和运动机构，用于保持软管并使软管在初始位置和目标位置之间运动，其中，初始位置是压裂设备与管汇初始定位的位置，目标位置是软管的自由端与管汇接口对准的位置；第一感测装置，设置于所述软管的自由端；第二感测装置，设置于管汇接口；以及控制器，所述控制器被配置为：从所述第一感测装置接收指示自由端方位的第一方位信息并从所述第二感测装置接收指示管汇接口方位的第二方位信息；基于第一方位信息与第二方位信息生成使得软管自由端运动至所述目标位置的期望运动指令；以及控制软管保持和运动机构执行所述期望运动指令以将软管运动至所述目标位置。
6.根据一种实施方式，控制器被配置为将期望运动指令传送给致动机构，该致动机构被配置为基于期望运动指令控制软管保持和运动机构将软管自由端运动至目标位置。
7.根据一种实施方式，软管保持和运动机构包括：底座；从底座延伸并能够相对于底座旋转的固定杆；可枢转地连接到固定杆的第一臂；以及可枢转地连接到第一臂的第二臂，其中软管可释放地保持到第一臂和所述第二臂。优选地，底座设置在压裂设备上。优选地，软管通过软管夹可释放地保持到第一臂和第二臂上。
8.根据一种实施方式，致动机构是液压机构，包括设置在底座中的液压马达、设置在固定杆和第一臂之间的第一液压缸以及设置在第一臂和第二臂之间的第二液压缸。
9.根据一种实施方式，致动机构是电动机构，包括设置在底座中的电动马达、设置在固定杆和第一臂之间的第一伺服电机以及设置在第一臂和第二臂之间的第二伺服电机。
10.优选地，所述软管的相对端固定地或可释放地连接到压裂设备、例如压裂车以接收压裂液。
11.优选地，所述压裂设备具有压裂设备控制器，所述控制器集成到压裂设备控制器中，从而用一个控制中心同时实现多种控制。
12.根据一种实施方式，第一感测装置和第二感测装置包括位置位置传感器。替代地，第一感测装置和第二感测装置包括3d扫描定位系统。
13.根据一种实施方式，软管采用由壬形式或者快插形式与管汇接口连接。
14.另一方面，本实用新型提供一种压裂设备，其包括根据上述的软管快接装置和软管，软管快接装置能够保持并操作所述软管。
15.通过本实用新型提出的软管快接装置，在操作现场只需要一个人就能实现一键式把沉重的高压软管与管汇橇进行准确快速的连接，节省了大量人力物力财力。而且，通过这种装置，压裂软管自动移送到管汇接口，安全系数更高。
附图说明
16.图1示出一种压裂作业现场布置示意图。
17.图2示出了根据本实用新型的一种实施例的软管快接装置的示意图，其中软管位于初始位置。
18.图3示出了图2所示的软管快接装置的另一示意图，其中，软管位于目标位置并且连接到管汇接口。
具体实施方式
19.图1示出了一种典型的压裂作业现场布置示意图。如图所示，压裂现场布置有具有多个管汇接口16以接收压裂液的管汇100，管汇100可以设置在撬上而构成管汇撬。例如压裂车的压裂设备200通过软管6与管汇200的接口连接，以将压裂液从压裂设备200输送至管汇100，并经管汇输送至井下以进行压裂操作。虽然图中示出连接有8台压裂设备100，但可以根据需要连接更多或更少的压裂设备。在准备压裂操作时，当压裂设备200到达压裂作业现场后，需要将压裂设备200通过软管连接到管汇100。本实用新型即要提供一种实现这种操作的快接装置。
20.图2示出了一个用于压裂设备的软管快接装置300。为了输送压裂液，高压软管6的一端可事先固定地或可释放地连接到压裂设备上，根据本实用新型的软管快接装置300实现软管的自由端与与管汇接口16的自动快速连接。
21.图2中所示的软管快接装置300包括软管保持和运动机构、控制器17以及致动机构20。软管保持和运动机构能够保持软管6并将软管6的自由端从初始位置运动至与管汇接口16对准的目标位置，例如图2示出了压裂车到达现场后压裂设备与管汇初始定位的初始位置，其中软管6的自由端并没有与管汇接口16对准。
22.在所示的实施方式中，软管保持和运动机构包括优选设置在压裂设备上的底座1，固定杆4从底座1竖直向上延伸并能够水平旋转，第一臂8绕接头7枢转地连接到固定杆4，第二臂13绕接头11枢转地连接到第一臂8。软管6通过软管保持构件9和12可释放地分别保持到第一臂8和第二臂13上。根据一种实施例，软管保持构件9和12可以为软管夹的形式。也可以设想能够将软管可释放地保持到第一臂8和第二臂13的其他结构，例如管套。在底座1中设置一个液压马达2，液压马达2通过带动旋转座3来驱动固定杆4水平旋转。在固定杆4与第一臂8之间设置一个液压缸5，该液压缸5的一端连接到固定杆4的侧面上并在相对端连接到第一臂8的侧面上。在第一臂8与第二臂13之间设置一个液压缸10，该液压缸10的一端连接到第一臂8的侧面上并在相对端连接到第二臂13的侧面上。通过液压缸5和10的伸缩可带动第一臂8和第二臂13围绕接头7和11枢转。
23.控制器17可与设置在管汇接口16上的第一感测装置15通信以接收来自第一感测装置15的指示管汇接口方位的方位信息。控制器17可与设置于软管6自由端上的第二感测装置14通信以接收来自第二感测装置14的指示软管自由端方位的方位信息。并且，控制器17可将管汇接口和软管自由端的方位信息进行比较并计算出将软管自由端运动至与管汇接口对准的目标位置所需的期望运动指令。继而，控制器17将期望运动指令发送至致动机构20。作为响应，致动机构20致动软管保持和运动机构将软管6的自由端运动至目标位置。控制器17可以是处理器并优选集成在压裂设备的压裂设备控制器18中，如图3所示。第一感测装置15和第二感测装置14可以是各种形式的位置传感器，例如激光传感器、智能传感器等。替代地，第一感测装置15和第二感测装置14也可以是3d扫描定位系统，以通过对管汇接口进行表面轮廓扫描形成点云数据，从而得出当前接口的空间坐标。
24.在所示的实施例中，致动机构20是液压机构，其响应于控制器17的期望运动指令，向液压马达2、液压缸5和液压缸10输送液压油以便使软管保持和运动机构操作软管6。具体地，液压马达2通过带动旋转座3来驱动固定杆4水平旋转。通过液压缸5和10的伸缩可带动第一臂8和第二臂13围绕接头7和11枢转，进而改变软管6的自由端的定位和取向，使得软管6的自由端可以上下左右移动从而到达一定范围内的任意位置，将软管6的自由端最终移动至与管汇接口16对准的目标位置。
25.下面描述软管快接装置的操作过程。
26.如上所述，软管快接装置的底座1安装在压裂设备上，软管6与压裂设备连接以便输送压裂液。当压裂设备到达作业现场并定位在离管汇橇较近的地方，使得软管6的自由端的最大活动范围能够到达管汇接口16。通过操作控制器17，例如用户输入指令，管汇接口16上的第一感测装置15和高压软管6自由端上的第二感测装置14分别将关于管汇接口16和软管6的自由端方位的方位信息、例如坐标信息发送给控制器17。控制器17基于接收到的管汇接口16和软管6的自由端方位信息计算使软管6自由端移动至与管汇接口对准的目标位置的期望运动指令。进而，控制器17将期望运动指令发送给致动机构20，致动机构20根据期望运动指令，向液压马达2、液压缸5、液压缸10输送液压油，使固定杆4、第一臂8和第二臂13按照期望将软管6的自由端朝管汇接口运动。
27.例如，致动机构20可响应于控制器17的期望运动指令向液压马达2供油，使液压马达2带动固定杆4绕水平旋转。根据期望运动指令，固定杆4可根据需要旋转到一定角度后液压马达2会自动停止旋转，停止旋转的同时控制器17可控制致动机构20向液压缸5供油，使
液压缸5伸缩运动，带动第一臂8绕接头7进行枢转，进而带动软管保持构件9、软管保持构件12、第二臂13、软管6绕接头7竖直枢转。根据运动指令需要，通过控制致动机构20向液压缸10供油，进而控制液压缸10的伸缩运动，液压缸10的伸缩运动带动第二臂13及软管6绕接头11竖直枢转。通过这一系列的动作，就能把软管6的自由端全自动运动至与管汇接口16对准，如图3所示，从而不需要工作人员手动抬拉高达上百斤的软管来实现与管汇接口的对准连接。
28.一旦高压软管6与管汇接口16对准，就可将高压软管6与管汇接口16进行连接。高压软管6可以采用由壬形式、快插形式或者其他可用形式与管汇接口16连接。
29.虽然上面具体描述了液压马达2、液压缸5和液压缸10的单独操作，但本领域技术人员清楚的是，所述操作可以是并行的、也可以是单个或者多个同时致动。致动机构20可以包括分别控制液压马达2、液压缸5和液压缸10的单独液压回路。
30.以上结合液压致动机构描述了本实用新型，但本领域技术人员能够理解，本实用新型的致动机构不限于液压机构，也可以是电致动机构或者其与液压机构的组合。例如，液压执行元件液压马达2可以换成电动马达，液压缸5和液压缸10也可去除，在接头7和接头11处安装伺服电机。
31.如此，已经显示和描述了多种实施方式。在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下当然可进行各种改变和替换。因此，除了随附的权利要求及其等同范围，本实用新型不受其他限制。