压裂系统和压裂方法与流程

1.本发明涉及液力压裂技术领域，具体地，涉及一种压裂系统和压裂方法。


背景技术：

2.液力压裂技术在煤炭绿色安全开发方面具有广泛的应用。相关技术的压裂系统无法连续调节变频电机的转速，只能依靠机械式液力变速器实现压裂泵电机按照设定档位变速，效率较低且精度较差，而且很难根据实际工况及时液体的流量和压力。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
4.为此，本发明的实施例提出一种压裂系统，该压裂系统能够连续调节变频电机的转速，而且能够根据实际工况及时调节液体的流量和压力。
5.本发明的实施例提出一种压裂方法，该压裂方法能够根据实际工况及时液体的流量和压力，从而能够实现安全、高效地实现煤层液力压裂。
6.本发明实施例的压裂系统包括：
7.压裂泵，所述压裂泵具有出液口；
8.第一管路和第二管路，所述第一管路和所述第二管路中的每一者与所述出液口连通，所述第一管路上设有用于检测所述第一管路中液体流量的流量传感器，所述第二管路上设有调节阀，所述第一管路用于将液体引向工作面，所述第二管路与液箱连通；
9.变频电机，所述变频电机与所述压裂泵相连，以便驱动所述压裂泵；
10.控制器，所述控制器与所述变频电机相连以便控制所述变频电机，所述流量传感器与所述控制器相连以便向所述控制器反馈流量信号，所述控制器与所述调节阀相连以便控制所述调节阀的开度。
11.本发明实施例的压裂系统具有变频电机能够连续调节变频电机的转速，而且能够根据实际工况及时调节液体的流量和压力。
12.在一些实施例中，所述出液口包括第一出液口和第二出液口，所述第一管路与所述第一出液口连通，所述第二管路与所述第二出液口连通。
13.在一些实施例中，所述压裂系统还包括压力传感器，所述压力传感器设在所述第一管路上，所述压力传感器用于检测所述第一管路中的液体压力，所述压力传感器与所述控制器相连以便向所述控制器反馈压力信号。
14.在一些实施例中，所述压裂系统还包括变频器，所述控制器与所述变频器相连，所述变频器与所述变频电机相连，从而实现所述控制器与所述变频电机相连。
15.在一些实施例中，所述压裂系统还包括电磁启动器，所述控制器与所述电磁启动器相连以便控制所述电磁启动器，所述电磁启动器与所述调节阀相连以便控制所述调节阀的开度，从而实现所述控制器与所述调节阀相连。
16.在一些实施例中，所述变频电机为恒功率电机。
17.在一些实施例中，所述变频电机具有基准频率点，所述变频器的输出频率大于或等于所述基准频率点，则所述变频电机为恒功率电机，所述变频器的输出频率小于所述基准频率点，则所述变频电机为恒扭矩电机。
18.在一些实施例中，所述变频电机的所述基准频率点为50hz，所述变频电机的最高频率为100hz。
19.本发明实施例的压裂方法，包括以下步骤：
20.通过控制器启动变频电机并控制变频电机匀速转动，使第一管路中的液体流量达到第一预设值、液体压力达到第二预设值；
21.通过控制器控制变频电机的转速增加，使第一管路中的液体流量达到第三预设值、液体压力达到第四预设值，其中，所述第三预设值大于所述第一预设值，所述第四预设值大于所述第二预设值；
22.通过控制器调节变频电机的转速且调节调节阀的开度，使第一管路中的液体压力维持在所述第四预设值并持续时间t；
23.通过控制器调节变频电机的转速且调节调节阀的开度，使第一管路中的液体压力缓慢减小到0。
24.在一些实施例中，所述通过控制器调节变频电机的转速且调节调节阀的开度，使第一管路中的液体压力维持在所述第四预设值并持续时间t包括：
25.确定连续时间点；
26.依据连续时间点测量并记录第一管路中液体的实际压力值；
27.比较相邻两个时间点的实际压力值，若后一个时间点的实际压力值远小于前一个时间点的实际压力值，则判断实际压力值出现突降，关闭变频电机。
附图说明
28.图1是本发明实施例的压裂系统的结构示意图。
29.图2是本发明实施例的压裂系统的结构示意图。
30.附图标记：
31.压裂泵1；
32.变频电机2；
33.控制器3；
34.变频器4；
35.调节阀5；
36.电磁启动器6；
37.第一管路7；
38.第二管路8；
39.车架9；
40.行走轮10；
41.支撑杆11。
具体实施方式
42.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
43.下面参考附图描述本发明实施例的压裂系统。
44.如图1和图2所示，本发明实施例的压裂系统包括压裂泵1、第一管路7、第二管路8、变频电机2和控制器3。
45.压裂泵1具有出液口，第一管路7和第二管路8中的每一者与出液口连通，第一管路7上设有用于检测第一管路7中液体流量的流量传感器，第二管路8上设有调节阀5，第一管路7用于将液体引向工作面，第二管路8与液箱连通。
46.变频电机2与压裂泵1相连，以便驱动压裂泵1，控制器3与变频电机2相连以便控制变频电机2，流量传感器与控制器3相连以便向控制器3反馈流量信号，控制器3与调节阀5相连以便控制调节阀5的开度。
47.具体地，调节阀5为电动调节阀5。
48.可以理解的是，本发明实施例的压裂系统中液体可以为水或者其它压裂介质。
49.本发明实施例的压裂系统能够利用控制器3控制变频电机2的转速连续变化，而且流量传感器能够向控制器3反馈流量信号，其它条件一定时，流量越大则压力越大。因此，本发明实施例的压裂系统具有变频电机2能够连续调节变频电机2的转速，而且能够根据实际工况及时调节液体的流量和压力。
50.此外，控制器3能够控制调节阀5的开度，在调节阀5开启后，压裂泵1的出液口的部分液体进入煤层注液孔，压裂泵1的出液口的其它部分液体通过第二管路8进入液箱，有效缓冲了压裂泵1启动时压裂液对煤层注液孔内的冲击，保证注液孔的封孔作业，且在压裂泵1启动后，则可逐步将调节阀5关闭。
51.如图1和图2所示，本发明实施例的压裂系统还包括电磁启动器6，控制器3与电磁启动器6相连以便控制电磁启动器6，电磁启动器6与调节阀5相连以便控制调节阀5的开度，从而实现控制器3与调节阀5相连。也就是说，控制器3控制电磁启动器6，电磁启动器6又控制调节阀5的开度，因此控制器3能够根据接收的信号再控制调节阀5的开度，从而能够根据实际工况及时液体的流量和压力，进而能够实现安全、高效地实现煤层液力压裂。
52.如图1和图2所示，本发明实施例的压裂系统还包括车架9，压裂泵、变频电机、控制器和电磁启动器放置在车架9上，车架9具有行走轮10，因此本发明实施例的压裂系统能够在煤矿巷道中移动。车架9还具有可升降的支撑杆11，在进行压裂施工时，支撑杆11能够支撑车架9，保证车架9的稳定性。可选地，支撑杆11为液压杆。
53.在一些实施例中，如图1和图2所示，出液口包括第一出液口和第二出液口，第一管路7与第一出液口连通，第二管路8与第二出液口连通。
54.也就是说，压裂泵1的出液口的部分液体通过第一出液口流出，压裂泵1的出液口的其它部分液体通过第二出液口流出。在总流量一定时，第一管路7和第二管路8中的流量此消彼长，因此能够利用调节阀5的开度调节第一管路7中的液体流量。
55.在一些实施例中，本发明实施例的压裂系统还包括压力传感器，压力传感器设在第一管路7上，压力传感器用于检测第一管路7中的液体压力，压力传感器与控制器3相连，因此压力传感器能够向控制器3反馈压力信号。
56.可以理解的是，控制器3接收压力传感器反馈的第一管路7中的液体压力信号后，能够根据实际工况要求的压力调节变频电机2的转速、调节阀5的开度，从而得到需要的液体压力。
57.在一些实施例中，如图1和图2所示，本发明实施例的压裂系统还包括变频器4，控制器3与变频器4相连，变频器4与变频电机2相连，从而实现控制器3与变频电机2相连。
58.可以理解的是，控制器3能够控制变频器4的输出频率，变频器4的输出频率传递给变频电机2，变频电机2的转速随着变频器4的输出频率变化而变化，从而控制器3能够根据接收的信号控制变频电机2的转速。
59.在一些实施例中，变频电机2为恒功率电机。也就是说，频率越高，变频电机2的转速越大，当变频电机2功率恒定时，扭矩与转速成反比关系。变频电机2的转速越大，扭矩越低；反之，变频电机2的转速越小，扭矩越高，当频率达到最大频率时，扭矩达到最低。随着频率降低，电机转速下降，扭矩随之增加，最低频率时可达到最大扭矩。因此，变频电机2能够在较低的功率下达到最大的扭矩。
60.在其它实施例中，变频电机2具有基准频率点，变频器4的输出频率大于或等于基准频率点，则变频电机2为恒功率电机，变频器4的输出频率小于基准频率点，则变频电机2为恒扭矩电机。
61.也就是说，变频电机2的频率为基准频率点或在基准频率点与最大功率点之间时，变频电机2的功率恒定，其转速与扭矩呈反比关系，变频电机2的转速越大，则扭矩越小，相反的，转速越小，则扭矩越大，此时变频电机2具有小排量高压力的特点，适用于煤层注液孔封孔后且压裂完成前的注液，保证煤层的高效压裂。
62.变频电机2的频率在基准频率点以下时，变频电机2的扭矩恒定，此时变频电机2具有大排量低压力的特点，适用于煤层注液孔封孔时及压裂完成后的注液，保证对煤层注液孔的封孔及煤层的安全泄压。
63.可选地，变频电机2的基准频率点为50hz，变频电机2的最高频率为100hz。
64.也就是说，变频电机2的频率为50hz或在50hz与100hz之间时，变频电机2为恒功率电机；变频电机2的频率在50hz以下时，变频电机2为恒扭矩电机。
65.下面描述本发明实施例的压裂方法。
66.本发明实施例的压裂方法，包括以下步骤：
67.s1，通过控制器3启动变频电机2并控制变频电机2匀速转动，使第一管路7中的液体流量达到第一预设值、液体压力达到第二预设值。也就是说，在压裂开始前，第一管路7中的液体在低流量和压力状态下使封孔器膨胀，在孔洞内部形成封闭腔体，为压裂做准备，此过程为煤层液力压裂的坐封阶段。
68.s2，通过控制器3控制变频电机2的转速增加，使第一管路7中的液体流量达到第三预设值、液体压力达到第四预设值，其中，第三预设值大于第一预设值，第四预设值大于第二预设值。也就是说，在压裂初期，第一管路7中的液体流量和压力持续增大，此过程为煤层液力压裂的起裂阶段。
69.s3，通过控制器3调节变频电机2的转速且调节调节阀5的开度，使第一管路7中的液体压力维持在第四预设值并持续时间t。也就是说，在压裂过程中，保持第一管路7中的液体压力不变，从而实现高效、稳定地压裂效果，此过程为煤层液力压裂的压裂阶段。具体地，
开启调节阀5，增大变频电机2的转速，不断调试调节阀5的开度和变频电机2的转速，直到第一管路7中的液体压力稳定在第四预设值。
70.s4，通过控制器3调节变频电机2的转速且调节调节阀5的开度，使第一管路7中的液体压力缓慢减小到0。具体地，变频电机2的转速逐渐降低，且逐步打开调节阀5，使第一管路7中的液体流到液箱中，从而实现泄压。
71.在一些实施例中，通过控制器3调节变频电机2的转速且调节调节阀5的开度，使第一管路7中的液体压力维持在第四预设值并持续时间t包括：
72.确定连续时间点；
73.依据连续时间点测量并记录第一管路7中液体的实际压力值；
74.比较相邻两个时间点的实际压力值，若后一个时间点的实际压力值远小于前一个时间点的实际压力值，则判断实际压力值出现突降，关闭变频电机2。
75.也就是说，在步骤s3中，要判断实际压力值是否突降，保证第一管路7中的液体压力在时间t内稳定在第四预设值。
76.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
77.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
78.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
79.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
80.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
81.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例
性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。