[发明专利]用于控制加压流体在管道中输送的设备及控制原动机的方法

说明书

一种用于输送管道(10)中的流体的设备，该设备包括例如燃气涡轮机的原动机(2)，该原动机配置成驱动一个或更多个流体输送系统(34a‑c、35a1‑c1、35a2‑c2)以输送管道(10)中的流体。第一感测装置(16)配置成用于感测管(10)中的压力变化并连接至第一控制器(7)。第一控制器(7)配置成将控制信号提供至用于至少一个流体控制系统的控制阀(36a‑c、37a‑c)以及用于原动机(2)的控制系统(4、3)。一个或更多个液压泵(9a‑c)配置成操作所述流体输送系统并由原动机驱动，由此基于管(10)中的感测压力来控制液压泵与原动机之间的相互作用。

技术领域

本发明涉及如分别由权利要求1和6中的前序部分所述的控制原动机的方法以及相关的设备，该原动机配置成驱动一个或更多个流体输送系统以输送管道中的流体。本发明在借助于油井增产工艺的压力泵送设备来提取页岩油和/或燃气中是特别有用的，该操作通常被称为“液压压裂”或“压裂”，但本发明不限于这种操作。

背景技术

数十年来，用于压力泵送的大部分设备遵循如下相同的原则：拖车或卡车上安装的动力组(柴油驱动的往复式发动机或燃气涡轮发动机)通过多速变速器齿轮箱来驱动压力泵。所有部分都是机械连接的。

典型的压力泵包括两个主要部分：“流体端部”和“动力端部”。流体端部是对压裂流体进行加压的实际的压力泵。其通常是柱塞泵/活塞泵，通常以每分钟150至300次冲程运行，并且是可替换的单元。动力端部是动力传动系统的一部分，并且该动力端部连接至多速变速器。动力端部在入口上具有减速齿轮箱，并且借助于曲轴和十字结联轴节连接至流体端部上的柱塞。尽管也使用燃气涡轮发动机，但通常由往复式发动机提供动力。

与现有技术相关的一些问题在于缩短了设备的预期寿命周期，以及在动力传动系统的寿命周期期间的高维护成本。此外，现有技术的设备具有大的表面占有空间。

现有技术包括CN 104806220 A，其描述了具有动力单元和压裂泵的“全液压驱动”压裂设备。动力单元包括发动机单元、分动箱单元和液压泵单元。每个分动箱上安装有三个液压泵，并且液压泵单元借助于液压管线而连接。压裂泵包括左泵头和右泵头；三个并联布置的双向液压油缸安装在压裂泵上。压裂泵由双向液压油缸驱动，使得设备功率提高、设备排出流量增加；设备重量及尺寸减少。

现有技术还包括CN 104727797 A和CN 204552723 U，其描述了发动机、分动箱、多个可变排量的柱塞泵和双作用压裂泵布置在底盘上的一种系统。发动机的输出端部与分动箱的输入端部连接，并且分动箱的输出端部包括多个动力输出端口。每个动力输出端口与一个可变排量的柱塞泵连接。柱塞泵通借助于液压系统驱动双作用压裂泵。

现有技术还包括CN 104728208 A，其描述了一种高功率液压驱动压裂泵泵站系统，其中液压缸与压裂缸连接。电动马达驱动的液压泵提供高压油并且流体出口歧管输出高压压裂流体。

现有技术还包括CN 104453825 A，其描述了包括动力单元和压裂泵单元的模块化压裂泵组。辅助发动机布置在动力单元上并连接至液压泵。变矩器布置在压裂泵中，并且变矩器的输入端部连接至主发动机。变矩器的输出端部连接至齿轮箱，并且齿轮箱的输出端部连接至压裂泵。

现有技术还包括WO 2014/078236 A1，其描述了一种涡轮轴发动机，该涡轮轴发动机具有驱动轴和联接至驱动轴的高压高转速离心泵。

发明内容

在独立权利要求中阐述并描述了本发明，而从属权利要求描述了本发明的其他特征。

因此，提供了一种控制原动机的方法，该原动机配置成驱动一个或更多个正排量流体输送系统以在管道中输送流体，其特征在于，感测管道中的流体中的压力变化，并且基于所感测的压力变化控制所述正排量流体输送系统中的至少一个并控制原动机的动力输出。