[发明专利]流体交换设备以及相关控制装置、系统和方法

说明书

用于对比方说例如为压力交换设备或系统之类的流体交换设备的至少一个部件的运动特性进行检测的设备、系统和方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年12月12日提交的序列号为62/947,403的美国临时专利申请“FLUID EXCHANGE DEVICES AND RELATED CONTROLS,SYSTEMS,AND METHODS(流体交换设备以及相关控制装置、系统和方法)”的权益，其公开内容通过引用全部并入本文。

技术领域

本公开内容总体涉及交换设备。更具体地，本公开内容的实施方式涉及流体交换设备以及系统和方法，该设备用于在流体之间对特性中的一个或更多个特性(例如，压力)进行交换。

背景技术

工业过程往往涉及液压系统，所述液压系统包括泵、阀、叶轮等。泵、阀和叶轮可以用于对在液压过程中使用的流体的流进行控制。例如，一些泵可以用于增加(例如，增压)液压系统中的压力，其他泵可以用于将流体从一个位置移动到另一位置。一些液压系统包括阀，阀用于控制流体的流向。阀可以包括控制阀、球阀、闸阀、截止阀、止回阀、隔离阀、它们的组合等。

一些工业过程涉及使用腐蚀性流体、磨蚀性流体和/或酸性流体。这些类型的流体可能会增加液压系统部件上的磨损量。磨损增加可能导致维护和修理成本增加，或者需要提前更换设备。例如，磨蚀性流体、腐蚀性流体或酸性流体可能会增加泵的内部部件、诸如叶轮、轴、叶片、喷嘴等上的磨损。一些泵是可修复的，并且操作可能会选择更换磨损零件来修复磨损泵，这可能会造成磨损泵的停机时间延长，从而造成需要冗余泵或造成生产力下降。其他操作可以更换磨损泵，费用较高但停机时间减少。

石油和天然气行业中的完井作业往往涉及液压压裂(往往被称为压裂或破裂)，以增加岩层中石油和天然气的释放。液压压裂涉及在高压下将含有水、化学物质和支撑剂(例如沙子、陶瓷)的组合的流体(例如破裂流体、压裂流体等)泵送到井中。流体的高压增加了裂缝的大小和裂缝通过岩层的传播，从而释放出更多的石油和天然气，而支撑剂则在流体减压后防止裂缝闭合。压裂作业使用高压泵来增加压裂流体的压力。然而，压裂流体中的支撑剂由于其磨蚀性特性而增加了高压泵的磨损和维护，并且基本上降低了高压泵的运行寿命。

发明内容

本公开的一些实施方式可以包括用于检测活塞特性的设备。该设备可以包括绕室布置的线圈。该设备还可以包括活塞，该活塞包括绕活塞的表面环形布置的一个或更多个检测特征件(例如，磁性件)。活塞可以被构造成在室内行进。至少一个线圈可以被配置为基于一个或更多个磁性件的接近来产生信号。

在一些实施方式中，至少一个线圈可以包括至少两个线圈，至少两个线圈可以沿室的轴线间隔开第一距离。在一些实施方式中，该第一距离大于约一英寸(2.54cm)。在一些实施方式中，绕室布置的第三线圈可以被定位为与至少两个线圈中的一个线圈相距第二距离(例如，其中第一距离等于第二距离)。

本公开的另一实施方式可以包括用于对至少两个流体流之间的压力进行交换的系统。该系统可以包括用于对流体之间的至少一个特性进行交换的压力交换设备。该压力交换设备可以包括至少一个室。至少一个室可以包括：用于对具有第一特性的清洁流体进行接纳的第一端部；以及用于对具有第二特性的污浊流体进行接纳的第二端部。该室还可以包括位于至少一个室中的至少一个活塞。至少一个活塞可以被构造为将清洁流体与污浊流体分离。室还可以包括阀设备，该阀设备被构造为通过至少一个活塞选择性地将清洁流体与污浊流体置于连通，从而将清洁流体的第一特性至少部分地转移到污浊流体。室还可以包括至少一个传感器，传感器包括绕至少一个室周向布置的至少一个线圈。传感器可以被配置为检测至少一个活塞的特性(例如，速度、位置、加速度、急动度)。