[发明专利]水力致裂泵健康监测

说明书

一种水力致裂机器包括泵故障检测系统。该水力致裂机器包括具有动力端和流体端的水力致裂泵。该动力端包括多个滚柱轴承，并且该流体端包括流体流。联接到动力端的颗粒传感器被配置为传输关于流体中颗粒的量的颗粒信息。同样联接到动力端的温度传感器被配置为传输关于流体温度的温度信息。联接到动力端的振动传感器被配置为传输关于多个滚柱轴承中的每一个的振动的振动信息。电子控制模块分析颗粒信息、温度信息和振动信息，并基于分析计算故障警告水平。

技术领域

本发明总体上涉及一种水力致裂系统，并且更具体地涉及一种用于检测水力致裂机器的泵故障的系统和方法。

背景技术

水力致裂或“压裂”是一种用于从岩石中提取油气的手段，典型地用于补充水平钻井操作。在操作中，高压致裂液(其可以包括粒状材料例如砂和其它试剂)用于在远低于地表的岩石中产生断裂或裂缝，刺激油和气体通过岩石的流动。用于注入致裂液的水力致裂钻机(fracturing rig)或“致裂钻机(frac rig)”在其他部件中通常包括发动机、变速器、传动轴和液压泵。该泵用于对致裂液加压和注入，并且典型地包括可能经受高工作压力的若干部件。

泵的总体健康和性能取决于其各个部件的健康。由于致裂液的磨蚀性和有时腐蚀的性质以及泵运行的高压，各个泵部件可能磨损，导致泵发生故障或甚至失效。泵的故障也可导致整个水力致裂钻机的故障和/或失效。

为了保持泵的寿命，进而保持水力致裂钻机的寿命，应该定期监测泵部件的健康和性能。在美国专利公开第2015/0356521号中公开的示例健康监测系统中，利用压力和温度传感器来预测油气勘探和生产领域中设备的未来可靠性。更具体地，该系统使用控制器来确定油田设备的当前操作条件。根据已知(或认为)与设备单元的适当操作相关的传感器和参数来确定当前操作条件。该系统通过各种传感器，例如温度和压力传感器，收集用于确定条件值的数据。

然而，这样的系统很少收集数据并且依赖于单一类型的传感器，导致对泵故障的不准确或延迟的检测。因此，需要一种高速发动机控制模块，其能够通过分析由多种类型的传感器(包括振动传感器、油质或油屑传感器、温度传感器等)传输的数据来实时，准确地早期检测泵部件故障。

发明内容

在本发明的一个方面，公开了一种具有泵故障检测系统的水力致裂机器。该水力致裂机器包括具有动力端和流体端的水力致裂泵，该动力端包括多个滚柱轴承，并且该流体端具有流体流。该水力致裂机器还包括颗粒传感器和温度传感器，该颗粒传感器联接到该动力端并且被配置为传输关于该流体中的颗粒的量的颗粒信息，该温度传感器联接到该动力端并且被配置为传输关于该流体的温度的温度信息。该水力致裂机器还包括振动传感器，该振动传感器联接到该动力端并且被配置为传输关于该多个滚柱轴承中的每一个的振动的振动信息。最后，该水力致裂机器还包括电子控制模块，该电子控制模块被配置为分析该颗粒信息、该温度信息和该振动信息，并且基于该分析来计算故障警告水平。

在本发明的另一方面，一种用于包括润滑系统的液压泵的故障检测系统包括可操作地设置在润滑系统中的颗粒传感器。该颗粒传感器被配置为监测并传输包括流过该润滑系统的润滑剂中的颗粒的量的颗粒数据。该故障检测系统还包括可操作地设置在该润滑系统的入口阀中的入口温度传感器，以及可操作地设置在该润滑系统的出口阀中的出口温度传感器。入口温度传感器和出口温度传感器中的每一个被配置为监测并传输包括润滑剂的温度的温度数据。