CN112113050B - 一种单管万向式超高压压裂管线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单管万向式超高压压裂管线，包括六组旋转单管单元、一组固定式单管及五个直角阀块；从与高压管汇接口开始，首先为第一旋转单管单元，第一旋转单管单元的固定端与高压管汇对接，第一旋转单管单元的旋转端与第一个直角阀块对接；其后依次为四组旋转单管单元及直角阀块间隔串接，第六旋转单管单元末端连接有一组固定式单管，通过该组固定式单管与井口管汇对接。本发明的装置，通过多组旋转单管单元，实现压裂管线在六个自由度的调节，以适应现场安装情况，提高了压裂管汇现场安装的效率。

Description

一种单管万向式超高压压裂管线

技术领域

本发明属于石油机械设备技术领域，涉及一种单管万向式超高压压裂管线。

背景技术

压裂管汇是压裂井场压裂液输送高压通道，进行压裂作业时，压裂管汇的安装是一项耗时费力的工作。常规的压裂管汇连接，需要按照图纸的设计通过由壬和法兰一节一节进行连接，但由于压裂管汇需在作业现场安装，精度较低，很难完全按照设计图纸安装成功，需要根据现场情况，调整压裂管汇的长短及位置，或者生拉硬拽，以满足压裂管汇与井口高压设备间对接要求。

因此，现有技术的压裂管汇由于结构涉及不合理，其安装与调整占据了大部分作业准备时间；且对管汇生拉硬拽易形成残留应力，在高压的冲刷下，容易加速管汇的损坏速度和程度，形成安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种单管万向式超高压压裂管线，解决了现有技术的结构设置不合理，现场安装通用性不够，现场安装效率低的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种单管万向式超高压压裂管线，包括六组旋转单管单元、一组固定式单管及五个直角阀块；

从与高压管汇接口开始，首先为第一旋转单管单元，第一旋转单管单元的固定端与高压管汇对接，第一旋转单管单元的旋转端与第一个直角阀块对接；其后依次为四组旋转单管单元及直角阀块间隔串接，第六旋转单管单元末端连接有一组固定式单管，通过该组固定式单管与井口管汇对接。

本发明的单管万向式超高压压裂管线，其特征还在于：

所述的第一旋转单管单元的结构是，包括一个接头，接头的固定端面与高压管汇对接面设置有金属密封，接头固定端外沿台阶上套装有固定法兰，固定法兰通过一圈螺栓与高压管汇外沿安装边拉紧固定；接头的旋转端外沿台阶上套装有旋转法兰，旋转法兰通过另一圈螺栓与直角阀块对接拉紧固定。

所述的旋转法兰与接头接触面之间设置有防尘圈、径向轴承、垫块和卡块，卡块为分体式结构。.

所述的直角阀块与接头旋转端之间设置有导向带和径向密封。

所述的接头的旋转端与卡块之间、接头的旋转端与直角阀块之间在轴向均有间隙。

本发明的有益效果是，通过多组旋转单管单元，实现压裂管线在六个自由度的调节，以适应现场安装情况，提高了压裂管汇现场安装的效率。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是图1中A处的局部剖示图；

图3是图2中B处的局部放大图；

图4是图2中C处的局部放大图；

图5是本发明中的接头内压载荷示意图；

图6是图5中D处的局部放大图。

图中，1.金属密封，2.固定法兰，3.接头，4.螺栓，5.旋转法兰，6.直角阀块，7.卡块，8.垫块，9.径向轴承，10.防尘圈，11.导向带，12.径向密封；

另外，X1.第一旋转单管单元，X2.第二旋转单管单元，X3.第三旋转单管单元，X4.第四旋转单管单元，X5.第五旋转单管单元，X6.第六旋转单管单元，Y.固定式单管Y。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

参照图1，本发明的单管万向式超高压压裂管线，包括六组旋转单管单元(即第一旋转单管单元X1、第二旋转单管单元X2、第三旋转单管单元X3、第四旋转单管单元X4、第五旋转单管单元X5、第六旋转单管单元X6)、一组固定式单管Y及五个直角阀块6(即90°阀块)；每一组旋转单管单元由一套固定法兰2、接头3、螺栓4及旋转法兰5依次套接而成，固定式单管Y由一套固定法兰2、接头3、螺栓4依次套接而成；

参照图2，从与高压管汇接口开始，首先为第一旋转单管单元X1，第一旋转单管单元X1的固定端与高压管汇对接，第一旋转单管单元X1的旋转端与第一个直角阀块6对接；其后依次为四组旋转单管单元及直角阀块6间隔串接，第六旋转单管单元X6末端连接有一组固定式单管Y，通过该组固定式单管Y进行接口转换，将旋转端接口转换为固定端接口后与常规的井口管汇进行对接。

每个直角阀块6两侧出口分别称为固定端和旋转端，呈90°分布，用于改变各个旋转单管单元的安装方向。

通过六组不同方向的旋转法兰5进行组合，实现本发明整体一端连接到高压管汇另一端与井口管汇连接时，能够在六自由度上任意调整，即称为单管万向压裂管线。

参照图2，第一旋转单管单元的结构是，包括一个接头3，接头3的固定端面与高压管汇对接面设置有金属密封1，接头3固定端外沿台阶上套装有固定法兰2，固定法兰2通过一圈螺栓4与高压管汇外沿安装边拉紧固定；接头3的旋转端外沿台阶上套装有旋转法兰5，旋转法兰5通过另一圈螺栓4与直角阀块6对接拉紧固定。后续各组旋转单管单元的结构与此相同。

固定式单管Y两端均为固定端，连接在最后一个旋转单管单元的旋转端，起到接口转换的作用，与井口管汇的固定法兰接口进行连接。

参照图3，旋转法兰5与接头3接触面之间设置有防尘圈10、径向轴承9、垫块8和卡块7；为便于安装，卡块7为分体式结构，螺栓4拧紧后，旋转法兰5在轴向将卡块7压紧在直角阀块6的端面上，将旋转法兰5、直角阀块6及卡块7固定为一个整体。由于接头3的旋转端与卡块7之间、接头3的旋转端与直角阀块6之间在轴向均有间隙，因此在外力的作用下，直角阀块6可绕接头3的轴线做旋转运动。

参照图4，接头3旋转端伸进直角阀块6中，直角阀块6与接头3旋转端之间设置有导向带11和径向密封12；径向密封12为超高压径向非金属动密封，能承受压裂作业压力，适应接头3与直角阀块6做相对旋转运动的要求。

参照图5、图6，当所有部件连接好，液体流过时具有内压后，接头3在内压力N的作用下，向左压紧到卡块7的E面上，卡块7压紧到旋转法兰5的F面上，而旋转法兰5通过螺栓4固定在直角阀块6上；由于垫块8与径向轴承9之间在轴向有微小间隙，因此，径向轴承9不承受内压作用力N，而由接头3、螺栓4、旋转法兰5、直角阀块6和卡块7共同承受，明显增加了径向轴承9的使用寿命。

本发明装置的工作原理是，

参照图1，旋转单管单元一侧为固定端，一侧为可旋转端；固定单管两侧均为固定端。五组旋转单管单元和直角阀块6间隔排列，依次串接，最末一组旋转单管单元和固定单管连接，共同组成了一种单管万向式压裂管线。

旋转法兰5与接头3的旋转端之间设计有径向轴承9。除密封面外，接头3与卡块7、直角阀块6、旋转法兰5在径向和轴向均有间隙，因此在径向轴承9和导向带11的作用下，旋转法兰5、卡块7和直角阀块6形成的整体，可绕接头3的旋转端沿其轴线转动，在安装时实现一个自由度的调节。接头3旋转端与直角阀块6之间，设计有超高压非金属的径向密封12，能承受压裂作业压力，并适应接头3与直角阀块6做相对旋转运动要求。

每一个旋转单管单元可实现一个自由度的调节，通过直角阀块6的方向调节，连接六个不同方向的旋转单管单元，总共可实现六个方向自由度调节，即实现压裂管线万向可调。

在工作状态时，在内压作用在接头3的端面上，通过卡块7，作用在可旋转法兰5上，通过螺栓4最终作用在直角阀块6或者固定法兰2上。径向轴承9不承受内压作用力，可大大提高径向轴承9的使用寿命。

本发明装置的装配与拆卸过程是，

1)装配时，先将第一旋转单管单元X1的旋转端安装到直角阀块6的旋转端。将径向轴承9安装到旋转法兰5内，将防尘圈10安装到旋转法兰5上，将导向带11和径向密封12安装于接头3的旋转端，将卡块7安装到接头3的卡槽里，用螺栓4将旋转法兰5安装到直角阀块6的旋转端。然后将第二旋转单管单元X2的固定端安装到直角阀块6的固定端。将金属密封1安装到第二个接头3固定端的密封槽内，用螺栓4将固定法兰2压紧接头3固定端的台阶面，连接到直角阀块6的固定端。然后重复上述接头3旋转端的操作，将第二旋转单管单元X2的旋转端安装到第二个直角阀块6的旋转端。再然后重复上述接头3固定端的操作，将第三旋转单管单元X3的固定端连接到第二个直角阀块6的固定端，然后依次类推，依次连接完剩余三组旋转单管单元和相邻的直角阀块6。再然后将第六旋转单管单元X6的固定端连接到第五个直角阀块6的固定端，将第六旋转单管单元X6的旋转端连接到固定式单管Y的一端。接下来将第一旋转单管单元X1的固定端与高压管汇的接口，通过螺栓4连接完成，最后通过调整各旋转单管单元的旋转端，将固定式单管Y的另一端与井口管汇对齐，用螺栓4将固定式单管Y的另一端与井口管汇连接完成。

2)拆卸时，先松开固定式单管Y与井口管汇间的螺栓4，拆除固定式单管Y与井口管汇的连接。然后拆除第一旋转单管单元X1与高压管汇之间连接的螺栓4。再然后拆除第六旋转单管单元X6与固定式单管Y之间的螺栓4。最后依次拆除各个旋转单管单元与相邻直角阀块6之间连接的螺栓4。

本发明装置，在传统法兰和接头之间，增加径向轴承，且将传统的金属端面密封改为非金属径向密封，将固定法兰变为可旋转法兰，达到一个自由度调节目的。通过六组不同方向的旋转法兰组合，达到万向调节的目的。同时在结构设计上，使得径向轴承不承受内压作用力，减少径向轴承的载荷，延长其使用寿命。

Claims (1)

1.一种单管万向式超高压压裂管线，其特征在于：包括六组旋转单管单元、一组固定式单管及五个直角阀块(6)；从与高压管汇接口开始，首先为第一旋转单管单元，第一旋转单管单元的固定端与高压管汇对接，第一旋转单管单元的旋转端与第一个直角阀块(6)对接；其后依次为四组旋转单管单元及直角阀块(6)间隔串接，第六旋转单管单元末端连接有一组固定式单管，通过该组固定式单管与井口管汇对接；

所述的第一旋转单管单元的结构是，包括一个接头(3)，接头(3)的固定端面与高压管汇对接面设置有金属密封(1)，接头(3)固定端外沿台阶上套装有固定法兰(2)，固定法兰(2)通过一圈螺栓(4)与高压管汇外沿安装边拉紧固定；接头(3)的旋转端外沿台阶上套装有旋转法兰(5)，旋转法兰(5)通过另一圈螺栓(4)与直角阀块(6)对接拉紧固定；

所述的旋转法兰(5)与接头(3)接触面之间设置有防尘圈(10)、径向轴承(9)、垫块(8)和卡块(7)，卡块(7)为分体式结构；

所述的直角阀块(6)与接头(3)旋转端之间设置有导向带(11)和径向密封(12)；

所述的接头(3)的旋转端与卡块(7)之间、接头(3)的旋转端与直角阀块(6)之间在轴向均有间隙。

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