[0001] 本发明涉及压裂机技术领域，特别涉及一种压裂系统。

[0002] 在石油领域，压裂是指采油或采气过程中，利用水力作用，将掺有沙石和化学物质的高压水注入油井来冲破页岩层，释放出页岩气，又称水力压裂。

[0003] 压裂设备是压裂增产施工中的一种核心作业设备，一般由发动机、传动机构及压裂泵组成，在压裂增产施工过程中，往往需要由多台压裂设备组成的压裂机组配合作业，对于压裂机组而言，机组整体的输出排量需要满足一定的调节裕量，从而可以适应不同的页岩层环境，而通常做法是将多个传动机构设置为多挡位变速箱，通过调整变速箱变挡传动即可实现压裂机组的变排量输出，然而，挡位较多的变速箱的成本较高，导致压裂机组的整体设备成本偏高。

[0025] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0026] 需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

[0027] 另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

[0028] 在石油领域，压裂是指采油或采气过程中，利用水力作用，将掺有沙石和化学物质的高压水注入油井来冲破页岩层，释放出页岩气，又称水力压裂。

[0029] 压裂设备是压裂增产施工中的一种核心作业设备，一般由发动机、传动机构及压裂泵组成，在压裂增产施工过程中，往往需要由多台压裂设备组成的压裂机组配合作业，对于压裂机组而言，机组整体的输出排量需要满足一定的调节裕量，从而可以适应不同的页岩层环境，在实际应用操作时，通常做法是将多个传动机构设置为多挡位变速箱，通过通过控制软件调整变速箱变挡传动即可实现压裂机组的变排量输出；随着压裂设备配置日趋成熟、稳定，设备成本趋近透明、利润空间逐渐被压缩，市场竞争剧烈，提升产品质量、同时降低生产成本的需求迫切，然而，以2500型压裂车为例，变速箱设置8个挡位，稳态施工过程中常用变速箱挡位为3～5挡，多数施工情况下，存在变速箱多个挡位闲置的情况，同时，多挡位变速箱的设备成本也较高，导致压裂机组的整体设备成本偏高。

[0030] 鉴于此，本发明提出一种压裂系统，旨在解决现有压裂机组中普遍使用多挡位变速箱进行变排量输出导致压裂机组整体成本偏高的问题，其中图1为本发明提供的压裂系统的一实施例的结构简图。

[0031] 请参与图1，压裂系统1000包括多个压裂设备100，各压裂设备100均包括驱动单元1、传动单元2以及压裂泵3，传动单元2包括传动连接驱动单元1的变速机构，驱动单元1的动力通过变速机构传递至压裂泵3；其中，多个压裂设备100的变速机构中至少部分变速机构的变速挡位数量设置不同。

[0032] 本发明提供的技术方案中，由于部分的变速机构的挡位数量设置不同，在变排量输出的过程中，挡位较少的变速机构只做小范围的换挡动作，挡位较多的变速机构则为了调整压裂系统1000至对应的输出排量而做较大范围的换挡动作，提高了变速机构各个挡位的使用率，同时，挡位较少的变速机构也意味着结构的简化，成本的降低，从而在整体上降低了压裂系统1000的设备成本。

[0033] 其中，所述驱动单元1、所述传动单元2及所述压裂泵3的具体连接方式有多种，只要能够实现动力的传输即可，本发明实施例不作赘述。

[0034] 进一步地，在本实施例中，多个压裂设备100的变速机构包括减速机22和变速器21，减速机22的变速挡位数量少于变速器21的变速挡位数量。挡位数量越少，也即意味着结构更为精简，其生产或购置成本也越低，而在尽可能多的压裂设备100上选择设置减速机
22，则能够从整体上最大限度地降低压裂系统1000的成本。

[0035] 具体地，在本实施例中，选择不同分配比例的减速机22和变速器21分别对应设置于至少两个压裂设备100中，以使得多个压裂设备100能够形成不同的压裂系统1000。需要说明的是，变速器21与减速机22的数量配置比例可以有多种形式，但一方面应该满足多个变速器21的总排量与多个减速机22的总排量之和能达到压裂系统1000的最大需求排量，另一方面，通过在多个变速器21的挡位范围内切换挡位，至少应该满足压裂系统1000不同排量输出范围以及调节裕量需求，也即是，具有变速器21的压裂设备100可以一定数量上置换成具有减速机22的压裂设备100，但是具有变速器21的压裂设备100的数量需要能满足压裂系统1000的变排量输出需求。

[0036] 具有变速器21的压裂设备100的数量越少，则意味着变速器21可能需要频繁地切换至高挡位或者低挡位进行工作，这会导致驱动单元1的能耗增加，进而增加了系统的运行成本，鉴于此，在本实施例中，设有减速机22的压裂设备100的数量和设有变速器21的压裂设备100的数量相同，从而将设有变速器21的变排量输出压力控制在较小范围内，避免变速器21频繁在高挡位或者低挡位运行，有效控制了驱动单元1的能耗与压裂系统1000的运行成本。

[0037] 具体地，以由20台压裂设备100组成的压裂系统1000为例，可为其中10台压裂设备100配置变速器21(进行变排量输出)，另外10台压裂设备100配置减速机22，单台压裂设备
100预计可至少降低约10％的成本。

[0038] 具体地，本实施例中，减速机22的减速挡位包括一挡或者二挡，可以理解的是，减速机22的一挡或二挡对应的齿比应该与变速器21处于稳定工作状态下的齿比相当，在设置一档进行调节时，减速器为单齿比传动，压裂设备做定排量输出，而在设置二挡进行调节时，减速机22能够在一定程度上参与变排量输出调节，变速器21不必频繁地跨多挡位调节，从而减轻了变速器21的调节压力；其中，变速器21的变速挡位包括八挡。八挡的传动齿比赋予了变速器21更大的调节能力，能够满足压裂系统1000较为苛刻的变排量输出需求。

[0039] 具体地，本实施例中，变速器21的多个变速挡位包括超过预设使用频率的至少两个常用变速挡位，可以理解的是，预设使用频率即为多变速挡位的平均工作频率，常用变速挡位超过预设使用频率，即为经常使用到的挡位，也即为压裂设备100处于稳态输出状态时变速器21最高效传动输出的挡位；减速机22的变速挡位的传动比与其中一个常用变速挡位的传动比设置相同，可以理解的是，将减速机22的变速挡位的传动比配置为与其中一个常用变速挡位的传动比相同，减速机22的传动效率能在大多时间上保持在高值，以能够起到平替作用，其设置上最为合理。

[0040] 以压裂设备100为2500型压裂车为例，其变速器21一般设置为八挡，而稳态施工过程中的常用变速挡位为3、4、5挡，此时，减速机22的变速挡位的传动比即对应八挡变速器的3、4、5挡其中之一的传动比即可。

[0041] 压裂泵3一般包括动力输入端与液体输出端，动力输入端向液体输出端提供动力，液体输出端的柱塞作往复运动实现高压液体的泵送，从而将常压的压裂液转化为高压大排量液体排出，多个压裂泵3需要共同作用于压裂管道才能将获取更高的压力，基于此，本实施例中，压裂系统1000还包括汇流结构4，汇流结构4上形成有汇流流路41，各压裂泵3的液体输出端均连通至汇流流路41上。通过汇流流路41能够将多个压裂泵3中的压裂液汇聚在一起，以形成更高压力和排量的液体，从而适应较为苛刻的页岩层作业环境。

[0042] 进一步地，驱动单元1包括发动机11，发动机11驱动连接变速机构；选择不同数量的压裂设备100，也即是选择不同数量的压裂泵3工作接入至互留流路，能够提供不同的作业压力，以调节汇流流路41上的排出流量；切换压裂设备100的变速机构处在不同变速挡位上，也即是变换作用于压裂泵3上的驱动力，能够提供不同的输出频率，以调节汇流流路41上的排出流量；调节发动机11的转速，以从动力源上改变输出功率，以调节汇流流路41上的排出流量。

[0043] 需要解释的是，上述三个并列的技术特征“选择不同数量的压裂设备100”、“切换压裂设备100的变速机构处在不同变速挡位上”及“调节发动机11的转速”可以择一选择，择二选择或全部选择，可以理解的是，同时采用上述三种方式进行变排量调节时能够获得最大的调节范围，能够适应最为苛刻的作业环境。

[0044] 本实施例中，压裂系统1000还包括挂挡机构，挂挡机构包括电动挂挡机构和/或液动挂挡机构。需要解释的是，当传动单元2为多齿比传动结构时，各个传动单元2均应对应一个挂挡机构进行变挡操作，其中，可以选择为多个传动单元2仅设置电动挂挡机构或者仅设置液动挂挡机构，亦或者部分传动单元2设置电动挂挡机构，其余部分传动单元2设置液动挂挡机构，其具体配比根据需求可选择性调整，例如，可以对应为变速挡位较多的变速机构设置电动挂挡机构，对应为变速挡位较少的变速机构设置液动挂挡机构。

[0045] 受到压裂作业场所的施工要求，压裂系统1000在工作过程中，作业人员一般需要离开现场，对于变速机构的调控一般需要通过远程控制完成，压裂系统1000还包括挂挡机构和控制器，控制器电连接挂挡机构，通过控制器可以远程控制挂挡机构进行相应的挂挡操作，从而满足施工需求，保证人员安全，同时挂挡过程不需要停车等待，保证了压裂作业的持续高效进行。

[0046] 通常而言，在驱动单元1、传动单元2及压裂泵3的基础上，压裂设备100还包括底盘总成、橇架模块、控制模块、消防模块及电气模块，本发明实施例对此不作赘述。

[0047] 以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。