Системы общего коллектора с встроенными гидравлическими системами передачи энергии

Группа изобретений относится к горному делу, в частности к вариантам системы гидравлического разрыва пласта. Система включает гидравлическую систему передачи энергии, выполненную с возможностью обмена давлением между первой жидкостью и второй жидкостью. Система гидроразрыва также включает в себя общий коллектор, включающий в себя один или несколько коллекторов высокого давления и один или несколько коллекторов низкого давления. Один или несколько коллекторов высокого давления и один или несколько коллекторов низкого давления соединены с гидравлической системой передачи энергии. Технический результат заключается в повышении эффективности системы гидравлического разрыва пласта. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

Для настоящей заявки испрашивается приоритет по предварительной заявки на патент США №62/088,435 на изобретение «Системы и способы для общего коллектора с встроенными гидравлическими системами передачи энергии», поданной 5 декабря 2014 года, содержание которой полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к системам гидравлического разрыва пластов, и, в частности, к системам гидравлического разрыва пластов, включающим в себя снаряд для коллектора с гидравлическими системами передачи энергии.

Уровень техники

Данный раздел предназначен для ознакомления с различными аспектами уровня техники, которые могут относиться к различным аспектам настоящего изобретения, описанным и/или заявленным ниже. Данное описание предоставляет информацию о предшествующем уровне техники для облегчения понимания различных аспектов настоящего изобретения. Таким образом, следует понимать, что следующие утверждения приведены для достижения указанной цели, а не для признания предшествующего уровня техники.

Операции по заканчиванию скважины в нефтегазовой промышленности зачастую включают в себя гидравлический разрыв (также называемый гидроразрывом или фрэкингом), который позволяет увеличить выход нефти и газа из пластов. Гидравлический разрыв включает в себя нагнетание в скважину флюида (например, жидкости разрыва), содержащего смесь воды, реагентов и проппанта (например, песка, керамического материала), под высоким давлением. Высокое давление флюида увеличивает размеры трещины и способствует распространению трещины в пласте, из которого должно выходить больше нефти и газа, а проппант предотвращает закрытие трещин после снятия избыточного давления флюида.

В процессе гидроразрыва используют различное оборудование. Например, в операции гидроразрыва могут использовать общий коллектор (часто называемый «снаряд», «снарядный прицеп» или «коллекторный прицеп»), соединенный с несколькими насосами высокого давления. В общий коллектор может поступать жидкость разрыва под низким давлением из смесителя для жидкости разрыва, а затем из общего коллектора жидкость разрыва под низким давлением может быть направлена в насосы высокого давления, где давление жидкости разрыва может быть увеличено. К сожалению, присутствие проппанта в жидкости разрыва может увеличить износ и расходы на обслуживание насосов высокого давления.

Раскрытие изобретения

В одном аспекте изобретения представлена система, включающая в себя систему гидравлического разрыва пласта, содержащую:

одну или несколько гидравлических систем передачи энергии, выполненных с возможностью обмена давлением между первым флюидом и вторым флюидом, где первый флюид представляет собой флюид без проппанта, а второй флюид представляет собой флюид, нагруженный проппантом; и

коллекторный прицеп (общий коллектор), содержащий:

впускной коллектор высокого давления, соединенный с одной или несколькими гидравлическими системами передачи энергии, причем впускной коллектор высокого давления направляет первый флюид под высоким давлением в одну или несколько гидравлических систем передачи энергии;

выпускной коллектор низкого давления, соединенный с одной или несколькими гидравлическими системами передачи энергии, причем выпускной коллектор низкого давления принимает первый флюид под низким давлением из одной или нескольких гидравлических систем передачи энергии;

впускной коллектор низкого давления, соединенный с одной или несколькими гидравлическими системами передачи энергии, причем впускной коллектор высокого давления направляет второй флюид под низким давлением в одну или несколько гидравлических систем передачи энергии; и

выпускной коллектор высокого давления, соединенный с одной или несколькими гидравлическими системами передачи энергии, причем выпускной коллектор высокого давления принимает второй флюид под высоким давлением из одной или нескольких гидравлических систем передачи энергии.

Система гидравлического разрыва пласта может содержать один или несколько насосов высокого давления, в которые поступает первый флюид под низким давлением, его давление повышается, и первый флюид под высоким давлением направляется во впускной коллектор высокого давления.

Система гидравлического разрыва пласта может содержать один или несколько насосов низкого давления, направляющих второй флюид под низким давлением во впускной коллектор низкого давления.

Выпускной коллектор высокого давления может направлять второй флюид под высоким давлением в устье скважины.

Выпускной коллектор низкого давления может также направлять первый флюид под низким давлением в смеситель для смешивания первого флюида с проппантом для получения второго флюида.

Коллекторный прицеп может содержать совокупность клапанов регулирования расхода.

Система также может содержать систему управления с процессором, управляющим указанными клапанами регулирования расхода.

Процессор может управлять указанными клапанами так, чтобы обеспечить баланс скорости потока между указанными гидравлическими системами передачи энергии, чтобы независимо вводить в действие и/или отключать каждую из указанных гидравлических систем передачи энергии.

Одна или несколько гидравлических систем передачи энергии могут содержать один или несколько ротационных изобарических обменников давления (IPX).

В другом аспекте изобретения предложена система, включающая в себя систему гидравлического разрыва пласта, содержащую:

несколько ротационных изобарических обменников давления (IPX), каждый из которых выполнен с возможностью обмена давлением между флюидом без проппанта и флюидом, нагруженным проппантом;

коллекторный прицеп, соединенный с указанными ротационными IPX, и содержащий:

впускной коллектор высокого давления, направляющий флюид без проппанта под высоким давлением в ротационные IPX;

выпускной коллектор низкого давления, принимающий флюид без проппанта под низким давлением из ротационных IPX;

впускной коллектор низкого давления, направляющий флюид с проппантом под низким давлением в ротационные IPX;

выпускной коллектор высокого давления, принимающий флюид с проппантом под высоким давлением из ротационных IPX; и

совокупность клапанов регулирования расхода, расположенных в трубопроводе коллекторного прицепа; а также

управляющую систему, содержащую процессор, управляющий указанными клапанами регулирования расхода для управления потоком флюида без проппанта и/или потоком флюида с проппантом жидкости.

Процессор также может управлять указанными клапанами регулирования расхода для независимого управления входящим потоком флюида без проппанта под высоким давлением, выходящим потоком флюида без проппанта под низким давлением, входящим потоком флюида с проппантом под низким давлением, выходящим потоком флюида с проппантом под высоким давлением, или их комбинацией для каждого из указанных ротационных IPX.

Процессор также может управлять указанными клапанами таким образом, чтобы избирательно приводить в действие или отключать каждый из указанных ротационных IPX.

Процессор также может управлять указанными клапанами таким образом, чтобы обеспечить баланс между входящим потоком флюида без проппанта под высоким давлением, выходящим потоком флюида без проппанта под низким давлением, входящим потоком флюида с проппантом под низким давлением, выходящим потоком флюида с проппантом под высоким давлением, или их комбинацией для двух или более из указанных ротационных IPX.

Указанные клапаны регулирования расхода могут включать в себя первый набор клапанов регулирования расхода, расположенных в трубопроводе впускного коллектора высокого давления, при этом каждый клапан из первого набора расположен ниже по потоку от насоса высокого давления, увеличивающего давление флюида без проппанта, а процессор управляет первым набором клапанов таким образом, чтобы направлять поток флюида без проппанта под высоким давлением в указанные ротационные IPX.

Указанные клапаны регулирования расхода могут включать в себя второй набор клапанов регулирования расхода, расположенных в трубопроводе впускного коллектора низкого давления, а процессор управляет вторым набором клапанов таким образом, чтобы направлять поток флюида с проппантом под низким давлением в указанные ротационных IPX.

Указанные клапаны регулирования расхода могут включать в себя первый клапан регулирования расхода, расположенный в трубопроводе выпускного коллектора низкого давления, процессор управляет этим первым клапаном таким образом, чтобы направлять поток флюида без проппанта под низким давлением в смеситель, а смеситель смешивает с проппантом флюид без проппанта, чтобы получить флюид, нагруженный проппантом.

В еще одном аспекте изобретения предложена система, включающая в себя систему гидравлического разрыва пласта, содержащую:

несколько ротационных изобарических обменников давления (IPX), каждый из которых выполнен с возможностью обмена давлением флюидом без проппанта и флюидом, нагруженным проппантом;

коллекторный прицеп, соединенный с указанными ротационными IPX и содержащий:

впускной коллектор высокого давления, направляющий входящий поток флюида без проппанта под высоким давлением в каждый из указанных ротационных IPX;

выпускной коллектор низкого давления, принимающий выходящий поток флюида без проппанта под низким давлением из каждого из указанных ротационных IPX;

впускной коллектор низкого давления, направляющий входящий поток флюида с проппантом под низким давлением в каждый из указанных ротационных IPX;

выпускной коллектор высокого давления, принимающий выходящий поток флюида с проппантом под высоким давлением из каждого из указанных ротационных IPX;

совокупность датчиков, генерирующих сигналы обратной связи, относящиеся к входящему потоку флюида без проппанта под высоким давлением, выходящему потоку флюида без проппанта под низким давлением, входящему потоку флюида с проппантом под низким давлением, выходящему потоку флюида с проппантом под высоким давлением, или их комбинациям для каждого из указанных ротационных IPX; и

совокупность клапанов регулирования расхода, расположенных в трубопроводе коллекторного прицепа; а также

управляющую систему, включающую в себя процессор, управляющий указанными клапанами регулирования расхода таким образом, чтобы направлять входящий поток флюида без проппанта под высоким давлением, выходящий поток флюида без проппанта под низким давлением, входящий поток флюида с проппантом под низким давлением, выходящий поток флюида с проппантом под высоким давлением, или их комбинации в один или несколько из указанных ротационных IPX на основании сигналов обратной связи от указанных датчиков.

Процессор также может управлять указанными клапанами регулирования расхода таким образом, чтобы обеспечивать баланс между скоростями входящего потока флюида без проппанта под высоким давлением, выходящего потока флюида без проппанта под низким давлением, входящего потока флюида с проппантом под низким давлением, выходящего потока флюида с проппантом под высоким давлением, или их комбинации для двух или более из указанных ротационных IPX.

Процессор также может управлять указанными клапанами регулирования расхода таким образом, чтобы избирательно вводить в действие или отключать каждый из указанных ротационных IPX.

Процессор также может управлять указанными клапанами регулирования расхода таким образом, чтобы компенсировать расход утечки из одного или нескольких из указанных ротационных IPX.

Краткое описание чертежей

Различные признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут более понятными после ознакомления со следующим подробным описанием, приведенным со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых одинаковыми ссылочными позициями обозначены аналогичные детали.

На Фиг. 1 представлено схематическое изображение системы гидравлического разрыва пласта с общим коллектором, включающим в себя одну или несколько гидравлических систем передачи энергии.

На Фиг. 2 представлен разобранный общий вид одного варианта выполнения гидравлической системы передачи энергии с Фиг. 1, показанной в виде системы ротационного изобарического обменника давления (IPX).

На Фиг. 3 представлен разобранный общий вид варианта ротационного IPX в первом рабочем положении.

На Фиг. 4 представлен разобранный общий вид варианта ротационного IPX во втором рабочем положении.

На Фиг. 5 представлен разобранный общий вид варианта ротационного IPX в третьем рабочем положении.

На Фиг. 6 представлен разобранный общий вид варианта ротационного IPX в четвертом рабочем положении.

На Фиг. 7 представлено схематическое изображение системы гидравлического разрыва пластов с Фиг. 1, включающей в себя общий коллектор и один или несколько ротационных IPX с Фиг. 2, интегрированных с общим коллектором.

На Фиг. 8 представлено схематическое изображение системы гидравлического разрыва пласта с Фиг. 7, с одним или несколькими дополнительными насосами высокого давления.

На Фиг. 9 представлено схематическое изображение системы гидравлического разрыва пласта, показанной на Фиг. 7, включающей в себя дополнительный клапан регулирования расхода, расположенный снаружи общего коллектора.

На Фиг. 10 представлено схематическое изображение моделирования потока системы гидравлического разрыва пласта, показанной на Фиг. 7.

Осуществление изобретения

Ниже приведено описание одного или нескольких вариантов осуществления настоящего изобретения. Рассмотренные варианты осуществления настоящего изобретения приведены исключительно в качестве примера. Кроме того, для краткости описания данных иллюстративных вариантов осуществления в данном документе не приводятся все признаки вариантов применения. Следует понимать, что при разработке любого такого варианта применения, например, в инженерном проекте или технологической схеме, необходимо будет принять несколько индивидуальных решений, направленных на достижение конкретных целей разработчиков, таких как соблюдение ограничений, связанных с системными или коммерческими аспектами, которые могут варьироваться в каждом конкретном варианте применения. Более того, следует понимать, что подобные опытно-конструкторские работы могут быть сложными и требовать больших временных затрат, однако, тем не менее, для специалиста в данной области техники они являются стандартными процедурами по проектированию, изготовлению и производству с использованием преимуществ данного изобретения.

Как указано выше, системы гидравлического разрыва пласта, как правило, включают в себя общий коллектор (часто именуемый снарядом, снарядным прицепом или коллекторным прицепом), соединенный с несколькими насосами высокого давления, повышающими давление жидкости разрыва. В частности, в общий коллектор может поступать жидкость разрыва под низким давлением из смесителя для жидкость разрыва, затем из общего коллектора жидкость разрыва под низким давлением может быть направлена в насосы высокого давления, где ее давление может быть увеличено. К сожалению, присутствие проппанта в жидкости разрыва может увеличить износ и расходы на обслуживание насосов высокого давления.

Как подробно описано ниже, раскрытые в настоящем описании варианты воплощения изобретения в целом относятся к системе гидравлического разрыва, включающей в себя общий коллектор, который встраивает одну или несколько гидравлических систем передачи энергии в систему гидравлического разрыва пласта. Гидравлическая система передачи энергии передает работу и/или давление между первым флюидом (например, жидкостью обмена давлением, например, флюидом без проппанта или по существу не содержащим проппанта) и вторым флюидом (например, флюидом с проппантом, например, жидкостью разрыва). Таким образом, система гидравлического разрыва может перекачивать флюид с проппантом в скважину под высоким давлением, при этом предотвращая или ограничивая износ насосов высокого давления. Кроме того, как более подробно описано ниже, общий коллектор может объединять одну или несколько гидравлических систем передачи энергии в трубопровод низкого давления и в трубопровод высокого давления общего коллектора. Таким образом, одна или несколько гидравлических систем передачи энергии могут быть не соединены напрямую с насосами низкого давления или высокого давления. Как более подробно описано ниже, это может быть целесообразно, так как обеспечивает возможность при помощи общего коллектора распределять поток между одной или несколькими гидравлическими системами передачи энергии, несмотря на ограничения по размеру и по весу трубы. Кроме того, это обеспечивает возможность минимизировать потери давления в общем коллекторе, сбалансировать расходы и компенсировать утечки между одной или несколькими гидравлическими системами передачи энергии, а также регулировать переменные объемы проппанта и химических веществ, добавленных к флюиду (например, чистый флюид, коррозионно-неактивный флюид, вода и т.д.). Кроме того, это может позволить в общем коллекторе подключать и отключать отдельные гидравлические системы передачи энергии без прерывания процесса гидроразрыва и/или переключать систему гидравлического разрыва на обычный режим работы (например, без использования гидравлических систем передачи энергии).

С учетом вышеизложенного, на Фиг. 1 представлено схематическое изображение варианта системы 10 гидроразрыва пласта с общим коллектором 11 (например, коллектором, снарядом, снарядным прицепом, коллекторным прицепом), посредством которого одна или несколько гидравлических систем 12 передачи энергии (например, система обращения флюида, система гидравлической защиты, система гидроамортизатора или система гидравлической изоляции) встроены в систему 10 гидроразрыва. Как описано более подробно ниже, общий коллектор 11 включает в себя совокупность труб, клапанов, датчиков и контрольно-измерительных приборов, и общий коллектор 11 выполнен с возможностью подсоединения трубопроводов низкого давления и трубопроводов высокого давления системы 10 гидроразрыва к одной или нескольким гидравлическим системам 12 передачи энергии. Кроме того, общий коллектор 11 выполнен с возможностью минимизировать потери давления, сбалансировать протекание потока и компенсировать утечку в одной или нескольких гидравлических системах 12 передачи энергии, а также регулировать переменные объемы проппанта и химикатов.

Система 10 гидроразрыва позволяет проводить операции по заканчиванию скважин для увеличения выхода нефти и газа в пластах горных пород. В частности, гидравлическая система 10 разрыва перекачивает флюид с проппантом (например, жидкость разрыва), содержащий воду, химикаты и проппант (например, песок, керамический материал) в скважину 14 под высоким давлением. Высокое давление флюида с проппантом увеличивает размер и распространение трещин 16 через пласт горной породы, что приводит к выходу большего количества нефти и газа, при этом проппант предотвращает закрытие трещин 16, когда давление флюида с проппантом понижается. Как показано, система 10 гидроразрыва может включать в себя один или несколько первых гидронасосов 18 и один или несколько вторых гидронасосов 20, соединенных с общим коллектором 11 и с одной или несколькими гидравлическими системами 12 передачи энергии. Например, одна или несколько гидравлических систем 12 передачи энергии могут включать в себя гидравлический турбонагнетатель, ротационный изобарический обменник давления (IPX), возвратно-поступательный IPX или любую их комбинацию.

В процессе работы гидравлическая система 12 передачи энергии передает давление без существенного смешивания между первым флюидом (например, флюидом без проппанта), перекачиваемм первыми гидронасосами 18, и вторым флюидом (например, флюидом с проппантом или жидкостью разрыва), перекачиваемой вторыми гидронасосами 20. Таким образом, гидравлическая система 12 передачи энергии не допускает или ограничивает износ первых гидронасосов 18 (например, насосов высокого давления), при этом система 10 гидроразрыва может перекачивать жидкость разрыва под высоким давлением в скважину 14 для обеспечения выхода нефти и газа.

Как указано выше, одной или несколькими гидравлическими системами 12 передачи энергии могут быть обменники давления (например, ротационные изобарические обменники давления (IPX)). Однако следует понимать, что в других вариантах осуществления одной или несколькими гидравлическими системами передачи энергии могут быть гидравлические турбонагнетатели, возвратно-поступательные IPX или любая их комбинация. Как используется в данном изобретении, изобарический обменник давления (IPX) можно, в целом, определить как устройство, которое передает давление флюида между входящим потоком с высоким давлением и входящим потоком с низким давлением с эффективностью более примерно 50%, 60%, 70%, 80%, 90% или более без использования центробежных технологий. В данном контексте высокое давление означает давление, большее, чем низкое давление. Входящий в IPX поток низкого давления может быть подвергнут воздействию давления, и может выходить из IPX под более высоким давлением (например, с давлением выше, чем у входящего потока низкого давления), а давление входящего потока высокого давления может быть снижено, и такой поток высокого давления выходит из IPX под более низким давлением (например, с давлением ниже, чем у входящего потока высокого давления). Кроме того, IPX может работать с флюидом высокого давления, непосредственно прилагая силу для повышения давления для флюида низкого давления, с использованием или без использования сепаратора между флюидами. Примеры сепараторов флюидов, которые могут быть использованы с IPX, включают в себя, помимо прочего, поршни, мембраны, перегородки и тому подобное. В некоторых вариантах осуществления изобретения изобарические обменники давления могут быть ротационными устройствами. Ротационные изобарические обменники давления (IPX), например, изготовленные компанией Energy Recovery, Inc., Сан-Леандро, штат Калифорния, могут не иметь отдельных клапанов, так как эффективное запорно-регулирующее действие осуществляется внутри устройства за счет относительного движения ротора относительно концевых крышек, как более подробно описано ниже со ссылками на Фиг. 2-6. Ротационные IPX могут быть спроектированы для работы с внутренними поршнями для изолирования флюидов и передачи давления с относительно небольшим смешиванием входящих потоков флюидов. Возвратно-поступательные IPX могут иметь поршень, движущийся назад и вперед в цилиндре для передачи давления между потоками флюидов. Любой один или несколько IPX могут быть использованы в изобретении, например, помимо прочего, ротационные IPX, возвратно-поступательные IPX или любые их комбинации.

На Фиг. 2 представлен вид одного варианта ротационного IPX в разобранном виде. В показанном варианте осуществления ротационный IPX 30 может включать в себя в целом цилиндрическую корпусную часть 40, которая включает в себя кожух 42 и ротор 44. Ротационный IPX 30 также может включать в себя две концевые структуры 46 и 48, которые включают в себя коллекторы 50 и 52, соответственно. Коллектор 50 имеет входное и выходное отверстия 54 и 56, а коллектор 52 имеет входное и выходное отверстия 60 и 58. Например, во входное отверстие 54 может поступать первый флюид (например, флюид без проппанта) под высоким давлением, а выходное отверстие 56 может быть использовано для вывода первого флюида под низким давлением из IPX 30. Аналогичным образом, во входное отверстие 60 может поступать второй флюид (например, флюид с проппантом или жидкость разрыва) под низким давлением, а выходное отверстие 58 может быть использовано для вывода второго флюида высокого давления из IPX 30. Концевые структуры 46 и 48 включают в себя в целом плоские концевые пластины 62 и 64 (торцевые крышки), соответственно, расположенные внутри коллекторов 50 и 52, соответственно, и приспособленные для герметизирующего жидкостного контакта с ротором 44.

Ротор 44 может быть цилиндрическим, может быть расположен в кожухе 42 и установлен с возможностью вращения вокруг продольной оси 66 ротора 44. Ротор 44 может иметь несколько каналов 68, проходящих по существу в продольном направлении через ротор 44 с отверстиями 70 и 72 на каждом конце, расположенными симметрично относительно продольной оси 66. Отверстия 70 и 72 ротора 44 выполнены с возможностью гидравлического сообщения с концевыми пластинами 62 и 64 и входным и выходным отверстиями 74 и 76, а также 78 и 80, таким образом, что при вращении они попеременно гидравлически направляют флюид под высоким давлением и флюид под низким давлением в соответствующие коллекторы 50 и 52. Входные и выходные отверстия 54, 56, 58 и 60 коллекторов 50 и 52 образуют по меньшей мере одну пару отверстий для флюида под высоким давлением на одном концевом элементе 46 или 48 и по меньшей мере одну пару отверстий для флюида под низким давлением в противоположном концевом элементе 48 или 46. Концевые пластины 62 и 64 и входное и выходное отверстия 74 и 76, а также 78 и 80 выполнены с перпендикулярными поперечными сечениями потока в виде дуг или сегментов круга.

На Фиг. 3-6 представлены изображения в разобранном виде ротационного IPX 30, на которых показана последовательность изменений положения одного канала 68 в роторе 44 по мере поворота канала 68 в рамках одного цикла. Следует отметить, что на Фиг. 3-6 представлены упрощенные изображения ротационного IPX 30, на которых показан один канал 68, и канал 68 показан имеющим круглое поперечное сечение. В соответствии с другими вариантами осуществления ротационный IPX 30 может иметь несколько каналов 68 (например, от 2 до 100), имеющих поперечное сечение одинаковой или разной формы (например, круглое, овальное, квадратное, прямоугольное, многоугольное и т.д.). Таким образом, упрощенные изображения на Фиг. 3-6 приведены для наглядности, при этом другие варианты осуществления ротационного IPX 30 могут иметь конфигурации, отличные от представленных на Фиг. 3-6. Как более подробно будет описано ниже, ротационный IPX 30 облегчает гидравлический обмен давления между первым и вторым флюидами (например, жидкостью без проппанта и жидкостью с проппантом) за счет создания моментального контакта между первым и вторым флюидами внутри ротора 44. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления данный обмен происходит на скоростях, которые позволяют уменьшить перемешивание первого и второго флюидов.

На Фиг. 3 отверстие 70 канала находится в первом положении. В первом положении отверстие 70 канала гидравлически связано гидравлически связано с отверстием 76 и торцевой пластиной 62, и, следовательно, с коллектором 50, тогда как противоположное отверстие 72 гидравлически связано с отверстием 80 и торцевой пластиной 64 за счет продолжения коллектора 52. Ниже будет сказано, что ротор 44 может вращаться по часовой стрелке, как показано стрелкой 90. Во время работы второй флюид 92 под низким давлением проходит через торцевую крышку 64 и попадает в канал 68, в котором он контактирует с первым флюидом 94 на динамической границе 96. Затем второй флюид 92 вытесняет первый флюид 94 из канала 68 через торцевую крышку 62 и, следовательно, из ротационного IPX 30. Однако из-за небольшой продолжительности контакта происходит минимальное перемешивание между первым флюидом 94 и вторым флюидом 92.

На Фиг. 4 показано, что канал 68 повернулся по дуге примерно на 90 градусов по часовой стрелке. В данном положении отверстие 72 больше гидравлически не связано с отверстиями 78 и 80 в торцевой крышке 64, а отверстие 70 канала 68 больше гидравлически не связано с отверстиями 74 и 76 в торцевой крышке 62. Таким образом, второй флюид 92 под низким давлением временно остается внутри канала 68.

На Фиг. 5 показано, что канал 68 повернулся примерно на 180 градусов по дуге из положения, изображенного на Фиг. 3. При этом отверстие 72 теперь гидравлически связано с отверстием 78 в торцевой крышке 64, а отверстие 70 канала 68 теперь гидравлически связано с отверстием 74 в торцевой крышке 62. В данном положении происходит впуск первого флюида 94 под высоким давлением и сжатие им второго флюида 92 под низким давлением, в результате чего происходит вытеснение второго флюида 92 из канала 68 для флюида через отверстие 74, для использования в системе 10 гидроразрыва.

На Фиг. 6 показано, что канал 68 повернулся примерно на 270 градусов по дуге из положения, изображенного на Фиг. 3. В данном положении отверстие 72 больше гидравлически не связано с отверстиями 78 и 80 в торцевой крышке 64, а отверстие 70 больше гидравлически не связано с отверстиями 74 и 76 в торцевой крышке 62. Таким образом, снимается давление на первый флюид 94, и он временно остается в канале 68 до тех пор, пока ротор 44 не повернется еще на 90 градусов, начиная следующий цикл.

На Фиг. 7 представлено схематическое изображение варианта системы 10 гидроразрыва, общего коллектора 11 (например, центрального коллектора, снаряда, снарядного прицепа или прицепа к коллектору) и одной или нескольких гидравлических систем 12 передачи энергии. В показанном варианте осуществления одной или несколькими гидравлическими системами 12 передачи энергии могут быть ротационные IPX 30. Хотя в данном варианте показано два ротационных IPX 30, следует отметить, что система 10 гидроразрыва может включать в себя любое подходящее количество ротационных IPX 30 (например, любое число от 1 до 20 или более). Кроме того, следует отметить, что один или несколько ротационных IPX 30 могут быть подсоединены к общему коллектору 11 по отдельности или могут быть объединены для уменьшения количества необходимых трубопроводов и клапанных деталей. Как указано выше, общий коллектор 11 соединяет трубопровод низкого давления и трубопровод высокого давления и встраивает один или несколько ротационных IPX 30 в общий коллектор 11. В частности, общий коллектор 11 встраивает один или несколько ротационных IPX 30 во впускной коллектор 100 флюида под высоким давлением (далее именуемый «впускной коллектор ВД»), впускной коллектор 102 флюида под низким давлением (далее именуемый «впускной коллектор НД»), выпускной коллектор 104 флюида под высоким давлением (далее именуемый «выпускной коллектор ВД») и выпускной коллектор 106 флюида под низким давлением (далее именуемом «выпускной коллектор НД»). Таким образом, ротационные IPX 30 могут быть не связаны напрямую с какими-либо насосами низкого давления или высокого давления. Это может быть необходимо, так как обеспечивает возможность распределять в общем коллекторе 11 поток между одним или несколькими ротационными IPX 30, несмотря на ограничения по размеру и весу труб, что позволяет минимизировать потери давления, сбалансировать расход и компенсировать расход утечки между ротационными IPX 30, а также регулировать переменные объемы проппанта и химикатов. Кроме того, это обеспечивает возможность в общем коллекторе 11 подключать и отключать отдельные IPX 30 (а также насосы высокого давления) без прерывания процесса гидравлического разрыва или переключать систему 10 гидроразрыва на обычный режим работы (например, без использования IPX 30). Кроме того, общий коллектор 11 позволяет варьировать количество насосов высокого давления с системой 10 гидроразрыва, в том числе использовать различные типы технологий закачки под высоким давлением.

Впускной коллектор ВД 100, впускной коллектор НД 102, выпускной коллектор ВД 104 и выпускной коллектор НД 106 могут включать в себя совокупность труб (например, трубопроводы высокого давления и/или трубопроводы низкого давления), совокупность клапанов (например, клапаны регулирования расхода, клапаны, срабатывающие от высокого давления, и т.д.), совокупность датчиков (например, расходомеры, датчики давления, датчики скорости, датчики скорости ротора обмена давлением) и другие системы КИПиА. Например, клапаны могут быть расположены и/или встроены в трубы. В некоторых вариантах общий коллектор 11 может быть функционально связан с управляющей системой 108, которая включает в себя один или несколько процессоров 110 и один или несколько запоминающих устройств 112 (например, материальные энергонезависимые запоминающие устройства) для управления работой системы 10 гидроразрыва и для выполнения техник, описанных в настоящем документе. Например, каждый ротационный IPX 30 может включать в себя любое подходящее количество клапанов (например, 1, 2, 3, 4 и больше) на входных и выходных отверстиях ротационного IPX 30, и процессор 110 может выполнен с возможностью управлять клапанами для независимого контроля работы отдельных ротационных IPX 30 (например, для подключения и отключения отдельных ротационных IPX). Например, процессор 110 может управлять клапанами для направления по отдельности потока первого флюида под высоким давлением и/или потока второго флюида под низким давлением в отдельные ротационные IPX 30. В некоторых вариантах осуществления клапаны могут быть настроены для работы с потоками высокого давления. Кроме того, в некоторых вариантах общий коллектор 11 может включать в себя один или несколько перепускных клапанов, которые могут включаться процессором 110, для переключения на обычный режим работы, без использования ротационных IPX 30. Кроме того, в некоторых вариантах трубопроводы (например, трубопроводы высокого давления или трубопроводы низкого давления), соединенные с ротационными IPX 30, могут включать в себя устройства ограничения потока (например, дроссельные диафрагмы) или регулируемые клапаны, управление которыми может осуществлять процессор 110, для уравновешивания протекания потоков между ротационными IPX 30. В частности, процессор 110 может выполнять команды, хранящиеся в памяти 112, для управления клапанами системы 10 гидроразрыва. Кроме того, трубопроводы коллекторов 100 и 104 высокого давления могут иметь трубы с диаметром больше, чем у обычных железных труб высокого давления (например, с диаметром 3 дюйма или 4 дюйма), для уменьшения веса и минимизации потерь на трение, которые могут повлиять на работу ротационного IPX 30. Кроме того, трубопроводы коллекторов 100 и 104 высокого давления могут быть изготовлены из материалов, обычно не используемых для типовых коллекторов высокого давления, например, из железа и стали. Например, трубопроводы коллекторов 100 и 104 высокого давления могут быть изготовлены из композитных материалов из углеродного волокна или иных высокопрочных легких материалов.

Как показано на рисунке, система 10 гидроразрыва включает в себя вспомогательный подкачивающий насос 114 (например, насос для подачи чистой воды), выполненный с возможностью приема флюида без проппанта (например, чистого флюида, воды и т.д.) из резервуара 116 для флюида без проппанта (например, бака для воды) и направления флюида без проппанта в общий коллектор 11. Трубопроводы общего коллектора 11 направляют флюид без проппанта в один или несколько насосов 118 высокого давления (например, в передвижные насосные установки). Хотя показано два насоса 118 высокого давления, следует понимать, что система 10 гидроразрыва может включать в себя любое подходящее количество насосов 118 высокого давления (например, любое число от 1 до 12 или более). Насосы 118 высокого давления могут увеличивать давление флюида без проппанта до высокого давления (например, приблизительно с 5000 кПа до 25000 кПа, с 20000 кПа до 50000 кПа, с 40000 до 75000 кПа, с 75000 кПа до 100000 кПа или более). Далее один или несколько насосов 118 высокого давления могут направлять флюид без проппанта под высоким давлением во впускной коллектор ВД 100, который может направлять флюид с проппантом под высоким давлением в один или несколько ротационных IPX 30.

Система 10 гидроразрыва также может включать в себя смеситель 120, выполненный с возможностью приема флюида без проппанта из резервуара 116 для флюида без проппанта и резервуара 122 для смеси проппанта и химикатов, и смешивания флюида без проппанта, проппанта и химикатов для получения содержащей проппант жидкости (например, жидкости разрыва, суспензии). В насос 124 низкого давления (например, насос для суспензии) из смесителя 120 может поступать флюид с проппантом, который затем может быть направлен в общий коллектор 11. В частности, насос 124 низкого давления может направлять флюид с проппантом под низким давлением во впускной коллектор НД 102, который направляет флюид с проппантом под низким давлением в один или несколько ротационных IPX 30. Как указано выше, один или несколько ротационных IPX 30 передают давление от флюида без проппанта под высоким давлением на флюид с проппантом под низким давлением без существенного смешивания флюида без проппанта под высоким давлением и флюида с проппантом под низким давлением. В частности, в ротационные IPX 30 поступает флюид без проппанта под высоким давлением из впускного коллектора ВД 100 и флюид с проппантом под низким давлением из впускного коллектора НД 102. Ротационные IPX 30 осуществляют передачу давления от флюида без проппанта на флюид с проппантом и затем сбрасывают флюид без проппанта под низким давлением в выпускной коллектор НД 106, а флюид с проппантом под высоким давлением в выпускной коллектор ВД 104. Таким образом, ротационные IPX 30 обеспечивает предотвращение или ограничение износа насосов 118 высокого давления, при этом система 10 гидроразрыва может перекачивать флюид с проппантом под высоким давлением в скважину 14 для обеспечения выхода нефти и газа. Кроме того, система 10 гидроразрыва может включать в себя один или несколько вспомогательных клапанов 126 регулирования потока, выполненных с возможностью приема флюида без проппанта под низким давлением из выпускного коллектора НД 106 и направления его в смеситель 120.

Как указано выше, вследствие встраивания одного или нескольких ротационных IPX 30 в общий коллектор 11, общий коллектор 11 может быть выполнен с возможностью компенсировать или регулировать расход утечки внутри ротационных IPX 30, а также варьировать объемы проппанта и химикатов, добавленных в смеситель. Например, небольшое количество потока может утекать со стороны высокого давления на сторону низкого давления внутри ротационного IPX 30, что может уменьшить объем флюида с проппантом под высоким давлением, выводимый из ротационного IPX 30. Кроме того, объем проппанта и химикатов, добавленных в смеситель 120, может варьироваться, и, таким образом, флюид с проппантом может содержать такой объем проппанта и химикатов, который превышает пороговое значение или нежелателен. Соответственно, может быть целесообразным предусмотреть подачу дополнительного флюида (например, не флюида без проппанта, воды и т.д.) в флюид с проппантом под высоким давлением, чтобы компенсировать или регулировать расход утечки и/или корректировать переменные объемы проппанта и химикатов во флюиде с проппантом. В частности, вследствие объемного расхода проппанта и химикатов, добавленных в смеситель 120, поток суспензии, выходящий из смесителя 120 (например, входной поток под низким давлением), как правило, будет больше, чем объемный расход, поступающий в смеситель 120 (например, из выходного потока под низким давлением). Такое происходит, даже если «поток подпитки уровня смесителя» равен нулю и даже если утечка из ротационных IPX 30 равна нулю. Этот дополнительный объем, направляемый во впускной поток с низким давлением, является одной из причин того, что небольшое (или большое) количество потока может быть отведено из выходящего потока с низким давлением в один или несколько дополнительных насосов (см. Фиг. 8) или во входной поток чистой воды (см. Фиг. 9).

На Фиг. 8 представлен вариант выполнения системы 10 гидроразрыва, включающей в себя один или несколько дополнительных насосов 140 высокого давления. Система 10 гидроразрыва может включать в себя любое подходящее количество дополнительных насосов 140 высокого давления (например, 1, 2, 3 и более). В один или несколько дополнительных насосов 140 высокого давления из выпускного коллектора НД 106 может поступать флюид без проппанта под низким давлением, который может включать в себя небольшое количество потока утечки со стороны высокого давления в ротационных IPX 30. Как показано, один или несколько дополнительных насосов 140 высокого давления не подсоединены к впускному коллектору ВД 100, но вместо этого подсоединены к выпускному коллектору ВД 104. Таким образом, один или несколько дополнительных насосов 140 высокого давления могут подавать дополнительный флюид под высоким давлением (например, флюид без проппанта под высоким давлением) во флюид с проппантом под высоким давлением, что может компенсировать расход утечки и/или корректировать переменные объемы проппанта и химикатов во флюиде с проппантом. В некоторых вариантах смеситель 120 может включать в себя один или несколько датчиков 142 (например, расходомеров) для контроля потока и/или объема проппанта и химикатов 122 в смеситель 120. Процессор 110 управляющей системы 108 может быть выполнен с возможностью приема сигналов от одного или нескольких датчиков 142 и управления работой общего коллектора 11 на основании принятых сигналов. Например, процессор 110 может определить, превышает ли объем проппанта и химикатов заданное пороговое значение, и если будет определено, что объем проппанта и химикатов превышает заданное пороговое значение, может включать один или несколько дополнительных насосов 140 высокого давления и/или управлять одним или несколькими приводными клапанами общего коллектора 11 для направления флюида без проппанта под низким давлением, поступающего из выпускного коллектора НД 106, в один или несколько дополнительных насосов 142 высокого давления. В частности, флюид без проппанта низким давлением из выпускного коллектора НД 106 может быть направлен в один или несколько дополнительных насосов 142 высокого давления для восполнения объемов проппанта и химикатов, добавленных в смеситель 120.

На Фиг. 9 представлен вариант выполнения системы 10 гидроразрыва, включающей в себя устройство разделения потока флюида без проппанта под низким давлением, расположенное снаружи на общем коллекторе. В частности, система 10 гидроразрыва включает в себя второй клапан 150 регулирования расхода, выполненный с возможностью приема флюида без проппанта под низким давлением из выпускного коллектора НД 106. Второй клапан 150 регулирования расхода выполнен с возможностью направлять небольшое количество потока во вспомогательный подкачивающий насос 114, где он будет смешан с флюидом без проппанта из резервуара 116 для флюида без проппанта и направлен в насосы 118 высокого давления. При установке второго клапана 150 регулирования расхода система 10 гидроразрыва также может компенсировать поток утечки и переменные объемы проппанта и химикатов, добавляемых в смеситель 120. Тем не менее, в некоторых вариантах устройство разделения потока флюида без проппанта под низким давлением и второй клапан 150 регулирования расхода могут быть встроены в общий коллектор 11. Кроме того, в некоторых вариантах второй клапан 150 регулирования расхода и один или несколько вспомогательных клапанов 126 регулирования расхода могут быть встроены в общий коллектор 11 (например, интегрированы в него). Например, второй клапан 150 регулирования расхода и/или один или несколько вспомогательных клапанов 126 регулирования расхода могут быть расположены и/или встроены в трубопровод выпускного коллектора НД 106.

На Фиг. 10 представлен вариант моделирования сетки движения потока системы 10 гидроразрыва. Как показано, система 10 гидроразрыва включает в себя шесть ротационных IPX 30. Тем не менее, как указано выше, можно использовать любое подходящее количество ротационных IPX. Кроме того, как отмечено выше, общий коллектор 11 (например, трубопровод общего коллектора 11) может включать в себя любое подходящее количество клапанов 160 регулирования расхода (например, клапанов высокого давления, приводных клапанов), управление которыми может осуществляться процессором 110 для управления работой ротационных IPX 30. В частности, как указано выше, процессор 110 может быть выполнен с возможностью выборочного регулирования, открывания и/или закрывания клапанов 160 регулирования расхода для осуществления балансирования расходов между ротационными IPX 30 и для включения или выключения отдельных ротационных IPX 30. Например, процессор 110 может управлять клапанами 160 регулирования расхода так, чтобы ротационный IPX 30 мог направлять поток первого флюида под высоким давлением и второго флюида под низким давлением в ротационный IPX 30 для включения ротационного IPX 30. Для выключения ротационного IPX 30, процессор 110 может направить в клапаны 160 регулирования расходом ротационного IPX 30 команды приостановить, остановить или не допускать поток первого флюида под высоким давлением и второго флюида под низким давлением в ротационный IPX 30. Следует понимать, что система 10 гидроразрыва также может включать в себя множество датчиков (например, расходомеров, датчиков давления, датчиков скорости ротора обменника давления), выполненных с возможностью генерирования сигналов обратной связи, касающихся одного или нескольких рабочих параметров системы 10 гидроразрыва, например, расходов и/или давления жидкостей (например, первого флюида под высоким давлением, первого флюида под низким давлением, второго флюида под низким давлением и/или второго флюида под высоким давлением), скоростей вращения ротационных IPX 30, расхода утечки из ротационных IPX 30, расхода и/или объема проппанта и химикатов в смесителе 120 и т.д. Процессор 110 может анализировать информацию (например, сигналы обратной связи), полученную от датчиков, для управления клапанами 160 регулирования расхода. Например, процессор 110 может определять, сколько ротационных IPX 30 необходимо использовать (например, включать или держать включенными) для процесса гидроразрыва на основании, по меньшей мере частично, сигналов обратной связи от датчиков, касающихся потока (например, расхода, массового расхода и т.д.) входящего первого флюида (например, из резервуара 116 для воды, насоса 114 и/или насосов 118 высокого давления) и/или потока входящего второго флюида (например, из смесителя 120, насоса 124 и т.д.). Кроме того, в некоторых вариантах управляющая система 108 может принимать входные сигналы от пользователя в отношении рабочих параметров системы 10 гидроразрыва, и процессор 110 может быть выполнен с возможностью управления клапанами 126 регулирования расхода на основе входных сигналов или анализа входных сигналов.

В показанном варианте осуществления каждый ротационный IPX 30 включает в себя три клапана 160 регулирования расхода. Например, каждый ротационный IPX 30 включает в себя первый клапан 162 регулирования расхода, расположенный рядом с впускным отверстием на стороне низкого давления, второй клапан 164 регулирования, расположенный рядом с выпускным отверстием на стороне низкого давления, и третий клапан 166 регулирования расхода, расположенный рядом с выпускным отверстием на стороне высокого давления. В других вариантах ротационный IPX 30 также может включать в себя клапан регулирования расхода, расположенный рядом с впускным отверстием на стороне высокого давления. Следует понимать, что клапаны 160 регулирования расхода могут быть расположены и/или встроены в трубопровод общего коллектора 11. Например, каждый первый клапан 162 регулирования расхода может быть расположен и/или встроен во впускной коллектор НД 102 (например, в трубопровод впускного коллектора НД 102), каждый второй клапан 164 регулирования расхода может быть расположен и/или встроен в выпускной коллектор НД 106 (например, трубопровод выпускного коллектора НД 106), и каждый третий клапан 166 регулирования расхода может быть расположен и/или встроен в выпускной коллектор ВД 104 (например, трубопровод выпускного коллектора ВД 104). Кроме того, система 10 гидроразрыва (например, общий коллектор 11, впускной коллектор ВД 100 и т.д.) может включать в себя несколько клапанов 168 регулирования расхода, расположенных ниже по потоку от насосов 118 высокого давления, управление которыми также может осуществляться процессором 110 на основании, по меньшей мере частично, информации, полученной от датчиков системы 10 гидроразрыва. Например, процессор 110 может управлять клапанами 168 регулирования расхода для направления потока первого флюида под высоким давлением в ротационные IPX 30. В некоторых вариантах процессор 110 может управлять по отдельности каждым клапаном 168 регулирования расхода для направления по отдельности потока первого флюида под высоким давлением в каждый ротационный IPX 30 для включения или выключения отдельных ротационных IPX.

Как показано, общий коллектор 11 также может включать в себя множество гидравлических соединений 180 (например, тройников, Т-образных соединений, крестообразных патрубков и т.д.) для соединения различных труб общего коллектора 11. Например, некоторые гидравлические соединения 180 могут соединять трубы выпускного коллектора ВД 104 с устьевыми трубами 182 высокого давления, которые направляют флюид с проппантом под высоким давлением в скважину 14. Расположение, тип и/или угол гидравлических соединений 180, которые соединяют выпускной коллектор ВД 104 с устьевыми трубами 182 высокого давления, могут быть выбраны таким образом, чтобы уменьшать потери на гидродинамическое трение, оптимально распределять поток внутри коллекторной системы или предотвращать осаждение проппанта из флюида (т.е., чтобы проппант находился во флюиде во взвешенном состоянии). Например, первое гидравлическое соединение 184 и второе гидравлическое соединение 186 могут быть выполнены с углом, не равным 90 градусам. В некоторых вариантах осуществления угол может составлять приблизительно от 1 градуса до 89 градусов, от 10 градусов до 80 градусов, от 20 градусов до 70 градусов, от 30 градусов до 60 градусов или от 40 градусов до 50 градусов. В одном варианте осуществления угол может быть равен приблизительно 45 градусам.

Как подробно описано выше, общий коллектор 11 может интегрировать один или несколько ротационных IPX 30 в трубопроводы низкого давления и в трубопроводы высокого давления общего коллектора 11. Таким образом, один или несколько ротационных IPX 30 могут быть не связаны напрямую с какими-либо насосами низкого давления или высокого давления. Вследствие этого в общем коллекторе 11 может осуществляться распределение потока между одним или несколькими ротационными IPX 30, несмотря на ограничения по размеру и весу труб. Кроме того, вследствие этого в общем коллекторе 11 возможно минимизировать потери давления, сбалансировать расходы и компенсировать расход утечки в одном или нескольких ротационных IPX 30, а также регулировать вариабельные объемы проппанта и химикатов. Кроме того, это обеспечивает возможность в общем коллекторе 11 подключать и отключать один отдельный или несколько IPX 30 без прерывания процесса гидроразрыва, и/или переключать систему гидроразрыва на обычный режим работы (например, без использования одного или нескольких IPX 30).

Следует отметить, что различные компоненты системы 10 могут быть соединены через проводные или беспроводные соединения. Например, управляющая система 108 может быть соединена с клапанами 126, 150, 160, 162, 164, 166 и 168 регулирования расхода и/или датчиками 142 через проводные и/или беспроводные соединения. Кроме того, управляющая система 108 может включать в себя один или несколько процессоров 110, которые могут включать в себя микропроцессоры, микроконтроллеры, интегральные схемы, специализированные интегральные схемы и так далее. Кроме того, управляющая система 108 может включать в себя одно или несколько запоминающих устройств 112, которые могут быть выполнены в форме материального и энергонезависимого машиночитаемого носителя или носителей (например, жесткого диска и т.д.), на которых записаны команды для выполнения процессором (например, процессором 110) или компьютером. Набор команд может включать в себя различные команды, согласно которым процессор 110 выполняет определенные операции, например, способы и процессы различных вариантов осуществления изобретения, описанных в настоящем документе. Набор команд может быть выполнен в форме компьютерной программы или приложения. Запоминающие устройства 112 могут включать в себя энергозависимые и энергонезависимые носители, съемные и несъемные носители, выполненные любым способом или на основе любой технологии для хранения информации, например, машиночитаемых команд, структур данных, программных модулей или иных данных. Компьютерные носители данных могут включать в себя, помимо прочего, ОЗУ, ПЗУ, стираемые программируемые постоянные запоминающие устройства, электрически стираемые программируемые постоянные запоминающие устройства, флэш-память или иную технологию твердотельных накопителей, ПЗУ на компакт-дисках, цифровые диски или другое оптическое запоминающее устройство, магнитные кассеты, магнитные ленты, запоминающее устройство на магнитных дисках или иные магнитные запоминающие устройства, или любой иной подходящий носитель информации. Кроме того, система 108 управления может включать в себя или может быть подключена к устройству (например, устройству ввода и/или вывода), такому как компьютер, портативный компьютер, монитор, сотовый телефон или смартфон, планшет, другое мобильное устройство или тому подобное, которые могут быть выполнены с возможностью приема данных и отображения данных на дисплее устройства.

Некоторые варианты осуществления изобретения приведены в качестве примера на чертежах и подробно описаны в настоящем документе, хотя в настоящее изобретение могут быть внесены различные изменения, и оно может быть реализовано в альтернативных формах. Однако следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается конкретными раскрытыми формами. Напротив, без отступления от сущности и объема настоящего изобретения в него могут быть внесены различные модификации, а также созданы эквивалентные и альтернативные варианты осуществления, как указано в следующих пунктах формулы изобретения.

1. Система гидравлического разрыва пласта, содержащая:

одну или несколько гидравлических систем передачи энергии, выполненных с возможностью обмена давлением между первым флюидом и вторым флюидом, где первый флюид представляет собой флюид без проппанта, а второй флюид представляет собой флюид, нагруженный проппантом; и

коллекторный прицеп, содержащий:

впускной коллектор высокого давления, соединенный с одной или несколькими гидравлическими системами передачи энергии, причем впускной коллектор высокого давления выполнен с возможностью направлять первый флюид под высоким давлением в одну или несколько гидравлических систем передачи энергии;

выпускной коллектор низкого давления, соединенный с одной или несколькими гидравлическими системами передачи энергии, причем выпускной коллектор низкого давления выполнен с возможностью принимать первый флюид под низким давлением из одной или нескольких гидравлических систем передачи энергии;

впускной коллектор низкого давления, соединенный с одной или несколькими гидравлическими системами передачи энергии, причем впускной коллектор высокого давления выполнен с возможностью направлять второй флюид под низким давлением в одну или несколько гидравлических систем передачи энергии; и

выпускной коллектор высокого давления, соединенный с одной или несколькими гидравлическими системами передачи энергии, причем выпускной коллектор высокого давления выполнен с возможностью принимать второй флюид под высоким давлением из одной или нескольких гидравлических систем передачи энергии.

2. Система по п.1, которая содержит один или несколько насосов высокого давления, выполненных с возможностью принимать первый флюид под низким давлением, повышать давление первого флюида и направлять первый флюид под высоким давлением во впускной коллектор высокого давления.

3. Система по п.1, которая содержит один или несколько насосов низкого давления, выполненных с возможностью направлять второй флюид под низким давлением во впускной коллектор низкого давления.

4. Система по п.1, в которой выпускной коллектор высокого давления выполнен с возможностью направлять второй флюид под высоким давлением в устье скважины.

5. Система по п.1, в которой выпускной коллектор низкого давления выполнен с возможностью направлять первый флюид под низким давлением в смеситель, выполненный с возможностью смешивания первого флюида с проппантом для получения второго флюида.

6. Система по п.1, в которой коллекторный прицеп содержит совокупность клапанов регулирования расхода.

7. Система по п.6, которая содержит систему управления, включающую в себя процессор, выполненный с возможностью управления указанными клапанами регулирования расхода.

8. Система по п.7, в которой процессор выполнен с возможностью управлять указанными клапанами так, чтобы обеспечить баланс скорости потока между указанными гидравлическими системами передачи энергии, чтобы независимо вводить в действие и/или отключать каждую из указанных гидравлических систем передачи энергии.

9. Система по п.1, в которой одна или несколько гидравлических систем передачи энергии содержат один или несколько ротационных изобарических обменников давления (IPX).

10. Система гидравлического разрыва пласта, содержащая:

несколько ротационных изобарических обменников давления (IPX), каждый из которых выполнен с возможностью обмена давлением между флюидом без проппанта и флюидом, нагруженным проппантом;

коллекторный прицеп, соединенный с указанными ротационными IPX и содержащий:

впускной коллектор высокого давления, выполненный с возможностью направлять флюид без проппанта под высоким давлением в ротационные IPX;

выпускной коллектор низкого давления, выполненный с возможностью принимать флюид без проппанта под низким давлением из ротационных IPX;

впускной коллектор низкого давления, выполненный с возможностью направлять флюид с проппантом под низким давлением в ротационные IPX;

выпускной коллектор высокого давления, выполненный с возможностью принимать флюид с проппантом под высоким давлением из ротационных IPX; и

совокупность клапанов регулирования расхода, расположенных в трубопроводе коллекторного прицепа, а также

управляющую систему, содержащую процессор, выполненный с возможностью управлять указанными клапанами регулирования расхода для управления потоком флюида без проппанта и/или потоком флюида с проппантом.

11. Система по п.10, в которой процессор выполнен с возможностью управлять указанными клапанами регулирования расхода для независимого управления входящим потоком флюида без проппанта под высоким давлением, выходящим потоком флюида без проппанта под низким давлением, входящим потоком флюида с проппантом под низким давлением, выходящим потоком флюида с проппантом под высоким давлением или их комбинацией для каждого из указанных ротационных IPX.

12. Система по п.11, в которой процессор выполнен с возможностью управлять указанными клапанами таким образом, чтобы избирательно приводить в действие или отключать каждый из указанных ротационных IPX.

13. Система по п.11, в которой процессор выполнен с возможностью управлять указанными клапанами таким образом, чтобы обеспечить баланс между входящим потоком флюида без проппанта под высоким давлением, выходящим потоком флюида без проппанта под низким давлением, входящим потоком флюида с проппантом под низким давлением, выходящим потоком флюида с проппантом под высоким давлением или их комбинацией для двух или более из указанных ротационных IPX.

14. Система по п.10, в которой указанные клапаны регулирования расхода включают в себя первый набор клапанов регулирования расхода, расположенных в трубопроводе впускного коллектора высокого давления, при этом каждый клапан из первого набора расположен ниже по потоку от насоса высокого давления, выполненного с возможностью увеличивать давление флюида без проппанта, а процессор выполнен с возможностью управлять первым набором клапанов таким образом, чтобы направлять поток флюида без проппанта под высоким давлением в указанные ротационные IPX.

15. Система по п.14, в которой указанные клапаны регулирования расхода включают в себя второй набор клапанов регулирования расхода, расположенных в трубопроводе впускного коллектора низкого давления, а процессор выполнен с возможностью управлять вторым набором клапанов таким образом, чтобы направлять поток флюида с проппантом под низким давлением в указанные ротационные IPX.

16. Система по п.14, в которой указанные клапаны регулирования расхода включают в себя первый клапан регулирования расхода, расположенный в трубопроводе выпускного коллектора низкого давления, процессор выполнен с возможностью управлять этим первым клапаном таким образом, чтобы направлять поток флюида без проппанта под низким давлением в смеситель, а смеситель выполнен с возможностью смешивать с проппантом флюид без проппанта, чтобы получить флюид, нагруженный проппантом.

17. Система гидравлического разрыва пласта, содержащая:

несколько ротационных изобарических обменников давления (IPX), каждый из которых выполнен с возможностью обмена давлением флюидом без проппанта и флюидом, нагруженным проппантом;

коллекторный прицеп, соединенный с указанными ротационными IPX и содержащий:

впускной коллектор высокого давления, выполненный с возможностью направлять входящий поток флюида без проппанта под высоким давлением в каждый из указанных ротационных IPX;

выпускной коллектор низкого давления, выполненный с возможностью принимать выходящий поток флюида без проппанта под низким давлением из каждого из указанных ротационных IPX;

впускной коллектор низкого давления, выполненный с возможностью направлять входящий поток флюида с проппантом под низким давлением в каждый из указанных ротационных IPX;

выпускной коллектор высокого давления, выполненный с возможностью принимать выходящий поток флюида с проппантом под высоким давлением из каждого из указанных ротационных IPX;

совокупность датчиков, выполненных с возможностью генерировать сигналы обратной связи, относящиеся к входящему потоку флюида без проппанта под высоким давлением, выходящему потоку флюида без проппанта под низким давлением, входящему потоку флюида с проппантом под низким давлением, выходящему потоку флюида с проппантом под высоким давлением или их комбинациям для каждого из указанных ротационных IPX; и

совокупность клапанов регулирования расхода, расположенных в трубопроводе коллекторного прицепа, а также

управляющую систему, включающую в себя процессор, выполненный с возможностью управлять указанными клапанами регулирования расхода таким образом, чтобы направлять входящий поток флюида без проппанта под высоким давлением, выходящий поток флюида без проппанта под низким давлением, входящий поток флюида с проппантом под низким давлением, выходящий поток флюида с проппантом под высоким давлением или их комбинации в один или несколько из указанных ротационных IPX на основании сигналов обратной связи от указанных датчиков.

18. Система по п.17, в которой процессор выполнен с возможностью управлять указанными клапанами регулирования расхода таким образом, чтобы обеспечивать баланс между скоростями входящего потока флюида без проппанта под высоким давлением, выходящего потока флюида без проппанта под низким давлением, входящего потока флюида с проппантом под низким давлением, выходящего потока флюида с проппантом под высоким давлением или их комбинации для двух или более из указанных ротационных IPX.

19. Система по п.17, в которой процессор выполнен с возможностью управлять указанными клапанами регулирования расхода таким образом, чтобы избирательно вводить в действие или отключать каждый из указанных ротационных IPX.

20. Система по п.17, в которой процессор выполнен с возможностью управлять указанными клапанами регулирования расхода таким образом, чтобы компенсировать расход утечки из одного или нескольких из указанных ротационных IPX.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к вариантам системы гидравлического разрыва пласта. Система включает в себя систему передачи гидравлической энергии, выполненную с возможностью осуществлять обмен давлений между первой текучей средой и второй текучей средой.

Изобретение относится к регуляторам текучей среды, используемым в системах управления технологическими процессами. Предложенный регулятор текучей среды содержит элемент, управляющий расходом текучей среды, который расположен в канале для протекания текучей среды в корпусе клапана и перемещается относительно седельного кольца для регулируемого изменения расхода текучей среды через канал для текучей среды.

Исполнительное устройство регулятора давления содержит корпус (1) с седлом (2), эластичным затвором (6), входной (3), выходной (4) и управляющей (5) камерами, а также каналом (7) для соединения управляющей камеры с управляющим устройством и пневмоуправляемое запорное устройство.

Изобретение относится к устройствам для привода пульсационных аппаратов и может быть использовано для перемешивания жидких сред в химической, гидрометаллургической и других отраслях промышленности .

Изобретение относится к скважинным системам для добычи различных текучих сред, в частности для добычи текучей среды из углеводородосодержащего пласта с использованием гидроразрыва.

Изобретение относится к способам гидравлического разрыва в открытых стволах горизонтальных скважин, вскрывших многопластовую продуктивную залежь нефти с низкими фильтрационно-емкостными свойствами с подошвенной водой в карбонатных породах.

Настоящее изобретение относится к несущему флюиду для гидроразрыва пласта для гидравлического разрыва пласта подземного пласта месторождения. Несущий флюид для гидроразрыва пласта для гидравлического разрыва подземного месторождения, содержащий, по меньшей мере, одно линейное или разветвленное гидрофтороуглеродное эфирное соединение, имеющее температуру кипения при давлении в 1 атмосферу (101325 Па) от 0 до 90°C.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть применено при гидравлическом разрыве карбонатного пласта или залежи высоковязкой нефти. Способ включает перфорацию стенок скважины в необходимом интервале скважины каналами глубиной не менее протяженности зоны концентрации напряжений в породах от ствола скважины, спуск колонны труб в зону ГРП с герметизацией межтрубного пространства пакером выше интервала перфорации, закачку порциями по колонне труб в скважину гелеобразной жидкости разрыва и кислоты, выдержку, удаление продуктов реакции кислоты с породой, распакеровку пакера и извлечение его с колонной труб из скважины.

Изобретение относится к способам гидравлического разрыва в горизонтальном стволе скважины. Способ включает бурение горизонтального ствола скважины, определение нефтенасыщенных интервалов пласта, вскрытого горизонтальным стволом скважины, спуск и крепление хвостовика, поинтервальное выполнение группы перфорационных с помощью гидропескоструйного перфоратора, выполнение гидравлического разрыва пласта (ГРП) с образованием разветвленных трещин с последующим креплением трещины проппантом и удаление проппанта из горизонтального ствола скважины.

Группа изобретений относится к горному делу, добыче нефти и газа, в частности к вариантам способа и устройства для ремонта нефтяных и/или газовых скважин, включающим перфорацию и гидравлический разрыв пласта (далее ГРП).
Изобретение относится к материалам, используемым при обработке скважин гидроразрывом. Композиционный материал для ввода реагента и/или индикатора для обработки скважины в пробуренный пласт подземной формации, характеризуется тем, что содержит термообработанную подложку, содержащую достаточно мощное ядро, предотвращающее закрытие трещиноватости на месте залегания в условиях продуктивного пласта, и оксид металла по меньшей мере частично нанесенный на ядро, причем площадь поверхности оксида металла термообработанной подложки составляет от 1 до 10 м2/г, диаметр термообработанной подложки составляет от 0,1 до 3 мм, и реагент и/или индикатор для обработки скважины, нанесенный на покрытие из оксида металла на термообработанной подложке.

Предложен способ обработки подземной формации, включающий создание трещины в подземной формации, введение заранее определенного количества расклинивающего наполнителя в обрабатывающую текучую среду и последующее введение закупоривающего агента в обрабатывающую текучую среду перед тем, как все заранее определенное количество расклинивающего наполнителя достигает трещины, сводя к минимуму чрезмерное вытеснение расклинивающего наполнителя из трещины.

Способ заканчивания скважины, включающий в себя устранение условия выпадения проппанта, которое возникло на интервале продуктивной зоны. Способ включает в себя создание скважины, и крепление по меньшей мере нижнего участка скважины эксплуатационной обсадной колонной, а также установку запорной арматуры в эксплуатационной обсадной колонне, при этом запорная арматура создает удаляемый барьер для потока текучей среды в стволе.

Изобретение относится к составам и способам, предназначенным для обработки подземной формации. Суспензия сшивающего агента для жидкости для обслуживания скважин включает эмульсию, содержащую жидкость на водной основе и масло, эмульгатор и борсодержащее соединение в количестве от приблизительно 10% до приблизительно 50%.

Настоящее изобретение относится к композициям и способам для сохранения контроля над скважиной в течение капитального ремонта. Способ обработки подземной скважины в процессе ремонта скважины, содержащий этапы: приготовление композиции, содержащей воду, по меньшей мере, один водорастворимый полимер, частицы и способные разрушаться волокна, помещение композиции в ствол скважины таким образом, чтобы она вступала в контакт с хвостовиком со щелевыми прорезями, скважинным фильтром, перфорациями, либо их комбинациями, обеспечение возможности прохождения композиции в хвостовик, фильтр или перфорации так, чтобы частицы и волокна формировали, по меньшей мере, одну пробку или осадок на фильтре, или то и другое, которые выдерживают перепад давления выше 3,5 МПа, предотвращая дальнейшее движение флюида через хвостовик, фильтр или перфорации, создание возможности волокнам разрушаться, что приводит к ослаблению пробки или осадка на фильтре или того и другого, и удаление пробки или осадка на фильтре, или того и другого, для возобновления движения флюида через хвостовик, фильтр или перфорации. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы. Технический результат - повышение эффективности обработки. 13 з.п. ф-лы, 3 пр., 6 ил.

Группа изобретений относится к горному делу, в частности к вариантам системы гидравлического разрыва пласта. Система включает гидравлическую систему передачи энергии, выполненную с возможностью обмена давлением между первой жидкостью и второй жидкостью. Система гидроразрыва также включает в себя общий коллектор, включающий в себя один или несколько коллекторов высокого давления и один или несколько коллекторов низкого давления. Один или несколько коллекторов высокого давления и один или несколько коллекторов низкого давления соединены с гидравлической системой передачи энергии. Технический результат заключается в повышении эффективности системы гидравлического разрыва пласта. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 10 ил.

Наверх