带有电机的井破裂系统和使用方法技术方案

一种用于增加井眼的油或气产量的系统，该系统包含液压压裂泵单元，其具有由一个或多个压裂电机驱动的一个或多个液压压裂泵；控制该压裂电机的变频驱动器(VFD)；由鼓风机发动机驱动的压裂泵鼓风机单元；以及具有由润滑发动机驱动的润滑泵的压裂泵润滑单元和由冷却发动机驱动的冷却风扇。该系统可以进一步包含搅拌器单元和水合单元。系统控制单元可以控制该系统的操作参数。

Well fracture system with motor and its operation method

A system for increasing oil or gas production in wellbore consists of a hydraulic fracturing pump unit with one or more hydraulic fracturing pumps driven by one or more fracturing motors; a variable frequency drive (VFD) for controlling the fracturing motor; a fracturing pump blower unit driven by a blower engine; and a lubricated unit. The engine driven lubrication pump's fracturing pump lubrication unit and the cooling fan driven by the cooling engine. The system can further include the agitator unit and the hydration unit. The system control unit can control the operation parameters of the system.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带有电机的井破裂系统和使用方法相关申请的交叉引用本申请要求于2015年3月4日提交的美国临时申请号62/128,291的权益，其全部内容通过引用并入本文以用于所有目的。专利技术背景1.
以下说明涉及在油气井增产液压压裂应用中远程监测和控制电机。例如，装置和方法允许操作员在油气井增产液压压裂应用中通过有线连接和/或无线方式远程监测和控制一个或多个交流电机。2.
技术介绍
液压压裂是在高压下将处理流体注射入现有油井或气井以增加油或气产量的过程。该过程涉及“压裂流体”向井眼的高压注射(主要是借助增稠剂而悬浮的含砂或其他支撑剂的水)，以在深岩层中产生裂缝，天然气、石油和盐水通过该裂缝会更自由地流动。从该井中移除液压时，液压压裂支撑剂(如砂或氧化铝)的小颗粒使该裂缝开放。典型的增产处理通常需要几个高压压裂泵同时工作以满足泵送速率要求。液压压裂设备通常由一个或多个浆料搅拌器单元、一个或多个化学水合单元、一个或多个压裂泵单元(强力三重或五重泵)和监测单元组成。相关设备包含压裂罐、一个或多个用于储存和处理支撑剂和/或化学添加剂的单元，以及各种监测流速、流体密度和处理压力的计量器和仪表。压裂设备在一定范围的压力和注射率下运行，可达到100兆帕(15,000psi)和265升/秒(9.4cuft/s)(每分钟100桶)。可以通过测量液压压裂形成过程中的压力和速率，同时了解注射到该井中的流体特性和支撑剂而监测液压裂缝处理。这种数据和对地下地质学的了解可用于进行诸如所支撑的断裂的长度、宽度和电导率之类的信息的建模。通过监测该井的温度和其他参数，工程师可以确定采收率，以及该井的不同部分使用多少压裂流体。柴油发动机在过去已被用作压裂泵的主要驱动机构。然而，使用柴油发动机具有严重的缺点，包括内燃机的相对低效以及其操作成本高的事实。此外，用于液压压裂的类型的越野柴油发动机在泵送时是嘈杂的，从而限制了可以使用它们的区域。此外，柴油发动机具有许多移动部件，需要连续的监测、维护和诊断。在传统的柴油驱动系统中，辅助子系统通常是液压驱动的，这也造成了其他操作问题。鉴于上述缺陷，用于液压压裂操作的电机可能提供有吸引力的替代方案。电机较轻，具有较少的移动部件，可以更易于运输。此外，与传统的柴油驱动的、可变齿轮比动力系相比，电机的控制通过，例如更精确、连续的速度控制提供了许多优点。在操作期间，电机可以用具体的速度设置进行控制，并且可以以单RPM(每分钟转数)间隔，不中断地进行增量或减量。此外，自动控制操作可以在整个系统中实现最有效的电力分配。使用电机避免了向更传统的压裂泵供应柴油的需要，并减少了现场的占位面积及其对环境的影响。电机的其他优点包含但不限于独立地控制和操作辅助子系统的能力。根据用于传输电能的电压流量的方法，可得到电机的两个主要类型：直流电(DC)和交流电流(AC)。在DC电流的情况下，电流流量是恒定的并且始终处于相同的方向，而在AC电流的情况下，该流量是多方向的并且是可变的。AC发动机的选择和利用为较高的功率应用提供了较低成本的操作。此外，AC发动机通常比等效的DC发动机更小、更轻、更常用且更便宜。AC发动机几乎不需要维护，并且对于可靠性至关重要的应用来说，它们是优选的。附加地，AC发动机更适合于操作环境可能潮湿、具有腐蚀性或爆炸性的应用。AC发动机更适合于负载变化很大并且可能会长时间遭遇轻负载的应用。在这种情况下，DC发动机换向器和刷子可能会迅速磨损。与AC发动机一起使用的VFD驱动技术在近期有了显着的提升，变得更加紧凑、可靠并且性价比高。DC驱动器在多年的时间里具有成本优势，但是这个优势随着诸如IGBT(绝缘栅双极晶体管)之类的新型电力电子产品的发展已经有了变化。尽管有与这两种类型的电机相关的潜在优点以及持续的改进需要，但在实践中尚未成功地实施对使用电机的液压压裂作业的使用和控制。专利技术概述提供本概述以简化的形式介绍一些精选的概念，该概念在下面的专利技术详述中进一步做说明。其意不在于确定本专利技术的基本特征或者限制所附权利要求的范围。一方面，披露了一种用于增加井眼的油或气产量的系统，该系统包含具有两个或多个流体泵的液压压裂泵单元，每个流体泵由耦合到该流体泵的交流电流(AC)泵电机驱动，以及控制该泵电机的变频驱动器(VFD)；电动液压搅拌器单元，其被配置成向所述一个或多个流体泵中的至少一个提供处理流体以输送到该井眼，其中该搅拌器单元包括至少一个AC混合电机；以及系统控制单元，其与所述液压压裂泵单元和电动液压搅拌器单元的每个通信，以控制该单元的各自的操作参数，其中该系统控制单元被配置成单独控制该液压压裂泵单元的该两个或多个流体泵的各自的参数。另一方面，披露了一种用于增加井眼的油或气产量的系统，该系统包含具有由压裂电机驱动的液压压裂泵的液压压裂泵单元；控制该压裂电机的变频驱动器(VFD)；由鼓风电机驱动的压裂泵鼓风单元；以及压裂泵润滑单元，其包括由润滑电机驱动的润滑泵和由冷却电机驱动的冷却风扇；电动液压搅拌器单元，其被配置成将处理流体提供给该液压压裂泵单元以输送到该井眼，该搅拌器单元包括至少一个混合电机；以及系统控制单元，其包含被配置成控制该液压压裂泵单元的液压压裂泵单元控制器；液压搅拌器单元控制器，其被配置成控制该液压搅拌器单元；以及水合单元控制器，其被配置成控制水合单元。仍然另一方面，披露了一种与用于增加井眼的油或气产量的系统一起使用的系统控制单元，其包括液压压裂泵单元控制器，其被配置成控制具有一个或多个液压压裂电机的液压压裂泵单元，该液压压裂泵单元控制器包含液压压裂泵控制器，其被配置成控制液压压裂泵；以及液压压裂鼓风机单元控制器，其被配置成控制液压压裂泵鼓风机单元；以及液压压裂润滑单元控制器，其被配置成控制液压压裂泵润滑单元；以及液压搅拌器单元控制器，其被配置成控制具有一个或多个液压搅拌器电机的液压搅拌器泵单元，该液压搅拌器泵单元控制器包含用于控制一个或多个搅拌器单元的操作的搅拌器控制单元、用于控制一个或多个搅拌器泥浆动力单元(SPU)的操作的搅拌器SPU泵控制单元、用于控制一个或多个搅拌器SPU鼓风机单元的操作的搅拌器SPU鼓风机控制单元，以及用于控制一个或多个搅拌器鼓风机单元的操作的搅拌器鼓风机控制单元。另一方面，披露了一种用于使用电动压裂系统增加井眼的油或气产量的方法，其包含建立连接至少一个液压压裂单元和电压裂搅拌机与该系统的控制单元的数据通道；使用一个或多个变频驱动器(VFD)控制由交流电流(AC)电力供电的多个(N≥2)压裂电机，以驱动该至少一个液压压裂单元的至少一个流体泵；使用VFD控制由交流电流(AC)电力供电的至少一个混合电机，以从电压裂搅拌机中产生压裂流体；以及使用由该多个压裂电机驱动的该至少一个流体泵，将混合的压裂流体顺着位于井场的井眼向下泵送，其中每个AC发动机的速度组基于一组期望的液压压裂设计参数的至少一个单独地加以控制，该参数包含注射速率或压力、为各个泵建立的压力限值；以及所测量的泵送流体的总流量。根据以下的专利技术详述和附图，其他特征和方面可以是显而易见的。附图说明当结合附图阅读时，将更好地理解上述专利技术概述以及以下的专利技术详述。为了说明的目的，附图中示出了本说明书的某些实施例。然而，应当理解，本专利技术不限于所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于增加井眼的油或气产量的系统，其包括：(a)液压压裂泵单元，其具有：两个或多个流体泵，每个流体泵由耦合到所述流体泵的交流电流(AC)泵电机驱动，以及控制该泵电机的变频驱动器(VFD)；(b)电动液压搅拌器单元，其被配置成向所述一个或多个流体泵中的至少一个提供处理流体以输送到该井眼，其中该搅拌器单元包括至少一个AC混合电机；以及(c)系统控制单元，其与所述液压压裂泵单元和电动液压搅拌器单元的每个通信，以控制所述单元的各自的操作参数，其中该系统控制单元被配置成单独控制该液压压裂泵单元的所述两个或多个流体泵的各自的参数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.04 US 62/128,2911.一种用于增加井眼的油或气产量的系统，其包括：(a)液压压裂泵单元，其具有：两个或多个流体泵，每个流体泵由耦合到所述流体泵的交流电流(AC)泵电机驱动，以及控制该泵电机的变频驱动器(VFD)；(b)电动液压搅拌器单元，其被配置成向所述一个或多个流体泵中的至少一个提供处理流体以输送到该井眼，其中该搅拌器单元包括至少一个AC混合电机；以及(c)系统控制单元，其与所述液压压裂泵单元和电动液压搅拌器单元的每个通信，以控制所述单元的各自的操作参数，其中该系统控制单元被配置成单独控制该液压压裂泵单元的所述两个或多个流体泵的各自的参数。2.权利要求1所述的系统，其进一步包括用于混合水和化学添加剂以提供供应到该液压搅拌器单元的压裂液的水合单元，其中该系统控制单元进一步控制该水合单元的操作参数。3.权利要求2所述的系统，其中该系统控制单元被配置成与所述液压压裂泵单元、电动液压搅拌器单元和水合单元中的每一个无线通信。4.权利要求2所述的系统，其中该系统控制单元在物理介质，例如电缆或光纤上与所述液压压裂泵单元、电动液压搅拌器单元和水合单元的至少一个通信。5.权利要求1所述的系统，其进一步包括至少两个液压压裂泵单元，以及所述至少两个液压压裂泵单元中的一个或多个具有与该系统控制单元通信的可编程自动化控制器(PAC)。6.权利要求1所述的系统，其中该液压压裂泵单元的至少两个流体泵具有不同的泵送能力，以及该系统控制单元被配置成基于关于每个流体泵的流量和该电动液压搅拌器单元的流量的信息，动态地初始化并维持该液压压裂泵单元的该流体泵的操作参数。7.权利要求2所述的系统，其中所述液压压裂泵单元、液压搅拌器单元和水合单元各自包括被配置成接受来自该系统控制单元的命令的至少一个可编程自动化控制器(PAC)。8.权利要求7所述的系统，其中该系统控制单元包括经由数据通道连接到所述液压压裂泵单元、液压搅拌器单元和水合单元的该至少一个PAC的人机界面(HMI)。9.权利要求1所述的系统，其中该液压压裂泵单元可移除地安装在连接到歧管系统以将浆料输送到该井眼的拖车、卡车或滑撬上，该系统进一步包括安装在相同或不同的拖车、卡车或滑道上的备用液压压裂泵单元，所述备用液压压裂泵单元进一步连接到该歧管系统，以在需要时补充或更换该液压压裂泵单元。10.权利要求2所述的系统，其中所述液压压裂泵单元、液压搅拌器单元和水合单元各自进一步包括辅助系统，该辅助系统包含(i)润滑泵系统、(ii)冷却泵系统，以及(iii)鼓风机系统中的一个或多个。11.权利要求7所述的系统，其中所述至少一个PAC被配置成自主地监测相关联的系统单元的操作参数，并且在该系统单元的该操作参数超过预定限值的情况下使该系统单元关机。12.一种用于增加井眼的油或气产量的系统，其包括：液压压裂泵单元，其具有：由压裂电机驱动的液压压裂泵；控制该压裂电机的变频驱动器(VFD)；由电动鼓风机发动机驱动的压裂泵鼓风机单元；以及压裂泵润滑单元，其包括由润滑电机驱动的润滑泵，以及由冷却电机驱动的冷却风扇；电动液压搅拌器单元，其配置成将处理流体提供给该液压压裂泵单元以输送到该井眼，该搅拌器单元包括至少一个混合电机；以及系统控制单元，其包括(i)被配置成控制该液压压裂泵单元的液压压裂泵单元控制器；以及(ii)被配置成控制该液压搅拌器单元的液压搅拌器单元控制器。13.权利要求12所述的系统，其进一步包括具有至少一个水合电机的水合单元；并且其中该系统控制单元进一步包括(iii)被配置成控制该水合单元的操作参数的水合单元控制器。14.权利要求12所述的系统，其中该液压搅拌器单元包括由浆料-动力单元(SPU)发动机驱动的SPU和由液压动力单元(HPU)发动机驱动的HPU。15.权利要求12所述的系统，其中该液压搅拌机单元进一步包括由SPU鼓风机发动机驱动的SPU鼓风机单元和由HPU鼓风机发动机驱动的HPU鼓风机单元。16.权利要求13所述的系统，其中该水合单元包括由水合HPU发动机驱动的水合HPU和由水合HPU鼓风机发动机驱动的水合HPU鼓风机单元。17.权利要求13所述的系统，其中该系统控制单元被配置成与所述液压压裂泵单元、电动液压搅拌器单元和水合单元中的每一个双向通信。18.权利要求13所述的系统，其中所述液压压裂泵单元、电动液压搅拌器单元和水合单元各自进一步包括用于与该系统控制单元通信的至少一个可编程自动化控制器(PAC)。19.权利要求12所述的系统，其中该液压压裂泵单元包括具有不同泵送能力的至少两个流体泵，以及该系统控制单元被配置成基于关于每个流体泵的流量和该电动液压搅拌器单元的流量的信息，动态地初始化并维持该液压压裂泵单元的该流体泵的操作参数。20.权利要求18所述的系统，其中所述PAC的每个进一步被配置成接收关于相应单元的该操作参数的监测数据，并将所述监测数据传送到该系统控制单元。21.权利要求18所述的系统，其中该系统控制单元包括经由数据通道连接到所述液压压裂泵单元、液压搅拌器单元和水合单元的该至少一个PAC的人机界面...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克·佩恩，林浩民，汤姆·罗伯森，
申请(专利权)人：斯图尔特和史蒂文森有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US