包括具有直联式发电机的移动发电子系统的水力压裂系统技术方案

提供了一种用于水力压裂的系统。发电机(22)在没有转速降低装置的情况下直接联接至燃气涡轮发动机(24)。因此，发电机(22)可以以相对高的速度运行，并且可以涉及最先进的电动技术，发电机例如可以包括开关磁阻发电机(SRG)、同步磁阻发电机(SynRG)或永磁发电机(PMG)。电力电路(30)可以被布置成接收由发电机(22)生成的电力，并且可以电连接至电力总线(32)。燃气涡轮发动机(24)、发电机(22)和电力电子电路(30)可以各自分别安装到发电移动平台(34)上，并且组合地构成移动发电子系统(20)，该移动发电子系统可以可操作地与移动的或其他方式的一个或更多个水力压裂子系统(50)组合布置，水力压裂子系统可以类似地利用这样的电动技术以用于马达驱动目的。这样的电动技术以用于马达驱动目的。这样的电动技术以用于马达驱动目的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括具有直联式发电机的移动发电子系统的水力压裂系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求申请日为2019年4月26日的美国临时申请62/839,104的权益，该申请通过引用并入本文中。

技术介绍
1.

[0003]所公开的实施方式总体上涉及例如与石油和天然气应用结合使用的水力压裂领域，并且更具体地涉及用于水力压裂的系统，并且甚至更具体地涉及包括使用直联式发电机的移动发电子系统的用于水力压裂的系统。也就是说，发电机在没有转速降低装置的情况下机械联接至燃气涡轮发动机。
[0004]2.相关技术的描述
[0005]水力压裂是用于促进油气井生产的工艺。水力压裂通常涉及在高压下通过井眼将可以包括颗粒/支撑剂和可选化学品的高压流体混合物泵送到地质地层中。当高压流体混合物进入地层时，该流体使地层破裂并且产生裂缝。当流体压力从井眼和地层释放时，断裂或裂缝沉降，但至少部分地由流体混合物中携带的颗粒/支撑剂保持打开。保持断裂打开使得能够从地层提取石油和天然气。
[0006]某些已知的水力压裂系统可以使用大型柴油发动机动力泵来对注入到井眼和地层中的流体混合物加压。由于这些大型柴油发动机动力泵的尺寸和重量，可能难以将其在站点之间运输，并且同样地(如果不是更多的话)难以在遥远且未开发的井场中对其进行移动或定位，该井场可能不容易获得铺砌道路和操作空间。此外，这些大型柴油发动机动力泵需要大型燃料储罐，这些大型燃料储罐还必须被运输到井场。涉及柴油发动机动力泵的系统的另一缺点是柴油发动机的繁重维护要求，其通常涉及约每300小时至400小时的重大维护操作，因此导致发动机约每2周至3周的定期停机时间。此外，涉及柴油发动机动力泵的现有技术移动系统的功率重量比趋于相对低。
[0007]为了试图减少柴油发动机动力压裂泵系统所涉及的一些困难，已经提出了某些电驱动水力压裂系统。有关涉及电动液压系统的一种方法的示例，请参见国际公开WO 2018/071738 A1。

技术实现思路

[0008]所公开的实施方式涉及一种用于水力压裂的系统。该系统可以包括：燃气涡轮发动机；发电机，其在没有转速降低装置的情况下直接联接至燃气涡轮发动机；以及电力电路，其被布置成接收由发电机生成的电力并且能够电连接至电力总线。燃气涡轮发动机、发电机和电力电子电路可以各自分别安装到发电移动平台上，并且组合地构成移动发电子系统。
附图说明
[0009]图1示出了所公开的移动发电子系统的一个非限制性实施方式的框图，所公开的移动发电子系统可以包括在没有转速降低装置的情况下直接联接至燃气涡轮发动机的发电机。
[0010]图2示出了其中移动发电子系统中的发电机可以是开关磁阻发电机的所公开系统的一个非限制性实施方式的框图；并且还示出了可以可操作地与移动发电子系统组合布置的移动或其他方式的所公开的水力压裂子系统的一个非限制性示例。
[0011]图3示出了其中移动发电子系统可以如图2所示的所公开的系统的另一非限制性实施方式的框图；并且还示出了移动的或其他方式的所公开的水力压裂子系统的另一非限制性示例。
[0012]图4示出了其中发电子系统中的发电机可以是永磁发电机的所公开的系统的一个非限制性实施方式的框图；并且还示出了移动的或其他方式的水力压裂子系统的又一非限制性示例。
[0013]图5示出了如下所公开的系统的一个非限制性实施方式的框图，该所公开的系统可以包括包含所公开的水力压裂子系统作为构建块的可扩展的水力压裂系统并且还可以包括包含所公开的发电子系统作为构建块的可扩展的发电系统。
具体实施方式
[0014]本专利技术人已经认识到用于水力压裂的某些现有技术系统可以包括经机械连接以经由减速齿轮箱使同步发电机旋转的燃气涡轮发动机。例如，燃气涡轮发动机的额定转速可以在约6000转/分钟(rpm)至约14000rpm的范围内变化，并且发电机的额定转速可以在约1000rpm至约3000rpm的范围内变化。
[0015]专利技术人还认识到，包括齿轮箱的这些现有技术系统可能存在某些缺点。例如，齿轮箱在它们各自的寿命期间可能需要若干次昂贵的检修，并且可能还需要例如齿轮箱的相当复杂的润滑子系统的周期性维修。例如，在齿轮箱中可以包括的多个轮和轴承可能在经受高水平应力的情况下是可操作的，并且甚至齿轮箱中的单个部件的故障可能潜在地使发电停止，并且进而可能造成在水力压裂应用中的相当昂贵的事件(例如，井漏)。这使得齿轮箱成为这些现有技术系统中维护成本相对高的部分。最后，齿轮箱的价格几乎可以等于这些现有技术系统中通常包括的相对重和庞大的发电机的价格。
[0016]至少鉴于这样的认识，所公开的实施方式制定了与用于水力压裂的系统结合的创新的方法。该方法有效地从所涉及的涡轮机械中去除了齿轮箱，从而消除了该系统的技术上复杂的部件，并且因此提高了系统的总体可靠性。
[0017]非限制性地，所公开的实施方式可以采用可以涉及最先进的电动技术(例如可以包括开关磁阻发电机(SRG)、同步磁阻发电机(SynRG)、永磁发电机(PMG)、由轻质材料制成的同步感应发电机以及其他技术)的高速直驱发电机，其使得与发电应用(例如约10MW的量级)中涉及的传统的标准发电机转速相比，发电机转子能够以相对较高的速度可靠地旋转，从而使发电机能够直接联接至高速旋转的燃气涡轮发动机(例如可以涉及约14000rpm或更高的量级的转速)。
[0018]所公开的直接联接的涡轮机械设备的实施方式使得能够将整个发电子系统集成
在相对紧凑且较轻的组件中，这对移动应用更有吸引力。例如，更适合于可以在移动水力压裂应用中获得的有限占用面积。
[0019]可以在所公开的实施方式中使用的高速发电机的非限制性技术特征可以包括：涉及相对较高数目的转子/定子极的设计、先进的轴承技术(例如磁轴承)、以及用于多个电压电平生成的共用转子轴上的单芯或多芯。取决于给定应用的需要，所公开的实施方式的拓扑可以适于生成交流(AC)电力或直流(DC)电力。此外，可以优化这样的拓扑以减少系统谐波，特别是在(如利用SRG)所生成的DC电力的情况下。
[0020]取决于所生成的电力的性质，电路拓扑可以包括AC
‑
DC
‑
AC电力转换、DC
‑
DC或DC
‑
AC转换，例如可以包括基于逆变器的变频驱动器(VFD)或者开关磁阻驱动器(SRD)(例如在利用开关磁阻电机(SRM)的实施方式中)。如上所述，从最先进的电动技术获得的优点可以延伸到驱动利用负载的电动马达(例如一个或更多个水力压裂泵)。这些电动马达可以同样受益于这样的电动技术，例如包括最先进的感应马达技术、开关磁阻马达技术、同步磁阻马达技术或永磁马达技术。
[0021]在下面的详细描述中，阐述了各种具体细节以提供对这样的实施方式的透彻理解。然而，本领域的技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践所公开的实施方式，本专利技术的方面不限于所公开的实施方式，并且本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于水力压裂的系统，所述系统包括：燃气涡轮发动机(24)；发电机(22)，其在没有转速降低装置的情况下直接联接至所述燃气涡轮发动机；以及电力电路(30)，其被布置成接收由所述发电机生成的电力并且能够电连接至电力总线(32)，其中，所述燃气涡轮发动机、所述发电机和所述电力电路各自分别安装到发电移动平台(34)上，并且组合地构成移动发电子系统。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述发电机包括开关磁阻发电机(22
’
)并且所生成的电力包括直流(DC)电力。3.根据权利要求1所述的系统，其中，被布置成接收由所述开关磁阻发电机生成的所述DC电力的所述电力电路包括DC电力断路器(30
’
)，并且其中，所述电力总线(32)包括DC电力总线。4.根据权利要求3所述的系统，还包括移动水力压裂子系统(50
’
)，所述移动水力压裂子系统包括：开关磁阻驱动器(52
’
)，其电联接至所述DC电力总线；开关磁阻马达(54
’
)，其由所述开关磁阻驱动器电驱动；以及液压泵(56)，其由所述开关磁阻驱动器驱动，所述液压泵被布置成递送加压压裂流体，其中，所述开关磁阻驱动器、所述开关磁阻马达和所述液压泵布置在移动平台(60)上。5.根据权利要求3所述的系统，还包括移动水力压裂子系统(50)，所述移动水力压裂子系统包括：变频驱动器(52)，其电联接至所述DC电力总线；电动马达(54)，其由所述变频驱动器电驱动；以及液压泵(56)，其由所述电动马达驱动，所述液压泵被布置成递送加压压裂流体，其中，所述变频驱动器、所述电动马达和所述液压泵布置在移动平台(60)上。6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述电动马达选自由感应马达、永磁马达和同步磁阻马达构成的组。7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述发电机包括永磁发电机(22”)，并且所生成的电力包括交流(AC)电力。8.根据权利要求7所述的系统，其中，被布置成接收由所述永...

【专利技术属性】
技术研发人员：达利亚，
申请(专利权)人：西门子能源美国公司，
类型：发明
国别省市：