电动液压高压油田泵送系统技术方案

电动液压高压油田泵送系统包括：压裂(frac)泵；以及作为原动机的主电动马达，其将动力递送至frac泵。主电动马达可以是恒定速度AC(交流)马达。液压起动马达可以使主电动马达的轴旋转，以在主电动马达通电之前达到或接近其固定额定速度。慢frac液压马达可以使主电动马达的作为被动扭矩传送装置的轴旋转，其通过变速器在下游方向上递送动力并将动力递送至frac泵。frac泵。frac泵。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电动液压高压油田泵送系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请根据35USC
§
119(e)要求于2019年4月17日提交的美国临时专利申请第62/835,348号的优先权的权益，其全部内容在此通过引用明确地并入本申请中。
[0003]本专利技术的背景


[0004]优选实施方式一般地涉及从地球中开采烃类的领域，更具体地涉及用于压裂地下地层以增强烃类的开采的油田压力泵送系统。
[0005]相关技术的讨论
[0006]已知利用油田压力泵送系统液压压裂地下地层以增强油井和气井的流量。液压压裂通过增加生产区的孔隙率以及因此增加通过生产区的流速来增加井产能，该生产区提供移除诸如油气的地下资源的井的钻孔。
[0007]油田压力泵送系统包括重型工业类型部件以产生极端液压压力，例如10,000psi或更多，需要这样的极端液压压力以压裂地下地质地层。正排量高压力的柱塞泵被用作压裂(水力压裂或frac)泵，以生成能够压裂地下地质地层的极端液压压力。
[0008]必须在各种压裂阶段紧密地调节来自frac泵的frac流体的流量和压力，以便充分控制压裂过程。因此，向frac泵递送动力的原动机(prime mover)是可变速度装置，原因是在可变速度下驱动frac泵至少部分地提供流量和压力控制。
[0009]通常，原动机是通过多速齿轮箱或变速器向frac泵递送动力的高马力固定式柴油发动机。高马力固定式柴油发动机是昂贵的并且需要维护和操作注意，例如加燃料。
[0010]已经进行了其他尝试以使用可变速度电动马达为frac泵提供动力。可变速度电动马达能够通过变速马达控件改变frac泵的流量和压力，这便于控制压裂操作。可变速度电动马达以马达的可变速度直接驱动frac泵，或者利用中间单速齿轮箱或变速器驱动frac泵。这种可变速度电动马达包括并绕式可变速度DC(直流)牵引马达和可变速度(例如，可变频率)AC(交流)电动马达。尽管与高马力固定式柴油发动机相比，可变速度电动马达可能需要更少的操作注意，但是可变速度电动马达是昂贵的并且需要复杂的马达控件。
[0011]恒定速度AC马达比可变速度电动马达更简单，但是尚未用于向frac泵递送动力。这是因为恒定速度AC马达的固定(一个或多个)速度不提供frac泵的期望的流量和压力控制，以允许操作员适当地控制压裂操作。典型的多速齿轮箱无法通过恒定速度AC马达解决这个问题，原因是其无法在全负荷下偏移并且具有不适合提供足够的各种输出轴速度或相应的frac泵流量和压力控制的范围比率。
[0012]此外，难以起动足够高的马力额定值的恒定速度AC马达来为frac泵提供动力，原因是该恒定速度AC马达需要极高的起动电流作为浪涌(锁定转子)电流以开始其旋转。
[0013]因此，需要的是如下原动机：对于高压力泵送应用，例如为frac泵提供动力，采用恒定速度AC马达，但是没有主要针对流量和压力控制的上述缺点。

技术实现思路

[0014]优选实施方式通过提供包括恒定速度AC马达的电动液压高压泵送系统来克服上述缺点。这作为用于油田压力泵送系统的电动液压frac泵系统可以被并入。
[0015]电动液压高压油田泵送系统包括：压裂(frac)泵；以及作为原动机的主电动马达，其将动力递送至frac泵。主电动马达可以是恒定速度AC(交流)马达。液压起动马达可以使主电动马达的轴旋转，以在主电动马达通电之前达到或接近其固定额定速度。慢frac液压马达可以使主电动马达的作为被动扭矩传送装置的轴旋转，其通过变速器在下游方向上递送动力并将动力递送至frac泵。
[0016]系统可以定义多种操作模式。在主电动马达起动模式下，液压起动马达通过变速器递送动力，以在主电动马达通电之前使主电动马达的马达轴以其固定额定速度旋转，这允许主电动马达基本上以其正常运行电流而不是以高浪涌起动电流被起动。在慢frac模式下，慢frac液压马达通过变速器递送动力，以使主电动马达的马达轴以小于主电动马达的固定额定速度的速度旋转，来以较慢的速度驱动frac泵并提供高压力慢速水力压裂。在frac模式下，主电动马达通电并且通过变速器将动力递送至frac泵中。
[0017]根据第一实施方式，用于驱动压裂(frac)泵的电动液压高压油田泵送系统被配置成：将frac流体加压以用于递送至延伸至地下地质地层中的井中。该系统包括主电动马达，该主电动马达具有马达轴并且限定电动液压高压油田泵送系统的原动机。另外，该系统优选地采用具有提供多个驱动比的多个范围的变速器，该变速器被布置在主电动马达与frac泵之间并且被配置成将动力从主电动马达递送至frac泵。起动马达通过变速器选择性地递送动力以使主电动马达的马达轴旋转。
[0018]在该实施方式的另一方面中，主电动马达是限定固定额定速度的恒定速度AC马达，并且此外，液压起动马达被配置成以与主电动马达的固定额定速度相对应的速度旋转。
[0019]根据该实施方式的又一方面，提供了一种慢frac马达，该慢frac马达通过变速器选择性地递送动力以使主电动马达的马达轴旋转。主电动马达是限定固定额定速度的恒定速度AC马达，并且慢frac马达被配置成以小于主电动马达的固定额定速度的速度旋转。
[0020]在另一实施方式中，电动液压高压油田泵送系统包括：压裂(frac)泵，其被配置成将frac流体加压以用于递送至延伸至地下地质地层中的井中；以及主电动马达，其具有马达轴并且限定电动液压高压油田泵送系统的原动机。具有提供多个驱动比的多个范围的变速器被布置在主电动马达与frac泵之间并且被配置成将动力从主电动马达递送至frac泵。液压起动马达通过变速器选择性地递送动力以使主电动马达的马达轴旋转，并且慢frac液压马达通过变速器选择性地递送动力以使主电动马达的马达轴旋转。此外，液压动力组件被配置成选择性地允许或防止液压流体流至液压起动马达和慢frac液压马达中的每一个，以激活或停用液压起动马达和慢frac液压马达。
[0021]根据另一实施方式，一种使用主电动马达来水力压裂地下地层的方法包括以下步骤：利用起动马达来驱动主电动马达，以及利用主电动马达的输出来驱动frac泵以促进水力压裂地下地层。该方法还包括：使用变速器选择性地将动力从主电动马达递送至frac泵。
[0022]在该实施方式的另一方面中，该方法还包括以下步骤：在起动模式下，利用第二电动马达使液压马达通电，以及利用液压马达使主电动马达的马达轴以与主电动马达的固定额定速度相对应的第一速度旋转。优选地，主电动马达是恒定速度AC马达。此外，该方法包
括以下步骤：在慢frac模式下，利用第三电动马达使慢frac液压马达通电。慢frac液压马达通过变速器选择性地递送动力，以使主电动马达的马达轴以小于主电动马达的固定额定速度的第二速度旋转。
[0023]当结合以下描述和附图考虑时，将更好地意识到和理解本专利技术的这些和其他方面及目的。然而，应该理解的是，以下描述在指示本专利技术的优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于驱动压裂(frac)泵的电动液压高压油田泵送系统，所述压裂(frac)泵被配置成将frac流体加压以用于递送至延伸至地下地质地层中的井中，所述电动液压高压油田泵送系统包括：主电动马达，其具有马达轴并限定所述电动液压高压油田泵送系统的原动机；具有提供多个驱动比的多个范围的变速器，所述变速器被布置在主电动马达与所述frac泵之间并且被配置成将动力从所述主电动马达递送至所述frac泵；以及起动马达，其通过所述变速器选择性地递送动力以使所述主电动马达的马达轴旋转。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述主电动马达是限定固定额定速度的恒定速度AC(交流)马达。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述起动马达是限定液压起动马达的液压马达。4.根据权利要求3所述的系统，还包括向所述液压起动马达递送动力的第二电动马达。5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述主电动马达是限定固定额定速度的恒定速度AC马达；以及所述液压起动马达被配置成以与所述主电动马达的固定额定速度相对应的速度旋转。6.根据权利要求1所述的系统，还包括慢frac马达，所述慢frac马达通过所述变速器选择性地递送动力，以使所述主电动马达的马达轴旋转。7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述慢frac马达是限定慢frac液压马达的液压马达。8.根据权利要求7所述的系统，还包括向所述慢frac液压马达递送动力的第三电动马达。9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述主电动马达是限定固定额定速度的恒定速度AC马达，并且所述慢frac液压马达被配置成以小于所述主电动马达的固定额定速度的速度旋转。10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述起动马达是液压起动马达，所述液压起动马达被配置成使所述主电动马达的马达轴以与所述主电动马达的固定额定速度相对应的第一速度旋转，并且所述系统还包括慢frac液压马达，所述慢frac液压马达被配置成使所述主电动马达的马达轴以小于所述主电动马达的固定额定速度的第二速度旋转。11.根据权利要求10所述的系统，还包括：液压动力组件，其被配置成选择性地允许或防止液压流体流至所述液压起动马达和所述慢frac液压马达中的每一个。12.根据权利要求11所述的系统，其中，动力组件限定宽选择器阀，其中，所述系统包括三种模式，所述三种模式包括主电动马达起动模式、慢frac模式和frac模式。13.一种电动液压高压油田泵送系统，包括：压裂(frac)泵，其被配置成将frac流体加压以用于递送至延伸至地下地质地层中的井中；主电动马达，其具有马达轴并且限定所述电动液压高压油田泵送系统的原动机；具有提供多个驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃德温，
申请(专利权)人：双环公司，
类型：发明
国别省市：