СИСТЕМА ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ, ИЗМЕРЕНИЯ И ПОВТОРНОГО ПРИМЕНЕНИЯ ТЕКУЧИХ СРЕД В ГИДРАВЛИЧЕСКОМ РАЗРЫВЕ ПЛАСТА Российский патент 2015 года по МПК E21B21/01 E21B21/06 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА СВЯЗАННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Данная заявка имеет приоритет по заявке U.S. Provisional Application 61/652,727, поданной 29 мая 2012 года, которая полностью включена в виде ссылки в данном документе.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область техники изобретения

[0002] Настоящее изобретение относится к гидравлическому разрыву пласта и конкретнее к изоляции и мониторингу текучей среды.

2. Описание уровня техники

[0003] Гидравлический разрыв пласта (гидроразрыв) является методикой, применяемой для высвобождения с целью извлечения нефти, природного газа (в том числе сланцевого газа, газа в плотных породах и газа угольных пластов) или других веществ, запертых в порах горных пород. Обычно площадка проведения гидроразрыва имеет площадь от четырех до шести акров (1,6-2,4 га) спланированной поверхности грунта и также может называться буровой площадкой. В дополнение к несению инфраструктуры собственно гидроразрыва и бурения скважины буровая площадка несет дополнительное оборудование и инфраструктуру, например надземные накопительные отстойники, систему трубопроводов, места подъезда транспортных средств и несколько автоцистерн, применяемых для материально-технического обеспечения буровых работ.

[0004] Автоцистерны применяют для транспортировки с буровой площадки жидких отходов бурения, удаленных из скважины. Кроме того, автоцистерны применяют для транспортировки жидких буровых материалов, например, воды на буровую площадку. Добавочные текучие среды хранятся в накопительных отстойниках перед вводом в скважину или транспортировкой с буровой площадки автоцистернами. Накопительный отстойник является естественными или искусственным сооружением для хранения значительного количества добавочного жидкого бурового материала, который уходит в пробуренную скважину, или жидких отходов бурения, удаленных из скважины. Обычные площадки гидроразрыва включают в себя несколько накопительных отстойников для различных текучих сред, используемых для бурения или удаленных из скважины. Для строительства накопительных отстойников, буровую площадку необходимо планировать. Учитывая обычную практику бурения на удаленных площадях, работа по планированию буровой площадки площадью более четырех акров (1,6 га) требует тысяч часов и миллионов долларов расходов на транспортировку оборудования и трудозатраты.

[0005] Обычная площадка гидроразрыва может требовать запаса воды до четырех миллионов галлонов (15000 м³) или больше для бурового раствора, большая часть которой может храниться в находящихся поблизости водоемах. Зачастую водные источники поблизости отсутствуют или правила охраны окружающей среды запрещают их использование, автоцистерны транспортируют буровой раствор на буровую площадку, часто запасая воду в построенных с запасом надземных накопительных отстойниках. Для примера масштаба зависимости от транспортировки воды в перспективе десять автоцистерн в 2000 галлонов (7,6 м³) должны выполнить каждая по 200 рейсов для доставки четырех миллионов галлонов (15000 м³) на буровую площадку. Указанное дает затраты в тысячи часов и миллионы долларов на транспортировку и оплату труда водителей.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] Варианты осуществления относятся к системе и способу изоляции и мониторинга текучей среды для применения в гидравлическом разрыве пласта (гидроразрыв). Система включает в себя несколько гибких конструкций изоляции текучей среды, или гибких емкостей для хранения текучих сред, применяемых или получаемых во время гидроразрыва пласта. Например, гибкие емкости могут заполняться водой для ее хранения перед вводом в скважину, или отходами бурения, удаленными из скважины. Каждая гибкая емкость включает в себя заливной патрубок и сливной патрубок, которые соединены с насосами заполнения и опорожнения гибкой емкости. Каждый патрубок может соединяться с задвижкой, выполненной с возможностью обеспечения заполнения или слива текучей среды из гибкой емкости. В одном варианте осуществления клапан является запорным клапаном, обеспечивающим проход потока в одном направлении. Патрубок может включать в себя блокирующий механизм, стыкующийся с запорным клапаном для открытия клапана, когда прикрепляется соответствующее приспособление конструкции перекачивания текучей среды, например трубы или шланга. Таким образом шланг, включающий в себя соответствующее приспособление может прикрепляться к патрубку для слива текучей среды из гибкой емкости.

[0007] Превентор блокирования обратного потока, включающий в себя расходомер, обеспечивает точные измерения потока текучих сред, проходящего в скважину/из скважины или другой конструкции. Превентор блокирования обратного потока включает в себя основной патрубок, отгружающий патрубок, и возвратный патрубок. Буровые растворы подаются в отгружающий патрубок и выходят из основного патрубка в скважину. Расходомер может соединяться с отгружающим патрубком для определения объема текучей среды, проходящей через отгружающий патрубок в скважину. Отходы бурения могут также возвращаться из скважины через основной патрубок и выходить из возвратного патрубка, который может также включать в себя расходомер.

[0008] Превентор блокирования обратного потока может включать в себя механизм предотвращения обратного потока в отгружающем патрубке, который активируется для предотвращения выхода отходов бурения из отгружающего патрубка. Кроме того, превентор блокирования обратного потока может включать в себя механизм блокирования подачи для предотвращения подачи буровых растворов через возвратный патрубок. Кроме того, превентор блокирования обратного потока может включать в себя механизм предотвращения обратного потока в возвратном патрубке, который активируется для предотвращения обратного прохода отходов бурения через возвратный патрубок. В таких случаях, расходомер может также давать точный отсчет с помощью измерения прямого и обратного потока через основной патрубок.

[0009] Сливной патрубок первой гибкой емкости, содержащей буровой раствор, соединяется с отгружающим патрубком превентора блокирования обратного потока. Первый насос, установленный между сливным патрубком первой гибкой емкости и отгружающим патрубком превентора блокирования обратного потока, может подавать буровой раствор из первой гибкой емкости в превентор блокирования обратного потока. Основной патрубок превентора блокирования обратного потока соединяется со скважиной и/или другим насосом. Расходомер измеряет объем текучей среды, проходящей через отгружающий патрубок и/или возвратный патрубок превентора блокирования обратного потока, и передает полученные мониторингом объемы в оборудование мониторинга. Превентор блокирования обратного потока может включать в себя механизм предотвращения обратного потока в отгружающем патрубке, который, по существу, предотвращает обратный поток текучей среды через отгружающий патрубок. Механизм предотвращения обратного потока в отгружающем патрубке может также обеспечивать проход обратного потока жидких отходов бурения, удаленных из скважины, в возвратный патрубок. Механизм предотвращения обратного потока возвратного патрубка можно активировать, когда механизм предотвращения обратного потока в отгружающем патрубке работает, по существу, для предотвращения прохода обратного потока текучих отходов через возвратный патрубок. Механизм блокирования подачи можно активировать, когда буровой раствор проходит в отгружающий патрубок для предотвращения подачи буровых растворов напрямую через возвратный патрубок. Соответственно, когда механизм предотвращения обратного потока в отгружающем патрубке не работает, механизм блокирования подачи может работать. Возвратный патрубок превентора блокирования обратного потока соединяется с заливным патрубком второй гибкой емкости. Второй насос, установленный между заливным патрубком и превентором блокирования обратного потока может подавать отходы бурения, удаленные из скважины во вторую гибкую емкость. Сливной патрубок второй гибкой емкости может соединяться с заливным патрубком следующей гибкой емкости. Насос, установленный между парой гибких емкостей может подавать текучую среду из одной гибкой емкости в другую. Любые несколько следующих гибких емкостей для хранения отходов бурения можно добавлять аналогичным способом. Аналогично можно добавлять дополнительные гибкие емкости хранения бурового раствора.

[0010] Сливной патрубок гибкой емкости, содержащей отходы бурения, например третьей гибкой емкости, соединяется с вводом оборудования очистки, выполненного с возможностью извлечения буровых растворов повторного применения из отходов бурения. Насос, установленный между сливным патрубком третьей гибкой емкости и вводом оборудования очистки, может подавать отходы бурения в оборудование очистки. В свою очередь, выходной патрубок оборудования очистки соединяется с заливным патрубком гибкой емкости, содержащей буровой раствор, например первой гибкой емкости. Расходомер выполняет мониторинг объема раствора повторного применения, проходящего из оборудования очистки в гибкую емкость хранения бурового раствора, и передает объем, полученный мониторингом на оборудование мониторинга. Оборудование мониторинга определяет разность между объемом используемого бурового раствора, проходящего через превентор блокирования обратного потока, и объемом, выпускаемым из оборудования очистки. В свою очередь, оборудование мониторинга может генерировать сигнал для пополнения бурового раствора на основе разности.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0011] Идеи вариантов осуществления можно лучше понять из следующего подробного описания с прилагаемыми чертежами, на которых показано следующее.

[0012] На Фиг. 1 показана схема системы мониторинга и изоляции текучей среды согласно одному варианту осуществления изобретения.

[0013] На Фиг. 2A показана схема примера превентора блокирования обратного потока для управления подачей текучей среды согласно одному варианту осуществления изобретения.

[0014] На Фиг. 2B показана схема примера превентора блокирования обратного потока для управления подачей текучей среды согласно другому варианту осуществления изобретения.

[0015] На Фиг. 3A показана схема примера конфигурации гибкой емкости для ее заполнения согласно одному варианту осуществления изобретения.

[0016] На Фиг. 3B показана схема примера конфигурации гибкой емкости для ее опорожнения согласно одному варианту осуществления изобретения.

[0017] На Фиг. 4 показана блок-схема последовательности операций способа мониторинга и изоляции текучей среды, согласно одному варианту осуществления изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0018] Фигуры и приведенное ниже описание относятся к предпочтительным вариантам осуществления, являющимся только иллюстративными. Следует отметить, что из следующего описания должно быть понятно, что альтернативные варианты осуществления конструкций и способов, раскрытых в данном документе, считаются действующими альтернативами, которые можно применять без отхода от принципов вариантов осуществления изобретения.

[0019] Ниже подробно описаны и показаны на прилагаемых фигурах в качестве примеров несколько вариантов осуществления изобретения. Отмечаем, что где удобно аналогичные или одинаковые ссылочные позиции могут использоваться на фигурах и указывать аналогичную или одинаковую функциональность. На фигурах варианты осуществления изобретения показаны только иллюстративно.

ОБЗОР

[0020] Площадки гидравлического разрыва пласта (гидроразрыв) часто располагаются на большом, например площадью от четырех до шести акров (1,6-2,4 га), участке земли, также называемом площадкой работ. При гидроразрыве буровые растворы используют для извлечения веществ, например природного газа и нефти, находящихся в геологической ловушке. Текучие отходы бурения удаляются из скважины и включают в себя извлекаемые вещества и примеси, в том числе грунт, растворенные минералы, другие элементы, суспендированные в текучей среде, и т.д., которые не просто вернуть в окружающую среду. Соответственно, гидроразрыв сильно зависит от хранения буровых растворов и отходов текучих сред и их подвоза автоцистернами на скважину и/или буровую площадку или эвакуации с площадки.

[0021] Исторически сложилось так, что большие земляные или другие искусственные накопительные отстойники строятся на больших, спланированных буровых площадках, выполненных с возможностью приема и отгрузки текучих сред в автоцистерны. Большую часть спланированной буровой площадки занимают хранилища текучей среды, которые требуют выполнения значительных земляных работ. Являющиеся примером конструкции накопительного отстойника, создаваемые на буровой площадке, включают в себя заглубленные участки буровой площадки и/или надземные отстойники, построенные на поверхности. Площадка гидроразрыва с использованием системы, включающей в себя конструкции изоляции текучей среды или гибкие емкости, может требовать уменьшенной площади. Трубы можно устанавливать на склонах или над разными препятствиями, что исключено для традиционных отстойников. Таким образом, благодаря использованию гибких емкостей выравнивание и другие подготовительные работы на площадке могут ограничиваться работами подготовки площадки для установки другого оборудования скважины, что также ускоряет ввод в эксплуатацию.

[0022] Участки выемок под отстойники снабжают покрытием из бетона, пластика или другого не проницаемого для текучей среды материала для предотвращения поглощения текучих среды в грунт. В варианте отходов бурения данные покрытия особенно важны для предотвращения утечки в окружающую среду. Вместе с тем, покрытия часто не срабатывают и требуют постоянных проверок и мониторинга персоналом на площадке. Надземные отстойники, построенные на уровне поверхности, имеют аналогичные недостатки. Гибкие емкости в отличие от отстойников могут обеспечивать дополнительную гарантию предотвращения утечек. Поскольку любые утечки или неисправности гибкой емкости ограничены одной такой емкостью, благодаря насосам и задвижкам, ограничивающим нежелательный прямой и обратный поток, повышается безопасность окружающей среды. Размещение гибких емкостей на неглубокой обвалованной площадке, с пластиковым или другим покрытием грунта может обеспечивать дополнительную гарантию безопасности окружающей среды. От неглубокой обвалованной площадки, в свою очередь, требуется только (минимально) удерживать объем текучей среды одной гибкой емкости при выходе емкости из строя. Вследствие такого резерва безопасности несколько гибких емкостей можно размещать на одной неглубокой обвалованной площадке, что также минимизирует время, требуемое для строительства буровой площадки.

[0023] Кроме того, традиционные отстойники обоих типов открыты окружающей среде, что создает различные проблемы, в том числе связанные с окружающей средой и логистикой. Проблемы, связанные с окружающей средой, могут включать в себя взаимодействие дикой природы, ультрафиолетового излучения и веществ в воздухе с содержимым отстойников и выпуск химреагентов в воздух из накопительных отстойников. Логистические проблемы включают в себя общее испарение содержимого отстойников и/или испарение с разными скоростями различных компонентов смеси. Гибкие емкости в отличие от отстойников обеспечивают изоляцию буровых растворов и текучих отходов от окружающей среды и указанных воздействий.

[0024] Дополнительные преимущества применения гибких емкостей над традиционными конструкциями изоляции включают в себя возможность точного мониторинга объема имеющихся и используемых в гидроразрыве текучих сред. Конкретно, поскольку объемы бурового раствора в гибких емкостях не меняются, как объемы в открытых накопительных отстойниках, измерения расхода, например, потока из гибкой емкости в скважину и из оборудования очистки в гибкую емкость дают точный объем имеющихся буровых растворов и свободного объема хранения. Дополнительно, вследствие модульного характера гибких емкостей их число можно увеличивать или уменьшать по необходимости без возможных последствий для окружающей среды. Соответственно, использование автоцистерн можно минимизировать только для случаев, когда требуются дополнительные буровые растворы и для удаления избыточных отходов бурения с площадки после очистки.

ПРИМЕР СИСТЕМЫ ИЗОЛЯЦИИ И МОНИТОРИНГА

[0025] На Фиг. 1 показана схема системы 100 мониторинга и изоляции текучей среды согласно одному варианту осуществления изобретения. Показанная система мониторинга и изоляции текучей среды включает в себя несколько гибких емкостей 115, соединенных с оборудованием, используемым в гидроразрыве.

[0026] В одном варианте осуществления гибкие емкости 115 представляют собой герметичные гибкие конструкции изоляции текучей среды, установленные на буровой площадке для хранения буровых растворов на водной основе или других буровых растворов до их использования, исключающие применение дорогостоящего автотранспорта и не требующие строительства обширных ровных участков на буровой площадке под надземные накопительные отстойники. Являющаяся примером гибкая емкость 115, когда заполнена, может иметь приблизительно 100 футов (31 м) в длину, диаметр, превышающий 36 футов (11 м), и вместимость свыше 750000 галлонов (2850 м³). Пустую гибкую емкость можно скатывать в рулон вдоль длины для компактного хранения и транспортировки.

[0027] Вследствие своей гибкой конструкции каждую гибкую емкость 115 можно складывать, когда она пустая, придавая ей нужную форму, например квадратную, г-образную, дугообразную и т.д., что обеспечивает использование труб во многих районах, где обычные накопительные отстойники являются нецелесообразными. Например, в районах, где создают проблемы деревья, другие препятствия или границы участка, гибкие емкости 115 можно легко устанавливать среди деревьев или других препятствий и затем заполнять. Кроме того, в отличие от других систем на основе накопительных отстойников 120, гибкие емкости 115 можно устанавливать на неровной площадке, выполняя зигзаги между деревьями и другими опасными объектами, которая традиционно требует выравнивания с удалением таких препятствий.

[0028] Кроме того, в отличие от открытых отстойников, в вариантах осуществления гибких емкостей 115 герметичной конструкции предотвращается выход вредных химреагентов в атмосферу или вред дикой природе. В других вариантах осуществления термин гибкие емкости 115 в данном документе может относиться к любому подходящему эластичному резервуару или аналогичной емкости хранения, выполненной с возможностью изоляции текучих сред, используемых в гидроразрыве.

[0029] После установки с огибанием препятствий гибкие емкости 115 можно заполнять и соединять друг с другом и с другим оборудованием системой трубопроводов 101 текучей среды, например, шлангами или трубами. Дополнительно гибкие емкости 115 можно соединять в систему 100 по техусловиям изоляции текучей среды. Насосы 110, установленные в системе 100, обеспечивают подачу текучей среды через систему трубопроводов 101 между гибкими емкостями 115 и другим оборудованием. Насосы 110 подают текучие среды, преодолевая силу тяжести, и наполняют гибкие гибкие емкости 115. Насосы 110 могут препятствовать прямому и/или обратному потоку текучей среды, когда выключены или, когда необходимо, аналогично гибким емкостям, для минимизации потенциальной утечки в случае отказа. Дополнительное преимущество данной конфигурации, например, состоит в том, что противоположные концы насоса 110, соединяющиеся с данной гибкой емкостью 115 или другим оборудованием 125, 130 и т.д., можно отсоединять без значительной утечки из гибкой емкости или другого оборудования. Гибкие емкости 115 могут включать в себя интегрированные (или прикрепленные) клапаны (не показано), которые соединяются с системой трубопроводов, подающей текучие среды.

[0030] В одном варианте осуществления в гибкой емкости 115, описанной здесь, применяются герметичные запорные клапаны (не показано), что обеспечивает гибкой емкости 115 герметичность и заполнение до максимальной вместимости. Запорный клапан также обеспечивает заполнение гибких емкостей 115 подачей от низа наклонной поверхности вверх в ситуациях, где поверхность площадки не выравнивают. Кроме того, запорные клапаны минимизируют утечку текучих сред благодаря использованию соединительной системы трубопроводов (или шлангов) с блокирующей системой. Блокирующая система может стыковаться с запорным клапаном, интегрированным в выходной патрубок гибкой емкости 115 для извлечения текучей среды, когда система трубопроводов прикрепляется и затем стыкуется с запорным клапаном, предотвращающим проход текучей среды при ее удалении. Блокирующая система может альтернативно стыковаться с запорным клапаном, интегрированным в заливной патрубок гибкой емкости 115, для добавления текучей среды, когда давление в системе трубопроводов больше, чем в гибкой емкости, но не допускает реверса, таким образом предотвращая обратный поток.

[0031] В гибких емкостях 115A бурового раствора хранят воду и другие текучие среды, нагнетаемые насосом в пласт для вытеснения находящегося в закрытых порах природного газа и нефти. Вначале гибкая емкость 115A бурового раствора может принимать буровые растворы, закачиваемые насосом 110E из внешнего источника, например автоцистерны. Гибкая емкость 115A бурового раствора также соединяется со скважиной 105 для подачи (например, насосом 110A) в скважину бурового раствора.

[0032] Хотя показана только одна гибкая емкость 115A бурового раствора, площадка 100 гидроразрыва может включать в себя любое число гибких емкостей 115 бурового раствора, связанных друг с другом (например, гибкие емкости 115B-D). Например, типичная площадка 100 гидроразрыва, требующая 4 миллионов галлонов (15000 м³) воды может требовать шести таких гибких емкостей 115A для проведения буровых работ. Таким образом, например, первая гибкая емкость в парке гибких емкостей бурового раствора принимает буровой раствор, подаваемый насосом 110E из внешнего источника и/или оборудования 125 очистки, который затем подается насосом в другие связанные гибкие емкости, и последняя гибкая емкость в комплекте гибких емкостей бурового раствора соединяется со скважиной 105.

[0033] Аналогично гибким емкостям 115A бурового раствора, используемым для хранения текучих сред, например воды, дополнительные гибкие емкости 115B-D можно использовать для содержания отходов бурения, полученных в результате гидроразрыва. В одном варианте осуществления гибкие емкости 115B-D бурового раствора сконструированы из специального химически стойкого материала, например стойкого к воздействию различных химреагентов в побочных продуктах гидроразрыва, например углеводородам, хлору и т.д. Данные материалы могут отличаться от материала, применяемого для удержания неопасных хранящихся буровых растворов на водной основе или других буровых растворов в гибких емкостях 115A бурового раствора. В другом варианте осуществления, все гибкие емкости 115 сконструированы из одинакового материала.

[0034] В гибких емкостях 115B-115D отходов бурения хранятся жидкие отходы, удаленные из скважин 105. Несколько гибких емкостей отходов бурения (например, 3) могут соединяться друг с другом, как требуется для хранения отходов. Например, первая гибкая емкость 115B отходов бурения может принимать отходы бурения, подаваемые насосом 110B из скважины 105. В свою очередь, гибкая емкость 115B отходов бурения может соединяться с насосом 110С для перекачки принятых отходов бурения в следующую гибкую емкость 115C. Гибкая емкость 115С отходов бурения может, в свою очередь, соединяться с насосом 110С и так далее для хранения и канализирования дополнительных объемов отходов бурения. Последняя гибкая емкость 115D отходов бурения в цепочке может соединяться с оборудованием 125 очистки для повторной циркуляции бурового раствора. Насос 110D может снабжать оборудование 125 очистки отходами бурения, принятыми в гибкую емкость 115D отходов бурения.

[0035] Оборудование 125 очистки обеспечивает повторное применение отходов бурения, принятых из гибких емкостей 115B-D бурового раствора, пополняя буровой раствор, хранящийся в гибких емкостях 115A. Оборудование 125 очистки может работать, используя обычные механизмы, такие как испарение, фильтрацию и т.д. Число гибких емкостей 115A бурового раствора и объем подаваемых из них текучих сред, требуемых для поддержания бурения, можно уменьшить благодаря использованию оборудования 125 очистки. Оборудование 125 очистки можно соединять с дополнительными гибкими емкостями (не показано) для содержания отходов бурения, остающихся после очистки.

[0036] В некоторых вариантах осуществления одну или несколько гибких емкостей 115D можно разместить в дополнительном сооружении локализации, например на площадке 120 локализации. Как описано выше, поскольку площадка 120 локализации обеспечивает локализацию с резервированием, для нее требуются габариты, рассчитанные на выход из строя только одной гибкой емкости. Площадки 120 локализации уменьшенного размера, альтернативно, обеспечивают защиту от любых пробоин в гибких емкостях 115 или утечек из насоса 110 и соединений различных компонентов 110, 115 и т.д. системы 100.

[0037] В варианте осуществления площадка 120 локализации сконструирована из дополнительных гибких емкостей (не показано) для образования периметра вокруг гибкой емкости 115D отходов бурения. Например, площадка 120 локализации диной 30 футов (9 м), шириной 110 футов (34 м), высотой 19 дюймов (0,5 м) может окружать гибкую емкость 115 отходов бурения с габаритами 20×100 футов (6×31 м). Гибкие емкости меньшей длины, которые проще перемещать, могут блокироваться и/или перекрываться для образования площадки 120 локализации. Внутренняя площадь площадки 120 локализации может включать в себя земляное покрытие или облицовку, прикрепленную по периметру вокруг гибких емкостей, для предотвращения выхода любых текучих сред с площадки. В одном варианте осуществления облицовка является брезентовым или пластиковым покрытием, которое несколько больше площади площадки 120 локализации.

[0038] Дополнительные преимущества системы 100, показанной на Фиг. 1, включают в себя регулирование и мониторинг расхода текучей среды. Элементом одного варианта осуществления является соединение гибких емкостей 115А бурового раствора и гибких емкостей 115B изоляции отходов бурения со скважиной 105 одним шлангом или трубой, прикрепленной к скважине или спущенной в нее. Для выполнения указанного в превенторе 130 обратного потока оборудовано угловое соединение труб, которым гибкая емкость 115А бурового раствора и гибкая емкость 115B отходов бурения соединяются с патрубками углового соединения и со скважиной 105. Превентор 130 обратного потока включает в себя механизм 135 управления потоком, выполненный с возможностью попеременного обеспечения прохода потока из гибкой емкости 115A бурового раствора в скважину 105 или из скважины 105 в гибкую емкость отходов бурения 1115B, и исключения прохода потока из гибко емкости 115A бурового раствора в гибкую емкость 115B отходов бурения. Данная конфигурация обеспечивает подачу насосом 110A бурового раствора в скважину 105, но исключает его подачу в гибкие емкости 115B отходов бурения и исключает переброску текучих сред, возвращающихся из скважины 105, обратно в гибкие емкости 115A бурового раствора.

[0039] Признаком другого варианта осуществления является точное измерение подачи текучих сред насосом в скважину и из скважины. В одном варианте осуществления превентор 130 обратного потока включает в себя расходомер 140. Расходомер 140A определяет объем текучей среды, подаваемой насосом 110A в скважину 105 из гибкой емкости 115A бурового раствора и подаваемой насосом 110B из скважины в гибкую емкость 115B отходов бурения. В другом варианте осуществления расходомер (расходомеры) 140A для определения объема подачи в скважину и из скважины 105 являются отдельными, но соединенными с соответствующими ветвями превентора блокирования обратного потока, проходящими в гибкие емкости 115A, 115B.

[0040] Дополнительные варианты осуществления могут включать в себя расходомер 140B, осуществляющий мониторинг потока, проходящего из оборудования 125 очистки в гибкие емкости 115A бурового раствора. Расходомеры 140 могут иметь такое конструктивное решение, что персоналу, желающему менять отсчеты в свою пользу, непросто вмешаться в их работу. Например, расходомеры 140 могут содержать устройства беспроводной связи (Bluetooth, Zigbee, WiFi, сотовой/глобальной системы связи с подвижными объектами и т.д.) для автоматизированной передачи данных потока на центральное оборудование 145 мониторинга, например компьютерную серверную систему или мобильный компьютер буровой площадки.

[0041] Оборудование 145 мониторинга может включать в себя процессор, несъемный машиночитаемый носитель и связанные компоненты агрегатного обеспечения, выполненные с возможностью проведения вычислений по данным расходомера 140. Например, оборудование 145 мониторинга может сравнивать объемы пополнения бурового раствора для автоматического создания графика подачи автоцистерн для пополнения запаса бурового раствора или определения, когда дополнительные гибкие емкости бурового раствора потребуются для хранения. В другом примере оборудование 145 мониторинга может сравнивать объемы отходов бурения, хранящихся в гибких емкостях 115B-D бурового раствора, с объемами, перерабатываемыми оборудованием 125 очистки для создания графика подачи автоцистерн для удаления отходов бурения или определения, когда дополнительные гибкие емкости отходов бурения потребуются для хранения отходов. В свою очередь, свободный объем хранения комплекта гибких емкостей (например, связанных гибких емкостей хранения бурового раствора или хранения отходов бурения) может основываться на расчетной емкости и объемах притока/расхода комплекта гибких емкостей, записанных расходомерами 140.

ПРИМЕР КОНФИГУРАЦИИ ПРЕВЕНТОРА БЛОКИРОВАНИЯ ОБРАТНОГО ПОТОКА

[0042] На Фиг. 2A показан пример схемы превентора 130 обратного потока для управления подачей текучей среды согласно одному варианту осуществления изобретения. Как показано, превентор 130 обратного потока включает в себя три патрубка. Отгружающий патрубок 201 принимает текучую среду, например, из гибкой емкости 115A бурового раствора, которая пропускается через него в основной патрубок 203 в скважину 105. Основной патрубок 203 может также принимать отходы бурения из скважины 105, которые пропускаются через возвратный патрубок 202, например, в гибкую емкость 115B отходов бурения.

[0043] Превентор 130 обратного потока дополнительно включает в себя механизм 135 управления потоками бурового раствора и отходов бурения, проходящими через три гибкие емкости. Механизм 135 управления потоками можно активировать вручную, например механическим средством управления, или автоматически активировать, например действием давления текучей среды, принимаемой в разные патрубки.

[0044] Механизм 135 управления потоком может иметь механизм предотвращения обратного потока в отгружающем патрубке, который, по существу, предотвращает обратный поток текучей среды через отгружающий патрубок 201 из возвратного патрубка 202 или основного патрубка 203 и механизм блокирования подачи, который предотвращает подачу буровых растворов напрямую из отгружающего патрубка 201 через возвратный патрубок 202.

[0045] В одном варианте осуществления механизм 135 управления потоком включает в себя конфигурацию с одной задвижкой 230, которая когда приводится в действие, устанавливает проход потока между отгружающим патрубком 201 и основным патрубком 203, при этом буровые растворы могут подаваться насосом в скважину 105. Один задвижка 230 может одновременно прекращать подачу через возвратный патрубок 202, когда приводится в действие, создавая механизм блокирования подачи. В свою очередь, задвижка 230, когда не приведена в действие, создает механизм предотвращения обратного потока в отгружающем патрубке, который, по существу, предотвращает проход обратного потока текучей среды через отгружающий патрубок 201 и устанавливает проход потока между основным патрубком 203 и возвратным патрубком 202, при этом текучие отходы можно откачивать насосом из скважины 105.

[0046] В автоматически управляемой конфигурации задвижка 230 может срабатывать, когда давление в отгружающем патрубке 201 больше давления в возвратном патрубке 202 и основном патрубке 203. Когда давление в отгружающем патрубке 201 меньше давления в возвратном патрубке 202 или основном патрубке 203, задвижка 230 закрывается для предотвращения подачи отходов бурения в отгружающий патрубок. Таким образом, превентор 130 обратного потока обеспечивает соединение одного шланга или трубы через основной патрубок 203 со скважиной.

[0047] Также показаны расходомеры 245A, 245B, соединенные с отгружающим патрубком 201 и возвратным патрубком 202 превентора 130 обратного потока, для получения измерений, соответствующих объему текучей среды, проходящей через соответствующие патрубки.

[0048] На Фиг. 2B показана схема примера превентора 130 обратного потока для управления подачей текучей среды, согласно другому варианту осуществления изобретения. Как показано, превентор 130 обратного потока включает в себя три патрубка. Отгружающий патрубок 201 принимает текучую среду, например, из гибкой емкости 115A бурового раствора, которая пропускается через него в основной патрубок 203 в скважину 105. Основной патрубок 203 может также принимать отходы бурения из скважины 105, которые пропускаются через возвратный патрубок 202, например, в гибкую емкость 115B отходов бурения.

[0049] Превентор 130 обратного потока дополнительно включает в себя механизм 135 управления подачей бурового раствора и отходов бурения через три патрубка. Механизм 135 управления потоком можно активировать вручную, например механическим средством управления, или автоматически активировать, например действием давления текучей среды, принимаемой в разных патрубках.

[0050] Механизм 135 управления потоком может создавать механизм предотвращения обратного потока в отгружающем патрубке, который, по существу, предотвращает обратный поток текучей среды через отгружающий патрубок 201 из возвратного патрубка 202 или основного патрубка 203, механизм блокирования подачи, который предотвращает проход потока буровых растворов напрямую из отгружающего патрубка 201 через возвратный патрубок 202 и механизм предотвращения обратного потока в возвратном патрубке, который, по существу, предотвращает обратный поток текучей среды через возвратный патрубок 202.

[0051] В одном варианте осуществления один или несколько данных механизмов могут являться раздельными и активироваться так, что, когда механизм предотвращения обратного потока в отгружающем патрубке работает, реверсивный механизм предотвращения обратного потока может свободно активироваться для обеспечения однонаправленного потока отходов бурения через возвратный патрубок 202 и таким образом обеспечения более точного измерения потока отходов бурения расходомером (не показано).

[0052] В одном варианте осуществления механизм 135 управления потоком имеет конфигурацию с двумя задвижками 235, 240. Первая задвижка 235, когда приведена в действие, устанавливает проход потока из отгружающего патрубка 201 в основной патрубок 203, при этом буровые растворы могут подаваться насосом в скважину 105. Когда не приведена в действие, задвижка 235 создает механизм предотвращения обратного потока в отгружающем патрубке, который, по существу, предотвращает обратный проход потока текучей среды через отгружающий патрубок 201 из возвратного патрубка 202 или основного патрубка 203. Кроме того, когда приведена в действие, первая задвижка 235 создает механизм блокирования подачи, предотвращающий образование канала прохода буровых растворов через возвратный патрубок 202.

[0053] Второй задвижка 240, когда приводится в действие, устанавливает проход потока из основного патрубка 203 в возвратный патрубок 202, принимающий отходы бурения, когда первая задвижка 235 не приведена в действие. Когда не приведена в действие, вторая задвижка 240 создает механизм предотвращения обратного потока в возвратном патрубке, который предотвращает обратный проход отходов бурения через возвратный патрубок 202.

[0054] В конфигурации автоматического управления первая задвижка 235 может срабатывать, когда давление в отгружающем патрубке 201 больше давления в основном патрубке 203, например, вследствие прохода потока бурового раствора из гибкой емкости 115A бурового раствора. Вторая задвижка 240, в свою очередь, может срабатывать, когда давление в основном патрубке 203 больше давления в возвратном патрубке 202, например, вследствие прохода потока отходов бурения из скважины 105. Таким образом, превентор 130 обратного потока создает соединение одного шланга или трубы через основной патрубок 203 со скважиной.

[0055] На Фиг. 3A показана схема примера конфигурации гибкой емкости для ее заполнения согласно одному варианту осуществления изобретения. Как показано, гибкая емкость 115 включает в себя заливной патрубок 305, сливной патрубок 315 и воздуховыпускной клапан 310. Воздуховыпускной клапан 310 может приводится в действие для безопасного выпуска газов, содержащихся в гибкой емкости 115.

[0056] В одном варианте осуществления заливной патрубок 305 и/или сливной патрубок 315 включает в себя проходные изоляционные втулки, которые заделываются в патрубок в клапане 335, обеспечивающем закачку в гибкую емкость 115. Клапаны 335 автоматически закрываются, когда давление в гибкой емкости 115 превышает давление текучей среды или газа, входящего в соответствующий патрубок. В некоторых вариантах осуществления гибкая емкость 115 может иметь несколько клапанов 335 на каждом конце. Например, каждый конец может иметь три клапана: один клапан 320 для выпуска воздуха и два клапана для соединений шлангом или трубой текучей среды. Заливной патрубок 305 и сливной патрубок 315 могут иметь идентичную и/или отличающуюся конфигурацию.

[0057] Как показано, заливной патрубок 305 включает в себя клапан 335A, например, запорный клапан для обеспечения прохода однонаправленного потока в гибкую емкость 115. Таким образом, запорный клапан обеспечивает заполнение гибкой емкости 115 от низа склона плоскости с подачей текучих сред вверх по склону в ситуациях с неровным грунтом. Сливной патрубок 315 может аналогично включать в себя однонаправленный запорный клапан для приема и удержания текучей среды в гибкой емкости 115. Данная конфигурация обеспечивает отсоединение сливного патрубка 315 гибкой емкости 115 от другого оборудования без выпуска содержимого гибкой емкости. Для опорожнения гибкой емкости 115 блокирующий механизм патрубков 315 может выполняться с возможностью открытия клапана 335, когда труба или шланг с соответствующим приспособлением, разблокирующим клапан, вставляется для выпуска содержимого гибкой емкости.

[0058] Запорный клапан 335 обеспечивает безопасное присоединение и отсоединение персоналом буровой площадки гибкой емкости 115 к/от насосов и другого оборудования, не требующего отсоединения заполняющего шланга. Аналогично, блокирующий механизм, взаимодействующий с клапаном 335, обеспечивает безопасное присоединение и отсоединение персоналом буровой площадки насосов и другого оборудования к/от сливного патрубка 315. Дополнительные запорные клапаны можно встраивать перед и после насосов или другого оборудования для минимизации утечки.

[0059] На Фиг. 3B показана схема примера конфигурации гибкой емкости для ее опорожнения согласно одному варианту осуществления изобретения. Как показано, гибкая емкость 115 включает в себя заливной патрубок 305, сливной патрубок 315 и воздуховыпускной клапан 310. Запорный клапан 335A заливного патрубка 305 закрыт для предотвращения выпуска содержимого гибкой емкости 115.

[0060] Сливной патрубок 315 гибкой емкости 115 соединяется с насосом 110 шлангом или трубой с соответствующим приспособлением, которое взаимодействует с блокирующим механизмом 340 для открытия клапана 335B сливного патрубка. В свою очередь, текучая среда из гибкой емкости 115 свободно проходит через сливной патрубок 315 на насос 110. Насос 110 может подавать содержимое гибкой емкости 115 в скважину 105, другую трубу или другое оборудование. Отсоединение шланга или трубы от блокирующего механизма 340 обуславливает закрытие клапана 335B сливного патрубка, таким образом предотвращая утечку содержимого гибкой емкости.

[0061] На Фиг. 4 показана блок-схема последовательности операций способа мониторинга и изоляции текучей среды, согласно одному варианту осуществления изобретения. Начальный объем бурового раствора, например воды, хранится в первой гибкой емкости для использования в гидроразрыве.

[0062] Превентор блокирования обратного потока, соединенный с первой гибкой емкостью, принимает в блоке 410 буровой раствор из первой гибкой емкости на отгружающем патрубке. Превентор блокирования обратного потока подает в блоке 410 принятый буровой раствор в скважину через основной патрубок превентора блокирования обратного потока. Превентор блокирования обратного потока может включать в себя механизм блокирования подачи для предотвращения прохода текучих отходов через возвратный патрубок текучих отходов.

[0063] В свою очередь, превентор блокирования обратного потока принимает в блоке 420 текучие отходы из скважины на основном патрубке. Превентор блокирования обратного потока может включать в себя механизм предотвращения обратного потока в отгружающем патрубке для предотвращения прохода текучих отходов через отгружающий патрубок. Возвратный патрубок превентора блокирования обратного потока, который соединяется со второй трубой, подает принятые в блоке 420 текучие отходы во вторую гибкую емкость.

[0064] Из второй гибкой емкости, в свою очередь, текучие отходы подаются в блоке 430 на оборудование очистки для получения бурового раствора повторного применения. Буровой раствор повторного применения затем принимается блоком 440 из первой гибкой емкости на отгружающем патрубке превентора блокирования обратного потока. Превентор блокирования обратного потока, в свою очередь, подает буровой раствор повторного применения в скважину через основной патрубок превентора блокирования обратного потока.

[0065] Варианты осуществления превентора блокирования обратного потока и оборудования очистки могут включать в себя расходомеры для определения объема текучей среды, проходящей в скважину/из скважины и получаемого раствора повторного применения. В свою очередь, способ может дополнительно включать в себя определение в блоке 450 объема бурового раствора для приема в первой гибкой емкости из внешнего источника на основе одного или нескольких измерений, соответствующих вырабатываемому объему бурового раствора повторного применения, объему бурового раствора, поданного в скважину и объему первой гибкой емкости.

[0066] Кроме того, варианты осуществления превентора блокирования обратного потока могут включать в себя механизм предотвращения обратного потока в возвратном патрубке для предотвращения обратного потока текучих отходов через возвратный патрубок обратно в скважину.

[0067] После прочтения данного описания специалисту в данной области техники становятся понятными дополнительные альтернативные конструктивные и функциональные решения на основе раскрытых принципов вариантов осуществления. Таким образом, хотя показаны и описаны конкретные варианты осуществления и применения, понятно, что такие варианты не ограничены конструкциями и компонентами, раскрытыми в данном документе, и что различные модификации, изменения и вариации, понятные специалисту в данной области техники, можно выполнять в устройстве, управлении и деталях способа и устройств, раскрытых в данном документе, без отхода от сущности и объема, определенных в прилагаемой формуле изобретения.

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей отрасли, в частности к изоляции и мониторингу текучей среды, используемой для гидроразрыва пласта. Система включает в себя несколько гибких конструкций изоляции текучей среды для хранения текучих сред, применяемых или получаемых в процессе гидроразрыва пласта. Гибкие емкости могут заполняться водой для ее хранения перед вводом в скважину или отходами бурения, удаленными из скважины. Система задвижек и насосов управляет потоками текучих сред, проходящими в гибкие емкости, скважину и оборудование очистки, и выходящими из них. Превентор блокирования обратного потока, включающий в себя основной патрубок, отгружающий патрубок и возвратный патрубок поддерживает в двух направлениях гидравлическое сообщение со скважиной. Буровые растворы подаются в отгружающий патрубок и выходят из основного патрубка в скважину. Расходомер может соединяться с отгружающим патрубком для определения объема текучей среды, проходящей через отгружающий патрубок в скважину. Отходы бурения могут также возвращаться из скважины через основной патрубок и выходить в возвратный патрубок, который может также включать в себя расходомер. Упрощается ввод в эксплуатацию, уменьшаются утечки в окружающую среду и ее загрязнение, обеспечивается возможность точного мониторинга. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Система изоляции текучей среды для применения в гидравлическом разрыве пласта (гидроразрыве), содержащая:
множество конструкций изоляции текучей среды, выполненных с возможностью хранения текучей среды, где каждая конструкция изоляции текучей среды содержит гибкий корпус;
первую конструкцию перекачивания текучей среды, соединяющуюся с первой конструкцией изоляции текучей среды;
вторую конструкцию перекачивания текучей среды, соединяющуюся со второй конструкцией изоляции текучей среды; и
превентор блокирования обратного потока, содержащий:
отгружающий патрубок, соединяющийся с первой конструкцией перекачивания текучей среды и выполненный с возможностью приема бурового раствора из первой конструкции изоляции текучей среды,
основной патрубок, соединяющийся со скважиной, причем основной патрубок выполнен с возможностью подачи бурового раствора в скважину и приема текучих отходов из скважины,
возвратный патрубок, соединенный со второй конструкцией перекачивания текучей среды и выполненный с возможностью приема текучих отходов из скважины во вторую конструкцию перекачивания текучей среды, и
механизм управления потоками, по существу, предотвращающий проход текучих отходов через отгружающий патрубок и, по существу, предотвращающий проход бурового раствора через возвратный патрубок.

2. Система по п. 1, в которой первая конструкция изоляции текучей среды содержит патрубок, установленный в гибком корпусе и соединенный с первой конструкцией перекачивания текучей среды, причем патрубок выполнен с возможностью выпуска текучей среды из конструкции изоляции текучей среды.

3. Система по п. 1, в которой вторая конструкция изоляции текучей среды содержит патрубок, установленный в гибком корпусе и соединенный со второй конструкцией перекачивания текучей среды, причем патрубок выполнен с возможностью приема текучей среды для хранения в конструкции изоляции текучей среды.

4. Система по п. 1, в которой каждая конструкция изоляции текучей среды содержит первый патрубок и второй патрубок, причем каждый патрубок установлен в гибком корпусе и содержит клапан, выполненный с возможностью приема текучей среды и предотвращения выпуска текучей среды из гибкой емкости, и при этом по меньшей мере один патрубок содержит блокирующий механизм, выполненный с возможностью взаимодействия с клапаном и выпуска текучей среды из гибкой емкости.

5. Система по п. 1, в которой вторая конструкция изоляции текучей среды соединяется с оборудованием очистки, выполненным с возможностью получения бурового раствора повторного применения из текучих отходов бурения, причем первая конструкция изоляции текучей среды соединяется с оборудованием очистки для приема бурового раствора повторного применения.

6. Система по п. 1, в которой первый расходомер, соединенный с отгружающим патрубком превентора блокирования обратного потока, передает первый сигнал, соответствующий объему бурового раствора, принятому из первой конструкции изоляции текучей среды, второй расходомер, соединенный с возвратным патрубком превентора блокирования обратного потока, передает второй сигнал, соответствующий объему текучих отходов, поданных во вторую конструкцию изоляции текучей среды, и третий расходомер, соединенный с первой конструкцией изоляции текучей среды, передает третий сигнал, соответствующий объему бурового раствора, принятого в первую конструкцию изоляции текучей среды.

7. Система по п. 6, дополнительно содержащая систему мониторинга, выполненную с возможностью определения объема бурового раствора, находящегося в первой конструкции изоляции текучей среды.

8. Система по п. 1, в которой механизм управления потоками содержит:
превентор блокирования обратного потока в отгружающем патрубке, который активируется, по существу, для предотвращения входа отходов бурения в отгружающий патрубок, и
механизм блокирования подачи, который активируется, по существу, для предотвращения перехода в возвратный патрубок буровых растворов, принимаемых на отгружающем патрубке.

9. Система по п. 1, в которой механизм управления потоками содержит:
превентор блокирования обратного потока в возвратном патрубке, который активируется для, по существу, предотвращения прохода отходов бурения, принятых из скважины, обратно через возвратный патрубок в основной патрубок.

10. Система по п. 1, в которой каждая конструкция изоляции текучей среды имеет длину приблизительно 100 футов (31 м) и диаметр приблизительно 36 футов (11 м).

11. Система по п. 10, в которой вторая конструкция изоляции текучей среды входит в состав системы множества взаимосвязанных герметичных емкостей текучей среды.

12. Способ герметизации текучей среды для применения в гидравлическом разрыве пласта (гидроразрыве), содержащий:
прием начального объема бурового раствора в первую гибкую герметичную емкость для применения в гидроразрыве пласта;
прием бурового раствора в отгружающий патрубок превентора блокирования обратного потока, соединенный с первой гибкой герметичной емкостью, причем превентор блокирования обратного потока обеспечивает подачу принятого бурового раствора в скважину, соединенную с основным патрубком превентора блокирования обратного потока;
прием текучих отходов бурения из скважины в основном патрубке превентора блокирования обратного потока, причем превентор блокирования обратного потока обеспечивает подачу принятых текучих отходов бурения во вторую гибкую герметичную емкость, соединенную патрубком возврата превентора блокирования обратного потока;
обеспечение подачи текучих отходов бурения на оборудование очистки, соединенное со второй гибкой герметичной емкостью, причем оборудование очистки вырабатывает буровой раствор повторного применения; и
прием бурового раствора повторного применения в отгружающем патрубке превентора блокирования обратного потока.

13. Способ по п. 12, дополнительно содержащий определение объема бурового раствора, подлежащего приему в первую гибкую герметичную емкость из внешнего источника, на основе одного или нескольких измерений, соответствующих объему вырабатываемого бурового раствора повторного применения, объему бурового раствора, поданного в скважину, и вместимости первой гибкой герметичной емкости.

14. Способ по п. 12, в котором каждая гибкая герметичная емкость имеет длину приблизительно 100 футов (31 м) и диаметр приблизительно 36 футов (11 м).

15. Способ по п. 12, в котором превентор блокирования обратного потока содержит механизм управления потоками, который, по существу, предотвращает проход текучих отходов через отгружающий патрубок и, по существу, предотвращает проход бурового раствора через возвратный патрубок.

16. Способ по п. 15, в котором механизм управления потоками содержит:
превентор блокирования обратного потока в отгружающем патрубке, который активируется для, по существу, предотвращения входа отходов бурения в отгружающий патрубок, и
механизм блокирования подачи, который активируется для, по существу, предотвращения перехода в возвратный патрубок буровых растворов, принятых в отгружающий патрубок.

17. Способ по п. 15, в котором механизм управления потоками содержит превентор блокирования обратного потока в возвратном патрубке, который активируется для, по существу, предотвращения прохода отходов бурения, принятых из скважины, обратно через возвратный патрубок в основной патрубок.

18. Способ по п. 13, в котором первый расходомер, соединенный с отгружающим патрубком превентора блокирования обратного потока, передает первый сигнал, соответствующий объему бурового раствора, принятому из первой гибкой герметичной емкости, второй расходомер, соединенный с возвратным патрубком превентора блокирования обратного потока, передает второй сигнал, соответствующий объему текучих отходов, поданных во вторую гибкую герметичную емкость, и третий расходомер, соединенный с первой конструкцией изоляции текучей среды, передает третий сигнал, соответствующий объему бурового раствора, принятого в первую гибкую герметичную емкость.

19. Способ по п. 12, в котором множество связанных гибких конструкций изоляции текучей среды соединяются с первой гибкой конструкцией изоляции текучей среды для хранения бурового раствора повторного применения, причем множество связанных гибких емкостей соединяются с оборудованием очистки для приема бурового раствора повторного применения.

20. Способ по п. 12, в которой множество связанных гибких конструкций изоляции текучей среды соединяются со второй гибкой конструкцией изоляции текучей среды для хранения отходов бурения, принятых из скважины.