СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ НАЗЕМНОГО НЕФТЕПРОМЫСЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ Российский патент 2017 года по МПК F25B49/00 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В практике нефтепромысла иногда используются насосные установки для перекачки флюида с поверхности вглубь ствола скважины под высоким давлением. Такие применения включают, среди прочего, гидроразрыв пласта, цементирование и перекачку по гибким НКТ. В примере с операцией по гидроразрыву пласта для перекачки флюида, содержащего абразивные материалы, т.е. флюида для гидроразрыва пласта, по стволу скважины в намеченные районы ствола скважины для создания в стволе скважины трещин, идущих вбок, зачастую применяются многонасосные установки, содержащие несколько агрегатов.

Флюид для гидроразрыва пласта, как правило, составляется на буровой площадке в два этапа с использованием двух разных установок. В первую установку, обычно содержащую аппарат для перемешивания для геля, поступает технологический флюид, который перемешивается в ней с загустителем (например, гуаровой смолой) и/или любыми другими агентами, которые могут потребоваться. Далее загущенный технологический флюид перемещается (перекачивается) в блендер, где он смешивается с проппантом. Проппант служит для раскрытия трещин, а также для удержания раскрытости трещин по завершении закачки флюида. Далее флюид закачивается в ствол скважины с помощью насосной установки, содержащей несколько агрегатов. Кроме того, сухие и жидкие добавки других типов применяются в необходимых местах в потоке флюидов.

Каждая из этих установок - для смешивания геля, перемешивания проппанта и насосная установка, содержащая несколько агрегатов, может включать приводы, такие как электродвигатели и/или другие движущиеся части, которые вследствие потерь энергии генерируют тепло. Для поддержания допустимых условий эксплуатации это тепло отводится в теплопоглотитель. Простейшим способом отвода тепла является использование радиатора с воздушным охлаждением, так как к теплоносителю и теплопоглотителю (воздуху) имеется свободный доступ. В противоположность этому свободного доступа к жидким источникам и теплопоглотителям, как правило, нет, особенно на наземной поверхности. Вместе с тем, для радиаторов с воздушным охлаждением требуются дополнительные движущиеся части, создающие паразитную нагрузку на установки, т.е. нагрузку, необходимую для поддержания охлаждения оборудования, однако не участвующую каким-либо образом в производственном процессе.

Кроме того, радиаторы с воздушным охлаждением слишком громоздкие, тяжелые и создают сильный шум. Каждый из этих факторов может оказывать влияние на окружающую среду, влечь за собой увеличение занимаемой площади и может препятствовать возможности перемещения оборудования, для чего обычно требуются согласования по превышению установленного веса и/или на негабаритное оборудование, а также накладываются большие ограничения на маршруты возможных перевозок. Для морских вариантов исполнения вес и размер имеют первостепенное значение, и меньшие вес и габариты могут представлять собой конкурентное преимущество. Кроме того, в морских буровых установках для крупногабаритных радиаторов может потребоваться монтаж вдали от основного производственного оборудования (например, на несколько палуб выше места, где установлено основное производственное оборудование) вследствие их размеров, для чего необходим дополнительный охлаждающий флюид и гидравлические трубопроводы или линии электропередачи. Кроме того, радиаторы с воздушным охлаждением могут подвергаться воздействию предельных значений температуры окружающего воздуха и высотных отметок, которые могут ограничивать их эффективность.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Варианты реализации изобретения предусматривают системы и способы охлаждения технологического оборудования. В одном примере система включает теплообменник, принимающий поток технологического флюида из какого-либо источника. Теплообменник передает тепло от технологического оборудования, генерирующего тепло, технологическому флюиду. Далее технологический флюид перемешивается с добавками или иным образом подготавливается к подаче в забой скважины в соответствии с той операцией в стволе скважины, в которой он применяется. Ствол скважины как таковой действует в качестве теплопоглотителя, тогда как технологический флюид служит в качестве теплоносителя. Кроме того, эта система утилизирует тепло, которое в противном случае было бы отходящим теплом от компонентов, генерирующих тепло, и эффективно использует его для способствования процессам перемешивания и/или для поддержания температуры технологического флюида выше отрицательных значений в условиях низких температур окружающей среды. Такая система также может включать систему регулирования температуры, поддерживающую температуру нагретого технологического флюида в определенном диапазоне температур. Например, диапазон температур может быть выбран так, чтобы повысить эффективность процесса перемешивания добавок.

Тогда как в вышеприведенном описании сущности изобретения представлен один или более аспектов изобретения, эти и другие аспекты будет легче понять в подробностях, ознакомившись с нижеследующими графическими материалами и подробным описанием. Соответственно, данная сущность изобретения не носит ограничивающий характер для изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Прилагаемые графические материалы, которые включены в настоящее описание и составляют его часть, иллюстрируют вариант реализации настоящей методики и, наряду с описанием, служат для объяснения принципов настоящей методики. На фигурах:

Фиг. 1 иллюстрирует схематическое изображение системы подготовки и подачи флюидов внутрь ствола скважины в соответствии с вариантом реализации изобретения.

Фиг. 2 иллюстрирует схематическое изображение системы, где более детально показан вид установки производства флюида в соответствии с вариантом реализации изобретения.

Фиг. 3 иллюстрирует схематическое изображение системы, где показан еще один вариант реализации установки производства флюида.

Фиг. 4 иллюстрирует схематическое изображение системы, где показаны дополнительные детали подачи охлаждающего флюида в теплообменники в соответствии с вариантом реализации изобретения.

Фиг. 5 иллюстрирует схематическое изображение еще одной системы в соответствии с вариантом реализации изобретения.

Фиг. 6 иллюстрирует схематическое изображение еще одной системы в соответствии с вариантом реализации изобретения.

Фиг. 7 иллюстрирует технологическую схему способа охлаждения технологического оборудования в соответствии с вариантом реализации изобретения.

Следует отметить, что некоторые детали на фигурах упрощены и проиллюстрированы так, чтобы, скорее, способствовать пониманию вариантов реализации изобретения, а не в строгом соблюдении конструктивной точности, деталей и масштабов.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее приводится подробное описание вариантов реализации настоящего изобретения, примеры которых проиллюстрированы в прилагаемых графических материалах. В графических материалах и последующем описании, где это удобно, для обозначения одинаковых элементов используются одинаковые номера позиций. Следует понимать, что нижеследующее описание не предполагает исчерпывающего отображения всех примеров, а является всего лишь иллюстративным.

Фиг. 1 иллюстрирует схематическое изображение системы 100 производства и подачи флюидов внутрь ствола 102 скважины в соответствии с вариантом реализации изобретения. В иллюстрируемом варианте реализации изобретения система 100 может иметь компоновку для возможности выполнения операции по гидроразрыву пласта в стволе 102 скважины; вместе с тем, следует понимать, что система 100 может иметь компоновку также и для большого разнообразия других видов применения. Кроме того, система 100 может быть размещена вблизи буровой площадки, однако в других вариантах реализации изобретения вся система или часть ее может находиться вдали от буровой площадки. В одном из вариантов реализации изобретения система 100 может включать источник 104 флюида, который может включать один или более резервуаров, как проиллюстрировано на фигуре, содержащих воду, прочие компоненты, флюиды и/или тому подобное. Содержимое источника 104 флюида может быть названо ʺтехнологический флюидʺ; его можно комбинировать с другими материалами для создания необходимой вязкости, pH, состава и т.д. для подачи в ствол 102 скважины во время выполнения операции внутри ствола скважины, такой как гидроразрыв пласта. По меньшей мере в одном варианте реализации изобретения технологический флюид может подаваться в ствол 102 скважины при температуре ниже точки кипения технологического флюида.

Система 100 также может включать установку 106 производства флюида, в которую по впускному трубопроводу 108 может поступать технологический флюид из источника 104 флюида, и в которой технологический флюид комбинируется с одной или более добавками, такими как загустители, с тем чтобы образовывать загущенный технологический флюид. В установку 106 производства флюида также могут поступать добавки из расходного бака 110 с проппантом, который может быть перемешан с загущенным технологическим флюидом, таким образом, что технологический флюид образует флюид для гидроразрыва пласта. Соответственно, установка 106 производства флюида может выполнять функции установки производства геля и блендера проппанта. Кроме того, установка 106 производства флюида может быть помещена на прицеп или платформу одного грузовика, например, во время наземных операций; вместе с тем, в других вариантах реализации изобретения может быть использовано несколько грузовиков, передвижных грузовых платформ или других систем доставки и/или обслуживания.

Для поддержания этих функциональных возможностей установка 106 производства флюида может включать один или более блендеров, мешалок, насосов и прочее оборудование, которое может приводиться в действие, например, электродвигателем, дизельным двигателем, турбиной и т.д. Соответственно, установка 106 производства флюида может генерировать тепло, которое можно отводить во избежание аномально высоких температур. Таким образом, установка 106 производства флюида как таковая может включать теплообменник 112 для охлаждения блендеров, мешалок, насосов и/или связанных с ними приводов.

Теплообменник 112 может быть жидкостно-жидкостным или газо-жидкостным теплообменником любого типа, таким как, например, теплообменник пластинчатого, штифтового, змеевикового, спирального, кожухотрубчатого или другого типа. Кроме того, хотя на фигуре проиллюстрирован только один теплообменник, следует понимать, что теплообменник 112 может представлять несколько теплообменников, установленных последовательно или параллельно. В одном примере теплообменник 112 может иметь жидкостное соединение с технологическим оборудованием установки 106 производства флюида, например, с приводом технологического оборудования. В некоторых вариантах реализации изобретения в теплообменник 112 может поступать нагретый смазочный флюид от одной или более единиц оборудования установки 106 производства флюида, и/или может поступать нагретый охлаждающий флюид, циркулирующий в контуре охлаждения тех же или других компонентов установки 106 производства флюида. Соответственно, нагретые жидкости могут переносить тепло от технологического оборудования в теплообменник 112.

Для охлаждения нагретой смазочной/охлаждающей жидкости система 100 может перенаправлять по меньшей мере некоторое количество технологического флюида из источника 104 флюида в теплообменник 112 через впускной трубопровод 114. В теплообменнике 112 тепло может передаваться от нагретых жидкостей технологическому флюиду, таким образом охлаждая нагретую смазочную/охлаждающую жидкости, которые могут быть возвращены в технологическое оборудование в виде охлажденных жидкостей. Кроме того, перенаправленный технологический флюид, теперь разогретый вследствие тепла, полученного от нагретых жидкостей в теплообменнике 112, может быть возвращен, например, во впускной трубопровод 108 или в какое-либо другое подходящее место в системе 100, как будет более подробно описано далее.

Система 100 может дополнительно включать один или более насосов высокого давления (например, десять, как проиллюстрировано на фигуре: 116(1)-(10)), которые могут иметь жидкостное соединение друг с другом по одному или более общим коллекторам 118. Технологический флюид может перекачиваться под низким давлением, например, от около 60 фунтов/кв. дюйм (414 кПа) до около 120 фунтов/кв. дюйм (828 кПа), к насосам 116(1)-(10). Насосы 116(1)-116(10) могут перекачивать технологический флюид под высоким давлением в коллектор 118 по трубопроводам 122 высокого давления, отмеченным пунктирной линией. Высокое давление может быть задано в соответствии с видом применения, однако оно может составлять, например, от около 5000 фунтов/кв. дюйм (41,4 МПа) до около 15000 фунтов/кв. дюйм (124,2 МПа) при значениях скорости потока, например, от около 10 баррелей в минуту (баррелей/мин.) до около 100 баррелей/мин., хотя оба этих параметра могут иметь большой разброс значений. Давление, скорость потока и т.д. могут соответствовать разным номерам и/или размерам насосов 116(1)-(10) высокого давления; соответственно, хотя проиллюстрировано десять насосов 116(1)-(10), следует понимать, что может быть задействовано любое количество насосов высокого давления без ограничений, в любой конфигурации или схеме расположения.

В одном из вариантов реализации изобретения коллектор 118 может представлять собой или содержать прицеп для транспортировки снаряда или сам снаряд. Кроме того, в отдельном варианте реализации изобретения насосы 116(1)-(10) высокого давления могут быть плунжерными насосами; вместе с тем, в различных видах применения могут использоваться насосы других типов. Кроме того, не все насосы 116(1)-(10) высокого давления могут быть (хотя, кроме прочего, могут и быть) одного и того же типа или размеров.

Как в случае с установкой 106 производства флюида, при работе насосов 116(1)-(10) высокого давления может генерироваться тепло, которое, возможно, будет необходимо рассеивать или иным образом отводить от насосов 116(1)-(10), например, от приводов насосов 116(1)-(10). Соответственно, каждый из насосов 116(1)-(10) высокого давления может содержать один или более теплообменников 124(1)-(10) или быть выполненным с возможностью жидкостного соединения с ними. Теплообменники 124(1)-(10) могут быть жидкостно-жидкостными или газо-жидкостными теплообменниками, как, например, теплообменники пластинчатого, штифтового, змеевикового, спирального, кожухотрубчатого или другого типа. Кроме того, хотя для каждого из насосов 116(1)-(10) высокого давления указано по одному теплообменнику 124(1)-(10), следует понимать, что каждый теплообменник 124(1)-(10) может представлять собой два или более теплообменника, эксплуатируемых параллельно или последовательно, либо два или более насосов 116(1)-(10) могут иметь жидкостное соединение с совместно используемым теплообменником 124.

В каждый из теплообменников 124(1)-(10) может поступать нагретый флюид от одного или более других компонентов насоса 116(1)-(10) высокого давления, с которыми они имеют соединение, при этом нагретый флюид уносит тепло от насосов 116(1)-(10) высокого давления. Например, в теплообменники 124(1)-(10) может поступать нагретый смазочный флюид из смазочной системы одного или более компонентов. Кроме этого или вместо этого, в теплообменники 124(1)-(10) может поступать нагретый охлаждающий флюид, который может циркулировать по контуру охлаждающей жидкости одного или более компонентов насосов 124(1)-(10) высокого давления.

Для охлаждения нагретых жидкостей в теплообменниках 124(1)-1(10) в систему 100 через впускные трубопроводы 126(1) и 126(2) может поступать технологический флюид из источника 104 флюида. Хотя проиллюстрированы два ряда трубопроводов и два впускных трубопровода 126(1)-(2), следует понимать, что может быть использована любая конфигурация впускных трубопроводов 126 и любая схема расположения насосов 116(1)-(10) высокого давления. Технологический флюид через впускные трубопроводы 126(1)-(2) может подаваться в теплообменники 124(1)-(10), расположенные, например, параллельно. После передачи тепла от нагретых жидкостей в теплообменники 124(1)-(10) разогретый технологический флюид может быть возвращен во впускной трубопровод 108 (или любое другое место в системе 100) по возвратным трубопроводам 128(1) и 128(2), как будет более подробно описано далее.

Таким образом, технологический флюид во впускном трубопроводе 108 может содержать технологический флюид, который поступил в теплообменник 112 и/или один или более теплообменников 124(1)-(10) с тем чтобы охлаждать технологическое оборудование, в дополнение к технологическому флюиду, который не был использован для охлаждения технологического оборудования, который может быть возвращен в источник 104 флюида по трубопроводам 130(1)-(4). Кроме того, этот технологический флюид во впускном трубопроводе 108 может быть подан в установку 106 производства флюида, где он может перемешиваться/смешиваться с загустителями, проппантом и т.д., далее перекачиваться в насосы 116(1)-(10) высокого давления, в коллектор 118 и затем подаваться в ствол 102 скважины. Как таковой, технологический флюид, подаваемый в ствол 102 скважины для выполнения операции в стволе скважины (например, для гидроразрыва пласта), в варианте реализации изобретения также используется для охлаждения установки 106 и насосов 116(1)-(10) высокого давления. Таким образом, сам технологический флюид, помещенный в ствол 102 скважины для выполнения одной или более операций в стволе скважины (например, для гидроразрыва пласта), действует как основной теплопоглотитель для технологического оборудования. Могут также иметь место вторичные потери в атмосферу, например, с поверхностей труб, до его поступления в основной теплопоглотитель, т.е. ствол 102 скважины.

Следует понимать, что технологический флюид может быть перенаправлен в теплообменники 112, 124(1)-(10) с любого подходящего места в системе 100. Например, технологический флюид может быть перенаправлен к одной или более точкам ниже по потоку от установки 106 производства флюида и/или ниже по потоку от одного или более его перемешиваемых компонентов, а не вверх по линии от установки 106 производства флюида и не в дополнение к этому, как проиллюстрировано на фигуре. В таких вариантах реализации изобретения технологический флюид, который может перемешиваться с загустителями, проппантом и/или другими добавками, может циркулировать по теплообменникам 112 и/или 124(1)-(10), что может предотвратить подачу нагретого технологического флюида в установку 106 производства флюида и/или насосы 116(1)-(10) высокого давления. Кроме того, могут применяться различные процессы, конструкции и/или устройства для снижения вероятности засорения теплообменников 112, 124(1)-(10), такие как систематически применяемый противоток, использование соляной кислоты (HCL) для удаления накипи и т.д..

Фиг. 2 иллюстрирует схематическое изображение системы 100, более детально отображая вид установки 106 производства флюида в соответствии с вариантом реализации изобретения. Как описано выше, система 100 содержит источник 104 флюида технологического флюида, расходный бак 110 с проппантом, один или более насосов 116 высокого давления и один или более теплообменников 124, имеющих жидкостное соединение с насосами 116 высокого давления или входящих в их состав. Кроме того, как также описано выше, установка 106 содержит теплообменник 112 или соединена с ним.

Если теперь более подробно рассмотреть установку 106 в соответствии с вариантом реализации изобретения, можно видеть, что установка 106 может включать подпиточный (или ʺразрежающийʺ) насос 200, который может быть соединен с источником 104 флюида таким образом, чтобы из него поступал технологический флюид через впускной трубопровод 114. Подпиточный насос 200 может перекачивать технологический флюид в теплообменник 112. Кроме того, подпиточный насос 200 может включать одно или более устройств, генерирующих тепло, таких как электродвигатели, двигатели внутреннего сгорания, турбины и т.д.

Управление скоростью потока технологического флюида в различных трубопроводах системы 100, как будет дополнительно описано ниже, и его комбинированием с другими потоками, например, технологического флюида из источника 104, может осуществляться системой регулирования температуры. Система регулирования температуры может включать различные температурные датчики, расходомеры и/или вентили (например, перепускные вентили, регулирующие вентили, обратные вентили и т.д.), как будет также более подробно описано ниже. Датчики и расходомеры могут служить устройствами ввода для системы управления, выполняя сбор данных о рабочем состоянии системы 100. В свою очередь, рабочее состояние системы 100, в том числе температура технологического флюида в различных трубопроводах, может быть изменено путем изменения положения вентилей системы управления. Кроме того, также могут быть обеспечены изменения скорости потока, и, таким образом, потенциальные изменения температуры, путем изменения частоты вращения одного или более насосов системы 100, например, подпиточного насоса 200, тем или иным образом известных в данной области техники.

Функции принятия решений системы управления могут выполняться пользователем, например, путем снятия показаний измерительных приборов, производимого устройствами ввода, и, далее, манипулирования вентилями. В других вариантах реализации изобретения система управления может эксплуатироваться автоматически с компьютерным манипулированием вентилями в ответ на вводимые данные в соответствии, например, с предварительно запрограммированными правилами, алгоритмами и т.д.

Возвращаясь к установке 106, проиллюстрированной на Фиг. 2, управление скоростью потока технологического флюида, перекачиваемого в теплообменник 112, может осуществляться при помощи перепускного вентиля 202, который может быть установлен параллельно с теплообменником 112. Перепускной вентиль 202 может способствовать перекачке жидкости помимо теплообменника 112, например, для целей обеспечения более высокой пропускной способности, чем та, что обеспечивается перекачкой через теплообменник 112. В отдельном варианте реализации изобретения скорость потока через впускной трубопровод 114 может быть минимальной скоростью потока, необходимой для охлаждения, задаваемой теплообменником 112.

После прокачки через перепускной вентиль 202 и теплообменник 112 технологический флюид может поступать в трубопровод 203. Управление скоростью потока технологического флюида в трубопроводе 203 может осуществляться с помощью вентиля 205, которым можно манипулировать в качестве реакции на замеры, выполняемые расходомером 207, с помощью манипулирования частотой вращения насоса 200, либо обоими способами. В технологический флюид в трубопроводе 203 далее может быть добавлен нагретый технологический флюид из трубопровода 204, отходящий от обратного регулирующего вентиля 208, затем эта комбинация перемещается по трубопроводу 206. Скорость потока нагретого технологического флюида в трубопроводе 204 может быть замерена с помощью расходомера 212. Движение к обратному регулирующему вентилю 208 и от него будет более подробно описано далее. После добавления флюида общая требуемая скорость потока их смеси в трубопроводе 206 может представлять собой сумму значений скорости потока из трубопровода 203 и из трубопровода 204. Кроме того, регулирование соотношения значений скорости потока из трубопровода 203 и из трубопровода 204 может осуществляться путем манипулирования обратным регулирующим вентилем 208, как будет также более подробно описано далее.

Установка 106 производства флюида также может включать одну или более установок для перемешивания (проиллюстрированы две из них: 214 и 216). Установка 214 для перемешивания может быть предусмотрена для диспергирования и перемешивания геля, и в данной заявке она может упоминаться под названием ʺустановка для перемешивания геляʺ 214. Установка 214 для перемешивания геля может включать одно или более устройств, генерирующих тепло, таких как электродвигатели, двигатели внутреннего сгорания, турбины и т.д., выполненных с возможностью приведения в действие насосов, мешалок и т.д. Кроме того, в установку 214 для перемешивания геля может поступать загуститель из источника (например, бункера) 215, в ней может перемешиваться технологический флюид с загустителем, и из нее может перекачиваться загущенный технологический флюид.

Другая установка 216 для перемешивания может являться блендером для замешивания проппанта в загущенный технологический флюид, и в данной заявке она может упоминаться под названием ʺустановка для перемешивания проппантаʺ 216. В установку 216 для перемешивания проппанта может поступать проппант из расходного бака 110 с проппантом для его перемешивания с технологическим флюидом ниже по потоку от установки 214 для перемешивания геля. Соответственно, установка 216 для перемешивания проппанта также может включать одно или более устройств, генерирующих тепло, таких как электродвигатели, дизельные двигатели, турбины, насосы, мешалки, рабочие лопатки и т.д., например, для того, чтобы замешивать проппант в технологический флюид, транспортировать технологический флюид по системе 100 и т.д.

Насос 200 и одна из двух или обе установки 214, 216 для перемешивания могут иметь жидкостное соединение с теплообменником 112. Для иллюстративных целей установка 214 для перемешивания геля проиллюстрирована выполненной с жидкостным соединением с теплообменником, однако в настоящей заявке однозначно предусмотрена возможность соединения установки 216 для перемешивания проппанта и/или насоса 200 с теплообменником 112 или с другим теплообменником с конфигурацией, аналогичной теплообменнику 112. В иллюстрируемом варианте реализации изобретения установка 214 для перемешивания геля может подавать нагретый охлаждающий/смазочный флюид от одного или более ее компонентов в теплообменник 112, который может передавать тепло от нее технологическому флюиду, поступающему от насоса 200. Разогретый охлаждающий/смазочный флюид может таким образом охлаждаться, генерируя охлажденный флюид, возвращаемый в установку 214 для перемешивания геля как часть замкнутого или полузамкнутого контура охлаждающего флюида.

Кроме того, в установку 214 для перемешивания геля по трубопроводу 219 может поступать технологический флюид от трехходового регулирующего вентиля 218, управление которым может осуществляться вручную или при помощи компьютера. Технологический флюид может поступать в регулирующий вентиль 218 из двух мест: из источника 104 технологического флюида по впускному трубопроводу 108 и из теплообменников 124 по трубопроводу 217, который соединен с обратным трубопроводом(-ами) 128, соединенным с теплообменниками 124. Как указано в отношении Фиг. 1, технологический флюид может поступать в теплообменник(-и) 124 по впускному(-ым) трубопроводу(-ам) 126. В одном примере регулирующий вентиль 218 может регулировать поток технологического флюида из впускного трубопровода 108 и трубопровода 217, например, на основании температуры, таким образом, что соотношение значений скорости потока во впускном трубопроводе 108 и трубопроводе 217 приводит к тому, что технологический флюид в трубопроводе 219 имеет температуру, находящуюся в диапазоне температур, подходящих для перемешивания геля, в установке 214 для перемешивания геля. По меньшей мере в одном варианте реализации изобретения максимальная температура в диапазоне подходящих температур может быть ниже точки кипения технологического флюида.

Например, установка 106 производства флюида также может включать температурные датчики 220, 221, 222, 223. Температурные датчики 220-223 могут быть выполнены с возможностью измерения температуры соответственно в трубопроводах 219, 217, 108 и 206. Температура технологического флюида в трубопроводе 217 может быть поднята путем передачи тепла от теплообменников 124. В некоторых случаях наличие такого технологического флюида с повышенной температурой может быть полезным, поскольку разогретый технологический флюид может способствовать ускорению процесса гидратации геля в установке 214 для перемешивания геля.

В условиях низких температур окружающей среды система 100 может быть использована для оперативного нагрева технологических флюидов до минимальной температуры, способствующей перемешиванию геля, таким образом снижая или предотвращая нагрев технологических флюидов от дополнительного оборудования, такого как нагретые масленки. Кроме того, утилизированное тепло от устройств, генерирующих тепло, (например, насоса 200, установок 214, 216 для перемешивания и/или насосов 116), которое в противном случае могло бы быть утеряно в окружающую среду, может быть использовано для предотвращения застывания технологических флюидов в трубопроводах, и/или в некоторых случаях также может быть утилизировано для других целей (например, для генерации электроэнергии, отопления, энергоснабжения термодинамических циклов охлаждения и т.д.).

Вместе с тем, в некоторых примерах температура технологического флюида, поступающего от теплообменников 124, может быть выше, чем необходимо, что может затруднять определенные процессы перемешивания в системе 100, например, в установках 214, 216 для перемешивания. Соответственно, регулятор (человек или компьютер), управляющий системой регулирования температуры, может определять, что температура в трубопроводе 219, замеряемая датчиком 220, превышает значение заранее заданной целевой температуры или диапазона температур, и может манипулировать регулирующим вентилем 218, повышая или понижая скорость потока технологического флюида непосредственно из источника 104 флюида и от теплообменников 124. В некоторых случаях необходимость в датчиках 221 и/или 222 может отсутствовать, при этом ответного сигнала от датчика 220 достаточно для информирования регулятора (человека или компьютера), следует ли повышать или понижать скорость потока в трубопроводе 217 либо во впускном трубопроводе 108. Кроме того, датчики 221 и/или 222 могут быть установлены соответственно в теплообменнике 124 или источнике 104 флюида.

Регулирующий вентиль 218 может быть пропорциональным. Таким образом, увеличение скорости потока технологического флюида во впускном трубопроводе 108 может привести к понижению скорости потока технологического флюида по трубопроводу 217. Если скорость потока флюида по трубопроводу 217 понижена, часть технологического флюида, поступающего от теплообменников 124 по возвратному трубопроводу 128, может подаваться на обратный регулирующий вентиль 208, а затем обратно в источник 104 флюида по обратному трубопроводу 210 и/или в трубопровод 204, который совмещается с трубопроводом 203 ниже по потоку от теплообменника 112. В одном из вариантов реализации изобретения скорость потока в трубопроводе 204 может быть основной скоростью потока, задающей скорость потока в трубопроводе 203 для целей получения необходимой общей скорости потока в трубопроводе 206. При этом также считается, что минимальная скорость потока в трубопроводе 203 равна минимальной скорости потока для охлаждения во впускном трубопроводе 114, как поясняется выше.

Во многих случаях поток со скоростью от минимального до нулевого значения может быть возвращен назад в источник 104 флюида по обратному трубопроводу 210. Таким образом, скорость потока в трубопроводе 128 (от теплообменников 124) может равняться целевой скорости потока в трубопроводе 206, меньшей, чем скорость потока в трубопроводе 203. Соответственно, обратный регулирующий вентиль 208 может пропорционально уменьшать или увеличивать поток в трубопроводе 204 для достижения целевой скорости потока и уменьшения или увеличения потока в обратном трубопроводе 210 по мере необходимости.

Существует несколько условий, при которых применяется противоток по обратному трубопроводу 210. Например, если температура в трубопроводе 206 превышает пороговое значение, что негативно сказывается на процессе перемешивания вследствие повышенной температуры флюида из трубопровода 128, часть нагретого технологического флюида в трубопроводе 128 может быть направлена назад в источник 104 флюида. В таком случае соотношение потока в трубопроводе 204 и потока в трубопроводе 210 может быть задано в соответствии с минимально допустимым потоком в трубопроводе 204 для целей поддержания температуры в трубопроводе 206 ниже порогового значения, при этом любое количество флюида, превышающее этот объем, возвращается назад в источник 104 флюида по обратному трубопроводу 210.

Еще один пример, в котором может быть применен противоток по обратному трубопроводу 210, может иметь место, когда условия в теплообменнике 124 требуют необходимость наличия некоторого избыточного потока из трубопровода 128, т.е., когда необходимая общая скорость потока смеси в трубопроводе 206, меньшая скорости потока на входе в трубопровод 203, ниже скорости потока в трубопроводе 128. Такой избыточный поток может быть возвращен назад в источник 104 флюида по обратному трубопроводу 210. В одном из вариантов реализации изобретения комбинирование конструкции и элементов управления может предельно снизить или предотвратить рециркуляцию нагретого технологического флюида назад в источник 104 флюида, например, во избежание воздействия на температуру технологического флюида в источнике 104 технологического флюида. Кроме того, следует понимать, что манипулирование каждым из вентилей 208, 218 может повлиять на положение остальных вентилей. Соответственно, установку вентиля в то или иное положение можно оптимизировать с помощью прямого моделирования, управления последовательностью работы вентилей, либо методом проб и ошибок.

Технологический флюид, поступающий по трубопроводу 219 в установку 214 для перемешивания геля, после его перемешивания с загустителями может перекачиваться из установки 214 для перемешивания геля по трубопроводу 230 и комбинироваться с технологическим флюидом в трубопроводе 206, например, в точке 231 ниже по потоку от теплообменника 112, например, ниже по потоку от температурного датчика 223. Расходомер 232 может измерять скорость потока загущенного технологического флюида, перекачиваемого из установки 214 для перемешивания геля. Соответственно, комбинация скорости потока в трубопроводе 206, которая является суммой скорости потока, замеряемой расходомером 207 и расходомером 212, и скорости потока загущенного технологического флюида в трубопроводе 230, замеряемой расходомером 232, может представлять собой комбинированную скорость потока технологического флюида, т.е. ниже по потоку от точки 231.

Технологическим флюидом в трубопроводе 206 может быть вода, которая разбавляет концентрированный загущенный технологический флюид из трубопровода 230 в точке 231, в результате чего будет получен разбавленный загущенный технологический флюид в трубопроводе 240. Разбавленный загущенный технологический флюид может поступать по трубопроводу 240 в резервуар 234. Резервуар 234 может служить в первую очередь в качестве напорного бака для обеспечения достаточной высоты всасывания для установки 216 для перемешивания проппанта, согласно по меньшей мере одному варианту реализации изобретения. Разбавленный загущенный технологический флюид может подаваться из резервуара 234 в установку 216 для перемешивания проппанта, в которой разбавленный загущенный технологический флюид может комбинироваться с проппантом, образуя при этом флюид для гидроразрыва пласта. Флюид для гидроразрыва пласта может затем подаваться на насосы 116 высокого давления и далее в ствол 102 скважины (например, по коллектору 118, см. Фиг. 1).

Фиг. 3 иллюстрирует схематическое изображение системы 100, где проиллюстрирован еще один вариант реализации установки 106 производства флюида. Вариант реализации установки 106 производства флюида с Фиг. 3 может быть в целом сходным с вариантом с Фиг. 2; вместе с тем, расположение и конфигурация теплообменника 112 могут иметь отличия. Как проиллюстрировано на Фиг. 3, теплообменник 112 может быть установлен в резервуаре 234 и иметь жидкостное соединение с установкой 214 для перемешивания геля в точках A и B. В других вариантах реализации изобретения теплообменник 112 может иметь жидкостное соединение с установкой 216 для перемешивания проппанта и/или с насосом 200 вместо жидкостного соединения с установкой 214 для перемешивания геля или в дополнение к нему. Помещение теплообменника 112 в резервуар 234 может уменьшить общую занимаемую площадь установки 106 путем совмещения площади, занимаемой резервуаром 234 и теплообменником 112.

В данном варианте реализации изобретения теплообменник 112 может включать пластины или трубчатку 250, погруженные в разбавленный загущенный технологический флюид, содержащийся в резервуаре 234. Пластины или трубчатка 250 могут быть выполнены с возможностью быстрой передачи тепла от них окружающему технологическому флюиду, который может быть перемешиваем, перемещаем или находиться в статическом состоянии. Кроме того, по мере отвода технологического флюида из резервуара 234 к подаче в установку 216 для перемешивания проппанта и, наконец, в забой скважины, также может отводиться тепло, передаваемое технологическому флюиду от теплообменника 112. Кроме того, пластины или трубчатка 250 могут иметь зазор порядка приблизительно 1 дюйм (2,54 см) или более, с тем чтобы обеспечить возможность транспортировки разбавленного загущенного технологического флюида с повышенной вязкостью с одновременным снижением вероятности закупорки, засорения обломками (камнями, песком и т.д.) и тому подобного. Другие приемы борьбы с засорением, таким, как вызванное осаждением частиц на теплопередающие поверхности теплообменника 112, подвергающегося воздействию разбавленного загущенного технологического флюида, могут включать использование супергидрофобных/суперолеофобных покрытий, очистку форсунок и принудительную вибрацию. Для борьбы с засорением к флюиду, протекающему через пластины/трубчатку 250, могут быть применены приемы очистки, такие как систематически применяемый противоток, использование соляной кислоты (HCL) для удаления накипи и т.д.

Для охлаждения охлаждающего флюида, смазочного флюида и т.д. они могут прокачиваться через теплообменник 112 (т.е. через пластины или трубчатку 250), как проиллюстрировано на Фиг. 2. В других вариантах реализации изобретения система 100 с Фиг. 1 или 2 может содержать один или более промежуточных жидкостно-жидкостных (или любого другого типа) теплообменников для передачи тепла от вспомогательных контуров в основной контур охлаждающего флюида, включающий теплообменник 112, с тем чтобы предотвращать транспортировку больших объемов смазки и т.д. от установки 214 для перемешивания геля.

Фиг. 4 иллюстрирует схематическое изображение системы 100, на котором проиллюстрированы дополнительные детали технологического флюида, подаваемого в теплообменники 124(1)-(10) в соответствии с вариантом реализации изобретения. Как проиллюстрировано на фигуре, система 100 может содержать узел 300 вспомогательных насосов, которые могут быть установлены на впускном трубопроводе 126, отходящем от источника 104 технологического флюида к теплообменникам 124(1)-(10). В одном из вариантов реализации изобретения узел 300 вспомогательных насосов может включать один или более насосов, например, два насоса 301, 302, выполненных с возможностью параллельной работы. В некоторых случаях насосы 301, 302 могут быть дублирующими, таким образом, что один насос может быть изъят из узла 300 вспомогательных насосов для техобслуживания, в то время как другой выполняет функции перекачки узла 300 вспомогательных насосов. Кроме того, узел 300 вспомогательных насосов (например, насосы 301, 302) может срабатывать в некотором множестве уставок внутри диапазона значений частоты вращения, так, чтобы можно было осуществлять управление объемом технологического флюида, перекачиваемого из источника 104 флюида. Кроме того, узел 300 вспомогательных насосов может обладать возможностями обработки жидкостей, такими как фильтрование взвешенных частиц, для снижения вероятности засорения теплообменников 124(1)-(10).

Узел 300 вспомогательных насосов может подавать технологический флюид через впускной трубопровод 126, который может разделяться на впускные трубопроводы 126(1) и 126(2) и на теплообменники 124(1)-(10), установленные, например, параллельно. После передачи тепла от теплообменников 124(1)-(10) технологический флюид может покидать теплообменники 124(1)-(10) и перемещаться далее по возвратным трубопроводам 128(1) и 128(2) к установке 106 (более подробно описано выше). Вместо или в дополнение к централизованному узлу 300 насосов один, несколько или каждый из теплообменников 124(1)-(10) могут быть соединены с отдельным насосом или иметь его в своем составе, который может находиться среди насосов 116(1)-(10) высокого давления и предназначаться для циркуляции флюида через теплообменник 124(1)-(10), к которому он имеет подключение.

Следует понимать, что впускной трубопровод 126, разветвляющийся на трубопроводы 126(1) и 126(2), и возвратный трубопровод 128, разветвляющийся на трубопроводы 128(1) и 128(2), являются всего лишь одним примером среди множества возможных. Например, трубопроводы 126, 128 могут не разветвляться, а быть проложенными между рядами насосов 116(1)-(10), например, физически параллельно друг другу, при этом более нагретый возвратный трубопровод 128 расположен выше по вертикали над впускным трубопроводом 126 охлаждающей жидкости. В других вариантах реализации изобретения впускной трубопровод 126 и возвратные трубопроводы 128 могут разветвляться на три и более трубопроводов.

Система 100 также может включать датчики температуры на впускном и обратном трубопроводах 304, 306, устанавливаемые соответственно во впускном трубопроводе 126 и возвратном трубопроводе 128 и выполненные с возможностью измерения в них температуры технологического флюида. В некоторых случаях датчик температуры в обратном трубопроводе 306 может быть представлен датчиком 221, проиллюстрированном на Фиг. 2 и описанном со ссылкой на нее, однако в других случаях может быть представлен отдельно от него. Датчики температуры на впускном и обратном трубопроводах 304, 306 могут обеспечивать информацию о работе, которая может быть использована для управления узлом 300 вспомогательных насосов, например, для увеличения или понижения скорости потока.

В одном примере разность температур, индицируемая датчиками 306 и 304, может означать повышение температуры в теплообменниках 124(1)-(10). Управление таким повышением температуры может осуществляться путем манипулирования уставкой, и, таким способом - пропускной способностью узла 300 вспомогательных насосов, в расчетных пределах температуры и потока, как поясняется выше со ссылкой Фиг. 2. Кроме того, датчики температуры на впускном трубопроводе 304 могут обеспечивать данные, связанные с окружающими условиями, которые могут снабжать регулятор системы 100 информацией относительно воздействия, оказываемого увеличением или понижением скорости потока на температуру в обратном трубопроводе.

Фиг. 5 иллюстрирует схематическое изображение еще одной системы 500 в соответствии с вариантом реализации изобретения. Система 500 может представлять собой, например, универсальную систему подачи флюида, которая может подавать технологический флюид любого типа внутрь ствола скважины 502. Система 500 может содержать источник 504 технологического флюида, например, рассола, бурового раствора, воды и т.д., и может содержать прочие флюиды, растворы, взвешенные частицы и т.д.

Технологический флюид может поступать из источника 504 в насос 506, который может быть представлен двумя или более насосами, эксплуатируемыми последовательно или параллельно. Технологический флюид может подкачиваться насосом 506 к одному или более насосам 510 высокого давления, где технологический флюид может закачиваться в ствол скважины 502 под высоким давлением. Технологический флюид также может применяться для охлаждения компонентов системы 500, генерирующих тепло. Например, часть технологического флюида может быть перенаправлена из магистрального трубопровода 507 в трубопровод 512.

Для перенаправленного технологического флюида может быть предусмотрен один или более теплообменников (например, теплообменники 514(1), 514(2), ..., 514(N)), как проиллюстрировано на фигуре. Теплообменники 514(1)-(N) могут быть жидкостно-жидкостными и/или газо-жидкостными теплообменниками и могут иметь жидкостное соединение с компонентами, генерирующими тепло, насоса 506, насосов 510 высокого давления и/или любыми другими компонентами системы 500. Соответственно, в теплообменники 514(1)-(N) может поступать нагретый флюид (например, смазочное масло, охлаждающий флюид и т.д.) от компонентов, генерирующих тепло, и отдавать тепло технологическому флюиду, поступающему по трубопроводу 512. Технологический флюид, прошедший через один или более теплообменников 514(1)-(N), может далее быть возвращен через возвратный трубопровод 516 в магистральный трубопровод 507 и закачан в насосы 510 высокого давления или в любую другую точку в магистральном трубопроводе 507. Для регулирования скорости потока через теплообменники 514(1)-(N) может быть предусмотрен регулирующий вентиль 518.

Управление перенаправлением технологического флюида в трубопровод 512 может осуществляться системой регулирования температуры, выполненной с возможностью поддержания температуры технологического флюида в диапазоне допустимых значений температуры. Например, система регулирования температуры может включать регулирующий вентиль 518. Система регулирования температуры также может иметь электрическое подключение к насосу 506, с тем чтобы регулировать частоту его вращения, и, таким образом - скорость потока через него любым подходящим способом. Диапазон температур может включать значения температур технологического флюида, при которых повышается эффективность перемешивания. Кроме того, нижняя часть диапазона может превышать точку застывания технологического флюида, в то время как верхняя часть быть ниже точки кипения технологического флюида и может, например, быть ниже температур, которые могут негативно сказываться на эффективности перемешивания, рабочих характеристиках системы 500 и т.д.

Фиг. 6 иллюстрирует схематическое изображение еще одной системы 600 в соответствии с вариантом реализации изобретения. Система 600 также может быть выполнена с возможностью подачи цемента внутрь ствола скважины 602. Система 600 может включать источник 604 технологического флюида, который может представлять собой или включать в свой состав один или более резервуаров, содержащих флюид, например, воду. Система 600 также может, как правило, включать мерный бак 606, один или более насосов (на фигуре проиллюстрированы два: 608, 610), один или более теплообменников (например, 612(1), 614(2), ..., (N)), цементосмесительную машину 614 и один или более насосов 616 высокого давления.

Технологический флюид может подаваться в мерный бак 606 из источника 604 технологического флюида. Из мерного бака 606 технологический флюид может поступать в насосы 608, 610, которые могут быть расположены параллельно, как проиллюстрировано на фигуре, или последовательно, либо каждый из них может представлять собой два или более насосов, расположенных в любой конфигурации. От насосов 608, 610 флюид может подаваться к теплообменникам 612(1)-(N).

От теплообменников 612(1)-(N) технологический флюид может подаваться к цементосмесительной машине 614. Цементосмесительная машина 614 может включать один или более насосов, эжекторов, мешалок и т.д.; она может приводиться в действие одним или более электродвигателями, дизельными двигателями, турбинами или другими приводами, любой из которых может генерировать тепло. В цементосмесительной машине 614 технологический флюид может комбинироваться с сухими и/или жидкими добавками, такими как цемент, отверждающие реагенты, противопенные присадки и т.д., например, из такого источника подачи, как бункер 613, таким образом, что технологический флюид превращается в цементный раствор. Технологический флюид может затем подаваться на один или более насосов 616 высокого давления и закачиваться в ствол скважины 602. Насосы 616 высокого давления также могут содержать приводы и/или другие компоненты, генерирующие тепло.

Компоненты насосов 616 высокого давления, цементосмесительной машины 614 и/или насосов 608, 610, генерирующие тепло, могут иметь жидкостное соединение с нагретой стороной одного или более теплообменников 612(1)-(N). Соответственно, технологический флюид, проходящий через теплообменники 612(1)-(N), может образовывать их холодную сторону, таким образом, что перенос тепла производится от нагретой стороны за пределы системы 600 по мере подачи технологического флюида в ствол скважины 602.

Утилизация тепла от компонентов, генерирующих тепло, может быть полезной для способствования смешиванию в цементосмесительной машине 614 и/или для предотвращения застывания технологического флюида в системе 600. Это может быть учтено для задания диапазона значений скорости потока для теплообменников 612(1)-(N). Управление скоростью потока к цементосмесительной машине 614 может осуществляться с помощью регулирующих вентилей 620 и 625, дозирующих пропорции потока по трубопроводу 618 и через теплообменники 612(1)-(N). Вентили 620, 625 могут быть установлены так, чтобы обеспечить поступление надлежащего потока к теплообменникам 612(1)-(N), что должно привести к значительной передаче тепла, а если общая скорость потока через теплообменники будет ниже необходимого значения, по трубопроводу 618 может быть произведено пополнение флюида.

Вентили 620, 625 могут образовывать часть системы регулирования температуры и предназначаться для поддержания температуры технологического флюида в диапазоне допустимых значений. Система регулирования температуры также может быть соединена с насосами 608, 610, с тем чтобы регулировать их частоту вращения, и, таким образом, скорость потока через них, любым подходящим способом. Диапазон температур может включать значения температур технологического флюида, при которых повышается эффективность перемешивания. Кроме того, нижняя часть диапазона может превышать точку застывания технологического флюида, в то время как верхняя часть быть ниже точки кипения технологического флюида и может, например, быть ниже температур, которые могут негативно сказываться на эффективности перемешивания, рабочих характеристиках системы 600 и т.д.

Кроме того, в некоторых случаях насосы 616 высокого давления могут простаивать, т.е. не выполнять активную закачку цемента в ствол скважины 602. Соответственно, передача тепла в теплообменники 612(1)-(N) может быть минимальной, поскольку нагретый флюид может подаваться при низких температурах, сравнительно с ситуацией, когда насосы 616 высокого давления эксплуатируются при увеличенных скоростях потока под нагрузкой, а также, помимо этого, потребности в технологическом флюиде для цементосмесительной машины 614 также могут быть минимальными. Таким образом, по меньшей мере некоторое количество технологического флюида может быть возвращено из места ниже по потоку от теплообменников 612(1)-(N) назад в мерные баки 606, например, по рециркуляционному трубопроводу 622, управление которым может осуществляться при помощи регулирующего вентиля 624.

Фиг. 7 иллюстрирует технологическую схему способа 700 охлаждения технологического оборудования в соответствии с вариантом реализации изобретения. Способ 700 может заключаться в работе одной или более систем 100, 500, 600 и/или одного или более вариантов их реализации, описанных выше со ссылкой на любую из Фиг. 1-6. Соответственно, способ 700 описан в настоящей заявке со ссылкой; вместе с тем, следует понимать, что это сделано единственно для целей иллюстрации. Способ 700 не сводится к той или иной конкретной конструкции, если иное не предусмотрено в настоящей заявке.

Способ 700 может включать поступление технологического флюида из источника 104 технологического флюида, как указано в блоке 702. Способ 700 также может включать передачу тепла от технологического оборудования технологическому флюиду, таким образом, что образуется нагретый технологический флюид, как указано в блоке 704. Например, теплообменники 112, 124 могут иметь жидкостное соединение с источником 104 технологического флюида, таким образом, что из него поступает технологический флюид. Теплообменники 112, 124 также могут иметь жидкостное соединение с технологическим оборудованием, например, соответственно с установкой 214 для перемешивания и насосами 116 высокого давления. В теплообменники 112, 124 может поступать нагретый флюид от технологического оборудования, они могут отдавать тепло технологическому флюиду и возвращать охлажденный флюид в технологическое оборудование, охлаждая таким образом технологического оборудования.

Кроме того, способ 700 может включать регулирование температуры технологического флюида, как указано в блоке 706. Например, способ 700 может включать один или более регулирующих вентилей, например, 208 и/или 218, которые могут регулировать скорость потока между теплообменниками 112 и/или 124 и любыми другими компонентами систем 100, 500, 600, в том числе источником 104 технологического флюида.

В одном конкретном примере в блоке 704 регулирование температуры технологического флюида может включать смешивание нагретого технологического флюида (т.е. ниже по потоку от одного или обоих теплообменников 112, 124) с охлажденным технологическим флюидом, например, непосредственно из источника 104 флюида. Например, регулирование температуры может включать определение того, превышает ли температура нагретого технологического флюида вверх по линии от установки 214 для перемешивания и ниже по потоку от теплообменника 124 пороговое значение температуры. В качестве реакции на это способ 700 может включать комбинирование нагретого технологического флюида с технологическим флюидом, имеющим более низкую температуру, например, непосредственно из источника 104 флюида, таким образом, что производится комбинированный технологический флюид, температура которого ниже температуры нагретого технологического флюида до начала комбинирования. Кроме того, температуру комбинированного технологического флюида можно контролировать (например, с помощью датчика 220 на Фиг. 2) и манипулировать ею путем регулирования скоростей потока нагретого технологического флюида и технологического флюида с более низкой температурой, например, регулированием дозировки пропорций с помощью регулирующего вентиля 218 (Фиг. 2).

Кроме того, регулирование температуры в блоке 706 также может включать применение противотока по меньшей мере некоторого количества технологического флюида в источник 104 технологического флюида. Например, регулирование температуры в блоке 706 может включать применение противотока к источнику 104 технологического флюида по меньшей мере некоторого количества технологического флюида, проходящего через теплообменник 124, или применение противотока технологического флюида, проходящего через теплообменник 112, или обоих этих флюидов (например, через обратный вентиль 208 с Фиг. 2).

Способ 700 также может включать подмешивание добавок к технологическому флюиду, как указано в блоке 708. Такие добавки могут включать загустители, проппант и т.д. Например, добавки могут подмешиваться к технологическому флюиду с использованием одной из установок 214, 216 для перемешивания. В одном из вариантов реализации изобретения технологический флюид может быть нагрет в одном или обоих теплообменниках 112, 124 до его поступления в установку для перемешивания, например, установку 214 для перемешивания геля.

В одном из вариантов реализации изобретения, например, в варианте реализации системы 600, проиллюстрированной на Фиг. 6, способ 700 также может включать поступление технологического флюида в мерный бак 606 из источника 604 технологического флюида. Технологический флюид также может быть возвращен назад в мерный бак 606 после его циркуляции через теплообменники 612(1)-(N), например, во время простоя насосов 616 высокого давления. Кроме того, способ 700 может включать смешивание по меньшей мере части технологического флюида с цементом и выполнение операции цементирования с помощью по меньшей мере части нагретого технологического флюида.

Способ 700 также может включать подачу технологического флюида в ствол 102 скважины, как указано в блоке 710. Например, подача технологического флюида может включать выполнение операции по гидроразрыву пласта, операции цементирования или любой другой операции в стволе 102 скважины с помощью технологического флюида.

Хотя настоящая методика была проиллюстрирована в отношении одного или более вариантов реализации изобретения, в иллюстрируемые примеры могут быть внесены различные изменения и/или модификации без отклонения от сущности и объема прилагаемой формулы изобретения. Кроме того, тогда как та или иная отличительная черта настоящей методики могла быть раскрыта в отношении только одного из нескольких вариантов реализации изобретения, такая отличительная черта может сочетаться с одной или более другими отличительными чертами других вариантов реализации изобретения, как может быть необходимым и целесообразным для любой конкретной либо той или иной функции. Помимо этого, в том объеме, в каком термины ʺвключаяʺ, ʺвключаетʺ, ʺимеющийʺ, ʺимеетʺ, ʺвместе сʺ или их варианты используются в подробном описании либо в формуле изобретения, предполагается, что такие термины в некотором смысле включают значение, аналогичное термину ʺсодержащийʺ. Кроме того, в описании и в формуле изобретения в настоящей заявке термин ʺоколоʺ означает, что указанное в перечне значение может претерпевать некоторые изменения, при условии, что такое изменение не приведет к несоответствию процесса или конструкции иллюстрируемому варианту реализации изобретения. И, наконец, ʺиллюстративныйʺ означает, что описание используется в качестве примера, а не предполагает непременный образец для соблюдения.

Другие варианты реализации изобретения настоящей методики будут очевидны специалистам в данной области техники при изучении описания и практического осуществления настоящей методики, раскрытой в настоящей заявке. Подразумевается, что описание и примеры следует считать лишь примерами, а реальный объем и сущность настоящей методики указаны в нижеследующей формуле изобретения.

Раскрываются системы и способы охлаждения технологического оборудования. Система содержит источник технологического флюида и теплообменник, имеющий жидкостное соединение с технологическим оборудованием и источником технологического флюида. Теплообменник выполнен с возможностью поступления в него технологического флюида из источника технологического флюида и передачи тепла от технологического оборудования технологическому флюиду. Система также содержит систему управления, имеющую жидкостное соединение с теплообменником. Система управления выполнена с возможностью изменения температуры технологического флюида, нагретого в теплообменнике. Кроме того, по меньшей мере часть технологического флюида, нагретого в теплообменнике, подается внутрь ствола скважины при температуре ниже точки кипения технологического флюида. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Система для охлаждения технологического оборудования, содержащая:

источник технологического флюида;

теплообменник, имеющий жидкостное соединение с технологическим оборудованием и источником технологического флюида, при этом теплообменник выполнен с возможностью поступления в него технологического флюида из источника технологического флюида и передачи тепла от технологического оборудования технологическому флюиду; и

систему управления, имеющую жидкостное соединение с теплообменником, при этом система управления выполнена с возможностью регулирования температуры технологического флюида, нагретого в теплообменнике,

при этом по меньшей мере часть технологического флюида, нагретого в теплообменнике, подается внутрь ствола скважины при температуре ниже точки кипения технологического флюида.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что технологическое оборудование содержит установку для перемешивания, при этом установка для перемешивания выполнена с возможностью поступления в нее технологического флюида от теплообменника и перемешивания технологического флюида, поступающего в нее от теплообменника, с загустителем, проппантом или с обоими этими агентами.

3. Система по п. 2, отличающаяся тем, что технологическое оборудование содержит насос, соединенный с установкой для перемешивания, при этом насос выполнен с возможностью поступления в него технологического флюида от установки для перемешивания и закачки технологического флюида в ствол скважины.

4. Система по п. 3, отличающаяся тем, что теплообменник содержит первый теплообменник, имеющий жидкостное соединение с установкой для перемешивания таким образом, что передача тепла производится от установки для перемешивания, и второй теплообменник, имеющий жидкостное соединение с насосом таким образом, что передача тепла производится от насоса.

5. Система по п. 4, отличающаяся тем, что установка для перемешивания имеет жидкостное соединение со вторым теплообменником таким образом, чтобы получать технологический флюид от второго теплообменника.

6. Система по п. 5, отличающаяся тем, что система управления содержит регулирующий вентиль, имеющий жидкостное соединение со вторым теплообменником, источником технологического флюида и установкой для перемешивания, при этом регулирующий вентиль производит управление скоростью потока технологического флюида от второго теплообменника к установке для перемешивания, или из источника технологического флюида к установке для перемешивания, или скоростью обоих потоков на основании, по меньшей мере частично, температуры технологического флюида ниже по потоку от второго теплообменника и вверх по линии от установки для перемешивания.

7. Система по п. 5, отличающаяся тем, что система управления содержит обратный регулирующий вентиль, имеющий жидкостное соединение с точкой ниже по потоку от первого теплообменника и со вторым теплообменником и источником флюида, при этом обратный регулирующий вентиль выполнен с возможностью регулирования скорости потока технологического флюида от второго теплообменника обратно к источнику технологического флюида, скорости потока технологического флюида от второго теплообменника к точке ниже по потоку от первого теплообменника или обеих этих скоростей.

8. Система по п. 5, дополнительно содержащая резервуар, выполненный с возможностью поступления в него технологического флюида от первого теплообменника, второго теплообменника и от установки для перемешивания, при этом по меньшей мере частично второй теплообменник расположен в резервуаре.

9. Система по п. 1, отличающаяся тем, что технологическое оборудование содержит цементосмесительную машину.

10. Способ охлаждения технологического оборудования, включающий:

получение технологического флюида из источника технологического флюида;

передачу тепла от технологического оборудования технологическому флюиду таким образом, что образуется нагретый технологический флюид;

регулирование температуры нагретого технологического флюида таким образом, что температура нагретого технологического флюида поддерживается в диапазоне, в котором максимальное значение ниже точки кипения технологического флюида; и

подачу по меньшей мере части нагретого технологического флюида внутрь ствола скважины.

11. Способ по п. 10, дополнительно включающий:

поступление по меньшей мере части нагретого технологического флюида в установку для перемешивания и

подмешивание одной или более добавок в нагретый технологический флюид с помощью устройства для перемешивания.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что регулирование температуры нагретого технологического флюида включает:

комбинирование вверх по линии от установки для перемешивания по меньшей мере части нагретого технологического флюида с дополнительным технологическим флюидом из источника технологического флюида таким образом, что производится комбинированный технологический флюид, температура которого ниже температуры по меньшей мере части нагретого технологического флюида до начала комбинирования.

13. Способ по п. 11, отличающийся тем, что регулирование температуры нагретого технологического флюида включает:

определение того, что температура по меньшей мере части нагретого технологического флюида вверх по линии от установки для перемешивания выше порогового значения температуры; и

комбинирование в качестве реакции на это по меньшей мере части нагретого технологического флюида с технологическим флюидом с более низкой температурой таким образом, что производится комбинированный технологический флюид с температурой ниже температуры нагретого технологического флюида.

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что регулирование температуры нагретого технологического флюида дополнительно включает:

определение того, что температура комбинированного технологического флюида выше порогового значения температуры; и

увеличение скорости потока технологического флюида, имеющего более низкую температуру, или снижение скорости потока по меньшей мере части нагретого технологического флюида, или обе эти меры, таким образом, чтобы температура комбинированного технологического флюида вверх по линии от устройства для перемешивания понизилась.

15. Способ по п. 10, отличающийся тем, что передача тепла от технологического оборудования технологическому флюиду включает:

поступление первой части технологического флюида в первый теплообменник, имеющий жидкостное соединение с установкой для перемешивания, таким образом, что тепло от установки для перемешивания передается первой части технологического флюида;

поступление второй части технологического флюида во второй теплообменник, имеющий жидкостное соединение с насосом, таким образом, что тепло от насоса передается второй части технологического флюида;

смешивание по меньшей мере некоторого количества второй части технологического флюида с загустителем с применением установки для перемешивания, помещенной ниже по потоку и от второго теплообменника, таким образом, что производится загущенный технологический флюид;

комбинирование загущенного технологического флюида по меньшей мере с некоторым количеством первой части технологического флюида таким образом, что производится разбавленный загущенный технологический флюид; и

поступление разбавленного загущенного технологического флюида в резервуар.

16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что регулирование температуры нагретого технологического флюида дополнительно включает:

применение противотока по меньшей мере некоторого количества второй части технологического флюида к источнику технологического флюида ниже по потоку от второго теплообменника и вверх по линии от установки для перемешивания; и

применение противотока некоторого количества первой части технологического флюида к источнику технологического флюида ниже по потоку от первого теплообменника и вверх по линии от точки, где по меньшей мере некоторое количество первой части технологического флюида комбинируется с загущенным технологическим флюидом.

17. Способ по п. 15, дополнительно включающий передачу тепла от установки для перемешивания разбавленному загущенному технологическому флюиду в резервуаре.

18. Способ по п. 10, дополнительно включающий:

поступление технологического флюида в мерный бак;

возврат по меньшей мере части нагретого технологического флюида в мерный бак; и

перемешивание по меньшей мере части нагретого технологического флюида с цементом, при этом подача по меньшей мере части нагретого технологического флюида в ствол скважины включает выполнение операции цементирования с помощью по меньшей мере части нагретого технологического флюида.

19. Способ по п. 10, отличающийся тем, что подача по меньшей мере части нагретого технологического флюида в ствол скважины включает:

комбинирование нагретого технологического флюида с загустителем, проппантом или обоими этими агентами и

выполнение операции по гидроразрыву пласта с помощью нагретого технологического флюида.

20. Система гидроразрыва пласта, содержащая:

источник технологического флюида, содержащий технологический флюид;

установку производства флюида, содержащую по меньшей мере одну установку для перемешивания и первый теплообменник, при этом по меньшей мере одна установка для перемешивания и первый теплообменник имеют жидкостное соединение с источником технологического флюида таким образом, чтобы получать из него технологический флюид;

группу насосов, имеющих жидкостное соединение с установкой производства флюида таким образом, чтобы получать из нее технологический флюид и перекачивать технологический флюид внутрь ствола скважины, с тем чтобы выполнять операцию по гидроразрыву пласта в стволе скважины; и

группу вторых теплообменников, имеющих жидкостное соединение с группой насосов, при этом в группу вторых теплообменников поступает нагретый флюид от группы насосов и в них возвращается охлажденный флюид, при этом группа вторых теплообменников имеет жидкостное соединение с источником технологического флюида и по меньшей мере с одной установкой для перемешивания, при этом в группу вторых теплообменников поступает технологический флюид из источника технологического флюида и по меньшей мере в одну установку для перемешивания поступает технологический флюид от группы вторых теплообменников, причем температура технологического флюида, поступающего от группы вторых теплообменников, выше температуры технологического флюида в источнике технологического флюида; и

один или более регулирующих вентилей, имеющих жидкостное соединение c первым теплообменником, группой вторых теплообменников или и с тем, и с другими, и с источником технологического флюида, при этом один или более регулирующих вентилей выполнены с возможностью комбинирования нагретого технологического флюида, поступающего от первого теплообменника, группы вторых теплообменников или из обоих этих мест, с охлажденным технологическим флюидом для регулирования температуры технологического флюида, подаваемого в ствол скважины, при этом поддерживается температура, которая ниже точки кипения технологического флюида.