СИСТЕМА И СПОСОБ ЗАКАЧКИ РАБОЧИХ ЖИДКОСТЕЙ В ЛИНИЮ ЗАКАЧКИ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2021 года по МПК E21B43/26 E21B21/00 

Перекрестные ссылки на родственные заявки

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США № 62/384516, поданной 7 сентября 2016 г.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Настоящее изобретение относится в целом к системам и способам доставки нефтепромыслового материала в скважину, находящуюся на буровой площадке.

[0003] В этом разделе представлена общая информация по различным аспектам области техники, которые могут относиться к различным аспектам данных методик, описанных и/или заявляемых ниже. Считается, что это описание предоставит базовую информацию, способствующую лучшему пониманию различных аспектов настоящего изобретения. Соответственно, следует понимать, что эти утверждения должны быть прочитаны в этом свете, а не в качестве принятия любого типа.

[0004] Добыча нефти и газа из подземных пластов сопряжена с огромным количеством проблем. Одной из таких проблем является недостаток проницаемости в некоторых пластах. Часто от нефте- или газоносных пластов, которые могут содержать большие количества нефти или газа, не удается добиться добычи с желаемым дебитом из-за низкой проницаемости. Низкая проницаемость может быть причиной неудовлетворительного расхода требуемых углеводородов. Для повышения расхода может быть выполнена обработка для интенсификации притока. Одним из видов такой обработки для интенсификации притока является гидроразрыв пласта.

[0005] Гидроразрыв пласта представляет собой процесс, при котором обеспечивается интенсификация притока из подземного коллектора углеводородов для повышения проницаемости пласта с увеличением потока углеводородов из коллектора. Гидроразрыв пласта включает в себя нагнетание жидкости для гидроразрыва пласта под высоким давлением (например, более 10 000 фунтов/кв. дюйм) для разлома пласта и создания больших каналов для потока углеводородов. В жидкость для гидроразрыва пласта могут быть добавлены пропанты, такие как песок или другие твердые вещества, которые заполняют трещины в пласте, вследствие чего, в заключение гидроразрыва пласта, когда происходит сброс высокого давления, трещины остаются раскрытыми, тем самым обеспечивается возможность прохождения увеличенного потока углеводородов через созданные трещины в ствол скважины.

[0006] Для нагнетания жидкости для гидроразрыва пласта в скважину при крупномасштабных операциях на буровой площадке обычно используют различные объемные массивные насосы, или другие насосы для доставки рабочей жидкости. Однако некоторые жидкости для гидроразрыва пласта содержат частицы с диаметрами, которые могут не проходить простым образом через оборудование для гидроразрыва пласта (например, насосы). В некоторых случаях эти частицы большего диаметра способствуют преждевременному износу и ухудшению характеристик массивных насосов. В других случаях эти частицы большого диаметра могут не иметь возможности проходить через оборудование для гидроразрыва пласта из-за того, что допуски в оборудовании меньше указанных частиц.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0007] В разделе «Сущность изобретения» предоставлен выбор концепций, которые подробнее описываются далее в подробном описании изобретения. Данное описание сущности изобретения не предназначено для указания ключевых или существенных признаков описанного в настоящем документе объекта изобретения, а также его не следует рассматривать, как ограничивающее объем описываемого в настоящем документе объекта изобретения. Фактически, настоящее изобретение может охватывать множество аспектов, которые могут быть не представлены ниже.

[0008] В одном примере система содержит систему гидроразрыва пласта, содержащую емкость, имеющую раствор, и линию закачки, причем линия закачки расположена между насосом высокого давления и линией обработки для соединения по текучей среде с устьевой арматурой. Система содержит множество клапанов, расположенных рядом с линией закачки, и систему управления, соединенную с возможностью связи с множеством клапанов. Система управления обеспечивает изоляцию по текучей среде линии закачки с использованием множества клапанов, наполняет линию закачки некоторым количеством раствора с использованием первого клапана из множества клапанов и закачивает раствор в линию обработки с использованием второго клапана из множества клапанов.

[0009] В другом примере постоянный машиночитаемый носитель содержит выполняемые машиной команды, которые обеспечивают передачу процессором первого набора сигналов на множество клапанов, расположенных рядом с линией закачки, которые подают раствор в линию обработки, соединенную по текучей среде с устьевой арматурой. Первый набор сигналов предназначен для обеспечения изоляции по текучей среде линии закачки. Команды обеспечивают передачу процессором первого сигнала на первый клапан из множества клапанов, причем первый клапан соединен по текучей среде с насосом, в который поступает раствор, и причем первый сигнал обеспечивает открывание первого клапана. Команды обеспечивают передачу процессором второго сигнала на первый клапан для его закрывания, когда количество раствора в линии закачки превышает пороговое значение. Команды обеспечивают передачу процессором третьего сигнала на второй клапан из множества клапанов, причем второй клапан обеспечивает соединение по текучей среде линии закачки с насосом высокого давления, и причем третий сигнал обеспечивает открывание второго клапана. Команды обеспечивают передачу процессором четвертого сигнала на третий клапан из множества клапанов, причем третий клапан обеспечивает соединение по текучей среде линии закачки с линией обработки, и причем четвертый сигнал обеспечивает открывание третьего клапана с перемещением соответствующего количества раствора в линию обработки.

[0010] В другом примере система содержит насос низкого давления, соединенный по текучей среде с емкостью, содержащей раствор, линию закачки, соединенную по текучей среде с насосом низкого давления, и линию обработки, соединенную по текучей среде с устьевой арматурой, множество клапанов, расположенных рядом с линией закачки, и систему управления, соединенную с возможностью связи с насосом низкого давления и множеством клапанов. Система управления обеспечивает изоляцию по текучей среде линии закачки с использованием множества клапанов, наполняет линию закачки некоторым количеством раствора с использованием насоса низкого давления и первого клапана из множества клапанов и закачивает раствор в линию обработки с использованием второго клапана и третьего клапана из множества клапанов.

[0011] Могут быть выполнены различные уточнения упомянутых выше признаков в отношении различных аспектов настоящего изобретения. Дополнительные признаки также могут быть включены в эти различные аспекты. Эти уточнения и дополнительные признаки могут быть предусмотрены по отдельности или в любой комбинации. Например, различные признаки, описанные ниже в отношении одного или более изображенных вариантов осуществления могут быть включены в любой из вышеописанных аспектов настоящего изобретения по отдельности или в любой комбинации. Краткое описание, представленное выше, предназначено для ознакомления читателя с некоторыми аспектами и контекстами вариантов осуществления настоящего изобретения без ограничения заявляемого объекта.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0012] Различные аспекты настоящего изобретения станут более понятны после прочтения следующего подробного описания и рассмотрения графических материалов, на которых:

[0013] на фиг. 1 представлено схематичное изображение буровой площадки, которая может использоваться для введения нефтепромысловых материалов в поток рабочей жидкости под высоким давлением, который подается в ствол скважины, в соответствии с вариантом осуществления;

[0014] на фиг. 2 представлено схематичное изображение потока рабочей жидкости, проходящего через линию закачки и линию обработки в направлении устьевой арматуры ствола скважины в соответствии с вариантом осуществления;

[0015] на фиг. 3 изображена блок-схема способа выполнения закачки раствора через линию закачки и линии обработки в направлении устьевой арматуры ствола скважины в соответствии с вариантом осуществления;

[0016] на фиг. 4 представлено схематичное изображение рабочей жидкости, проходящей через линию закачки и линию обработки в направлении устьевой арматуры ствола скважины, в соответствии с вариантом осуществления;

[0017] на фиг. 5 изображена блок-схема способа выполнения закачки раствора через линию закачки и линии обработки в направлении устьевой арматуры ствола скважины в соответствии с вариантом осуществления;

[0018] на фиг. 6 представлено схематичное изображение одного варианта осуществления смесительной системы для введения растворной смеси в направлении линии закачки, показанной на фиг. 2 и 4, в соответствии с вариантом осуществления;

[0019] на фиг. 7 представлено схематичное изображение другого варианта осуществления смесительной системы для введения растворной смеси в направлении линии закачки, показанной на фиг. 2 и 4, в соответствии с вариантом осуществления;

[0020] на фиг. 8 представлено схематичное изображение третьего варианта осуществления смесительной системы для введения растворной смеси в направлении линии закачки, показанной на фиг. 2 и 4, в соответствии с вариантом осуществления; и

[0021] на фиг. 9 представлено схематичное изображение четвертого варианта осуществления смесительной системы для введения растворной смеси в направлении линии закачки, показанной на фиг. 2 и 4, в соответствии с вариантом осуществления.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0022] Ниже будет описан один или более конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения. Эти описанные варианты осуществления представляют собой примеры описываемых в настоящем документе методик. Дополнительно, в целях предоставления краткого описания этих вариантов осуществления признаки фактического варианта реализации могут не быть изложены в описании. Следует понимать, что при разработке любого такого фактического варианта реализации, как при любом инженерном или техническом проекте, могут быть созданы многочисленные решения, характерные для реализации, для достижения конкретных целей разработчиков, например, для соответствия связанных с системой и связанных с деловой деятельностью ограничений, которые могут отличаться от одного варианта реализации к другому. Более того, следует понимать, что такие работы по разработке могут быть сложными и длительными, но очевидными операциями проектирования, изготовления и производства для специалистов в данной области техники, пользующихся преимуществами настоящего изобретения.

[0023] При введении элементов различных вариантов осуществления настоящего изобретения формы единственного числа обозначают, что существует один или более таких элементов. Термины «содержащий», «включающий» и «имеющий» являются включающими и предполагают, что могут быть дополнительные элементы, кроме перечисленных. Дополнительно, следует понимать, что ссылки на «один вариант осуществления» или «вариант осуществления» настоящего изобретения не следует интерпретировать как исключающие наличие дополнительных вариантов осуществления, которые также включают в себя перечисленные признаки.

[0024] Следующие определения представлены для помощи специалистам в данной области техники при изучении подробного описания. Термины «обработка» или «обрабатывающий» относятся к любой выполняемой под землей операции, при которой используют рабочую жидкость в сочетании с желаемой функцией и/или для желаемой цели. Термины «обработка» или «обрабатывающий» не подразумевают какого-либо конкретного действия рабочей жидкости. Термин «гидроразрыв пласта» относится к процессу и способам разлома геологического пласта и создания трещины, т. е. пласта пород вокруг ствола скважины, за счет нагнетания рабочей жидкости под очень высокими давлениями (давлением выше определенного давления смыкания трещины в пласте) для повышения дебита, получаемого из коллектора углеводородов. Конкретные способы гидроразрыва пласта могут включать любые подходящие технологии.

[0025] Настоящее изобретение относится к системам и способам для введения нефтепромыслового материала, такого как растворная смесь, отклоняющая жидкость, жидкость для гидроразрыва пласта, пропант или добавка на основе пропанта, на сторону высокого давления гидравлической системы моделирования скважины. Растворная смесь, отклоняющая жидкость, жидкость для гидроразрыва пласта, пропант или добавка на основе пропанта могут содержать большие частицы (например, с размером диаметра более 5 мм), которые могут быть закачены в линию закачки высокого давления, которая может быть расположена между насосом высокого давления и устьевой арматурой. Линия закачки высокого давления представляет собой камеру высокого давления, которая удерживает нефтепромысловый материал в линии до его вытеснения в линию обработки, которая может быть соединена с устьевой арматурой.

[0026] Система буровой площадки предусматривает возможность дистанционного управления системой закачки для осуществления операций многостадийного гидроразрыва пласта. Система закачки содержит клапаны, насосы и систему управления для приведения в действие системы закачки в течение операции гидроразрыва пласта. В одном варианте осуществления растворы с большими частицами могут быть поданы в линию закачки высокого давления посредством системы доставки низкого давления, которая может содержать емкость, смеситель, сосуд, насос или их комбинацию. Несколько клапанов расположены вдоль линии закачки, системы доставки низкого давления или линии обработки для регулирования потока рабочих жидкостей от системы доставки низкого давления в линию закачки высокого давления и через буровую площадку к стволу скважины. Система дистанционного приведения в действие (например, система управления) может дистанционно управлять приведением в действие регулирующих клапанов в ходе нескольких непрерывных операций многостадийного гидроразрыва пласта. Дополнительные подробности в отношении того, как система управления может управлять потоком рабочих жидкостей в ствол скважины в соответствии с описанными выше методиками, будут изложены ниже со ссылкой на фиг. 1-9.

[0027] В качестве введения следует отметить, что на фиг. 1 представлено высокоуровневое схематичное изображение системы 10 буровой площадки, которая может использоваться для подачи нефтепромысловых материалов в поток рабочей жидкости под высоким давлением при воздействии на подземные пласты через ствол скважины, в соответствии с вариантом осуществления. Система 10 буровой площадки может содержать различные единицы оборудования для осуществления воздействия на подземный пласт, например, оборудование для гидроразрыва пласта. Наземное оборудование для гидроразрыва пласта может включать в себя насос 12 для гидроразрыва пласта, гидратационную установку 14, группу прицепов 16 с насосными установками, прицеп 18 с манифольдом (например, манифольдом ГРП), соединенный с группой прицепов 16 с насосными установками, устьевой арматурой 20 и одну или более систем управления (не показаны). Наземное оборудование для гидроразрыва пласта также может включать в себя одну или более линий 22 обработки. Линии 22 обработки могут использоваться для подачи растворной смеси под давлением в устьевую арматуру 20 для использования в операции гидроразрыва пласта. Линии 22 обработки могут соединяться по текучей среде с линией 24 закачки.

[0028] Линия 24 закачки содержит первый конец 26, соединенный с насосом 12 для гидроразрыва пласта, и второй конец 28, соединенный с одной из линий 22 обработки. В одном варианте осуществления в линию 24 закачки поступает растворная смесь 30 из смесительной системы 32. Смесительная система 32 может использоваться для введения растворной смеси 30 в линию 24 закачки высокого давления. Смесительная система 32 низкого давления обеспечивает возможность вытеснения больших частиц (например, частиц диаметром более 5 мм), содержащихся в растворной смеси 30, в линию 24 закачки высокого давления. Количество растворной смеси 30, которое может быть вытеснено в линию 24 закачки высокого давления, может находиться в диапазоне от приблизительно 1 галлона до более 20 галлонов рабочей жидкости. Количество растворной смеси 30, используемой в каждой из стадий непрерывного многостадийного гидроразрыва пласта, может варьировать. Смесительная система 32 может содержать по меньшей мере емкость 34 для раствора и насос 36 низкого давления. Смесительная система 32 низкого давления может использовать насос для введения растворной смеси 30 из емкости 34 в линию 24 закачки, вытеснения растворной смеси 30 из емкости 34 в линию 22 закачки с помощью воздушного давления или подачи растворной смеси 30 из емкости 34 в линию 24 закачки самотеком.

[0029] Смесительная система 32 может подготавливать раствор для доставки в линию 24 закачки посредством линии 25 для раствора (например, трубопровода). Как описано выше, смесительная система 32 может использоваться для хранения и подачи нефтепромысловых материалов, таких как растворная смесь 30, жидкость для гидроразрыва пласта, пропант (например, высокоэффективный пропант) и добавка на основе пропанта, которые имеют большой размер частиц (например, частицы диаметром более 5 мм) в линию 22 обработки без нагнетания посредством насоса 12 для гидроразрыва пласта. Смесительная система 32 может управляться электронным образом или вручную, что подробно объясняется со ссылкой на фиг. 2-5. Следует понимать, что линия 24 закачки содержит несколько клапанов, насосов и систему управления для приведения в действие клапанов вдоль линии закачки в течение операции гидроразрыва пласта. Насос 12 для гидроразрыва пласта может представлять собой плунжерный насос с возвратно-поступательным движением, центробежный насос или насос любого другого типа, выполненный с возможностью создания давления, достаточно высокого для доставки раствора в устьевую арматуру.

[0030] На фиг. 2 представлено схематичное изображение потока рабочей жидкости, проходящего через линию 24 закачки и линию 22 обработки в направлении устьевой арматуры 20, в соответствии с вариантом осуществления. В изображенном варианте осуществления линия 24 закачки соединена по текучей среде с линией 22 обработки между манифольдом ГРП 18 на шасси и устьевой арматурой 20. Положение, в котором линия 24 закачки пересекает линию 22 обработки, может варьировать. Например, точка 38 пересечения может быть ближе к манифольду ГРП 18 на шасси или ближе к устьевой арматуре 20. Технологическая сбросная линия 51 пересекает линию 24 закачки ниже по потоку относительно смесительной системы 32. Технологическая сбросная линия 51 может использоваться для сброса давления из линии 24 закачки.

[0031] Как описано выше, линия 24 закачки соединена по текучей среде с насосом 12 для гидроразрыва пласта. Насос 12 для гидроразрыва пласта может использоваться для перемещения вытесняющей жидкости 40, находящейся в линии 24 закачки, в линию 22 обработки. Вытесняющая жидкость 40 может перемещать нефтепромысловые материалы (например, растворную смесь 30, отклоняющую жидкость, жидкость для гидроразрыва пласта, пропант и добавку на основе пропанта) через линию 24 закачки в линию 22 обработки. В качестве примера линия 24 закачки может выдерживать давления вплоть до 15000 фунтов/кв. дюйм. Поток рабочей жидкости 40 под высоким давлением, который проходит через линию 24 закачки и линию 22 обработки, может контролироваться системой 42 управления.

[0032] Система 42 управления может содержать схему 44 сбора данных и схему 46 обработки данных. Схема 46 обработки данных может представлять собой микроконтроллер или микропроцессор, такой как центральный процессор (CPU), который может исполнять различные процедуры и функции обработки. Например, схема 44 обработки данных может исполнять различные команды операционной системы, а также программные процедуры, предназначенные для осуществления определенных процессов. Эти команды и/или процедуры могут храниться в или быть обеспечены изделием промышленного производства, которое может включать в себя машиночитаемый носитель, такой как запоминающее устройство (например, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) персонального компьютера) или одно или более запоминающих устройств большой емкости (например, внутренний или внешний жесткий диск, твердотельное запоминающее устройство, CD-ROM, DVD или другое запоминающее устройство).

[0033] Такие данные, связанные с настоящими методиками, могут храниться в или быть обеспечены запоминающим устройством или запоминающим устройство большой емкости системы 42 управления. Альтернативно, такие данные могут быть переданы в схему 46 обработки данных системы 42 управления посредством одного или более устройств ввода. В одном варианте осуществления схема 44 сбора данных может представлять одно такое устройство ввода; однако устройства ввода также включают в себя устройства ручного ввода, такие как клавиатура, мышь или подобные устройства. Кроме того, устройства ввода могут включать в себя сетевое устройство, такое как проводная или беспроводная Ethernet-плата, беспроводной сетевой адаптер или любой из различных портов или устройств, способствующих связи с другими устройствами посредством любой подходящей сети связи, такой как локальная сеть или Интернет. Посредством такого сетевого устройства система 42 управления может обмениваться данными и связываться с другими подключенными по сети электронными системами. Сеть может содержать различные компоненты, способствующие связи, которые включают в себя коммутаторы, маршрутизаторы, серверы или другие компьютеры, сетевые адаптеры, кабели связи и т. п.

[0034] Система 42 управления может использоваться для управления насосом 12 для гидроразрыва пласта, насосом 36 низкого давления или другим оборудованием на буровой площадке 10. В одном варианте осуществления система 42 управления может управлять регулирующими клапанами 48, расположенными на буровой площадке 10. Например, первый клапан 52 линии закачки может быть расположен вдоль линии 24 закачки между линией 22 обработки и технологической сбросной линией 51. Второй клапан 54 закачки может быть расположен выше по потоку относительно первого клапана 52 линии закачки вдоль линии 24 закачки. Второй клапан 54 закачки может быть расположен между сбросной линией 51 и насосом 12 высокого давления для гидроразрыва пласта. В некоторых вариантах осуществления система 42 управления может управлять приведением в действие одного или более клапанов 48 (например, первого клапана 52 линии закачки, второго клапана 54 закачки) согласно процессам, описанным в настоящем документе. Следует понимать, что система 42 управления отправляет сигнал на контроллер, связанный с устройством (например, регулирующим клапаном 48), которое управляется (например, приводится в действие). В одном варианте осуществления первый клапан 52 закачки может быть расположен между линией 22 обработки и технологической сбросной линией 51, и второй клапан 54 закачки может быть расположен вдоль линии 24 закачки между сбросной линией 51 и насосом 12 высокого давления для гидроразрыва пласта. В другом варианте осуществления первый клапан 52 закачки может быть расположен между линией 22 обработки и технологической сбросной линией 51, и второй клапан 54 закачки может быть расположен вдоль линии закачки между линией 25 для раствора и манифольдом ГРП 18 на шасси. Клапаны 52, 54 закачки могут использоваться для изоляции части линии 24 закачки между клапанами 52, 54 закачки для создания камеры высокого давления для удержания нефтепромысловых материалов (например, растворной смеси 30, отклоняющей жидкости, жидкости для гидроразрыва пласта, пропанта и добавки на основе пропанта, которые имеют большой размер частиц (например, частицы диаметром более 5 мм)) до их вытеснения в линию 22 обработки. Система 42 управления также может управлять приведением в действие регулирующих клапанов 48, расположенных на линии 25 для раствора (например, впускного клапана 56), сбросной линии 51 (например, стравливающего клапана 58) и/или линии 22 обработки (например, обратного клапана 60). Следует понимать, что линия 24 закачки и/или линия 22 обработки могут содержать один или более обратных клапанов 49 (например, обратный клапан 60) для уменьшения или предотвращения появления обратного потока рабочей жидкости 40 через линии. Также следует понимать, что система дистанционного приведения в действие может содержать несколько клапанов с ручным управлением, которые не управляются системой 42 управления. Более того, оборудование буровой площадки 10 может быть расположено в альтернативных схемах размещения и/или с большей или меньшей степенью избыточности. Например, линия 24 закачки может использовать один клапан 48 для управления потоком рабочих жидкостей 40 через линию 24 закачки, вместо использования более одного клапана 48.

[0035] Для управления приведением в действие клапанов 48 система 42 управления может принимать сигналы от одного или более датчиков 50, расположенных на системе 10 буровой площадки. Например, система 10 буровой площадки может содержать датчики 50, которые измеряют давление в линии (например, давление в линии обработки, давление в линии закачки), датчики расхода (например, для измерения расхода растворной смеси 30), датчики перемещения (например, для регистрации положения клапана), датчики уровня (например, для измерения уровня в емкости), датчики концентрации (например, для измерения концентрации пропанта в растворной смеси) или другие подходящие датчики. Следует понимать, что один или более из датчиков 50 может выполнять функцию преобразователя (например, для приема сигнала и повторной передачи в другой форме). В изображенном варианте осуществления линия 24 закачки может содержать по меньшей мере один датчик 50 давления, расположенный рядом с первым клапаном 52 линии закачки, и второй датчик 50 давления, расположенный рядом со вторым клапаном 54 закачки. Другие датчики 50 могут выдавать данные, указывающие рабочие условия на буровой площадке 10. Например, линия 22 обработки может содержать датчики 50 для контроля давления в линии 22 обработки. Каждый из приводных клапанов 48 может включать в себя датчик 50 перемещения для выдачи данных, указывающих положение клапана 48. Способ управления приведением в действие клапанов в целях управления закачкой нефтепромысловых материалов, таких как растворная смесь 30, отклоняющая жидкость, жидкость для гидроразрыва пласта, пропант и добавка на основе пропанта, в линию 22 обработки будет описан со ссылкой на фиг. 3.

[0036] На фиг. 3 изображена блок-схема способа 70 закачки материала с большим размером частиц через линию 24 закачки и линии 22 обработки посредством системы 42 управления в соответствии с вариантом осуществления. Хотя следующее описание способа 70 представлено как выполняемое системой 42 управления, следует отметить, что любое подходящее процессорное устройство может выполнять способ 70, описанный в настоящем документе. Более того, следует понимать, что способ 70, описанный ниже, не ограничен выполнением в том порядке, в котором он представлен в настоящем документе; вместо этого способ 70 может быть выполнен в любом подходящем порядке.

[0037] Как показано на фиг. 3, система 42 управления вначале может принимать (блок 72) сигнал на загрузку растворной смеси 30. После приема сигнала система 42 управления может закрывать (блок 74) клапан 52 линии закачки между линией 22 обработки и технологической сбросной линией 51. Затем, система 42 управления может закрывать (блок 76) клапан 54 линии закачки, расположенный вдоль линии 24 закачки между сбросной линией 51 и насосом 12 высокого давления для гидроразрыва пласта. После закрывания обоих клапанов 52, 54 линии закачки линия 24 закачки может быть изолирована от насоса 12 высокого давления для гидроразрыва пласта и линии 22 обработки. Система 42 управления затем может контролировать (блок 78) давление в линии 24 закачки посредством соответствующего датчика 50. Система 42 управления может затем определять (блок 80), является ли давление в линии 24 закачки ниже номинального давления насосной системы низкого давления (например, номинального давления насоса 36). Система 42 управления затем может открывать (блок 82) клапан 58 сбросной линии для сброса некоторой части накопившегося давления в линии 24 закачки. Если номинальное давление остается выше номинального давления насосной системы низкого давления, расположенной рядом с линией 24 закачки, система 42 управления может продолжать осуществлять контроль (блок 78) давления в линии 24 закачки. Когда давление в линии 24 закачки падает ниже номинального давления насосной системы низкого давления, система 42 управления может открывать (блок 84) клапан 56 для подачи раствора для наполнения линии 24 закачки.

[0038] Система 42 управления затем начинает вытеснять (блок 86) растворную смесь 30 под низким давлением. Система 42 управления затем определяет (блок 88), наполнена ли линия 24 закачки желаемым объемом растворной смеси, на основании данных, принятых посредством соответствующего датчика 50. Если объем растворной смеси остается ниже желаемого объема, система 42 управления не выполняет никаких действий и продолжает вытеснять (блок 86) растворную смесь 30 под низким давлением, вследствие чего растворная смесь продолжает наполнять линию 24 закачки. Когда система 42 управления определяет, что линия 24 закачки была наполнена желаемым объемом растворной смеси, на основании данных, принятых посредством соответствующего датчика 50, система 42 управления затем может принимать (блок 90) сигнал на закачку растворной смеси 30 в линию 22 обработки. Система 42 управления затем закрывает (блок 92) клапан 58 сбросной линии и клапан 56 для подачи раствора. Система 42 управления затем открывает (блок 94) клапан 54 линии закачки, расположенный между сбросной линией 51 и насосом 12 высокого давления для гидроразрыва пласта. Система 42 управления затем выравнивает давление (блок 96) в линии 24 закачки за счет отправки сигналов на клапан 58 сбросной линии и/или клапан 54 линии закачки, расположенный между сбросной линией 51 и насосом 12 высокого давления для гидроразрыва пласта, чтобы отрегулировать давление в линии 24 закачки. Система 42 управления затем определяет (блок 98), выровнено ли давление в линии 24 закачки.

[0039] Если давление в линии 24 закачки не было выровнено, система 42 управления регулирует (блок 100) клапан 58 сбросной линии и/или клапан 54 линии закачки, расположенный между сбросной линией 51 и насосом 12 высокого давления для гидроразрыва пласта. После выравнивания давления в линии 24 закачки система 42 управления может открывать (блок 102) клапан 52, расположенный между линией 22 обработки и технологической сбросной линией 51, тем самым осуществляя подачу растворной смеси 30 вместе с рабочими жидкостями 40, которые подаются в устьевую арматуру 20 посредством линии 22 обработки.

[0040] Учитывая вышеописанное, на фиг. 4 представлено схематичное изображение второго варианта осуществления, в котором рабочая жидкость может проходить через линию 24 закачки и линию 22 обработки в направлении устьевой арматуры 20. В изображенном варианте осуществления линия 24 закачки может быть расположена по существу параллельно линии 22 обработки. Как линия 22 обработки, так и линия 24 закачки расположены между манифольдом ГРП 18 на шасси и устьевой арматурой 20. Технологическая сбросная линия 51 может пересекать линию 24 закачки и может использоваться для сброса давления из линии 24 закачки.

[0041] Как описано выше со ссылкой на фиг. 2-3, система 42 управления может управлять регулирующими клапанами 48, расположенными на буровой площадке 10. Например, первый клапан 52 линии закачки может быть расположен вдоль линии 24 закачки между линией 22 обработки и технологической сбросной линией 51. Второй клапан 54 закачки может быть расположен ниже по потоку относительно первого клапана 52 линии закачки. Второй клапан 54 закачки может быть расположен между линией 25 для раствора и манифольдом ГРП 18 на шасси. Клапаны 52, 54 закачки могут использоваться для изоляции части линии 24 закачки между клапанами 52, 54 закачки для создания камеры высокого давления для удержания нефтепромысловых материалов (например, растворной смеси 30, жидкости для гидроразрыва пласта, пропанта и добавки на основе пропанта, которые имеют большой размер частиц (например, частицы диаметром более 5 мм)) до их вытеснения в линию 22 обработки. Система 42 управления может управлять приведением в действие одного или более клапанов 48 (например, первого клапана 52 линии закачки, второго клапана 54 закачки). Система 42 управления также может управлять приведением в действие регулирующих клапанов 48, расположенных на линии 25 для раствора (например, впускного клапана 56), сбросной линии 51 (например, стравливающего клапана 58) и/или линии 22 обработки (например, обратного клапана 60). Способ 104 управления приведением в действие клапанов 48 в целях управления закачкой нефтепромысловых материалов, таких как растворная смесь 30, жидкость для гидроразрыва пласта, пропант и добавка на основе пропанта, в линию 22 обработки будет описан ниже со ссылкой на фиг. 5.

[0042] На фиг. 5 изображена блок-схема способа 104 закачки материала с большим размером частиц через линию 24 закачки и линии 22 обработки посредством системы 42 управления в соответствии с вариантом осуществления. Хотя следующее описание способа 104 представлено как выполняемое системой 42 управления, следует отметить, что любое подходящее процессорное устройство может выполнять способ 104, описанный в настоящем документе. Более того, следует понимать, что способ 104, описанный ниже, не ограничен выполнением в том порядке, в котором он представлен в настоящем документе; вместо этого способ 104 может быть выполнен в любом подходящем порядке.

[0043] Как показано на фиг. 5, система 42 управления вначале может принимать (блок 106) сигнал на загрузку растворной смеси 30. Затем система 42 управления закрывает (блок 108) клапан 52 линии закачки между линией 22 обработки и технологической сбросной линией 51. Затем система 42 управления закрывает (блок 110) клапан 54 линии закачки, расположенный вдоль линии закачки между линией 25 для раствора и манифольдом ГРП 18 на шасси. Система 42 управления затем контролирует (блок 112) давление в линии 24 закачки за счет измерения давления посредством соответствующего датчика 50 давления. Система 42 управления затем определяет (блок 114), ниже ли давление в линии 24 закачки номинального давления насосной системы низкого давления (например, номинального давления насоса 36). Если номинальное давление остается выше номинального давления насосной системы низкого давления, система 42 управления открывает (блок 116) клапан 58 сбросной линии и продолжает контролировать (блок 112) давление в линии 24 закачки.

[0044] Когда давление в линии 24 закачки падает ниже номинального давления насосной системы низкого давления, система 42 управления открывает (блок 118) клапан 56 для подачи раствора для наполнения линии 24 закачки. Система 42 управления затем начинает вытеснять (блок 120) растворную смесь 30 под низким давлением. Система 42 управления затем определяет (блок 122), наполнена ли линия 24 закачки желаемым объемом растворной смеси 30, на основании данных, принятых посредством соответствующего датчика 50, которые предоставляют подробную информацию о количестве растворной смеси 30, находящейся в линии 24 закачки. Если объем растворной смеси 30 остается ниже желаемого объема, система 42 управления не выполняет никаких действий и продолжает вытеснять (блок 120) растворную смесь 30 под низким давлением, вследствие чего растворная смесь продолжает наполнять линию 24 закачки. Когда система 42 управления определяет, что линия 24 закачки была наполнена желаемым объемом растворной смеси, система 42 управления закрывает (блок 124) клапан 58 сбросной линии и клапан 56 для подачи раствора.

[0045] Когда система 42 управления определяет, что линия 24 закачки была наполнена желаемым объемом растворной смеси, на основании данных, принятых посредством соответствующего датчика 50, система 42 управления затем может принимать (блок 126) сигнал на закачку растворной смеси 30 в линию 22 обработки. Система 42 управления затем открывает (блок 128) клапан 54 между линией 25 для раствора и манифольдом ГРП 18 на шасси. Затем система 42 управления открывает клапан 54 для наполнения (блок 130), чтобы обеспечить подачу потока растворной смеси 30 из линии 24 закачки в линию 22 обработки. Система 42 управления затем открывает (блок 132) клапан 52 между линией 22 обработки и технологической сбросной линией 51. В результате этого растворная смесь 30 входит в линию 22 обработки, и поток из линии 22 обработки вытесняет растворную смесь в устьевую арматуру 20. В некоторых вариантах осуществления система 42 управления может открывать клапан 52 раньше клапана 54 перед тем, как линия 22 обработки будет полностью заполнена, чтобы дать возможность растворной смеси 30 войти в линию 22 обработки ближе к устьевой арматуре перед открыванием клапана 54. Альтернативно, система 42 управления может открывать клапан 52 и клапан 54 одновременно для наполнения линии 22 обработки. Способы закачки растворной смеси 30 позволяют закачивать нефтепромысловые материалы с частицами большего диаметра, которые должны быть вытеснены со стороны низкого давления на сторону высокого давления линии 22 закачки для использования в стволе скважины без пропускания растворной смеси 30 через насос высокого давления.

[0046] На фиг. 6-9 изображены различные варианты осуществления смесительной системы 32 низкого давления, которая может использоваться для введения растворной смеси 30 в линию 24 закачки высокого давления. Как описано выше, смесительная система 32 низкого давления обеспечивает возможность вытеснения больших частиц (например, частиц диаметром более 5 мм), содержащихся в растворной смеси 30, в линию 24 закачки высокого давления. Количество растворной смеси 30, которое может быть вытеснено в линию 24 закачки высокого давления, может находиться в диапазоне от приблизительно 1 галлона до более 20 галлонов рабочей жидкости. Следует понимать, что растворная смесь 30 может иметь разные концентрации твердых веществ. В некоторых вариантах растворная смесь 30 может иметь более низкую концентрацию твердых веществ и может быть относительно разбавлена более высокой концентрацией жидкости. В других вариантах растворная смесь 30 может иметь относительно более высокую концентрацию твердых веществ и может иметь более низкое содержание жидкости. Смесительная система 32 низкого давления может использовать насос для введения растворной смеси 30 из емкости 34 в линию 24 закачки, вытеснения растворной смеси 30 из емкости 34 в линию 24 закачки с помощью воздушного давления или подачи растворной смеси 30 из емкости 34 в линию 24 закачки самотеком. Смесительная система 32 может быть выбрана частично на основании концентрации растворной смеси 30. Например, смесительная система 32 может использовать линию 25 для подачи раствора самотеком (см. фиг. 8), когда в концентрации растворной смеси 30 присутствует концентрация твердых частиц. Следует понимать, что емкость 34 для раствора может содержать смеситель 130 для смешивания жидкости для гидроразрыва пласта, пропанта и добавки на основе пропанта с образованием растворной смеси 30.

[0047] На фиг. 6 изображено схематичное изображение одного варианта осуществления смесительной системы 32, которая может подавать растворную смесь 30 в линию 24 закачки. В изображенном варианте осуществления смеситель 134 используется для смешивания растворной смеси 30. Смесительная система 32 затем использует насос 36 низкого давления для введения растворной смеси 30 в линию 24 закачки посредством линии 25 для раствора. Насос 36 низкого давления может работать при низком расходе для обеспечения перемещения твердых веществ с частицами относительно большого диаметра через насос 36 без прерывания работы насоса 36. В качестве примера насос 36 низкого давления может работать при давлении ниже 150 фунтов/кв. дюйм.

[0048] На фиг. 7 представлено схематичное изображение второго варианта осуществления смесительной системы 32 для подачи растворной смеси 30 в направлении линии 24 закачки, показанной на фиг. 2 и 4, в соответствии с вариантом осуществления. В изображенном варианте осуществления смесительная система 32 использует смеситель 134 для смешивания растворной смеси 30 в емкости 34. В настоящем варианте осуществления смесительная система 32 может использовать воздушное давление (например, пневматическое давление) для вытеснения растворной смеси 30 в линию 25 для раствора из емкости 34. Воздушное давление может быть обеспечено посредством системы управления объемом воздуха (например, компрессора, датчика давления, датчика уровня). Когда воздух растворяется в содержимом емкости, уровень содержимого емкости может подняться и воздушное давление может упасть, запуская компрессор для нагнетания воздуха в емкость 34 для вытеснения растворной смеси 30.

[0049] На фиг. 8 представлено схематичное изображение третьего варианта осуществления смесительной системы 32 для подачи растворной смеси 30 в направлении линии 24 закачки, показанной на фиг. 2 и 4. В изображенном варианте осуществления смесительная система 32 использует смеситель 134 для смешивания растворной смеси 30 в емкости 34. Смесительная система 32 может содержать линию 25 для раствора, расположенную под углом относительно земли, вследствие чего на растворную смесь 30 действует сила тяжести для перемещения растворной смеси 30 в линию 25 для раствора. То есть, за счет размещения под углом линии 25 для раствора содержимое линии 25 для раствора может быть выпущено из емкости 34 под действием силы тяжести.

[0050] На фиг. 9 представлено схематичное изображение четвертого варианта осуществления смесительной системы 32 для подачи растворной смеси 30 в направлении линии 24 закачки, показанной на фиг. 2 и 4, в соответствии с вариантом осуществления. В изображенном варианте осуществления смесительная система 32 может способствовать осуществлению оперативного смешивания нескольких компонентов. Например, смесительная система 32 может использовать несколько компонентов (например, компонент 140, компонент 142, компонент 144), в которых могут храниться материалы разных типов, которые могут быть смешаны друг с другом для получения растворной смеси 30. Содержимое компонентов 140, 142, 144 может быть добавлено вместе для создания желаемого состава растворной смеси 30, который может быть отрегулирован на месте во время и между этапами нагнетания для удовлетворения рабочих требований, характерных для площадки. То есть, смесительная система 32 может использовать один или более клапанов 48 для управления потоком содержимого от каждого соответствующего компонента 140, 142, 144 для создания растворной смеси 30 с желаемым составом. Кроме того, клапаны 48 могут находиться ниже по потоку относительно емкости 34 и между насосом 36 и линией 25 для раствора.

[0051] Система 42 управления может управлять приведением в действие каждого из клапанов 48 в соответствии с желаемым расходом, временем, концентрацией или любой их комбинацией. Например, система 42 управления может получать желаемый состав растворной смеси 30, который может содержать 25% содержимого A из компонента 140, 25% содержимого B из компонента 142 и 50% содержимого C из компонента 144. Таким образом, система 42 управления может управлять работой каждого соответствующего клапана 48 между компонентами 140, 142 и 144 таким образом, что содержимое емкости 34 состоит из 25% содержимого A, 25% содержимого B и 50% содержимого C. Смеситель 134 может затем смешивать содержимое друг с другом с образованием растворной смеси 30. Система 42 управления может затем управлять работой клапанов 48, расположенных ниже по потоку относительно емкости 34, для подачи растворной смеси 30 в линию 25 для раствора.

[0052] Выше изложены признаки некоторых вариантов осуществления, чтобы специалисты в данной области техники могли лучше понять аспекты настоящего изобретения. Специалистам в данной области техники будет понятно, что настоящее изобретение можно просто использовать в качестве основы для разработки или модификации других процессов и конструкций для осуществления тех же целей и/или достижения тех же преимуществ вариантов осуществления, описанных в настоящем документе. Специалистам в данной области техники также будет понятно, что такие эквивалентные конструкции не отходят от сущности и объема настоящего изобретения, и что они могут выполнить различные изменения, замены и исправления в них без отхода от сущности и объема настоящего изобретения.

Группа изобретений относится к системе и способу доставки нефтепромыслового материала в скважину, находящуюся на буровой площадке. Технический результат – повышение эффективности способа и надежности работы системы. Система гидроразрыва пласта содержит емкость с раствором, линию закачки, множество клапанов линий гидроразрыва и систему управления. Линия закачки расположена между насосом высокого давления и линией обработки. Она выполнена с возможностью соединения по текучей среде с устьевой арматурой. Множество клапанов линий гидроразрыва расположено рядом с линией закачки. Первый клапан из множества клапанов расположен между линией обработки и технологической сбросной линией. Второй клапан из множества клапанов расположен вдоль линии закачки между линией для раствора и манифольдом гидроразрыва - ГРП на шасси. Система управления соединена с возможностью связи с множеством клапанов и выполнена с возможностью обеспечения изоляции по текучей среде части линии закачки между клапанами для создания камеры высокого давления для удержания нефтепромысловых материалов до их вытеснения в линию обработки, наполнения линии закачки некоторым количеством раствора с использованием первого клапана из множества клапанов и закачки раствора в линию обработки с использованием второго клапана из множества клапанов. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Система гидроразрыва пласта, содержащая:

емкость, содержащую раствор;

линию закачки, расположенную между насосом высокого давления и линией обработки, выполненной с возможностью соединения по текучей среде с устьевой арматурой;

множество клапанов линий гидроразрыва, расположенных рядом с линией закачки, причем первый клапан из множества клапанов расположен между линией обработки и технологической сбросной линией, и второй клапан из множества клапанов расположен вдоль линии закачки между линией для раствора и манифольдом гидроразрыва - ГРП на шасси; и

систему управления, соединенную с возможностью связи с множеством клапанов, причем система управления выполнена с возможностью:

обеспечения изоляции по текучей среде части линии закачки между клапанами для создания камеры высокого давления для удержания нефтепромысловых материалов до их вытеснения в линию обработки;

наполнения линии закачки некоторым количеством раствора с использованием первого клапана из множества клапанов;

закачки раствора в линию обработки с использованием второго клапана из множества клапанов.

2. Система гидроразрыва пласта по п. 1, отличающаяся тем, что раствор содержит отклоняющий материал.

3. Система гидроразрыва пласта по п. 2, отличающаяся тем, что пропант содержит частицы, имеющие диаметр 5 мм или более.

4. Система гидроразрыва пласта по п. 1, отличающаяся тем, что насос низкого давления соединен по текучей среде с линией закачки посредством трубопровода.

5. Система гидроразрыва пласта по п. 1, содержащая датчик давления, выполненный с возможностью измерения давления, связанного с линией закачки.

6. Система гидроразрыва пласта по п. 5, отличающаяся тем, что система управления выполнена с возможностью открывания третьего клапана из множества клапанов для сброса давления из линии закачки.

7. Система гидроразрыва пласта по п. 6, отличающаяся тем, что система управления выполнена с возможностью открывания третьего клапана, когда давление превышает пороговое значение.

8. Система гидроразрыва пласта по п. 1, в которой манифольд ГРП на шасси выполнен с возможностью обеспечения давления в линии обработки.

9. Постоянный машиночитаемый носитель для системы гидроразрыва пласта, содержащий выполняемые машиной команды, которые обеспечивают выполнение процессором:

передачи первого набора сигналов на множество клапанов линий гидроразрыва, расположенных рядом с линией закачки и выполненных с возможностью подачи раствора в линию обработки, соединенную по текучей среде с устьевой арматурой, причем первый набор сигналов предназначен для обеспечения изоляции по текучей среде линии закачки;

передачи первого сигнала на первый клапан из множества клапанов линий гидроразрыва, причем первый клапан соединен по текучей среде с насосом, выполненным с возможностью получения раствора, и причем первый сигнал предназначен для открывания первого клапана;

передачи второго сигнала на первый клапан для его закрывания, когда количество раствора в линии закачки превышает пороговое значение;

передачи третьего сигнала на второй клапан из множества клапанов линий гидроразрыва, причем второй клапан выполнен с возможностью обеспечения соединения по текучей среде линии закачки с насосом высокого давления, и причем третий сигнал предназначен для открывания второго клапана; и

передачи четвертого сигнала на третий клапан из множества клапанов линий гидроразрыва, причем третий клапан выполнен с возможностью обеспечения соединения по текучей среде линии закачки с линией обработки, и причем четвертый сигнал предназначен для открывания третьего клапана с перемещением соответствующего количества раствора в линию обработки.

10. Постоянный машиночитаемый носитель по п. 9, отличающийся тем, что выполняемые машиной команды, которые обеспечивают передачу процессором первого сигнала, включают в себя выполняемые машиной команды, которые обеспечивают выполнение процессором:

приема данных о давлении от датчика, связанного с линией закачки;

передачи пятого сигнала на четвертый клапан из множества клапанов, причем четвертый клапан выполнен с возможностью сброса давления из линии закачки; при этом пятый сигнал предназначен для открывания четвертого клапана; и

передачи шестого сигнала на четвертый клапан, когда данные о давлении ниже некоторого значения, причем шестой сигнал предназначен для закрывания четвертого клапана.

11. Постоянный машиночитаемый носитель по п. 9, отличающийся тем, что выполняемые машиной команды, которые обеспечивают передачу процессором четвертого сигнала, включают в себя выполняемые машиной команды, которые обеспечивают выполнение процессором:

приема первого значения давления от первого датчика, связанного с линией закачки;

приема второго значения давления от второго датчика, связанного с линией обработки; и

передачи четвертого сигнала после того, как первое значение давления и второе значение давления станут по существу одинаковыми.

12. Постоянный машиночитаемый носитель по п. 9, содержащий выполняемые машиной команды, которые обеспечивают передачу процессором пятого сигнала на насос после открывания первого клапана, причем пятый сигнал предназначен для обеспечения подачи насосом раствора в линию закачки.

13. Система гидроразрыва пласта, содержащая:

насос низкого давления, соединенный по текучей среде с емкостью, содержащей раствор;

линию закачки, соединенную по текучей среде с насосом низкого давления и линией обработки, выполненной с возможностью соединения по текучей среде с устьевой арматурой;

множество клапанов линий гидроразрыва, расположенных рядом с линией закачки, причем первый клапан из множества клапанов расположен между линией обработки и технологической сбросной линией, второй клапан из множества клапанов расположен вдоль линии закачки между линией для раствора и манифольдом гидроразрыва - ГРП на шасси, и третий клапан из множества клапанов выполнен с возможностью соединения по текучей среде линии закачки с линией обработки; и

систему управления, соединенную с возможностью связи с насосом низкого давления и множеством клапанов, причем система управления выполнена с возможностью:

обеспечения изоляции по текучей среде части линии закачки между клапанами для создания камеры высокого давления для удержания нефтепромысловых материалов до их вытеснения в линию обработки;

наполнения линии закачки некоторым количеством раствора с использованием насоса низкого давления и первого клапана из множества клапанов; и

закачки раствора в линию обработки с использованием второго клапана и третьего клапана из множества клапанов.

14. Система по п. 13, содержащая датчик давления, выполненный с возможностью измерения давления, связанного с линией закачки.

15. Система по п. 13, содержащая обратный клапан, выполненный с возможностью уменьшения обратного потока раствора через линию закачки.

16. Система по п. 13, в которой манифольд ГРП на шасси выполнен с возможностью обеспечения давления в линии обработки.

17. Система по п. 13, содержащая множество компонентов и второе множество клапанов, причем каждый из множества компонентов содержит соответствующий материал, который входит в состав раствора.

18. Система по п. 17, отличающаяся тем, что система управления выполнена с возможностью регулирования количества соответствующего материала, который подается посредством множества компонентов в емкость, с использованием второго множества клапанов.

19. Система по п. 13, отличающаяся тем, что система управления выполнена с возможностью открывания четвертого клапана из множества клапанов для сброса давления из линии закачки.

20. Система по п. 19, отличающаяся тем, что система управления выполнена с возможностью открывания четвертого клапана, когда давление, связанное с линией закачки, превышает пороговое значение.