本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?00910253050.x、申請(qǐng)日為2009年9月22日、申請(qǐng)人為普拉德研究及開發(fā)股份有限公司、發(fā)明名稱為“井場(chǎng)地面設(shè)備系統(tǒng)”的中國發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

本部分內(nèi)容僅提供與本發(fā)明公開內(nèi)容相關(guān)的背景信息，可能不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。本發(fā)明總體上涉及井場(chǎng)地面設(shè)備，例如壓裂設(shè)備等。

背景技術(shù)：

典型的井服務(wù)系統(tǒng)包括由能量源供能的原動(dòng)機(jī)，例如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)等，其驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)從動(dòng)部件，例如泵，該從動(dòng)部件與井筒流體連通，以向井筒中引入流體。流體可以包括壓裂液、支撐劑、酸、水泥漿、礫石充填混合物、鉆井液、完井液、壓縮氣體、及其組合。

仍期望在效率、適應(yīng)性和性能方面對(duì)井場(chǎng)地面設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一種為井場(chǎng)地面設(shè)備供能的系統(tǒng)包括：至少一個(gè)原動(dòng)機(jī)，與為該原動(dòng)機(jī)供能的燃料源連通，并具有至少一個(gè)熱源；至少一個(gè)泵，布置成由該原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，該至少一個(gè)泵與至少一個(gè)井筒和該井筒中使用的至少一種流體流體連通；和至少一個(gè)輔助系統(tǒng)，與該至少一個(gè)原動(dòng)機(jī)的熱源連通。燃料源可包括可燃?xì)怏w燃料源?？扇?xì)怏w燃料源可包括井筒直接提供的天然氣、生產(chǎn)井提供的天然氣、生產(chǎn)設(shè)備提供的天然氣及其組合中之一?？扇?xì)怏w燃料源可包括壓縮天然氣(cng)、液化天然氣(lng)、來自管道或貯存地的天然氣、諸如氫或丙烷的壓縮可燃?xì)怏w、諸如丁烷的液化烴類氣體及其組合中之一。

燃料源可包括液體燃料。原動(dòng)機(jī)可包括壓縮點(diǎn)火往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)、火花點(diǎn)火往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)、燃料電池、以及渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的至少一個(gè)。該至少一個(gè)泵可包括正排量柱塞泵(positivedisplacementplungerpump)、離心泵、螺桿泵(progressingcavitypump)及其組合中之一。熱源可包括廢氣出口、原動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)、輔助冷卻系統(tǒng)及其組合中的至少一個(gè)。

輔助系統(tǒng)可包括與所述至少一個(gè)熱源連通的輔助熱交換器。輔助系統(tǒng)可包括蒸汽發(fā)生器、工作流體的蒸發(fā)器、加熱用在井筒中的至少一種流體的熱源、燃料源、以及從井筒中生產(chǎn)的流體中之一。輔助系統(tǒng)可包括廢熱驅(qū)動(dòng)制冷系統(tǒng)(wasteheatdrivenrefrigerationsystem)。

該系統(tǒng)還可包括減噪系統(tǒng)。該系統(tǒng)還可包括為原動(dòng)機(jī)提供空氣源的空氣入口，該空氣入口包括用于冷卻或加熱空氣源的空氣熱交換器。空氣熱交換器可與輔助系統(tǒng)流體連通。用在井筒中的流體可包括壓裂液、酸、水泥漿、礫石充填混合物、鉆井液、完井液、壓縮氣體及其組合中至少之一，其中壓裂液包括至少一種流體和支撐劑。輔助系統(tǒng)可包括與天然氣燃料源連通、以在其膨脹時(shí)從燃料源提取熱量的熱交換器。

在一個(gè)實(shí)施例中，一種方法包括：提供為井場(chǎng)設(shè)備供能的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：至少一個(gè)原動(dòng)機(jī)，與為該原動(dòng)機(jī)供能的燃料源連通并具有至少一個(gè)熱源；至少一個(gè)泵，布置成由該原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，該至少一個(gè)泵與至少一個(gè)井筒和該井筒中使用的至少一種流體流體連通；以及至少一個(gè)輔助系統(tǒng)，與該至少一個(gè)原動(dòng)機(jī)的熱源連通；使井場(chǎng)設(shè)備和系統(tǒng)鄰近井筒布置；和使用井場(chǎng)設(shè)備在井筒中進(jìn)行至少一種井服務(wù)操作。

井服務(wù)操作可包括壓裂操作、酸處理操作、固井操作、完井操作、防砂操作、連續(xù)油管(coiledtubing)操作及其組合中之一。燃料源可包括可燃?xì)怏w燃料源?？扇?xì)怏w燃料源可包括井筒直接提供的天然氣、生產(chǎn)井提供的天然氣、生產(chǎn)設(shè)備提供的天然氣及其組合中之一?？扇?xì)怏w燃料源可包括壓縮天然氣(cng)、液化天然氣(lng)、來自管道或貯存地的天然氣、壓縮可燃?xì)怏w、液化烴類氣體及其組合中之一。熱源可包括廢氣出口、原動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)、輔助冷卻系統(tǒng)及其組合中的至少一個(gè)。

附圖說明

結(jié)合附圖參照下面的詳細(xì)說明將會(huì)更好地理解本發(fā)明的這些和其它特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)。

圖1為井場(chǎng)地面設(shè)備系統(tǒng)的實(shí)施例的示意性框圖。

圖2為井場(chǎng)地面設(shè)備系統(tǒng)的實(shí)施例的示意性框圖。

圖3為井場(chǎng)地面設(shè)備系統(tǒng)的實(shí)施例的示意性框圖。

圖4為用于井場(chǎng)地面設(shè)備系統(tǒng)的燃料源的實(shí)施例的示意性框圖。

圖5為用于井場(chǎng)地面設(shè)備系統(tǒng)的燃料源的實(shí)施例的示意性框圖。

具體實(shí)施方式

參照所有附圖，一個(gè)實(shí)施例的井場(chǎng)地面系統(tǒng)總體上用附圖標(biāo)記100表示。系統(tǒng)100可用于向井場(chǎng)地面設(shè)備供能，該井場(chǎng)地面設(shè)備包括原動(dòng)機(jī)102，該原動(dòng)機(jī)102與燃料源104連通，并布置成用于驅(qū)動(dòng)從動(dòng)設(shè)備或部件106或向從動(dòng)設(shè)備或部件106供能，從動(dòng)設(shè)備或部件106例如是至少一個(gè)泵或類似部件。所述至少一個(gè)泵106可以通過合適的管路和/或管道110與井筒108流體連通，該合適的管路和/或管道110包括但不限于本領(lǐng)域已知的管道，例如處理鐵(treatingiron)。泵106還可與多于一個(gè)井筒108以及用在該至少一個(gè)井筒108中的至少一種流體112流體連通。泵106可與多于一種流體112流體連通。系統(tǒng)100可安裝在滑架或拖車(未示出)上，用于將系統(tǒng)100移至不同的井筒，例如井筒108。原動(dòng)機(jī)104可包括與至少一個(gè)輔助系統(tǒng)118連通的熱源，例如廢氣出口116，或者其它合適的熱源，其可以進(jìn)一步包括熱交換器等，這在下面更詳細(xì)地討論。

在系統(tǒng)100操作期間，泵106可以向井筒108供應(yīng)流體112，并且流體114可以從井筒108供應(yīng)，例如，但不限于，產(chǎn)出的水和/或產(chǎn)出的液體或類似物。產(chǎn)出的液體、水、或流體114可進(jìn)一步供應(yīng)到泵106，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的。

原動(dòng)機(jī)102可以是內(nèi)燃機(jī)，例如壓縮點(diǎn)火往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)或柴油往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)、火花點(diǎn)火往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪機(jī)，例如航改渦輪機(jī)(aeroderivativeturbineengine)、工業(yè)渦輪機(jī)(industrialturbineengine)、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、燃料電池等，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的。

參照?qǐng)D4和5，示出了燃料源的實(shí)施例，燃料源總體上以400和500表示。燃料源104可以是可燃?xì)怏w源，例如壓縮天然氣(cng)502、液化天然氣(lng)504、和/或來自管道506或貯存地508的天然氣。燃料源104可包括直接從井筒108、生產(chǎn)井筒402(例如鄰近的生產(chǎn)井筒)、生產(chǎn)設(shè)備404供應(yīng)的諸如天然氣等的可燃?xì)怏w，或圖4和5所示的天然氣源108、402、404、502、504、506和508的任意組合。燃料源104可包括來自井筒108、生產(chǎn)井筒402或生產(chǎn)設(shè)備404的壓縮的可燃?xì)怏w和/或易燃?xì)怏w，如氫或丙烷，或者液化的可燃和/或易燃烴類氣體，如丁烷。燃料源104可包括液體燃料源510，例如柴油、煤油等。燃料源104可包括上述天然氣源108、402、404、502、504、506和508以及上述液體燃料源510的組合，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的。

可以選擇燃料源104，以減少和/或改變排氣系統(tǒng)116中的廢氣總體排放，例如通過減少總顆粒物質(zhì)、氮氧化物(nox)的總排放、廢氣中一氧化碳或二氧化碳的含量等。隨著原動(dòng)機(jī)104的運(yùn)轉(zhuǎn)，廢氣產(chǎn)生并通過排氣系統(tǒng)116傳送。然后，排氣系統(tǒng)116中的廢氣的熱量可以在至少一個(gè)輔助系統(tǒng)118中被利用，這在下面將更詳細(xì)地討論。

泵106可包括用于例如在壓力等條件下將流體112提供至井筒108的正排量泵，如柱塞泵(例如三缸柱塞泵或五缸柱塞泵)、離心泵、螺桿泵或者任何合適的設(shè)備及其組合，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的。

在一實(shí)施例中，最好參照?qǐng)D2，系統(tǒng)總體上以附圖標(biāo)記200表示。系統(tǒng)200包括原動(dòng)機(jī)202，原動(dòng)機(jī)202是包括壓縮機(jī)部分204和渦輪機(jī)或渦輪擴(kuò)展機(jī)部分206的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。空氣在進(jìn)口208處被引入原動(dòng)機(jī)202，并可以通過空氣熱交換器210傳送。空氣熱交換器210可用來冷卻進(jìn)入原動(dòng)機(jī)202中的引入空氣?？諝獗粡臒峤粨Q器引導(dǎo)到原動(dòng)機(jī)或渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)202的壓縮機(jī)部分204。壓縮機(jī)部分202可具有多個(gè)壓縮階段，空氣可以在壓縮階段之間或者一個(gè)或多個(gè)壓縮階段之后傳送通過至少一個(gè)中間冷卻器212。壓縮空氣離開壓縮機(jī)部分204，與來自燃料源104的燃料混合，在燃燒室214中由點(diǎn)火器(未示出)或類似裝置進(jìn)行點(diǎn)火，并通過發(fā)動(dòng)機(jī)202的渦輪機(jī)或擴(kuò)展機(jī)部分206傳送(route)。渦輪機(jī)或擴(kuò)展機(jī)部分206可包括多個(gè)膨脹階段，廢氣可在廢氣出口從最后階段或中間階段傳送到用于輔助系統(tǒng)(例如，輔助系統(tǒng)118)的輔助熱交換器216。原動(dòng)機(jī)202的輸出218，例如軸，通過直接或緊配合連接、傳動(dòng)裝置、齒輪減速器、與泵緊配合的動(dòng)力渦輪或通過其它合適的連接，連接到一個(gè)或多個(gè)從動(dòng)裝置(例如，泵106等)的輸入(未示出)，例如軸。

如上所述，泵106或從動(dòng)裝置與井筒108和流體源112流體連通，流體例如為工作流體或處理流體，包括但不限于，壓裂液、一種或多種支撐劑、一種或多種酸、水泥漿、礫石充填混合物、鉆井液、完井液以及它們的混合物。

輔助系統(tǒng)118可使用輔助熱交換器216作為蒸汽發(fā)生器122，用于例如利用合適的輸出等操作蒸汽渦輪機(jī)來生產(chǎn)蒸汽并操作聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的。輔助系統(tǒng)118可使用輔助熱交換器216作為工作流體的蒸發(fā)器，工作流體例如是流體112、流體114、燃料源104等。

輔助系統(tǒng)118可利用輔助熱交換器216作為熱源以加熱流體112，從而例如控制流體或處理流體112的特性和/或化學(xué)反應(yīng)。受到加熱的處理流體112可以通過合適的泵送和/或裝設(shè)管道的裝置，例如泵106和處理鐵(treatingiron)110，而被送入井筒。

輔助系統(tǒng)118可使用輔助熱交換器216作為熱源加熱流體114，例如來自井筒108或者附近的井筒或者生產(chǎn)設(shè)備的產(chǎn)出液。產(chǎn)出液114在被蒸發(fā)或汽化成為輔助系統(tǒng)118的一部分之前可經(jīng)過調(diào)節(jié)或處理，或者經(jīng)過調(diào)節(jié)或處理的流體114可被注入原動(dòng)機(jī)202的渦輪機(jī)或擴(kuò)展機(jī)部分206中，或者被注入原動(dòng)機(jī)202的空氣入口208，以提供冷卻。

輔助系統(tǒng)118可使用輔助熱交換器216，在由lng燃料源504或cng燃料源502提供的過冷氣體注入原動(dòng)機(jī)102之前，對(duì)其進(jìn)行加熱，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的。輔助系統(tǒng)118可使用輔助熱交換器216作為廢熱驅(qū)動(dòng)制冷系統(tǒng)120的熱輸入，該制冷系統(tǒng)可用于例如冷卻進(jìn)入空氣熱交換器210中的空氣，例如在原動(dòng)機(jī)202的入口208處，以操作機(jī)械制冷系統(tǒng)或類似系統(tǒng)來冷卻系統(tǒng)100的各種部件。

在圖3所示的系統(tǒng)100′的實(shí)施例中，輔助系統(tǒng)118可進(jìn)一步使用來自原動(dòng)機(jī)102或202的冷卻水系統(tǒng)302的冷卻水作為輔助熱交換器216的熱源，與流體112、流體114、燃料源104(如lng燃料源504或cng燃料源502)、制冷系統(tǒng)120、蒸汽發(fā)生器122、以及空氣熱交換器210一起使用。系統(tǒng)100′可以僅使用冷卻水系統(tǒng)302的冷卻水作為輔助熱交換器216的熱源。系統(tǒng)100和100′可以利用來自輔助冷卻系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)302、排氣系統(tǒng)116及其組合的熱，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的。

空氣熱交換器210可用于在注入原動(dòng)機(jī)102或202之前在入口208處冷卻和/或加熱進(jìn)來的空氣，并加熱例如來自cng燃料源502或lng燃料源504的過冷天然氣。然后，來自于空氣熱交換器210的天然氣被傳送至輔助熱交換器216，從而例如在燃燒室214處注入原動(dòng)機(jī)202或102之前加熱來自空氣熱交換器208出口的氣體。

流體114可包括壓裂液、一種或多種支撐劑、一種或多種酸、水泥漿、礫石充填混合物、鉆井液、完井液以及它們的混合物，如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。一種或多種流體114可以用在任意個(gè)井服務(wù)操作中，包括但不限于，壓裂操作、酸處理操作、固井操作、完井操作、連續(xù)油管操作、防砂操作及其組合。

泵或從動(dòng)設(shè)備106可包括被單一原動(dòng)機(jī)102或202驅(qū)動(dòng)的一對(duì)泵，例如2008年9月3日遞交的共同轉(zhuǎn)讓、同時(shí)待審的申請(qǐng)no.12/203,604中所公開的。

原動(dòng)機(jī)102或202可進(jìn)一步包括減噪系統(tǒng)124。減噪系統(tǒng)124可與原動(dòng)機(jī)102或202的排氣系統(tǒng)116結(jié)合或以合適的方式連通，減噪系統(tǒng)124可包括位于輔助熱交換器216下游的用于廢氣的轉(zhuǎn)向裝置，使得廢氣可被向上引導(dǎo)。減噪系統(tǒng)124可以包括針對(duì)噪聲源例如原動(dòng)機(jī)102或202的廢氣的“噪音消除”或者中和波，以減少原動(dòng)機(jī)102或202或其它地面設(shè)備噪聲源的有效噪聲，從而減少整個(gè)系統(tǒng)100的總噪聲。輔助熱交換器216通過使廢氣傳送通過隔音板或類似裝置，本身就具有消音器或減噪器的功能。

上面所公開的具體實(shí)施例僅是示意性的，因?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員受益于這里的教導(dǎo)顯然能夠以不同的等同方式改進(jìn)或?qū)嵤┍景l(fā)明。而且，除了下面權(quán)利要求書中所描述的以外，此處所示出的結(jié)構(gòu)或設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)不是限制性的。因此，很明顯，上面所公開的具體實(shí)施例可以改變或改進(jìn)，且所有這樣的變型都被認(rèn)為在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。具體地，此處所公開的每個(gè)值的范圍(從“大約a到大約b”，或等同地“從約a到b”，或等同地“從大約a-b”的形式)應(yīng)當(dāng)理解為是指相應(yīng)值范圍的冪集(所有子集的集合)。因此，此處請(qǐng)求的保護(hù)與下面權(quán)利要求書中提出的一樣。

已經(jīng)根據(jù)本發(fā)明目前較佳的實(shí)施例進(jìn)行了前面的描述。與本發(fā)明相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域的人員將理解，在不有意偏離本發(fā)明的原理和范圍的條件下，可以對(duì)所說明的結(jié)構(gòu)和操作方法進(jìn)行改進(jìn)和改變。相應(yīng)地，此前的描述不能被解讀為只適于所描述的和附圖所示的精確結(jié)構(gòu)，而應(yīng)理解為與下面權(quán)利要求相一致并支持權(quán)利要求，以使權(quán)利要求范圍最全面、最公平。