用于井筒的壓裂系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本文所包含的公開內(nèi)容描述可用于刺激地層的系統(tǒng)、裝置以及方法，包括可用于加壓流體的泵、與所述泵連通并且驅(qū)動所述泵的電動驅(qū)動器、以及與所述電動驅(qū)動器連通并且對該電動驅(qū)動器供電的電源。所述電源可包括現(xiàn)場的發(fā)電機(jī)和/或電網(wǎng)電源，并且可使用變壓器來將接收的電壓變換至可適用于對所述電動驅(qū)動器供電的電壓。可使用與所述電動驅(qū)動器相關(guān)的空氣移動裝置來提供靠近所述泵的空氣以驅(qū)散氣體。在流體供給和/或支撐劑添加子系統(tǒng)的結(jié)合中，所述泵可用于壓裂地層。
【專利說明】用于井筒的壓裂系統(tǒng)及方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2013年10月10日提交的美國臨時(shí)專利申請61/889，187的優(yōu)先權(quán)。
[0003]本申請還要求于2013年3月3日提交的美國非臨時(shí)專利申請14/199,461以及于2013年12月12日提交的美國臨時(shí)專利申請61 /915，093的優(yōu)先權(quán)。
[0004]所有上述申請均通過引用以全文并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0005]本發(fā)明一般涉及可在井筒內(nèi)使用的系統(tǒng)、方法、裝置及組成，更具體地，涉及用于壓裂地層以刺激地層(format1n)產(chǎn)量(例如，烴類的產(chǎn)量)的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0006]為了刺激和/或增加井的烴類產(chǎn)量，人們進(jìn)行了稱為壓裂(fracturing)(俗稱“壓裂(fracing)”)的工藝。在簡要概述中，將加壓流體-經(jīng)常為水-以足以在地層中產(chǎn)生裂縫的壓力栗浦進(jìn)地層的生產(chǎn)區(qū)，從而使得烴類能夠以較少的阻力在地層中流動?？蓪⑷缟匙?、陶瓷小珠、和/或類似的顆粒型材料等固體物質(zhì)與壓裂液混合，這些固體材料一般在裂縫形成后留在裂縫內(nèi)。公知的固體材料如支撐劑，用于防止裂縫閉合和/或防止在壓裂操作后裂縫尺寸大大減小，例如通過將裂縫“支撐”在打開位置中。某些類型的支撐劑當(dāng)在壓力的作用下被栗浦進(jìn)地層時(shí)還可有利于形成裂縫。盡管存在于裂縫中的支撐劑可阻礙地層的滲透性，例如通過阻礙烴類朝井筒流動，但是由支撐裂縫所產(chǎn)生的增加的流量超過支撐劑引起的任何阻力。出于壓裂目的而輸送進(jìn)地層的材料可稱為“壓裂材料”。壓裂材料可包括出于壓裂目的而輸送進(jìn)地層的任何材料，并且可包括流體、氣體、固體、或其組合。
[0007]由于水對地層的副作用，使用含水流體壓裂往往是不可取的。例如，粘土以及其它地層組分接觸水時(shí)會發(fā)生膨脹，而鹽以及其它地層組分則會溶解，以致接觸大量的水會使地層不穩(wěn)定。水以及其它含水流體的使用還產(chǎn)生處理方面的問題。具體地，從井中回收(例如，在壓裂施工之后)的含水壓裂液包含各種井筒流體以及其它化學(xué)成分(例如，促進(jìn)使用流體壓裂的添加劑)，因此，根據(jù)大量法規(guī)的規(guī)定，回收的壓裂流體必須收集并且存儲在表面處，以環(huán)境可接受的方式處理。這樣的過程對于壓裂施工來說增加了大量的時(shí)間和費(fèi)用。
[0008]無水壓裂液已經(jīng)被作為一種替代方式來使用，一種此類受歡迎的流體包括烴基流體(例如，粗/精油、甲醇、柴油、凝析油、液體石油玻璃(LPG)和/或其它脂肪族或芳族化合物)。烴基壓裂液本身與大多數(shù)儲層兼容，在產(chǎn)生可接受的裂縫幾何體期間一般不會對地層造成傷害。然而，由于烴基流體的可燃性，因此使用此類流體進(jìn)行井筒作業(yè)時(shí)，需要增強(qiáng)的安全準(zhǔn)備以及設(shè)備。此外，許多烴基流體是易揮發(fā)的和/或不適合以井筒溫度和壓力使用，同時(shí)缺乏足夠的密度來承載許多類型的支撐劑。因此，通常的做法就是使用化學(xué)添加劑(例如，膠凝劑、增粘劑等)來改變流體特性。描述使用液化石油氣的系統(tǒng)的實(shí)例在美國專利8，408，289中描述，該專利通過引用以全文并入于此。化學(xué)添加劑的使用會產(chǎn)生廢料和處置問題，這與使用含水流體進(jìn)行壓裂施工遇到的那些問題類似。
[0009]與使用的壓裂液和支撐劑的類型無關(guān)，壓裂施工通常需要使用一個(gè)或多個(gè)高壓栗來對栗浦進(jìn)井筒的壓裂液進(jìn)行加壓。以往，此類設(shè)備使用柴油機(jī)來驅(qū)動/發(fā)動，這可能會在現(xiàn)場造成大量的噪音、污染以及費(fèi)用。電驅(qū)動系統(tǒng)已經(jīng)被考慮用來替代柴油機(jī);然而，此類系統(tǒng)需要大量設(shè)備件、大范圍布線和/或類似的導(dǎo)管，并且通常利用現(xiàn)場發(fā)電，如天然氣汽輪機(jī)。當(dāng)使用包含可燃組分的壓裂流體時(shí)，可能就不適合使用汽輪原動機(jī)以及類似的設(shè)備。用于在壓裂地層中使用的示例性電動系統(tǒng)在公開的美國專利申請2012/0255734中描述，該專利申請通過引用以全文并入于此。
[0010]存在壓裂和/或刺激地層的系統(tǒng)及方法的需求，以克服地層傷害/兼容、可燃性、支撐劑輸送、和/或供電問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本文范圍內(nèi)可使用的實(shí)施例包括可用于刺激地層(例如，通過在地層中形成裂縫)的系統(tǒng)，如通過經(jīng)由井筒將加壓流體供給至地層。適用于提供流體(例如，如丙烷、其它烷烴、鹵代烴、其它烴類等壓裂液，或如水等任何其它壓裂液)的流體供給系統(tǒng)可被設(shè)置與地層流體連通?？墒褂脛恿ο到y(tǒng)來將流體加壓至足以刺激地層的壓力，該動力系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)與所述流體連通的栗(例如，可用于壓裂作業(yè)的高壓栗)。在一實(shí)施例中，可使用支撐劑添加系統(tǒng)來提供固體材料(例如支撐劑，如可用于在地層中保持裂縫的沙子、陶瓷、小珠、玻璃微珠、結(jié)晶材料、或任何其它固體和/或顆粒物質(zhì))。
[0012]除了所述一個(gè)或多個(gè)栗外，所述電源子系統(tǒng)還可包括與一個(gè)或多個(gè)栗連通并且驅(qū)動一個(gè)或多個(gè)栗的電動驅(qū)動器(例如，電機(jī))、以及與所述電動驅(qū)動器連通并且對該電動驅(qū)動器供電的電源(例如汽輪發(fā)電機(jī)、電網(wǎng)電源、和/或另一交流或直流電源)?？蛇x或額外地，發(fā)電機(jī)可使用往復(fù)式發(fā)動機(jī)(例如，柴油機(jī))來提供動力，這并不脫離本文的范圍?？墒褂脝蝹€(gè)電動驅(qū)動器或多個(gè)電動驅(qū)動器來驅(qū)動單個(gè)栗，以及可使用單個(gè)電動驅(qū)動器或多個(gè)電動驅(qū)動器來驅(qū)動多個(gè)栗。類似地，單個(gè)電源可對一個(gè)或多個(gè)電動驅(qū)動器供電，或多個(gè)電源可對一個(gè)或多個(gè)電動驅(qū)動器供電。在一實(shí)施例中，所述電源子系統(tǒng)可適用于同時(shí)或選擇性/可選地使用現(xiàn)場電源，如由天然氣汽輪機(jī)提供動力的發(fā)電機(jī)、或電網(wǎng)電源(例如，與遠(yuǎn)端電源相關(guān)的電力線或類似導(dǎo)線)。
[0013]可使用一個(gè)或多個(gè)變壓器來將電源電壓變換至適合用于對電動驅(qū)動器供電的電壓。一個(gè)或多個(gè)變頻器(“VFD(s)”)可被設(shè)置與所述一個(gè)或多個(gè)變壓器以及各自的電動驅(qū)動器連通。
[0014]在一實(shí)施例中，至少一個(gè)VFD、電動驅(qū)動器、以及栗可被設(shè)置在移動車上，以便于例如現(xiàn)場的模塊化定位。還可將一個(gè)或多個(gè)變壓器設(shè)置在移動車上或離開移動車設(shè)置。可通過電導(dǎo)線將電源與變壓器接合(并且隨后與其它相關(guān)組件接合)，這消除了存在于傳統(tǒng)現(xiàn)場的許多電纜/導(dǎo)線。
[0015]在一實(shí)施例中，與電動驅(qū)動器相關(guān)的空氣移動裝置(例如，鼓風(fēng)機(jī))(通常用于冷卻電動驅(qū)動器)可被用于使靠近栗的空氣流動，例如用于驅(qū)散揮發(fā)性氣體。例如，當(dāng)使用丙烷作為壓裂液時(shí)，靠近所述栗的丙烷積累可產(chǎn)生可燃條件(例如，空氣中含有約2.2%至9.5%的丙烷濃度)，而連續(xù)移動靠近栗的空氣將防止可燃組分以足以點(diǎn)火的濃度積累。在所述電動驅(qū)動器和栗之間延伸的封閉導(dǎo)管可用于促進(jìn)空氣流動?？蛇x地或額外地，所述電動驅(qū)動器以及栗可占據(jù)單個(gè)外殼。在一個(gè)實(shí)施例中，驅(qū)動軸在所述電動驅(qū)動器和栗之間延伸，來自空氣移動裝置的空氣可觸碰延伸自所述驅(qū)動軸的一個(gè)或多個(gè)凸部，使得所述空氣的流動將動力輸出至驅(qū)動軸。除了與電動驅(qū)動器相關(guān)的空氣移動裝置外或者替代與電動驅(qū)動器相關(guān)的空氣移動裝置，此凸部的旋轉(zhuǎn)本身(例如，當(dāng)旋轉(zhuǎn)所述驅(qū)動軸以驅(qū)動栗時(shí))可用于使靠近所述栗的空氣流通。
[0016]在本文范圍內(nèi)可使用的系統(tǒng)的實(shí)施例可提供具有有源前端的一個(gè)或多個(gè)VFDO可與VH)—起使用的有源前端有效切換約3500Hz的頻率下的多個(gè)絕緣柵雙極晶體管(IGBT)以及多個(gè)電感-電容-電感無源濾波器(LCL)。將輸進(jìn)VFD的信號有效過濾使得能夠進(jìn)行有源信號調(diào)制，該調(diào)制降低并且可用于有效防止系統(tǒng)形成諧波的可能性，該諧波可不利地影響壓裂材料的輸送。相比于傳統(tǒng)的二極管橋式整流器或其它無源濾波技術(shù)，當(dāng)使用來自電網(wǎng)的電力時(shí)，此有源前端提供優(yōu)越的線消除諧波(line canceling harmonics)。
[0017]此外，所述系統(tǒng)的實(shí)施例可包括用于控制多個(gè)栗的邏輯系統(tǒng)，所述多個(gè)栗在同一時(shí)間用于相同的壓裂作業(yè)中。所述邏輯系統(tǒng)可包括一個(gè)或多個(gè)傳感器，所述傳感器有效監(jiān)控眾多不同的栗浦系統(tǒng)參數(shù)。為了響應(yīng)性調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)栗的栗浦行為特性，以優(yōu)化流進(jìn)地層中的壓裂材料流動和/或防止由于多個(gè)栗系統(tǒng)之間的相互作用而出現(xiàn)的潛在危險(xiǎn)情況，所述邏輯系統(tǒng)可進(jìn)一步包括使用由傳感器收集的數(shù)據(jù)的有源反饋回路。
[0018]本文所述的系統(tǒng)的電組件可運(yùn)行在眾多不同電壓中的任一電壓下；然而，在沒有否認(rèn)任何功能電壓范圍的情況下，出于描述本文實(shí)施例的目的，將假定運(yùn)行電壓約為4160V或“中壓”。
[0019]本文具體描述了中壓的使用，因?yàn)槠錇樗鱿到y(tǒng)提供許多潛在的益處。這些優(yōu)點(diǎn)包括不需要用于將電源的輸入電轉(zhuǎn)換至可供VH)使用的電壓的前端變壓器。前端變壓器的去除減少了系統(tǒng)使用所需的設(shè)備量，繼而降低了組建以及運(yùn)行系統(tǒng)的成本以及后勤需求(例如，一個(gè)或多個(gè)前端變壓器本身的成本、設(shè)備輸送的成本以及規(guī)劃、現(xiàn)場設(shè)備重量等)。
[0020]此外，比起在更低電壓結(jié)構(gòu)中所需的，中壓的使用實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)的電組件之間連接的電纜更少和/或更小。電纜的減少降低了組建系統(tǒng)的成本以及工作現(xiàn)場的雜亂(clutteredness)。
[0021]本文范圍包括一種用于以足夠刺激地層的壓力將壓裂材料供給至地層的電力系統(tǒng)。所述電力系統(tǒng)包括至少一個(gè)栗、至少一個(gè)電動驅(qū)動器、以及至少一個(gè)VFD。在所述系統(tǒng)的一實(shí)施例中，所述VH)從電源接收電力，所述VFD接著將該電力轉(zhuǎn)換成電信號，所述電信號接著被傳輸至電動驅(qū)動器。所述電動驅(qū)動器將VH)提供的電信號轉(zhuǎn)換成用于驅(qū)動所述栗的機(jī)械能。由所述電動驅(qū)動器所產(chǎn)生的機(jī)械能來驅(qū)動所述栗，使得所述栗對一定體積的壓裂材料加壓。所述經(jīng)加壓的壓裂材料可被輸送進(jìn)地層，以刺激所述地層。
[0022]可配置所述電力系統(tǒng)的實(shí)施例，以便單個(gè)VH)將所述電信號提供至多個(gè)電機(jī)，每一電機(jī)為相關(guān)的栗提供動力。單個(gè)VH)對多個(gè)的電機(jī)/栗組件供電可有益于需要以高流速低壓力將壓裂材料輸送至地層的壓裂系統(tǒng)。
[0023]可配置所述電力系統(tǒng)的可選實(shí)施例，以便單個(gè)VH)可提供電信號至單個(gè)的電機(jī)/栗組件。此結(jié)構(gòu)可有益于壓裂系統(tǒng)需要以高壓將壓裂材料輸送至地層的情形?？膳渲盟鲭娏ο到y(tǒng)的實(shí)施例，使得所述VH)位于靠近所述電機(jī)/栗組件的位置。此結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)減少作業(yè)現(xiàn)場需要的基礎(chǔ)設(shè)施，并且可使得整個(gè)電力系統(tǒng)能被配置以便通過移動平臺支撐并且可在該移動平臺上運(yùn)輸。
[0024]可配置所述電力系統(tǒng)的實(shí)施例，使得所述VH)位于遠(yuǎn)離所述一個(gè)或多個(gè)電機(jī)/栗組件的位置。通過將與壓裂材料相互作用的潛在火源(VFD)從系統(tǒng)組件的近端物理移除，此結(jié)構(gòu)可有助于防止現(xiàn)場發(fā)生危險(xiǎn)。這在當(dāng)加壓的壓裂材料包括揮發(fā)性材料時(shí)尤其重要。
[0025]所述電力系統(tǒng)的實(shí)施例可包括設(shè)計(jì)為防火和/或防爆的一個(gè)或多個(gè)電動驅(qū)動器。
[0026]所述電力系統(tǒng)的實(shí)施例可進(jìn)一步包括支撐劑添加子系統(tǒng)，所述支撐劑添加子系統(tǒng)被配置用于將支撐劑添加至加壓的壓裂材料。
[0027]所述電力系統(tǒng)可進(jìn)一步包括攪拌器，所述攪拌器被配置用于使粘性壓裂材料能夠被輸送至地層。此攪拌器可使用振動，以使得能夠輸送所述粘性壓裂材料。
[0028]所述電力系統(tǒng)的實(shí)施例可進(jìn)一步包括變壓器，所述變壓器用于將接收的電力在被輸進(jìn)VFD之前從第一電壓轉(zhuǎn)換至第二電壓。
[0029]此外，本文范圍包括一種對用于以足夠刺激地層的壓力將壓裂材料供給至地層的系統(tǒng)供電的方法。所述方法的實(shí)施例包括首先從電源接收電力。將所述電力輸進(jìn)將該電力轉(zhuǎn)換成電信號的VFD。所述電信號接著從所述VFD傳輸至電機(jī)。所述電機(jī)將VFD提供的電信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。電機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能被傳送至栗，所述栗使用電機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能來對一定體積的壓裂材料加壓。
[0030]所述方法的實(shí)施例可進(jìn)一步包括將接收的電力在被輸進(jìn)VH)之前從第一電壓轉(zhuǎn)換至第二電壓的步驟?？墒褂米儔浩鱽韺⑺鲭娏牡谝浑妷恨D(zhuǎn)換至第二電壓。當(dāng)電源提供的電壓在VFD可使用的電壓范圍外時(shí)，可需要此步驟。
[0031]所述方法的實(shí)施例可提供將一部分VH)提供的電信號傳輸至多個(gè)電動驅(qū)動器。所述部分電信號可被提供至多個(gè)串聯(lián)或并聯(lián)的電機(jī)。
【附圖說明】
[0032]認(rèn)為是本文主題特性的新穎特征將在后面提出的任意權(quán)利要求中闡述。然而，結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀，本發(fā)明本身以及優(yōu)選的實(shí)施例、進(jìn)一步的目的和其中的優(yōu)點(diǎn)通過參考下面詳細(xì)的說明性實(shí)施例描述可以得到最好的理解。
[0033]在本文范圍內(nèi)可用的、下面呈現(xiàn)的各種實(shí)施例的詳細(xì)描述中，參考如下附圖，其中:
[0034]圖1示出了可在本文范圍內(nèi)使用的系統(tǒng)實(shí)施例的示意圖；
[0035]圖2A示出了可在本文范圍內(nèi)使用的、與栗接合的電機(jī)的一實(shí)施例的概略側(cè)視圖；
[0036]圖2B示出了可在本文范圍內(nèi)使用的、與栗接合的電機(jī)的一實(shí)施例的概略側(cè)視圖；
[0037]圖2C示出了可在本文范圍內(nèi)使用的、與栗接合的電機(jī)的一實(shí)施例的概略側(cè)視圖；
[0038]圖3示出了可在本文范圍內(nèi)使用的、與栗接合的電機(jī)的一實(shí)施例的概略側(cè)視圖；
[0039]圖4示出了可在本文范圍內(nèi)使用的、與栗接合的電機(jī)的一實(shí)施例的概略側(cè)視圖；
[0040]圖5示出了可在本文范圍內(nèi)使用的vro的一實(shí)施例的概略側(cè)視圖；
[0041]圖6示出了可在本文范圍內(nèi)使用的、用于將壓裂材料供給至地層的電栗系統(tǒng)的一實(shí)施例的示意圖；
[0042]圖7示出了可在本文范圍內(nèi)使用的、用于將壓裂材料供給至地層的電栗系統(tǒng)的一實(shí)施例的示意圖；
[0043]圖8示出了可在本文范圍內(nèi)使用的、用于將壓裂材料供給至地層的電栗系統(tǒng)的一實(shí)施例的示意圖；
[0044]下面參考所列出的附圖來描述一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0045]現(xiàn)在參考附圖，其中在所有不同附圖中使用相同的引用標(biāo)記來表示相同的組件。
[0046]在詳細(xì)描述本發(fā)明的選定實(shí)施例前，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不局限于本文所述的特定實(shí)施例。本文的公開和描述是對本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)目前優(yōu)選的實(shí)施例及其變形的說明以及解釋，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，可以對設(shè)計(jì)、組織、操作順序、操作方式、設(shè)備結(jié)構(gòu)和位置、方法以及機(jī)械等同物的使用進(jìn)行各種變形，這并不違背本發(fā)明的精神。
[0047]同樣，應(yīng)當(dāng)理解的是，這些附圖旨在對本領(lǐng)域技術(shù)人員說明和清楚地公開本發(fā)明目前優(yōu)選的實(shí)施例，而并不意為制造的同等附圖或最終產(chǎn)品的演示，并且可包括對于更簡單且更快的理解或解釋本發(fā)明所需要的簡化的概念性視圖。同樣，組件的相對尺寸和設(shè)置可與所示的不同，但是仍操作在如本申請全文所述的本發(fā)明精神范圍內(nèi)。
[0048]此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，如“上”、“下”、“底”、“頂”、“左”、“右”等各種方向只針對于結(jié)合附圖的解釋產(chǎn)生，而例如在運(yùn)輸和制造以及作業(yè)期間，組件可以取向不同。因?yàn)榭梢栽诒疚慕虒?dǎo)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)明性概念范圍內(nèi)進(jìn)行許多變化和不同的實(shí)施例，而且因?yàn)榭梢詫Ρ疚乃枋龅膶?shí)施例進(jìn)行許多修改，所以應(yīng)當(dāng)理解的是，應(yīng)當(dāng)將本文的細(xì)節(jié)解釋為說明性和非限制性。
[0049]圖1示出了可用于在壓力下將流體注射進(jìn)井(10)的系統(tǒng)的實(shí)施例。例如，所示系統(tǒng)可通過將加壓的壓裂液供給進(jìn)井(10)在井筒地層中形成裂縫來刺激(例如，烴類的)產(chǎn)量，加壓的壓裂液與支撐劑(例如，固體顆粒物)混合以保持和/或支撐該裂縫，同時(shí)允許烴類或其它流體從地層流進(jìn)井筒并且朝表面流動。從概念上講，圖1將所示系統(tǒng)細(xì)分成用于將壓裂液提供至井(10)的流體添加子系統(tǒng)(12)、用于將支撐劑提供進(jìn)壓裂液的支撐劑添加子系統(tǒng)(14)、用于提供電力至一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)組件的電源子系統(tǒng)(16)、用于將加壓流體注射進(jìn)井(10)的栗浦子系統(tǒng)(17)。應(yīng)當(dāng)理解到，圖1中所示的組件數(shù)目、類型以及設(shè)置僅僅是一個(gè)示例性實(shí)施例，所示圖解是概略的，旨在概念性描述本系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例。因此，應(yīng)當(dāng)注意的是，可以使用任何數(shù)量、類型以及設(shè)置的相同或類似的組件，這并不脫離本文的范圍。
[0050]所示的流體添加子系統(tǒng)(12)包括可用于容納可用作壓裂液(例如，用于將支撐劑運(yùn)載至井(10)和/或在加壓時(shí)在地層中形成裂縫)的一種或多種流體介質(zhì)的多個(gè)罐(18A、18B、18C)和/或其它類型的容器。具體地，所示實(shí)施例包括可用于容納液化丙烷或其它輕質(zhì)烷烴(例如，具有1至6個(gè)碳原子)的罐(184、188、180;然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，盡管本文的各種實(shí)施例可包括使用丙烷和/或其它烷烴作為壓裂液，但是所示系統(tǒng)，包括支撐劑添加子系統(tǒng)
(14)以及電源子系統(tǒng)(16)，可與任何類型的壓裂液(例如，水)一起使用。
[0051]盡管已經(jīng)在壓裂液中使用凝膠液化石油氣以將對地層的傷害降到最低，凝膠液化石油氣通過使用惰性氣體(例如，氮?dú)?所施加的壓力來驅(qū)動，如在美國專利8，408，289中所述，該專利通過引用并入本文中，但是在本文范圍內(nèi)可用的實(shí)施例包括使用不添加凝膠劑或其它化學(xué)添加劑的液化丙烷和/或其它烷烴。此外，為了降低或消除烴基壓裂液的可燃性，在一實(shí)施例中，可以存在鹵代烴。例如，I，I，I，2，3，3，3-七氟丙烷或由具有一種或多種鹵素元素(例如，氟、溴等)的脂肪族或脂肪族衍生物(例如，醚和/或烯烴)組成的類似的鹵代烴化合物可存在于壓裂流體中，使得產(chǎn)生的流體為阻燃的或不可燃的。雖然可以使用任何量的鹵代化合物，這并不脫離本文的范圍，但是在仍然提供具有阻燃和/或不可燃性質(zhì)的壓裂液的同時(shí)，一部分壓裂液可包括鹵代化合物。此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，七氟丙烷作為單獨(dú)的示例性實(shí)例性引用；也可以使用氫氟烷、氫氟醚、以及其他類型的鹵代化合物，這并不脫離本文的范圍。值得注意的是，除了不可燃性外，使用鹵代烴可提供附加的有益性質(zhì)，部分由于鹵代化合物相比非鹵代化合物具有較高的流體密度以及較低的表面張力。
[0052]圖1示出了作為具有垂直取向的大致圓柱形容器的罐(18A、18B、18C)。當(dāng)與臥式罐相比時(shí)，使用立式罐來容納丙烷和/或其它烷烴(和/或鹵代烴)使得罐的內(nèi)含物上方的重力和/或蒸汽壓力能夠幫助朝井(10)驅(qū)動內(nèi)含物，從而需要更低能量和/或更低功率的栗浦設(shè)備，同時(shí)還使得罐能夠包括更小量的未使用容積(例如，“罐底”)。立式罐還提供比臥式罐以及其它替代罐更小的占用空間。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，可以使用任何類型的可用于容納壓裂液的容器，這并不脫離本文的范圍。在一實(shí)施例中，罐(18A、18B、18C)可包括多個(gè)出口，用于促進(jìn)其中的流體以足以執(zhí)行壓裂或其它作業(yè)的速率流動。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，罐(18A、18B、18C)在大致垂直的取向上可以可便攜/運(yùn)輸(例如，是橇裝的(skid-mounted)或以其它方式促進(jìn)運(yùn)輸?shù)臉?gòu)造)。在其它實(shí)施例中，可以省略使用容納壓裂液的現(xiàn)場容器，并且可使用來自遠(yuǎn)程源的管道或類似的導(dǎo)管來連續(xù)或間歇地將壓裂液供給至井(10)。
[0053]罐(18A、18B、18C)所示為與用于通過填補(bǔ)線(22)將丙烷和/或其它烷烴或烴類供給至罐(18A、18B、18C)的流體源(20)連通。還可使用通風(fēng)管(24)，例如用于將壓力從罐(18厶、188、180中釋放和/或另外促進(jìn)罐(18六、188、180流進(jìn)和流出。每個(gè)罐(18六、188、180所示為與相關(guān)的栗(26A、26B、26C)(例如，增壓栗)連通，這些栗可用于將壓裂液從每個(gè)罐中抽出并且使流體經(jīng)由導(dǎo)管(28)朝井(10)流動。次級流體增壓栗(30)所示為用于進(jìn)一步朝井(10)驅(qū)動流體通過導(dǎo)管的低壓區(qū)(32)。盡管圖1示出了每個(gè)罐(18A、18B、18C)具有與各自相關(guān)聯(lián)的栗(264、268、260，并且次級增壓栗(30)用于進(jìn)一步驅(qū)動流體，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，在各個(gè)實(shí)施例中，可以省略次級栗、可使用單個(gè)栗來從多個(gè)罐中抽出流體、可使用多個(gè)栗來從單個(gè)罐中抽出流體、或可以省略栗的使用。在一實(shí)施例中，重力、蒸汽壓力、和/或使用外部源施加至罐(18A、18B、18C)和/或其內(nèi)含物的壓力可被用于替代栗來朝井(10)驅(qū)動壓裂液。
[0054]所示的支撐劑添加子系統(tǒng)(14)包括與輸送機(jī)(36)結(jié)合放置的多個(gè)添加劑儲存容器(34A、34B、34C)(例如，筒倉或另一類型的罐和/或容器)，該輸送機(jī)(36)可包括可用來將來自容器(34A、34B、34C)的支撐劑朝料斗(38)或類似類型的容器輸送的一個(gè)或多個(gè)傳送帶、滑槽、滑板、管、其它類型的導(dǎo)管和/或傳送裝置。使用如筒倉等立式支撐劑儲存容器可使得支撐劑的重力和/或重量能夠朝輸送機(jī)(36)和/或朝井(10)驅(qū)動來自容器的支撐劑，同時(shí)還減少由容器所呈現(xiàn)的占用空間。一種示例性的支撐劑儲存容器可包括由得克薩斯州布雷迪市的Loadcraft Industries有限公司生產(chǎn)的模型424砂倉，其可包括相關(guān)運(yùn)輸拖車。除其它可能的替代方案外，容器(34A、34B、34C)內(nèi)的支撐劑可包括任何形式的小的和/或微粒的固體物質(zhì)，該固體物質(zhì)可用來保持和/或支撐地層中的裂縫，如沙子、玻璃或陶珠、砂礫、或其它類似類型的材料和顆粒物質(zhì)，如結(jié)晶材料(例如，鋯石)和/或空心玻璃材料(例如，如那些由3M of St.Paul ,Minnesota制作的玻璃泡/微球)。
[0055]盡管圖1示出了與用于將支撐劑輸送至料斗(38)或其它類型的第二容器的輸送機(jī)
(36)相關(guān)的三個(gè)支撐劑儲存容器(34六、348、340，但應(yīng)當(dāng)理解的是，在各個(gè)實(shí)施例中，可以使用單個(gè)料斗或容器，同時(shí)省去單獨(dú)的儲存容器以及輸送機(jī)，或可以省略使用料斗或其它類型的次級容器，同時(shí)直接從儲存容器將支撐劑朝井(10)輸送。一般來說，料斗(38)用作將潤滑源(40)中的潤滑流體經(jīng)由導(dǎo)管(44)以及潤滑栗(42)提供至分發(fā)支撐劑的位置?？捎玫臐櫥黧w可包括與儲存在流體添加子系統(tǒng)的罐(18A、18B、18C)中的壓裂相同或類似的壓裂液、礦物油、或任何其它合適的潤滑劑，該潤滑劑一般不對系統(tǒng)組件造成傷害并且與罐(18A、18B、18C)中的壓裂液及地層及井(10)中的儲層流體兼容?？墒褂弥蝿├?45)朝井
(10)驅(qū)動支撐劑以及壓裂液和/或漿化支撐劑以及壓裂液。支撐劑與來自壓裂液添加子系統(tǒng)(12)的壓裂液的流體在導(dǎo)管的低壓區(qū)(32)內(nèi)的添加點(diǎn)(46)處混合，使得支撐劑流和壓裂液的流動可混合和/或漿化支撐劑以及壓裂液(例如，由于湍流和/或其它因素)，以實(shí)現(xiàn)所需的支撐劑濃度。形成具有大致恒定支撐劑濃度的支撐劑以及壓裂液的漿液，使得僅通過改變支撐劑漿液的添加速度，就可以控制在添加點(diǎn)(46)處添加的支撐劑量。
[0056]應(yīng)當(dāng)理解的是，所示支撐劑添加子系統(tǒng)(14)僅僅是一個(gè)可通過該系統(tǒng)將支撐劑添加至壓裂液流中的示例性實(shí)施例。在一實(shí)施例中，文丘里(venturi)噴嘴(47)可在添加點(diǎn)
(46)處或附近(例如，其上游處)與壓裂液的流動流連通，從而增大噴嘴(47)上游端部處的流體速度并且降低該處流體壓力，使得較低壓力的壓裂液穿過和/或接近添加點(diǎn)(46)的流動可將支撐劑吸入流動流中。可將擴(kuò)散器(49)設(shè)置在噴嘴(47)的下游。可使用彈性(例如，自調(diào)節(jié)的)噴嘴來促進(jìn)噴嘴兩端形成恒定壓降，從而促進(jìn)支撐劑速度/濃度的控制。使用文丘里噴嘴可進(jìn)一步促進(jìn)支撐劑和壓裂液的混合和/或漿化。
[0057]當(dāng)?shù)蛪簠^(qū)(32)中的壓裂液和支撐劑朝井(10)流動時(shí)，通過限定導(dǎo)管高壓區(qū)(72)的一個(gè)或多個(gè)高壓壓裂栗(70A、70B、70C、70D)對該壓裂液和支撐劑加壓，使得供給進(jìn)井(10)中的流體處于足以在地層中產(chǎn)生裂縫的壓力。所示電源子系統(tǒng)(6)可用于提供動力至高壓栗(70A、70B、70C、70D)和/或其它系統(tǒng)組件(如可用于使壓裂液、支撐劑、以及潤滑流體流動的栗(26六、268、26(:、30、42、45)、支撐劑輸送機(jī)(36)、與系統(tǒng)組件和/或其它類似元件相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)閥)。
[0058]圖1說明了可以對高壓栗(70A、70B、70C、70D)以及相關(guān)組件提供動力的兩種方法；然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，盡管所示電源子系統(tǒng)(16)包括同時(shí)和/或選擇性使用兩個(gè)電源，但是在其它實(shí)施例中可以使用單個(gè)的電源。此外，盡管所示使用電源子系統(tǒng)(16)對高壓栗(70A、70B、70C、70D)供電，但是應(yīng)理解的是，電源子系統(tǒng)(16)可以用于對所示系統(tǒng)的任何部分(例如，與流體子系統(tǒng)相關(guān)的增壓栗、與支撐劑子系統(tǒng)相關(guān)的潤滑以及漿液栗、支撐劑輸送機(jī)、各個(gè)相關(guān)的閥門、以及與井(10)相關(guān)的其它流體系統(tǒng)(未示出))供電。具體地，電源子系統(tǒng)
(16)所示為具有與發(fā)電機(jī)(54)連接的汽輪機(jī)(52)(例如，天然氣汽輪機(jī)或可由其它能量形式產(chǎn)生機(jī)械輸出的類似類型的裝置)，以產(chǎn)生可經(jīng)由電纜(56)或類似的導(dǎo)線傳導(dǎo)至電源子系統(tǒng)(16)的其它組件的電力?？蛇x地或額外地，可從外部源(例如，市政電網(wǎng)、電力線等)
(60)獲得動力。盡管典型的電源設(shè)置具有4160V的電壓，但是在一實(shí)施例中，可使用高壓線來將電力傳輸至系統(tǒng)。例如，圖1示出了能夠?qū)⒏邏?13800V或以上)傳輸至變壓器(62)的電力線，變壓器(62)可用于將導(dǎo)線(56)中的電壓降低至4160V的典型電壓或另一可用的電壓?？墒褂冒l(fā)電機(jī)(54)產(chǎn)生的電能提供可用電壓而無需變壓器;然而，可以與發(fā)電機(jī)(54)關(guān)聯(lián)使用變壓器，這并不脫離本文的范圍。
[0059]盡管可以使用任何數(shù)量以及類型的高壓栗，但是圖1示出了可用于對壓裂液加壓的四個(gè)高壓栗(7(^、7(?、70(:、700)。第一以及第二高壓栗(7(^、708)所示為位于第一運(yùn)輸車(48A)上，第一運(yùn)輸車(48A)可包括平板拖車、卡車、滑橇、或任何其它可運(yùn)輸平臺或框架等。類似的，第三以及第四高壓栗(70C、70D)所示為位于第二運(yùn)輸車(48B)上。
[0060]每一運(yùn)輸車(48A、48B)所示為其上具有變壓器(64A、64B)。在車輛本身使用變壓器使得各自的單條電源線能夠從電源延伸至車輛(48A、48B)。相反地，使用遠(yuǎn)離其它系統(tǒng)組件的變壓器將需要大量從變壓器延伸至其它系統(tǒng)組件的電纜和/或其它導(dǎo)線。因此，變壓器(64A、64B)靠近高壓栗(70A、70B、70C、70D)以及其它相關(guān)的組件放置使得大量電纜/導(dǎo)線必須延伸穿過的距離最小化。盡管可用的電壓可以變化而不脫離本發(fā)明的范圍，但是在一實(shí)施例中，變壓器(64A、64B)可適用于將電纜(58A、58B)中的電壓從4160V降低至600V，以供與高壓栗(70A、70B、70C、70D)相關(guān)的組件使用。具體地，圖1示出了與第一變壓器(64A)電連接的兩個(gè)VFD(66A、66B)、以及與第二變壓器(64B)電連接的兩個(gè)VFD(66C、66D)。每一 VFD(66A、668、66<:、660)繼而驅(qū)動各自相關(guān)的電機(jī)(66六、668、66(:、660)。每一電機(jī)(664、668、66(:、660)再對各自的高壓栗(70A、70B、70C、70D)提供動力。在一實(shí)施例中，電機(jī)可包括防爆電機(jī)，比如可用英國伍斯特郡的TEC電機(jī)公司的ATEX電機(jī)以及其它來源的電機(jī)。
[0061]為了減少電噪聲/干擾，如在使用基于電網(wǎng)的電源時(shí)，變壓器(64A、64B)可適用于將接收的電力轉(zhuǎn)化至較大數(shù)量的連續(xù)電相位/脈沖。例如，變壓器可接受三相電源并將其轉(zhuǎn)換至九相十八脈沖電源，用于傳輸至連續(xù)的系統(tǒng)組件。
[0062]因此，所示的電源子系統(tǒng)(16)可用于減少或無需使用為高壓壓裂栗提供動力的傳統(tǒng)柴油機(jī)。此外，在移動拖車或類似的可運(yùn)輸車輛(48A、48B)上使用模塊化元件組，使得對每一組件供電所需的電纜以及其它導(dǎo)線的數(shù)量以及長度最小化，同時(shí)還有利于每一元件的安裝。變壓器(64六、648)、￥?0(66六、668、66(:、660)、電機(jī)(68六、688、68(:、680)以及高壓栗(70A、70B、70C、70D)之間的所有連接一般是永久安裝的，使得車輛(48A，48B)可位于操作現(xiàn)場的所需位置處，接著與單條電纜(58A、58B)接合，從而對每一組件供電。進(jìn)一步地，使用模塊化的、可移動的元件組減少了系統(tǒng)的占用空間，同時(shí)使得可以根據(jù)需要取決于作業(yè)現(xiàn)場其他物體的位置來靈活定位組件。在一實(shí)施例中，發(fā)電組件可遠(yuǎn)離如壓裂液添加子系統(tǒng)
(12)等其它系統(tǒng)組件放置，這降低了當(dāng)在壓裂液中使用可燃組件時(shí)起火的風(fēng)險(xiǎn)。
[0063]盡管圖1示出了兩輛可運(yùn)輸車(48A、48B)，在每一可運(yùn)輸車上，具有一個(gè)變壓器、兩個(gè)VFD、兩個(gè)電機(jī)、以及兩個(gè)高壓栗，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，可以使用任何數(shù)量的可運(yùn)輸車，并且更進(jìn)一步地，每一可運(yùn)輸可包括單個(gè)高壓栗或三個(gè)或三個(gè)以上的高壓栗，這并不脫離本文的范圍。此外，盡管圖1示出了與兩個(gè)VFD、兩個(gè)電機(jī)、以及兩個(gè)高壓栗一起使用的單個(gè)變壓器，但是可以使用任何數(shù)量的變壓器，或在一實(shí)施例中，可以將合適的電壓直接提供至電源子系統(tǒng)(16)的組件，這避免了在可運(yùn)輸車上使用變壓器的需要。進(jìn)一步地，盡管圖1示出用于驅(qū)動單個(gè)電機(jī)的單個(gè)VFD，電機(jī)繼而對單個(gè)高壓栗提供動力，但是在各個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)VH)可以驅(qū)動多個(gè)電機(jī)、多個(gè)VFD可用于驅(qū)動單個(gè)電機(jī)、單個(gè)電機(jī)可對多個(gè)高壓栗供電、和/或多個(gè)電機(jī)可對單個(gè)高壓栗提供動力。
[0064]將電源子系統(tǒng)(16)的組件彼此緊挨放置，例如在可運(yùn)輸車(48A、48B)上，可使得能夠獲得其它協(xié)同益處。例如，在一實(shí)施例中，來自用于冷卻電機(jī)(68A、68B、68C、68D)和/或保持其正壓力的一個(gè)或多個(gè)鼓風(fēng)機(jī)的空氣可被引導(dǎo)至相鄰的高壓栗(7(^、7(?、70(:、700)，例如通過將每一電機(jī)及其相關(guān)的高壓栗放置在單個(gè)外殼中，和/或通過空氣導(dǎo)管將每一電機(jī)的外殼連接至每一相關(guān)栗的外殼。來自鼓風(fēng)機(jī)的空氣因而可在作業(yè)期間消散/驅(qū)散靠近栗的任何丙烷或其它烷烴和/或其它可燃材料，從而防止可燃材料積累至可點(diǎn)燃的濃度。在一個(gè)實(shí)施例中，將電機(jī)連接至各自的高壓栗的聯(lián)軸器和/或軸可設(shè)置有翅片、葉片、和/或其它類似的凸部，使得該軸的旋轉(zhuǎn)可使得靠近高壓栗的空氣流通，和/或通過增加旋轉(zhuǎn)動力至該軸，來自電機(jī)的鼓風(fēng)機(jī)空氣可經(jīng)由翅片/凸部促進(jìn)該軸的旋轉(zhuǎn)。
[0065]例如，圖2A不出了一電動電機(jī)(72)的實(shí)施例，電動電機(jī)(72)具有與其相關(guān)的鼓風(fēng)機(jī)(74)，通?？捎糜谔峁┛諝庵岭姍C(jī)的操作性和/或移動部件，例如以空氣流道(76)表示方式用于冷卻電機(jī)(72)。電機(jī)(72)的驅(qū)動軸(80)所示為從電機(jī)(72)延伸以接合相鄰的栗(78)(例如，可在壓裂作業(yè)中使用的高壓栗)。隨對電機(jī)(72)供電而產(chǎn)生的驅(qū)動軸(80)旋轉(zhuǎn)和/或其它類型的移動可由此驅(qū)動栗(78)。空氣導(dǎo)管(82)所示為在電機(jī)(72)和栗(78)之間延伸，使得來自鼓風(fēng)機(jī)(76)的空氣可以流經(jīng)導(dǎo)管(82)至栗(72)(如由流道(84)所示)，該空氣可用于使靠近該栗的氣體消散。
[0066]圖2B示出了替代的實(shí)施例，其中示出電機(jī)(72)、鼓風(fēng)機(jī)74、栗(78)以及驅(qū)動軸
(80)。在所示實(shí)施例中，將空氣導(dǎo)管(86)周向設(shè)置在驅(qū)動軸(80)周圍，使得移動穿過電機(jī)(72)(如流道(86)所示)的鼓風(fēng)機(jī)(74)空氣可穿過導(dǎo)管(86)(如流(88)所指示)，該空氣可用于使靠近栗(78)的氣體消散。
[0067]圖2C示出了替代的實(shí)施例，其中示出容納在單個(gè)外殼(96)內(nèi)的電機(jī)(72)、鼓風(fēng)機(jī)74、栗(78)以及驅(qū)動軸(80)。穿過電機(jī)72(如流道(76)示)的鼓風(fēng)機(jī)(74)空氣還可由此靠近栗(78)流動(如流道(86A、98B)所示)。
[0068]應(yīng)當(dāng)理解的是，盡管圖2A-2C示出了與電機(jī)相關(guān)的鼓風(fēng)機(jī)空氣可靠近栗流通的三種可能方法，但是可以使用任何用于將空氣輸送至該栗的方法，這并不脫離本文的范圍，并且圖2A-2C中所示的任意特征可以單獨(dú)使用或組合使用。
[0069]圖3示出了一實(shí)施例，其中示出了電機(jī)(72)、鼓風(fēng)機(jī)(74)、栗(78)以及驅(qū)動軸(80)，其中驅(qū)動軸(80)包括多個(gè)從該軸延伸的凸部(90A、90B)(例如，翅片、葉片等)。來自鼓風(fēng)機(jī)
(74)的空氣可被設(shè)置用于冷卻電機(jī)(72)，如流道(76)所示。如流道(100)所示，該空氣然后可流動來接觸一個(gè)或多個(gè)凸部(90A、90B)，從而輸出動力至一個(gè)或多個(gè)凸部(90A、90B)，接著輸出動力至驅(qū)動軸(80)，使得空氣的流動可引起附加的驅(qū)動軸(80)旋轉(zhuǎn)，如箭頭(102A、102B)所示。盡管圖3中只示出了兩個(gè)凸部(90A、90B)，但是可以使用任意數(shù)量以及設(shè)置/結(jié)構(gòu)的凸部，這并不脫離本文的范圍。進(jìn)一步地，應(yīng)當(dāng)理解的是，延伸自驅(qū)動軸的凸部可以單獨(dú)使用或組合使用如圖2A-2C中所示的任何特征。
[0070]圖4示出了凸部(90A、90B)本身可用作空氣移動設(shè)備的實(shí)施例。該圖示出了電機(jī)
(72)、鼓風(fēng)機(jī)(74)、栗(78)以及驅(qū)動軸(80)，其中驅(qū)動軸(80)包括多個(gè)從該軸延伸的凸部(90A、90B)。驅(qū)動軸(80)的移動(例如由電機(jī)(72)輸出，如箭頭(92)所示)可由此引起凸部(90A、90B)的旋轉(zhuǎn)，凸部(90A、90B)可被配置和/或取向以使靠近栗(78)的空氣流通，如流道(94A、94B)所示。
[0071]圖5示出了可在本文范圍內(nèi)使用的VFD實(shí)施例的概略側(cè)視圖。應(yīng)當(dāng)理解的是，盡管本文示出并且描述了 VFD，但是在圖5中所闡述的概念可與圖1中所示的系統(tǒng)的任何元件一起使用。具體地，在作業(yè)期間，在VFD(104)和/或其它系統(tǒng)組件處或者靠近VFD(104)和/或其它系統(tǒng)組件處的空氣可能會受到污染(例如，當(dāng)使用丙烷或類似的組分作為壓裂液時(shí)被揮發(fā)性氣體所污染，或被其它流體/氣體所污染，這取決于正在進(jìn)行的作業(yè))。污染空氣(108)區(qū)域所示為靠近VFD(104)的頂部，而基本干凈的空氣(100)(例如，缺少比空氣重的污染物)所示為位于污染空氣(108)的上方。在使用期間，VFD(104)可能需要吸入空氣(例如，用于冷卻和/或其中的運(yùn)行)，而不希望吸入丙烷、揮發(fā)性組分、和/或其它污染物。圖5示出了延伸自VFD(104)和/或采用其它方式與VFD(104)接合的空氣導(dǎo)管(106)(例如，“通氣管”)，用于將干凈空氣(100)連通進(jìn)VFD(104)，同時(shí)將VFD(104)與污染空氣隔離。
[0072]在圖6-8中，一個(gè)或多個(gè)電機(jī)/栗組件(Xll)包括電動驅(qū)動器(X06)以及栗(X08)。
[0073]圖6示出了可在本文范圍內(nèi)使用的、用于將壓裂材料供給至地層的電栗系統(tǒng)(200)實(shí)施例的示意圖。具體地，圖6顯示了單獨(dú)的VFD(204)與多個(gè)的電機(jī)/栗組件(211)結(jié)合使用的實(shí)施例，電機(jī)/栗組件(211)被配置以高壓操作。如在圖6中所示，為了使壓裂材料流進(jìn)單個(gè)的高壓歧管(214)，高壓歧管(214)接著將壓裂材料供給至地層(216)，可同時(shí)使用多個(gè)系統(tǒng)，其中單個(gè)VFD(204)與多個(gè)的電機(jī)/栗組件(211)連接。在圖6中舉例說明的電系統(tǒng)可對壓裂系統(tǒng)具有特殊的益處，其中需要使高體積的壓裂材料以低壓流進(jìn)地層。當(dāng)電機(jī)/栗組件(211)以低壓運(yùn)行并且因此不需要大量的動力來驅(qū)動時(shí)，可使用單個(gè)VFD(204)來驅(qū)動多個(gè)低壓下的電機(jī)/栗組件(211)，而不需要接近或超出其最大輸出容量?？赏ㄟ^操作多個(gè)具有每一 VFD(204)的電機(jī)/栗組件(211)，從而增加栗(208)的數(shù)量，并且因此增加壓裂材料的體積，來實(shí)現(xiàn)此高速率低壓系統(tǒng)，該壓裂材料可在任何給定的時(shí)刻，通過系統(tǒng)(200)以低壓來輸送。
[0074]圖7示出了可在本文范圍內(nèi)使用的、用于將壓裂材料供給至地層的電栗系統(tǒng)(300)實(shí)施例的示意圖。具體地，圖7示出了一實(shí)施例，其中為了允許使壓裂材料以高壓流進(jìn)地層(316)，可使用單個(gè)VFD(304)來驅(qū)動單個(gè)電機(jī)/栗組件(311)。對每個(gè)電機(jī)/栗組件(311)使用單個(gè)VFD(304)使得VFD(304)能夠施加其輸出容量的全部至單個(gè)電機(jī)/栗組件(311)，從而允許栗(308)以更高的壓力運(yùn)行，該壓力比在VFD(304)被配置將其輸出分?jǐn)傊炼鄠€(gè)電機(jī)/栗組件(311)(如圖6所示)的條件下所可能得到的壓力高。
[0075]圖8示出了可在本文范圍內(nèi)使用的、用于將壓裂材料供給至地層的電栗系統(tǒng)(400)實(shí)施例的示意圖。具體地，圖8示出了與圖7的實(shí)施例類似的實(shí)施例，其中使用單個(gè)VFD (404)來驅(qū)動單個(gè)的電機(jī)/栗組件(411);然而，在圖8中所示的實(shí)施例中，VFD(404)遠(yuǎn)離電機(jī)/栗組件(411)。圖8中所示的實(shí)施例對于使用以高壓條件進(jìn)入地層的揮發(fā)性壓裂材料的壓裂項(xiàng)目來說是非常理想的，該揮發(fā)性壓裂材料包括但不限于烴類。單個(gè)VFD(404)驅(qū)動單個(gè)的電機(jī)/栗(411)的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的高壓栗浦(如在附圖7的描述中所述)。從栗(408)以及使用VFD(404)來驅(qū)動的電機(jī)(406)的物理近端移除VFD(404)組件實(shí)現(xiàn)附加的安全性，尤其是當(dāng)被栗浦的材料是揮發(fā)性的、高壓條件下的、或其某些組合。通過在VFD(404)和被操縱的揮發(fā)性和/或高壓壓裂材料之間設(shè)置物理間隔，降低了與潛在火源相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。具體地，如果壓裂材料為可燃的和/或易燃的(例如，液態(tài)丙烷或其它烴類)，從電機(jī)/栗組件(411)的近端移除VFD (404)降低了 VFD (404)引起從電機(jī)/栗組件(411)中漏出的任何壓裂材料的點(diǎn)燃和/或燃燒的風(fēng)險(xiǎn)。這在當(dāng)以高壓栗浦揮發(fā)性壓裂材料時(shí)可能是特別重要的，因?yàn)楫?dāng)揮發(fā)性壓裂材料從存在于壓力系統(tǒng)中的高壓轉(zhuǎn)換至低的環(huán)境壓力時(shí)，增加了壓力系統(tǒng)的泄露以及壓裂材料的霧化這兩者的可能性。此結(jié)構(gòu)還實(shí)現(xiàn)了成本的降低，原因在于VFD(404)遠(yuǎn)離可能與揮發(fā)性材料相互作用的區(qū)域，，假設(shè)其位于靠近在正在驅(qū)動的電機(jī)/栗組件的位置，VFD(404)本身將無需被設(shè)計(jì)來被保護(hù)免受可能潛在影響VFD (404)的火災(zāi)或爆炸。
[0076]盡管已經(jīng)描述了本文范圍內(nèi)可用的各個(gè)實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以不同于本文具體描述的方式來實(shí)行。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電力系統(tǒng)，用于以足夠刺激地層的壓力將壓裂材料供給至地層，所述電力系統(tǒng)包括: 用于對所述壓裂材料加壓的栗； 與所述栗連接的電機(jī)，所述電機(jī)與所述栗一起定義為栗/電機(jī)組件，所述電機(jī)被配置用于提供機(jī)械能至該栗，從而驅(qū)動該栗；以及 與所述電機(jī)和電源連接的變頻器，其中所述變頻器從所述電源接收電力，并且其中所述變頻器提供電信號至所述電機(jī)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述變頻器連接至單個(gè)的栗/電機(jī)組件。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述變頻器連接至多個(gè)的栗/電機(jī)組件。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述變頻器遠(yuǎn)離所述栗/電機(jī)組件的物理近端。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述壓裂材料包括揮發(fā)性材料。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述壓裂材料包括非揮發(fā)性材料。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述變頻器位于栗/電機(jī)組件的物理近端。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述變頻器位于栗/電機(jī)組件的物理近端。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述電機(jī)為防火電機(jī)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述電機(jī)為防爆電機(jī)。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一移動平臺，其中所述栗、電機(jī)、變頻器、或其組件放置在所述移動平臺上。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括適用于能夠使支撐劑添加至所述壓裂材料的支撐劑添加子系統(tǒng)。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括連接在所述電源和VH)之間的變壓器，所述變壓器被配置用于將從電源接收的電力由第一電壓轉(zhuǎn)換至第二電壓，其中所述第二電壓是在VFD可使用范圍內(nèi)的電壓。14.一種對以足夠刺激地層的壓力將壓裂材料供給至地層的系統(tǒng)進(jìn)行供電的方法，所述方法包括: 從電源接收電力并輸入變頻器中； 從變頻器輸出電信號； 將所述電信號輸入到電動驅(qū)動器中； 通過使用所述電動驅(qū)動器將所述電信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械能； 將所述電動驅(qū)動器的機(jī)械能傳輸?shù)嚼踔校?使用所述機(jī)械能來驅(qū)動栗，以為了對一定體積的所述壓裂材料進(jìn)行加壓。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括在所述電力輸進(jìn)變頻器之前，將電力從第一電壓轉(zhuǎn)換至第二電壓。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中通過使用連接在所述電源和變頻器之間的變壓器來實(shí)現(xiàn)將所述電力從第一電壓轉(zhuǎn)換至第二電壓。17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中將至少一部分電信號輸?shù)蕉鄠€(gè)電動驅(qū)動器中，并且其中所述多個(gè)電動驅(qū)動器中的每一個(gè)輸出第二電信號至栗。
【文檔編號】E21B43/25GK106030029SQ201480065641
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2014年10月10日
【發(fā)明人】R·萊茲, J·思拉什, A·伯德, J·瓊金斯, N·S·邁爾斯, D·A·卡羅爾
【申請人】普羅斯蒂姆實(shí)驗(yàn)室有限責(zé)任公司