Система охлаждения наземного нефтепромыслового оборудования

Система охлаждения наземного нефтепромыслового оборудования

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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 жидкост