[发明专利]用于在高压下泵送具有颗粒的大体积流体的压力传递装置及相关系统、车队和用途

说明书

本发明涉及压力传递装置、包括压力传递装置的系统、包括该系统的车队以及用于在高于500巴的压力下泵送流体的压力传递装置的用途，压力传递装置(1′、1″)包括压力室壳体(1′、1″)和至少一个连接端口(3′、3″)，该至少一个连接端口(3′、3″)可经由流体连通器件(26′、27′；26″、27″)连接到双作用增压液体分隔装置(2)，压力室壳体包括：‑在压力室壳体内部的压力腔(4′、4″)，以及用于流体进入和/或排出压力腔(4′、4”)的至少一个第一端口(5′、5″)，‑波纹管(6′、6″)，其在压力腔(4′、4″)内限定一内部容积(7′、7″)，并且其中，内部容积(7′、7″)与连接端口(3′、3″)流体连通，其中，压力腔(4′、4″)具有中心轴线(C)，该压力腔具有由连接端口(3′、3′)与第一端口(5′、5″)之间的距离限定的轴向长度(L′、L″)以及在轴向长度(L′、L″)的至少一部分上的变化的横截面积，并且其中，波纹管(6′、6″)构造为在压力腔(4′、4″)的轴向长度(L′、L″)的一部分上在与中心轴线(C′、C″)基本上平行的方向上移动。

技术领域

本发明涉及一种压力传递装置和相关系统及用途，其用于在高压下(例如，高于500巴且高达1500巴或甚至更高的压力)泵送具有颗粒(泥浆/淤泥)的高体积流体。压力传递装置优选地形成较大泵送系统的一部分，该系统除了压力传递装置之外还包括一个或多个双作用增压液体分隔装置及流量调节组件(例如阀组)。

压力传递装置适用于范围从500巴以上的高压，特别适用于难以泵送具有颗粒(例如形成流体的一部分的支撑剂)的流体的油井/气井的水力压裂。然而，泵送系统也可用于其他井应用，例如用于泵送钻井液的钻井作业和用于固井作业、堵塞和废弃、完井或增产作业、酸化或氮气循环。

背景技术

水力压裂(也称为水力压裂、压裂、或水压压裂)是一种井增产技术，其中通过凝胶、泡沫、砂或水的形式的加压流体使岩石破裂。可将化学品加入水中以增加流体流动或改进水的特定性质，这种处理过的水称为“滑溜水”。该方法包括将“压裂流体”(含液砂或其他支撑剂和化学品)高压注入井口中以在深岩层中产生裂缝，天然气、石油和盐水将更自由地流动通过该裂缝。通常，机械活塞泵用于在高压下泵送压裂流体。由于泵送介质中的砂和颗粒在泵内的滑动表面上引起的机械磨损和撕裂，这些机械泵具有非常有限的操作时间。在高压下对含颗粒液体和/或高要求化学液体进行操作的泵具有密封表面，颗粒和/或磨蚀性化学流体(化合物)在操作期间损坏该密封表面。当密封件损坏时，可能存在泄漏和导致泵降低其有效性的其他问题。另外，机械泵以高速运行，这在整个单元中产生快速的压力波动(高循环次数)，这在一段时间之后导致疲劳损坏。因此，这种泵的工作寿命周期非常有限，并且取决于颗粒类型、颗粒的量、化学成分和化学浓度，以及工作压力。在旋转泵中，旋转(轴)密封件和昂贵的泵元件(例如叶轮和涡轮)快速磨损。在活塞泵中，活塞对气缸磨损，导致泄漏、低效率和故障。柱塞泵的另一个众所周知的问题是流体端的疲劳开裂。其主要原因是来自压力波动的应力和来自柱塞的机械线性应力的组合。其还受到动力端上的最大允许杆负载的限制，使得必须使柱塞尺寸与期望的速率/压力输送相匹配。

通常，使用柱塞/活塞泵单元。

当多个泵连接到同一下井流动管线并且同时在线时，存在其形成与下井流动管线的参考频率匹配的干扰模式的风险。这导致流动管线到处移动，这会导致设备的损坏和人员的受伤(称为“蛇行运动”，因为流动管线像蛇一样移动)。

在压裂操作中，当泵关闭并且不再向井施加液压时，小颗粒的水力压裂支撑剂保持裂缝张开。支撑剂通常由固体材料(例如砂)制成。砂可以是处理过的砂或者合成材料或天然存在的材料，例如陶瓷。在岸上压裂中，将通常包括多个拖车或卡车的所谓的压裂车队运输和定位在适当位置。每个卡车都设置有用于将压裂流体泵送到井中的泵送单元。因此，在待使用设备上存在重量和物理限制，其受到道路上的卡车的总重量容量的限制，并且受到卡车所给出的物理限制的限制。