Система для растворения полимеров, используемая для крупномасштабных операций по гидроразрыву пласта
Формула / Реферат
1. Компактная и транспортабельная система для приготовления раствора полимера, используемого для операций гидроразрыва пласта на газовых или нефтяных промыслах, отличающаяся тем, что она последовательно включает
пневматическое устройство для подачи в бункер порошкообразного полимера;
бункер (4) для хранения полимера в порошкообразной форме;
устройство (5, 6) для транспортирования полимера из бункера (4) в загрузочную воронку;
загрузочную воронку (7) устройства для дозирования полимера, причем указанная воронка (7) имеет верхний уровень и нижний уровень, которые управляют соответственно пуском и остановкой устройства (5, 6) для транспортирования полимера из бункера (4) в загрузочную воронку (7);
устройство для дозирования порошкообразного полимера;
устройство (9) для диспергирования и измельчения полимера, также называемое блоком расслаивания полимера (PSU), которое включает в себя раструб (10) для смачивания порошкообразного полимера, соединенный с впускным каналом первого водного контура, камеру для измельчения и дренирования диспергированного полимера, расположенную на нижнем конце раструба (10) и содержащую оснащенный лопастями ротор с приводом от двигателя, фиксированный статор, состоящий из цилиндра, имеющего узкие пазы, и кольцо, расположенное по всей периферии камеры или ее части и снабжаемое из второго водного контура, причем кольцо сообщается с камерой так, чтобы обеспечивать распыление воды под давлением по наружной стороне статора, таким образом обеспечивая высвобождение измельченного и набухшего полимера на поверхности указанного статора;
по меньшей мере два бака (11) для гидратации и растворения диспергированного полимера, поступающего из устройства (9) для диспергирования и измельчения;
по меньшей мере два объемных насоса (12), обеспечивающих нагнетание и дозирование раствора полимера, полученного в смесителе, для снабжения высоконапорного насоса для гидроразрыва.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что она размещена в контейнере или на трейлере и имеет вес менее 24 т, предпочтительно менее 22 т, с учетом содержащихся в баках количеств растворов полимера и количества порошка, содержащегося в бункере.
3. Система по п.1, отличающаяся тем, что бункер (4) является горизонтальным, имеет форму параллелепипеда и имеет основание в форме двугранного угла.
4. Система по п.1, отличающаяся тем, что бункер (4) имеет объем, больший или равный 5 м3, предпочтительно больший или равный 10 м3.
5. Система по п.1, отличающаяся тем, что пневматическое устройство для подачи в бункер полимера имеет форму либо автоцистерны, оснащенной конусными разгрузочными каналами для выгрузки полимера, либо самосвала с опрокидывающимся кузовом.
6. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство (5, 6) для транспортирования полимера в загрузочную воронку устройства для растворения образовано нижним разгрузочным шнеком (5), размещенным на основании бункера (4), причем указанный шнек соединен либо с вертикальным шнеком (6) для подачи в бункер, либо с пневматическим конвейером, соединяющим дно бункера с загрузочной воронкой (7).
7. Система по п.1, отличающаяся тем, что каждый из баков (11) для растворения имеет объем от 4 до 5 м3.
8. Система по п.1, отличающаяся тем, что объемные насосы (12) представляют собой коловратные насосы или эксцентриковые роторные насосы, дающие величину расхода потока 30 м3/ч при давлении 3 бар (0,3 МПа).
9. Система по п.1, отличающаяся тем, что содержит систему управления аварийной защитой, приборы и оборудование для обеспечения электрической безопасности, размещенные в электротехническом помещении и управляемые с помощью программируемого контроллера, который позволяет полностью автоматизировать систему и через главную диспетчерскую управлять всей операцией по гидроразрыву пласта.
10. Способ гидравлического разрыва пласта газовых или нефтяных скважин за счет нагнетания текучей среды, содержащей раствор полимера, согласно которому используют систему по любому из пп.1-9.
11. Способ по п.10, отличающийся тем, что полимеры в порошкообразной форме имеют частицы размером от 0 до 500 мкм.
12. Способ по п.10, отличающийся тем, что полимеры в порошкообразной форме имеют частицы размером предпочтительно от 0 до 400 мкм, независимо от ионной активности полимеров, и предпочтительно от 0 до 300 мкм для неионных полимеров.
13. Способ по п.10, отличающийся тем, что общее время пребывания в баках для гидратации и растворения составляет от 20 до 30 мин.
14. Способ по п.10, отличающийся тем, что полимеры представляют собой синтетические или природные полимеры и, более конкретно, полимеры на основе акриламида и гуаровые камеди.
15. Способ по п.10, отличающийся тем, что текучая среда содержит другие химические соединения, которые добавляются в устройство (9) для диспергирования и измельчения полимера во время диспергирования полимеров.
16. Способ по п.15, отличающийся тем, что химические соединения находятся в порошкообразной форме и либо предварительно смешиваются в порошкообразной форме с полимерами и затем указанную смесь добавляют в блок расслаивания полимера, либо добавляются одновременно с полимерами в блок расслаивания полимера.
17. Способ по п.15, отличающийся тем, что химические соединения находятся в форме жидкости и добавляются в блок расслаивания полимера с помощью насоса, предпочтительно во впускной канал первого или второго водного контура, или по отдельности из двух впускных каналов.
18. Способ по п.15, отличающийся тем, что химические соединения выбирают из группы, состоящей из боратного сшивающего реагента, антикоагулянта глин, поверхностно-активных веществ, буферного реагента для регулирования величины pH, стимулятора гидратации гуара, персульфата аммония, ингибитора образования отложений, хлоридахолина, бактерицида, реагента для деструкции ферментов, температурного стабилизатора, понизителя трения (катионный полиакриламид), основания, кислоты, восстановителя железа, ингибитора коррозии.

Текст
СИСТЕМА ДЛЯ РАСТВОРЕНИЯ ПОЛИМЕРОВ, ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ДЛЯ КРУПНОМАСШТАБНЫХ ОПЕРАЦИЙ ПО ГИДРОРАЗРЫВУ ПЛАСТА Компактное и транспортабельное устройство, которое может быть использовано для операций гидроразрыва пласта на газовых или нефтяных промыслах, причем указанное устройство согласно изобретению последовательно включает бункер для хранения полимера в порошкообразной форме, загрузочную воронку устройства для дозирования полимера, устройство для дозирования порошкообразного полимера, устройство для диспергирования и измельчения полимера, по меньшей мере два бака для гидратации и растворения диспергированного полимера, по меньшей мере два объемных насоса, обеспечивающих нагнетание и дозирование раствора полимера,полученного в смесителе, используемого для снабжения по меньшей мере одного высоконапорного насоса для гидроразрыва пласта. Областью изобретения является добыча газа или нефти и, более конкретно, гидравлический разрыв пласта газовых или нефтяных скважин нагнетанием текучей среды для гидроразрыва пласта, включающей полимер. Патентный документ WO 2010/020698 описывает устройство, используемое для хранения, диспергирования и растворения полимеров в порошкообразной форме, более конкретно, на основе акриламида. Затем раствор полимера дозируют и используют в операциях гидравлического разрыва пласта, предназначенных для добычи сланцевого газа или нефти в рассеянном капельно-жидком состоянии. Это устройство имеет значительные эксплуатационные ограничения, поскольку в операциях по гидроразрыву пласта собраны вместе многочисленные транспортные средства (грузовики, трейлеры),иногда числом более 100, включающие электрические генераторы, осуществляющие перевозку насосов,смесителей, устройств для растворения и добавления вспомогательных материалов, диспетчерских и,сверх того, огромных количеств песка или керамических шариков, которые применяются для поддержания трещин в открытом состоянии. Стоимость таких операций очень высока, и одним из факторов успеха является общее время на гидроразрыв пласта и на перевозку оборудования, которое обеспечивает рентабельность процесса гидроразрыва пласта. Поэтому является существенным, чтобы используемое оборудование обеспечивало лучшие уровни производительности без риска задержек. Если же нет, то подвергаемая гидроразрыву пласта скважина может закупориться, что может оказаться катастрофическим. Поэтому все оборудование должно быть пригодно для перемещения на колесах, либо на грузовиках, либо на трейлерах, в то же время, принимая во внимание дорожные ограничения по весу, которые зависят от данной конкретной географической зоны. Обычно вес, за исключением ходовой части, не должен превышать величины от 20 до 24 т, и длина должна быть не более 12-14 м. Кроме того, необходимо, чтобы оно было готово к действию немедленно после поездки без пустой траты времени на начальные операции заполнения. Нагнетаемые полимеры на основе акриламида представляют собой полимеры предпочтительно с высокой молекулярной массой, более 10 миллионов, обычно свыше 15 миллионов. Их состав зависит от солености воды и главным образом от количества двухвалентных металлов (Ca, Mg). Для пресной воды обычно используют сополимеры акриламида и акриловой кислоты (в соотношении от 60/40 до 90/10 мол.%). Для более соленых вод применяют слабоанионные или неионные сополимеры, содержащие от 0 до 10 мол.% акриловой кислоты или имеющие низкое содержание сульфированного мономера (ATBS, акриламидо-трет-бутилсульфоната). Для очень соленых вод могут быть использованы, например, сополимеры акриламида и хлорида триметиламиноэтилакрилата (90/10 мол.%). В экстремальных случаях могут быть применены полимеры DADMAC (хлорида диаллилдиметиламмония), NVP (N-винилпирролидона) и т.д. Хотя оборудование, описанное в публикации WO 2010/020698, работает хорошо, однако оно ограничено в плане количества обрабатываемого полимера и имеет следующие ограничения: полимер поставляется в пакетах весом по 25 кг, в лучшем случае в больших мешках емкостью 750 кг, со скоростью, которая не совместима с крупномасштабными промысловыми операциями; невозможность подачи внавал во время операции; трудность дозирования и диспергирования полимера при высокой концентрации, чтобы ограничить объемы дисперсии и/или раствора полимера в оборудовании; трудность исключения образования агрегатов (известных как "рыбьи глаза"), которые могут растворяться только в течение очень длительного времени и которые, кроме того, могут засорять насосы; трудность растворения суспензии в пределах короткого периода, поскольку доступные на грузовике объемы ограничены; трудность перекачивания раствора полимера в контролируемом режиме в смеситель, который размещен перед нагнетательным насосом очень высокого давления и который гомогенизирует все ингредиенты. Некоторые специалисты используют металлические контейнеры, с которыми затруднительно обращаться на грунте, который часто является грязным. Современная разработка месторождений, с увеличением длины горизонтальных буровых скважин,проявляет тенденцию к более крупномасштабным операциям гидроразрыва пласта. Несколько месяцев назад в операциях требовались от 4 до 8 т полимера на операцию, и оборудование, описанное в патентном документе WO 2010/020698, пригодно для операций этого типа. Теперь же нагнетаемые количества варьируют от 9 до 15 т и, вероятно, в будущем около 20 т на операцию, и описанное в патентном документе WO 2010/02 0698 оборудование уже больше не годится. Тем самым необходимо разработать усовершенствованное устройство, которое приспособлено к этой разработке без риска перебоя в работе во время операции. Проблема, разрешаемая изобретением, состоит в растворении большего количества полимера за более короткое время в меньшем объеме пространства, в то же время с учетом весовых ограничений и пол-1 025089 ностью без привлечения подачи вручную во время операции. Одно из ограничений сводится к тому факту, что на месте проведения операции нет устройства, которое делает возможным выкачивание растворов полимеров из баков для растворения. Следовательно,оборудование должно перемещаться с заполненными баками, однако это было бы возможным для количества порошка, регулируемого в конце операции. Это также имеет преимущество в том, что позволяет немедленно запустить оборудование в рабочий режим после переезда. Заявитель разработал усовершенствованное устройство, которое делает возможным разрешение этой проблемы и существенно улучшает технические характеристики существующих производственных установок. Изобретение относится к усовершенствованной компактной и транспортабельной системе для приготовления раствора полимера, который может быть использован для операций по гидроразрыву пласта на газовых и нефтяных промыслах, причем указанная система согласно изобретению последовательно включает в себя пневматическое устройство для подачи в бункер порошкообразного полимера; бункер для хранения полимера в порошкообразной форме; устройство для транспортирования полимера из бункера в загрузочную воронку; загрузочную воронку устройства для дозирования полимера, причем указанная воронка имеет верхний уровень и нижний уровень, которые управляют соответственно пуском и остановкой устройства для транспортирования полимера из бункера в загрузочную воронку; устройство для дозирования порошкообразного полимера; устройство для диспергирования и измельчения полимера, также называемое блоком расслаивания полимера, которое включает в себя: раструб для смачивания порошкообразного полимера, соединенный с впускным каналом первичного водного контура, и камеру для измельчения и дренирования диспергированного полимера, расположенную на нижнем конце раструба и содержащую оснащенный лопастями ротор с приводом от двигателя, фиксированный статор, состоящий из цилиндра, имеющего узкие пазы, и кольцо, расположенное по всей периферии камеры или ее части и снабжаемое из вторичного водного контура, причем кольцо сообщается с камерой так, чтобы обеспечивать распыление воды под давлением по наружной стороне статора, таким образом обеспечивая высвобождение измельченного и набухшего полимера на поверхности указанного статора; по меньшей мере два бака для гидратации и растворения диспергированного полимера, поступающего из устройства для диспергирования и измельчения; по меньшей, мере два объемных насоса, обеспечивающих нагнетание и дозирование раствора полимера, полученного в смесителе, для снабжения высоконапорного насоса для гидроразрыва. В одном предпочтительном варианте выполнения система размещена в контейнере или на трейлере и имеет вес менее 24 т, предпочтительно менее 22 т, с учетом содержащихся в баках количеств растворов полимера и количества порошка, содержащегося в бункере, обеспечивая возможность немедленного пуска в эксплуатацию. Кроме того, длина системы не будет превышать 14 м, предпочтительно 12 м. В одном предпочтительном варианте исполнения бункер является горизонтальным, в форме параллелепипеда, и имеет основанием в форме двугранного угла. Бункер предпочтительно имеет объем, больший или равный 5 м 3, предпочтительно больший или равный 10 м 3. Предпочтительно пневматическое устройство для подачи в бункер полимера имеет форму либо автоцистерны, оснащенной конусными разгрузочными каналами для выгрузки полимера, либо самосвала с опрокидывающимся кузовом. Предпочтительно устройство для транспортирования полимера в загрузочную воронку устройства для растворения образовано нижним разгрузочным шнеком, размещенным на основании бункера, причем указанный шнек соединен либо с вертикальным шнеком для подачи в бункер, либо с пневматическим конвейером, соединяющим дно бункера с загрузочной воронкой. Предпочтительно каждый из баков для растворения имеет объем от 4 до 5 м 3. Предпочтительно объемные насосы представляют собой коловратные насосы или эксцентриковые роторные насосы, дающие величину расхода потока 30 м 3/ч при давлении 3 бар (0,3 МПа). Предпочтительно содержит систему управление аварийной защитой, приборы и оборудование для обеспечения электрической безопасности, размещенные в электротехническом помещении и управляемые с помощью программируемого контроллера, который позволяет полностью автоматизировать систему и через главную диспетчерскую управлять всей операцией по гидроразрыву пласта. Устройство для диспергирования и растворения, подобное тому, которое используется в изобретении, было описано заявителем в патентном документе WO 2008/107492 для применения в третичном методе добычи нефти (EOR). Это устройство для растворения, обозначенное как PSU (блок расслаивания полимера), преимущественно является таким, как продаваемое на рынке под наименованием PSU 300 Plus, которое может дозировать от 100 до 600 кг/ч. Эти количества согласуются с теми, которые необходимы в современных операциях гидроразрыва пласта. Диаметр ротора-статора устройства для растворения полимера предпочтительно является большим чем 200 мм. В большинстве случаев PSU работа-2 025089 ет в периодическом режиме, в зависимости от уровня баков для растворения, при стандартном расходе потока 300 кг/ч. Однако оно пригодно для гораздо более высоких незапланированных потребностей в полимере. Воду подают в PSU через первичный контур, главным образом с расходом потока 10 м 3/ч, и через вторичный контур с расходом потока от 0 до 20 м 3/ч, в зависимости от требуемых концентрации и вязкости. Концентрация полимера предпочтительно составляет 20 г/л. С другой стороны, когда используют концентрированные рассолы, влияние солей на вязкость делает возможным повышение концентрации до 30 г/л, в то же время поддерживая вязкость раствора полимера ниже 10000 сП, что обеспечивает легкое перекачивание. Баки для растворения в основном находятся в режиме энергичного перемешивания, чтобы содействовать растворению полимера. Кроме того, эти два бака могут работать последовательно, непрерывно,параллельно или с переносом из одного в другой ("flip-flop", "качели"). Объемные насосы могут работать совместно или по отдельности, чтобы снабжать смеситель, который используют для снабжения высоконапорного насоса для гидроразрыва пласта. Поскольку операции гидроразрыва пласта предусматривают величины расхода потока воды порядка от 20 до 30 м 3/ч, продолжительность растворения в основном должна быть менее 30 мин. Одно решение состоит в приспособлении скорости растворения к такой продолжительности. Имеющиеся в продаже на рынке полимеры на основе акриламида в основном имеют частицы с размерами от 0 до 1000 мкм и продолжительность растворения порядка одного часа для полимеров со средней анионной активностью (от 20 до 50 мол.%) и двух часов для неионных полимеров. Поэтому размер частиц порошка должен быть скорректирован в зависимости от желательной продолжительности растворения. Экспериментальным путем были определены следующие продолжительности растворения. Пропускание через PSU обеспечивает возможность снижения продолжительности растворения на величину от 20 до 30% для частиц с самыми крупными размерами и слегка меньше для частиц с более мелкими размерами. Существует возможность промышленного размалывания этих полимеров до частиц с такими размерами, связанного с дополнительными затратами. Однако содержание мелких фракций (50 мкм), которые забивают фильтры и являются высокогидроскопичными, должно быть ограничено. Кроме того, согласно изобретению в электротехническом помещении размещены управления аварийной защитой, приборы и оборудование для обеспечения электрической безопасности, которые управляются с помощью программируемого контроллера, который позволяет полностью автоматизировать оборудование и через главную диспетчерскую управлять всей операцией по гидроразрыву пласта. Кроме того, согласно изобретению предложен способ гидравлического разрыва пласта газовых или нефтяных скважин за счет нагнетания текучей среды, содержащей раствор полимера, согласно которому используют описанную систему. Использование устройства согласно изобретению в способе согласно изобретению обеспечивает возможность снизить давление нагнетания для гидроразрыва пласта, в то же время, ограничивая трение текучей среды в нагнетательных трубах. Предпочтительно полимеры в порошкообразной форме имеют частицы с размером от 0 до 500 мкм. Предпочтительно полимеры в порошкообразной форме имеют частицы с размером предпочтительно от 0 до 400 мкм, независимо от ионной активности полимеров, и предпочтительно от 0 до 300 мкм для неионных полимеров. Предпочтительно общее время пребывания в баках для гидратации и растворения составляет от 20 до 30 мин. Предпочтительно полимеры представляют собой синтетические или природные полимеры и, более конкретно, полимеры на основе акриламида и гуаровые камеди. Предпочтительно текучая среда содержит другие химические соединения, которые добавляются в устройство (9) для диспергирования и измельчения полимера во время диспергирования полимеров. Предпочтительно химические соединения находятся в порошкообразной форме и либо предварительно смешиваются в порошкообразной форме с полимерами, и затем указанную смесь добавляют в блок расслаивания полимера, либо добавляются одновременно с полимерами в блок расслаивания полимера. Предпочтительно химические соединения находятся в форме жидкости и добавляются в блок расслаивания полимера с помощью насоса, предпочтительно во впускной канал первичного или вторичного водного контура, или по отдельности из двух впускных каналов. Предпочтительно химические соединения выбирают из группы, состоящей из боратного сшивающего реагента, антикоагулянта глин, поверхностно-активных веществ, буферного реагента для регулирования величины pH, стимулятора гидратации гуара, персульфата аммония, ингибитора образования отложений, хлоридахолина, бактерицида, реагента для деструкции ферментов, температурного стабилизатора, понизителя трения (катионный полиакриламид), основания, кислоты, восстановителя железа, ингибитора коррозии. Изобретение и обеспечиваемые им преимущества станут более ясными и понятными из нижеследующего примерного варианта выполнения с привлечением сопроводительных чертежей, на которых показано: фиг. 1 - схематический вид сбоку потоков в системе согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения; фиг. 2 - еще один схематический вид сбоку системы согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения. Как уже было указано, пространство, доступное для устройства, которое является предметом изобретения, как правило, является ограниченным, и поэтому цилиндро-конический бункер разместить невозможно. Бункер (4), показанный на фиг. 2, является горизонтальным, с формой параллелепипеда, и имеет основание в виде двугранного угла (диэдра). В этом диэдре размещен разгрузочный шнек (5), который подает материал в подъемный шнек (6) для снабжения PSU порошкообразным полимером под действием силы тяжести. Подъемный шнек по выбору может быть заменен пневматическим конвейером. Этот бункер пневматическим путем снабжается из автоцистерны, которая перевозит полимер, с опорожнением через конусные разгрузочные каналы (16), или из самосвала (17) с опрокидывающимся кузовом. Подача в бункер порошкообразного полимера может происходить до или во время операции, в зависимости от требуемых объемов. Но устройство транспортирует количество полимера в порошкообразной форме (например, от 2 до 3 т), достаточное для немедленного пуска в эксплуатацию. Бункер (4) имеет объем, больший или равный 5 м 3, предпочтительно больший или равный 10 м 3. Фиг. 2 представляет трейлер, который обеспечивает возможность снабжения крупномасштабной операции гидроразрыва пласта. Система согласно этому примеру обеспечивает возможность, в среднем, 10 последовательных нагнетаний раствора полимера для количества полимера более 12 т, с максимальной величиной расхода потока полимерного порошка 300 кг/ч. Ограничение габаритов системы для эксплуатационных условий в США составляет ширинуw=2,4 м, высоту H=3 м, не включая ходовую часть, и длину L=13,4 м. Максимальный вес, не включая ходовую часть, во время перевозки составляет максимум 22 т. "Во время перевозки" означает, что в конце операции гидроразрыва пласта, когда баки являются полными и бункер может содержать от 2 до 3 т полимера, трейлер должен перемещаться с полными баками, без возможного опорожнения. Этот сборный комплекс состоит из (фиг. 2) электрического генератора (1), обеспечивающего автономное энергоснабжение бортового оборудования мощностью 150 кВт, с топливным баком, обеспечивающим работу в полном объеме; водяного насоса (2), обеспечивающего возможность избежать очень больших вариаций давления в питающих трубопроводах во время операции. Расход потока составляет 30 м 3/ч при давлении 3 бар(0,3 МПа), и высота столба жидкости над всасывающим патрубком насоса (NPSH) составляет 3 м; двухканального фильтра (3) с размером пор 200 мкм для удаления взвешенных веществ из воды,которые могли бы засорить или корродировать PSU; горизонтального бункера (4) емкостью 10 м 3 в форме параллелепипеда с диэдральным основанием,в котором размещен шнек (5) диаметром 200 мм для транспортирования порошка к выпускному трубопроводу. Этот шнек защищен ограничителем крутящего момента; вертикального шнека (6) диаметром 120 мм для подъема порошка с величиной расхода потока 600 кг/ч над загрузочной воронкой PSU. Этот вертикальный шнек может быть заменен пневматическим конвейером; конической загрузочной воронки (7) (для снабжения PSU), имеющей верхний и нижний уровни, на которых установлены верхний и нижний детекторы для пуска или остановки вышеуказанных двух шнеков соответственно. У дна этой загрузочной воронки находится шнековый дозатор (8) для дозирования от 100 до 500 кг/ч порошка путем вариации скорости вращения. Обычно расход потока будет фиксированным и будет составлять 300 кг/ч; блока PSU (9), который усовершенствован увеличением диаметра ротора-статора до 210 мм. ЭтотPSU снабжается порошкообразным полимером из верхней части с величиной объемного расхода 10 м 3/ч и водой из нижней части с величиной расхода потока от 0 до 20 м 3/ч. Величины расхода потоков воды и порошка могут быть отрегулированы в зависимости от заданных условий. Вода и порошок смешиваются в смачивающем раструбе (10), который может быть покрыт тефлоном для предотвращения налипания порошка на раструб в случае плохого выравнивания уровня при работе на неподготовленных участках грунта. Действительно, операции гидроразрыва пласта часто прово-4 025089 дятся на наспех выровненных сельскохозяйственных угодьях. Полученную таким образом суспензию направляют в два соединенных последовательно бака (11) емкостью 4,5 м 3 с энергичным перемешиванием. При этом второй бак оснащен устройством для измерения верхнего и нижнего уровня, контролирующим пуск или остановку PSU. На выпускном канале этих баков раствор дозируется двумя объемными насосами с переменной скоростью вращения, соединенными параллельно. Эти два насоса предпочтительно могут представлять собой коловратные насосы (12) типа Waukesha модели 60, дающие величину расхода потока 30 м 3/ч. Величина расхода потока может быть модифицирована из главной диспетчерской в зависимости от наблюдаемых давлений нагнетания. Два насоса установлены в качестве меры безопасности, но могут быть использованы совместно в случае очень высокого незапланированного потребления (эпизодического происшествия). В этом случае баки-хранилища служат в качестве буфера. Кроме того, в этом устройстве смонтированы средства обеспечения с воздушным компрессором(13) мощностью 1 кВт, используемым для пневматической очистки забитого противопылевого фильтра и для автоматического открывания и закрывания пневматических клапанов. Все контрольное, защитное оборудование, приборы и оборудование электрической безопасности размещены в электротехническом помещении (14) и управляются программируемым контроллером, который позволяет полностью автоматизировать систему и через главную диспетчерскую управлять всей операцией по гидроразрыву пласта. Самосвал (17) с опрокидывающимся кузовом снабжает бункер (4) порошкообразным полимером(15) на старте операции или во время операции с помощью пневматического транспортирования под давлением. Размер частиц порошка приспособлен к обычной продолжительности растворения от 20 до 30 мин. Для анионных полимеров с анионной активностью на уровне 30% выбранный размер частиц будет составлять от 0 до 500 мкм. Во время этих операций эта система сделала возможным достижение уровней производительности,которые никогда до тех пор не достигались. Полученные результаты являются превосходными, поскольку система с этого времени делает возможным растворение большого количества полимера (более 12 т) с высоким расходом потока, в то же время, в соответствии с пространственными и весовыми ограничениями. В промышленности выявлено меньшее число специалистов, которые используют порошкообразный полимер для гидроразрыва пласта, нежели тех, кто традиционно применяет эмульсии. Тем не менее, поскольку стоимость порошка является более низкой, чем стоимость эмульсии, наблюдается значительное экономическое преимущество, даже принимая во внимание амортизацию оборудования. Квалифицированный специалист в этой области технологии будет в состоянии использовать вместо этого подобное оборудование в зависимости от требований, касающихся при этом объемов, весов и конечной подачи при операции добычи газа или нефти. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Компактная и транспортабельная система для приготовления раствора полимера, используемого для операций гидроразрыва пласта на газовых или нефтяных промыслах, отличающаяся тем, что она последовательно включает пневматическое устройство для подачи в бункер порошкообразного полимера; бункер (4) для хранения полимера в порошкообразной форме; устройство (5, 6) для транспортирования полимера из бункера (4) в загрузочную воронку; загрузочную воронку (7) устройства для дозирования полимера, причем указанная воронка (7) имеет верхний уровень и нижний уровень, которые управляют соответственно пуском и остановкой устройства (5, 6) для транспортирования полимера из бункера (4) в загрузочную воронку (7); устройство для дозирования порошкообразного полимера; устройство (9) для диспергирования и измельчения полимера, также называемое блоком расслаивания полимера (PSU), которое включает в себя раструб (10) для смачивания порошкообразного полимера,соединенный с впускным каналом первого водного контура, камеру для измельчения и дренирования диспергированного полимера, расположенную на нижнем конце раструба (10) и содержащую оснащенный лопастями ротор с приводом от двигателя, фиксированный статор, состоящий из цилиндра, имеющего узкие пазы, и кольцо, расположенное по всей периферии камеры или ее части и снабжаемое из второго водного контура, причем кольцо сообщается с камерой так, чтобы обеспечивать распыление воды под давлением по наружной стороне статора, таким образом обеспечивая высвобождение измельченного и набухшего полимера на поверхности указанного статора; по меньшей мере два бака (11) для гидратации и растворения диспергированного полимера, поступающего из устройства (9) для диспергирования и измельчения; по меньшей мере два объемных насоса (12), обеспечивающих нагнетание и дозирование раствора полимера, полученного в смесителе, для снабжения высоконапорного насоса для гидроразрыва. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что она размещена в контейнере или на трейлере и имеет вес менее 24 т, предпочтительно менее 22 т, с учетом содержащихся в баках количеств растворов полимера и количества порошка, содержащегося в бункере. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что бункер (4) является горизонтальным, имеет форму параллелепипеда и имеет основание в форме двугранного угла. 4. Система по п.1, отличающаяся тем, что бункер (4) имеет объем, больший или равный 5 м 3, предпочтительно больший или равный 10 м 3. 5. Система по п.1, отличающаяся тем, что пневматическое устройство для подачи в бункер полимера имеет форму либо автоцистерны, оснащенной конусными разгрузочными каналами для выгрузки полимера, либо самосвала с опрокидывающимся кузовом. 6. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство (5, 6) для транспортирования полимера в загрузочную воронку устройства для растворения образовано нижним разгрузочным шнеком (5), размещенным на основании бункера (4), причем указанный шнек соединен либо с вертикальным шнеком (6) для подачи в бункер, либо с пневматическим конвейером, соединяющим дно бункера с загрузочной воронкой (7). 7. Система по п.1, отличающаяся тем, что каждый из баков (11) для растворения имеет объем от 4 до 5 м 3. 8. Система по п.1, отличающаяся тем, что объемные насосы (12) представляют собой коловратные насосы или эксцентриковые роторные насосы, дающие величину расхода потока 30 м 3/ч при давлении 3 бар (0,3 МПа). 9. Система по п.1, отличающаяся тем, что содержит систему управления аварийной защитой, приборы и оборудование для обеспечения электрической безопасности, размещенные в электротехническом помещении и управляемые с помощью программируемого контроллера, который позволяет полностью автоматизировать систему и через главную диспетчерскую управлять всей операцией по гидроразрыву пласта. 10. Способ гидравлического разрыва пласта газовых или нефтяных скважин за счет нагнетания текучей среды, содержащей раствор полимера, согласно которому используют систему по любому из пп.1-9. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что полимеры в порошкообразной форме имеют частицы размером от 0 до 500 мкм. 12. Способ по п.10, отличающийся тем, что полимеры в порошкообразной форме имеют частицы размером предпочтительно от 0 до 400 мкм, независимо от ионной активности полимеров, и предпочтительно от 0 до 300 мкм для неионных полимеров. 13. Способ по п.10, отличающийся тем, что общее время пребывания в баках для гидратации и растворения составляет от 20 до 30 мин. 14. Способ по п.10, отличающийся тем, что полимеры представляют собой синтетические или природные полимеры и, более конкретно, полимеры на основе акриламида и гуаровые камеди. 15. Способ по п.10, отличающийся тем, что текучая среда содержит другие химические соединения,которые добавляются в устройство (9) для диспергирования и измельчения полимера во время диспергирования полимеров. 16. Способ по п.15, отличающийся тем, что химические соединения находятся в порошкообразной форме и либо предварительно смешиваются в порошкообразной форме с полимерами и затем указанную смесь добавляют в блок расслаивания полимера, либо добавляются одновременно с полимерами в блок расслаивания полимера. 17. Способ по п.15, отличающийся тем, что химические соединения находятся в форме жидкости и добавляются в блок расслаивания полимера с помощью насоса, предпочтительно во впускной канал первого или второго водного контура, или по отдельности из двух впускных каналов. 18. Способ по п.15, отличающийся тем, что химические соединения выбирают из группы, состоящей из боратного сшивающего реагента, антикоагулянта глин, поверхностно-активных веществ, буферного реагента для регулирования величины pH, стимулятора гидратации гуара, персульфата аммония,ингибитора образования отложений, хлоридахолина, бактерицида, реагента для деструкции ферментов,температурного стабилизатора, понизителя трения (катионный полиакриламид), основания, кислоты,восстановителя железа, ингибитора коррозии.
МПК / Метки
МПК: E21B 43/26, E21B 43/22, C08J 3/05, B01F 15/02
Метки: растворения, система, крупномасштабных, пласта, полимеров, используемая, операций, гидроразрыву
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/8-25089-sistema-dlya-rastvoreniya-polimerov-ispolzuemaya-dlya-krupnomasshtabnyh-operacijj-po-gidrorazryvu-plasta.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Система для растворения полимеров, используемая для крупномасштабных операций по гидроразрыву пласта</a>
Предыдущий патент: Способ выполнения информационных телефонных вызовов
Следующий патент: Способ переработки угля
Случайный патент: Водные инсектицидные композиции и их применение для защиты содержащих лигноцеллюлозу материалов