[发明专利]用于对苛刻流体加压的方法和系统

说明书

方法和系统涉及压力交换器，所述压力交换器将压力能量从高压清洁流体系统交换到相对低压苛刻流体系统，以用于在所述苛刻流体不接触所述压力交换器的所识别部分的情况下对所述苛刻流体加压并且将所述流体作为高压苛刻流体引导到井筒。

相关申请的交叉引用

本申请要求在2015年2月23日提交的美国临时专利申请号62/119,392的权益，其内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本公开总体涉及用于在高压下将流体从井的表面泵送到井筒的方法和系统。更具体地说，本公开涉及将压力能量从高压流动流体系统交换到相对低压流动流体系统的压力交换器。

背景技术

在特殊的油田应用中，泵组件用于在极高压力下将流体从井的表面泵送到井筒。此类应用包括水力压裂、固井和通过连续油管的泵送以及其他应用。在水力压裂操作的实例中，通常采用多泵组件来引导含磨料的流体或压裂液通过井筒并且进入井筒的目标区域中，以在井筒中产生侧面“裂缝”。为了产生此类裂缝，在极高压力下泵送压裂液，所述压力有时在10,000至15,000psi或更大的范围内。此外，压裂液含有磨料支撑剂，这两者均促进裂缝的初始产生，并且用于在裂缝产生之后保持裂缝“撑”开。这些裂缝提供附加路径以便地下油气藏从地下地层流动到井的表面。这些附加路径用于提高井的产量。

柱塞泵通常用于高压油田泵送应用，诸如水力压裂操作。此类柱塞泵有时也被称为容积泵、间歇运行泵、三缸泵或五缸泵。柱塞泵通常包括一个或多个柱塞，通过曲轴来朝向并远离压力外壳(通常被称为“流体端”)中的腔室驱动所述一个或多个柱塞，以便在腔室中产生高压和低压的压力振荡。这些压力振荡允许泵在低压下接收流体并且通过单向阀(也称为止回阀)在高压下排出所述流体。

在大型水力压裂操作中，通常同时采用多个柱塞泵。这些泵可通过共用歧管彼此连接，所述共用歧管机械地收集并分配各个泵的组合输出。例如，水力压裂操作通常以这种方式进行，其中可能多达二十个柱塞泵或更多个柱塞泵通过共用歧管联接在一起。可在操作的持续时间内采用集中式计算机系统来引导整个系统。

然而，压裂液的磨损性质不仅有效地使地下岩层破裂以在其中产生裂缝，而且往往会磨损用来泵送压裂液的柱塞泵的内部部件。因此，当柱塞泵用来泵送压裂液时，泵的内部部件的修理、更换和/或维护费用非常高，并且泵的整体预期寿命低。

例如，当柱塞泵用来泵送压裂液时，泵流体端、阀、阀座、填料和柱塞需要频繁的维护和/或更换。流体端的这种更换是非常昂贵的，不仅因为流体端本身是昂贵的，而且还由于进行更换所需的难度和及时性。柱塞泵维护费用的一大部分可能花费在阀更换上。此外，当阀失效时，阀座也经常受损，并且由于将阀座从流体端拉出所需的力非常大，所以阀座比阀更加难以更换。

发明内容

提供本概要来介绍一系列概念，这些概念将在以下具体实施方式中进一步描述。本概要既不意图认定要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不意图用来帮助限制要求保护的主题的范围。

在一个实施方案中，公开将油田流体从井表面泵送到井筒的方法。所述方法包括：操作至少一个低压泵来泵送苛刻流体；操作至少一个高压泵来泵送清洁流体；使用活塞，所述活塞在其移动方向上与清洁流体接触并且所述活塞使用来自高压泵的压力推动清洁流体，以便向苛刻流体提供压力，从而将苛刻流体泵送到井筒中。在一个方面，苛刻流体在由高压泵加压时不与活塞组件接触。

在一个实施方案中，苛刻流体不与活塞的任一侧接触。

在另一个实施方案中，公开用于将油田流体从井表面泵送到井筒的系统。所述系统包括：与苛刻流体的供应源连通的至少一个低压泵；与清洁流体连通的至少一个高压泵；以及包括活塞组件的管件，其中活塞组件在其移动方向上与清洁流体接触，并且活塞组件使用来自高压泵的压力来推动清洁流体，以便向苛刻流体提供压力，从而将苛刻流体泵送到井筒中。在一个方面，在所提供的布置下，高压下的苛刻流体不与活塞接触。