[发明专利]流体交换设备以及相关系统和方法

说明书

用于在至少两个流体流之间交换特性的设备和系统以及相关方法可以包括阀设备，该阀设备包括阀致动器，该阀致动器被配置为以可变速率移动，以便选择性地填充和排空至少一个罐。用于在至少两个流体流之间交换特性的设备可以包括阀设备，该阀设备包括沿阀致动器的路径定位的交错且叠置的开口。交错且叠置的开口可以被配置为选择性地且逐渐地使进口与至少一个罐连通。

优先权益

本申请要求于2018年11月9日提交的序列号为62/758,359的美国临时专利申请“Fluid Exchange Devices and Related Systems,and Methods(流体交换设备以及相关系统和方法)”的权益，其公开内容通过引用全部并入本文。

技术领域

本公开内容大体涉及交换设备。更具体地，本公开内容的实施方式涉及流体交换设备以及系统和方法，该设备用于在流体之间交换特性(例如，压力)中的一种或更多种。

背景技术

工业过程往往涉及液压系统，其包括泵、阀、叶轮等。泵、阀和叶轮可以用于控制在液压过程中使用的流体的流。例如，一些泵可以用于增加(例如，增压)液压系统中的压力，其他泵可以用于将流体从一个位置移动到另一位置。一些液压系统包括阀，以控制流体的流向。阀可以包括控制阀、球阀、闸阀、截止阀、止回阀、隔离阀、它们的组合等。

一些工业过程涉及使用腐蚀性流体、磨蚀性流体和/或酸性流体。这些类型的流体可能会增加液压系统的部件上的磨损量。增加的磨损可能导致增加的维护和修理成本，或者需要提前更换器材。例如，磨蚀性、腐蚀性或酸性流体可能会增加泵的内部部件诸如叶轮、轴、叶片、喷嘴等上的磨损。一些泵是可修复的，并且操作可能会选择更换磨损零件来修复磨损泵，这可能会造成磨损泵的停机时间延长，从而造成需要冗余泵或造成生产力下降。其他操作可以更换磨损泵，费用较高但停机时间减少。

石油和天然气行业中的完井作业往往涉及液压压裂(往往被称为压裂或致裂)，以增加岩层中石油和天然气的释放。液压压裂涉及在高压下将含有水、化学物质和支撑剂(例如沙子、陶瓷)的组合的流体(例如致裂流体、压裂流体等)泵送到井中。流体的高压增加了裂缝的大小和裂缝在岩层中的传播，释放出更多的石油和天然气，而支撑剂则在流体减压后防止裂缝闭合。压裂作业使用高压泵来增加压裂流体的压力。然而，压裂流体中的支撑剂由于其磨蚀性增加了高压泵的磨损和维护，并基本上降低了高压泵的运行寿命。

发明内容

不同的实施方式可以包括用于在至少两个流体流之间交换压力的设备。该设备可以包括至少一个高压进口、至少一个低压进口、至少一个高压出口和至少一个低压出口。至少一个高压进口可以被配置为用于接收处于第一较高压力的流体。至少一个低压进口可以被配置为用于接收处于第一较低压力的井下流体(例如，压裂流体、钻探流体)。至少一个高压出口可以被配置为输出处于第二较高压力的井下流体，该第二较高压力大于第一较低压力。至少一个低压出口可以被配置为输出处于第二较低压力的流体，该第二较低压力小于第一较高压力。该设备可以包括阀设备。阀设备可以包括阀致动器，该阀致动器被配置为以可变速率移动，以便选择性地填充和排空与至少一个低压出口和至少一个高压进口连通的至少一个罐。阀致动器还可以被配置为：选择性地将处于第一较高压力的流体与处于第一较低压力的井下流体连通，以便将井下流体加压到第二较高压力；以及通过至少一个低压出口来选择性地从压力交换设备输出处于第二较低压力的流体。