[go: up one dir, main page]

RU2673895C1 - Methods and systems for discharging aggressive fluid media - Google Patents

Methods and systems for discharging aggressive fluid media Download PDF

Info

Publication number
RU2673895C1
RU2673895C1 RU2017131414A RU2017131414A RU2673895C1 RU 2673895 C1 RU2673895 C1 RU 2673895C1 RU 2017131414 A RU2017131414 A RU 2017131414A RU 2017131414 A RU2017131414 A RU 2017131414A RU 2673895 C1 RU2673895 C1 RU 2673895C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fluid
aggressive
piston
tubular elements
high pressure
Prior art date
Application number
RU2017131414A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сандип ВЕРМА
Теризхандур С. РАМАКРИШНАН
Джеир ПЕЙБОН
Джон Дэвид Роуэтт
Original Assignee
Шлюмбергер Текнолоджи Б.В.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. filed Critical Шлюмбергер Текнолоджи Б.В.
Application granted granted Critical
Publication of RU2673895C1 publication Critical patent/RU2673895C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B9/00Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members
    • F04B9/08Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being fluid
    • F04B9/10Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being fluid the fluid being liquid
    • F04B9/103Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being fluid the fluid being liquid having only one pumping chamber
    • F04B9/105Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being fluid the fluid being liquid having only one pumping chamber reciprocating movement of the pumping member being obtained by a double-acting liquid motor
    • F04B9/1053Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being fluid the fluid being liquid having only one pumping chamber reciprocating movement of the pumping member being obtained by a double-acting liquid motor one side of the double-acting liquid motor being always under the influence of the liquid under pressure
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B41/00Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/25Methods for stimulating production
    • E21B43/26Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
    • E21B43/2607Surface equipment specially adapted for fracturing operations
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/02Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having two cylinders
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B15/00Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B19/00Machines or pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B17/00
    • F04B19/20Other positive-displacement pumps
    • F04B19/22Other positive-displacement pumps of reciprocating-piston type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B23/00Pumping installations or systems
    • F04B23/02Pumping installations or systems having reservoirs
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B23/00Pumping installations or systems
    • F04B23/04Combinations of two or more pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B47/00Pumps or pumping installations specially adapted for raising fluids from great depths, e.g. well pumps
    • F04B47/06Pumps or pumping installations specially adapted for raising fluids from great depths, e.g. well pumps having motor-pump units situated at great depth
    • F04B47/08Pumps or pumping installations specially adapted for raising fluids from great depths, e.g. well pumps having motor-pump units situated at great depth the motors being actuated by fluid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/22Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by means of valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/10Valves; Arrangement of valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/10Valves; Arrangement of valves
    • F04B53/12Valves; Arrangement of valves arranged in or on pistons
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/16Casings; Cylinders; Cylinder liners or heads; Fluid connections
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/16Casings; Cylinders; Cylinder liners or heads; Fluid connections
    • F04B53/162Adaptations of cylinders
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04FPUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F13/00Pressure exchangers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)
  • Details Of Reciprocating Pumps (AREA)
  • Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: group of inventions relates to the systems for pumping fluid from the surface of the well into the wellbore at high pressure and, specifically, to the pressure exchanger, using which pressure energy is taken from the high-pressure fluid system and transferred to the low-pressure fluid system. Method provides for a source of low pressure of aggressive fluid. At least one high pressure pump is driven to inject clean fluid. Piston unit is used, which is in contact with the clean fluid in the direction of movement, by means which the clean fluid is pushed, using pressure from at least one high pressure pump, into the wellbore. To do this, the system having at least two tubular elements, each of which contains a corresponding piston unit, is used. Operation of piston blocks in the opposite phases is ensured. Aggressive fluid is continuously injected into the wellbore so that in the first half of the cycle the first of the respective piston blocks causes the aggressive fluid to be pushed out of the first of the two tubular elements under high pressure, while the second of the tubular elements is filled with an aggressive low pressure fluid. In the second half of the cycle, the second of the respective piston units provides for the ejection of aggressive fluid from the second of the two tubular elements under high pressure, while the first of the tubular elements is filled with aggressive fluid under low pressure.
EFFECT: improved efficiency of the mentioned pressure exchanger.
24 cl, 17 dwg, 1 tbl

Description

[0001] Данная заявка испрашивает приоритет согласно предварительной заявке на патент США №62/119392, поданной 23 февраля 2015 г., содержание которой включено в данный документ посредством ссылки. [0001] This application claims priority according to provisional application for US patent No. 62/119392, filed February 23, 2015, the contents of which are incorporated herein by reference.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

[0002] Данное изобретение в целом относится к способам и системам для закачивания текучей среды с поверхности скважины в ствол скважины при высоком давлении. Более конкретно, данное изобретение относится к обменнику давления, который отбирает энергию давления от системы текучей среды, текущей под высоким давлением, и передает ее системеой текучей среды, текущей под сравнительно низким давлением. [0002] This invention generally relates to methods and systems for pumping fluid from a well surface into a well bore at high pressure. More specifically, the present invention relates to a pressure exchanger that draws pressure energy from a fluid system flowing under high pressure and transfers it to a fluid system flowing at a relatively low pressure.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

[0003] В специальных приложениях для нефтепромыслов, для закачивания текучей среды с поверхности скважины в ствол скважины под очень высоким давлением используют насосные установки. Такие приложения включают в себя, помимо прочихприложений, гидравлический разрыв, цементирование и закачивание через гибкие НКТ. В примере с операцией гидроразрыва, чтобы направлять текучую среду, содержащую абразив, или жидкость для гидроразрыва через ствол скважины в намеченные области скважины для создания в стволе скважины идущих вбок разрывов, часто применяют насосную установку с несколькими агрегатами. Для создания таких разрывов жидкость для гидроразрыва закачивают под очень высокими давлениями, иногда в диапазоне от 10000 до 15000 фунт на кв. дюйм (68,95-103,4 МПа) или больше. Кроме того, жидкости для гидроразрыва содержат абразивный расклинивающий наполнитель, который способствует началу создания разрыва, а также служит для сохранения разрыва «расклиненным» после создания разрыва. Данные разрывы обеспечивают дополнительные пути для вытекания подземных залежей нефти и газа из подземных формаций на поверхность скважины. Эти дополнительные пути служат для увеличения производительности скважины. [0003] In special applications for oil fields, pumping units are used to pump fluid from the surface of the well into the wellbore under very high pressure. Such applications include, but are not limited to, fracturing, cementing, and pumping through flexible tubing. In the example of a fracturing operation, in order to direct a fluid containing an abrasive or fracturing fluid through the wellbore to the designated areas of the well to create lateral fractures in the wellbore, a multi-unit pump unit is often used. To create such fractures, fracturing fluid is pumped at very high pressures, sometimes in the range of 10,000 to 15,000 psi. inch (68.95-103.4 MPa) or more. In addition, fracturing fluids contain an abrasive proppant, which helps to start creating a fracture, and also serves to keep the fracture “wedged” after creating the fracture. These gaps provide additional pathways for the flow of underground oil and gas deposits from underground formations to the surface of the well. These additional paths serve to increase well productivity.

[0004] Для применения на нефтяных промыслах при закачивании под высоким давлением, например, операциях гидроразрыва, обычно применяют плунжерные насосы. Такие плунжерные насосы иногда также называют объемными насосами, насосами с прерывистым режимом работы, трехцилиндровыми насосами или пятицилиндровыми насосами. Плунжерные насосы обычно содержат один или больше плунжеров, приводимых в действие от коленчатого вала в направлении камеры и от нее в корпусе, находящемся под давлением (обычно называемой «напорная часть»), чтобы создавать колебания давления с чередованием высокого и низкого давлений в камере. Данные колебания давления позволяют насосу принимать текучую среду под низким давлением и выпускать ее под высоким давлением через клапаны одностороннего действия (также называемые обратными клапанами). [0004] Plunger pumps are typically used for applications in the oil field during injection under high pressure, for example, fracturing operations. Such plunger pumps are sometimes also referred to as positive displacement pumps, intermittent pumps, three-cylinder pumps or five-cylinder pumps. Plunger pumps typically contain one or more plungers driven from the crankshaft in the direction of the chamber and away from it in a pressurized casing (commonly referred to as the “pressure part”) to create pressure fluctuations with alternating high and low pressures in the chamber. These pressure fluctuations allow the pump to receive fluid at low pressure and discharge it under high pressure through single-acting valves (also called check valves).

[0005] Насосы с несколькими плунжерами часто применяют одновременно в операциях гидроразрыва большого масштаба. Эти насосы могут быть связаны друг с другом посредством общего коллектора, который механически собирает и распределяет объединенный выпуск от отдельных насосов. Например, операции гидроразрыва часто выполняют таким способом, с возможным количеством насосов от двадцати или больше, соединенных друг с другом посредством общего коллектора. Для управления всей системой насосов во время действия может использоваться централизованная компьютеризованная система. [0005] Pumps with multiple plungers are often used simultaneously in large scale fracturing operations. These pumps can be connected to each other through a common collector that mechanically collects and distributes the combined outlet from the individual pumps. For example, fracturing operations are often performed in this manner, with as many pumps as possible from twenty or more connected to each other by a common collector. A centralized computerized system can be used to control the entire pump system during operation.

[0006] Однако абразивный характер жидкостей для гидроразрыва не только является эффективным при разрушении подземных горных пород для создания в них разрыва, но также вызывает изнашивание внутренних компонентов плунжерных насосов, которые используют для закачивания.Таким образом, когда плунжерные насосы используют для закачивания жидкостей для гидроразрыва, затраты на ремонт, замену и/или обслуживание внутренних компонентов насосов чрезвычайно высокие, а общий срок службы насосов малый. [0006] However, the abrasive nature of the fracturing fluids is not only effective in destroying underground rocks to create a fracture therein, but also causes wear on the internal components of the plunger pumps that are used for pumping. Thus, when plunger pumps are used for pumping the fracturing fluids , the repair, replacement and / or maintenance costs of the internal components of the pumps are extremely high, and the overall pump life is short.

[0007] Например, когда плунжерный насос используют для закачивания жидкости для гидроразрыва, напорная часть, клапаны, седла клапанов, уплотнения и плунжеры насоса нуждаются в частом обслуживании и/или замене. Такая замена напорной части обходится очень дорого, не только из-за того, что сама напорная часть дорогая, но также из-за сложности и трудоемкости выполнения необходимой замены. Большой процент затрат на обслуживание плунжерного насоса может быть потрачен на замену клапана. Кроме того, когда клапан выходит из строя, седло клапана также часто повреждается, а замена седла намного сложнее, чем замена клапана, вследствие необходимости прикладывать очень большое усилие для его выталкивания из напорной части. [0007] For example, when a plunger pump is used to pump fracturing fluid, the pressure portion, valves, valve seats, seals, and pump plungers require frequent maintenance and / or replacement. Such a replacement of the pressure part is very expensive, not only due to the fact that the pressure part itself is expensive, but also because of the complexity and complexity of the necessary replacement. A large percentage of the cost of servicing a plunger pump can be spent on valve replacement. In addition, when the valve fails, the valve seat is also often damaged, and replacing the seat is much more difficult than replacing the valve, due to the need to exert a very large force to expel it from the pressure part.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

[0008] Данный раздел описания приведен для представления выбора принципов, которые дополнительно раскрыты в приведенном ниже подробном описании. Данное краткое изложение не предназначено для идентификации основных (XE «Narrowing designation: Key») или существенных (XE «Narrowing designation: essential») отличий заявленного изобретения, а также не предназначено для использования в качестве средства, ограничивающего объем заявленного изобретения. [0008] This description section is provided to represent a selection of principles that are further disclosed in the following detailed description. This summary is not intended to identify the main (XE "Narrowing designation: essential") or significant (XE "Narrowing designation: essential") differences of the claimed invention, nor is it intended to be used as a means of limiting the scope of the claimed invention.

[0009] В одном варианте реализации раскрыт способ закачивания нефтепромысловой текучей среды с поверхности скважины в ствол скважины. Способ включает в себя действие по меньшей мере одного насоса низкого давления для закачивания агрессивной текучей среды; действие по меньшей мере одного насоса высокого давления для закачивания чистой текучей среды; использование в направлении его перемещения поршня, который находится в контакте с чистой текучей средой, и который нагнетает чистую текучую среду, используя давление от насоса высокого давления, чтобы обеспечить давление на агрессивную текучую среду, таким образом, закачивая агрессивную текучую среду в ствол скважины. В одном аспекте, когда агрессивная текучая среда нагнетается насосом высокого давления, она не находится в контакте с поршневым блоком. [0009] In one embodiment, a method for pumping an oilfield fluid from a surface of a well into a wellbore is disclosed. The method includes the action of at least one low pressure pump for pumping aggressive fluid; the action of at least one high pressure pump for pumping clean fluid; using a piston that is in contact with a clean fluid and that pumps clean fluid in the direction of travel using pressure from the high pressure pump to provide pressure on the aggressive fluid, thereby pumping the aggressive fluid into the wellbore. In one aspect, when the aggressive fluid is pumped by the high pressure pump, it is not in contact with the piston unit.

[0010] В одном варианте реализации агрессивная текучая среда не находится в контакте с какой-либо стороной поршня. [0010] In one embodiment, the aggressive fluid is not in contact with either side of the piston.

[0011] В другом варианте реализации раскрыта система для закачивания нефтепромысловой жидкости с поверхности скважины в ствол скважины. Система содержит по меньшей мере один насос низкого давления, сообщающийся с устройством подачи агрессивной текучей среды; по меньшей мере один насос высокого давления, сообщающийся с источником чистой текучей среды; и трубчатый элемент, содержащий поршневой блок, при этом поршневой блок находится в контакте с чистой текучей средой, в направлении ее перемещения, и поршневой блок нагнетает чистую текучую среду, используя давление от насоса высокого давления, чтобы обеспечить давление на агрессивную текучую среду, таким образом, закачивая агрессивную текучую среду в ствол скважины. В одном аспекте с помощью описанного устройства агрессивная текучая среда под высоким давлением не вступает в контакт с поршнем. [0011] In another embodiment, a system for pumping oilfield fluid from a surface of a well into a wellbore is disclosed. The system comprises at least one low pressure pump in communication with an aggressive fluid supply device; at least one high pressure pump in communication with a source of clean fluid; and a tubular element comprising a piston block, wherein the piston block is in contact with the clean fluid in the direction of travel, and the piston block pumps clean fluid using pressure from the high pressure pump to provide pressure on the aggressive fluid, thereby by pumping aggressive fluid into the wellbore. In one aspect, with the apparatus described, aggressive high pressure fluid does not come into contact with the piston.

[0012] В одном варианте реализации система для беспрерывного закачивания под высоким давлением нефтепромысловой текучей среды с поверхности скважины в ствол скважины содержит по меньшей мере одну пару трубчатых элементов, каждый из которых содержит поршневой блок, при этом один трубчатый элемент из пары находится в фазе цикла высокого давления, тогда как другой трубчатый элемент из пары находится в фазе цикла низкого давления. [0012] In one embodiment, a system for continuously pumping high-pressure oilfield fluid from a surface of a well into a wellbore comprises at least one pair of tubular elements, each of which contains a piston unit, wherein one tubular element of the pair is in a cycle phase high pressure, while the other tubular element of the pair is in the phase of the low pressure cycle.

[0013] Дополнительные признаки и преимущества данного изобретения будут более ясны из следующего подробного описания, рассматриваемого в сочетании с прилагаемыми чертежами. [0013] Further features and advantages of the present invention will be more apparent from the following detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВBRIEF DESCRIPTION OF GRAPHIC MATERIALS

[0014] Данное изобретение далее описано подробно со ссылкой на указанное множество чертежей в качестве примера, не имеющего ограничительного характера для предмета изобретения, в котором одинаковыми ссылочными номерами обозначены аналогичные детали на нескольких видах чертежей, и на которых: [0014] The present invention is further described in detail with reference to the plurality of drawings as an example, not limiting to the subject matter, in which the same reference numbers indicate similar parts in several types of drawings, and in which:

[0015] На фиг. 1-5 приведены схемы, изображающие вариант реализации данного изобретения на нескольких этапах половины цикла; [0015] FIG. 1-5 are diagrams depicting an embodiment of the present invention at several stages of a half cycle;

[0016] На фиг. 6-10 приведены схемы, изображающие другой вариант реализации данного изобретения на нескольких этапах цикла, в котором вариант реализации включает в себя элемент «упора» около конца трубчатого элемента и обратный клапан в поршне; [0016] FIG. 6-10 are diagrams depicting another embodiment of the invention at several stages of the cycle, in which the embodiment includes an “stop” element near the end of the tubular element and a check valve in the piston;

[0017] На фиг. 11 изображена одна из схем поршня для вариантов реализации данного изобретения; и [0017] FIG. 11 depicts one piston diagram for embodiments of the present invention; and

[0018] На фиг. 12a - 12f изображены несколько этапов последовательности операций в варианте реализации данного изобретения с использованием обратных клапанов. [0018] FIG. 12a through 12f depict several steps of a flowchart in an embodiment of the present invention using check valves.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0019] Показанные в данном документе особенности приведены в качестве примера и с целью только (XE «Narrowing designation: only») иллюстративного описания примеров раскрытия объекта изобретения и приведены для представления того, что считается наиболее полезным и легко понятным описанием принципов и концептуальных аспектов объекта изобретения. В этом отношении, не делается никаких попыток показать конструктивные детали более полно, чем это необходимо (XE «Narrowing designation: necessary»), описание вместе с чертежами делает очевидным специалистам в данной области то, как несколько форм объекта изобретения могут быть осуществлены на практике. Кроме того, одинаковыми ссылочными символами и обозначениями на различных чертежах показаны одинаковые элементы. [0019] The features shown herein are exemplary and for purposes only (XE "Narrowing designation: only") of an illustrative description of examples of disclosure of an object of the invention and given to represent what is considered the most useful and easily understood description of the principles and conceptual aspects of the object inventions. In this regard, no attempt is made to show the structural details more fully than necessary (XE "Narrowing designation: necessary"), the description together with the drawings makes obvious to experts in this field how several forms of the object of the invention can be implemented. In addition, the same reference characters and symbols in the various drawings show the same elements.

[0020] Закачивание суспензии содержащей эрозионные, коррозионные или абразивные флюиды (также называемые «агрессивными» текучими средами), ведет к высокой стоимости производства и обслуживания насосов. Варианты реализации данного изобретения, в целом, относятся к системе насосов для закачивания текучей среды с поверхности скважины в ствол скважины под высоким давлением, и, более конкретно, к такой системе, которая включает использование чистых текучих сред для передачи давления к агрессивным текучим средам. Это обеспечивает низкую стоимость работы этих систем. [0020] Injecting a suspension containing erosive, corrosive, or abrasive fluids (also called "aggressive" fluids) leads to high costs for the manufacture and maintenance of pumps. Embodiments of the present invention generally relate to a pump system for pumping fluid from a well surface into a well bore under high pressure, and more particularly, to a system that includes the use of clean fluids to transfer pressure to aggressive fluids. This provides a low cost of operation for these systems.

[0021] На фиг. 1-5 изображен вариант реализации данного изобретения в нескольких точках половины цикла. Система 10 содержит два накопительных бака 20, 30, три насоса 42, 44, 46, два (дополнительных) трубчатых элемента 50, 60 с соответствующими первыми концами 50a, 60a и вторыми концами 50b, 60b, имеющие соответствующие поршни 55, 65, десять электромагнитных клапанов от SV-1 до SV-10, и ряд труб 71-78, содержащих чистую текучую среду 95, например воду, и ряд труб 81-85, часто содержащих агрессивные текучие среды 96. Чистая текучая среда 95 показана на фигурах более светлым цветом, а агрессивная текучая среда 96 показана более темным цветом. Накопительный бак 20 предназначен для чистой текучей среды, тогда как накопительный бак 30 предназначен для агрессивной текучей среды. Насос 42 является насосом высокого давления для чистой текучей среды. Для целей данного изобретения «высокое» давление следует считать относительным термином по сравнению с «низким» давлением, и в различных вариантах реализации могут создаваться давления 5000 фунт на кв. дюйм, или 10000 фунт на кв. дюйм, или 15000 фунт на кв. дюйм (33,47 или 68,95 или 103,4 МПа), или больше, или давления в этом диапазоне. В не имеющих ограничительного характера примерах насосы высокого давления могут быть трехплунжерным или пятиплкунжерным насосами. Насосы 44 и 46 являются насосами низкого давления для чистой и агрессивной текучих сред, соответственно. Для целей данного изобретения «низкое» давление следует считать относительным термином по сравнению с «высоким» давлением, и в различных вариантах реализации может создаваться абсолютное давление 20, или 60, или 100 фунт на кв. дюйм,, (0,1379, или 0,4137, или 0,6895 МПа), или давления между ними, или другие, меньшие или большие давления, которые меньше, чем давление насоса высокого давления. В не имеющем ограничительного характера примере насосы низкого давления могут быть насосами C. [0021] FIG. 1-5 depict an embodiment of the present invention at several points in a half cycle. The system 10 comprises two storage tanks 20, 30, three pumps 42, 44, 46, two (additional) tubular elements 50, 60 with corresponding first ends 50a, 60a and second ends 50b, 60b, having respective pistons 55, 65, ten electromagnetic valves SV-1 to SV-10, and a series of pipes 71-78 containing clean fluid 95, for example water, and a series of pipes 81-85, often containing aggressive fluids 96. Pure fluid 95 is shown in figures lighter color and the aggressive fluid 96 is shown in a darker color. The storage tank 20 is designed for clean fluid, while the storage tank 30 is designed for aggressive fluid. Pump 42 is a high pressure clean fluid pump. For the purposes of this invention, “high” pressure should be considered a relative term compared to “low” pressure, and in various embodiments, pressures of 5,000 psi may be generated. inch, or 10,000 psi inch, or 15,000 psi inch (33.47 or 68.95 or 103.4 MPa), or more, or pressure in this range. In non-limiting examples, high pressure pumps may be three-plunger or five-plunger pumps. Pumps 44 and 46 are low pressure pumps for clean and aggressive fluids, respectively. For the purposes of this invention, “low” pressure should be considered a relative term compared to “high” pressure, and in various embodiments, an absolute pressure of 20, or 60, or 100 psi may be created. inch ,, (0.1379, or 0.4137, or 0.6895 MPa), or pressures between them, or other, smaller or larger pressures that are less than the pressure of the high pressure pump. In a non-limiting example, low pressure pumps may be C. pumps.

[0022] Как показано на фиг. 1-5, накопительный бак 20 соединен с насосом 44 низкого давления посредством трубы 71. Выпуск насоса 44 низкого давления соединен со вторым концом 50b трубчатого элемента 50 посредством трубы 72 и клапана SV-5, и со вторым концом 60b трубчатого элемента 60 посредством трубы 73 и клапана SV-6. Накопительный бак 20 также соединен с насосом 42 высокого давления посредством трубы 74. Выпуск насоса 42 высокого давления соединен с первым концом 50a трубчатого элемента 50 посредством трубы 75 и клапана SV-1, и с первым концом 60a трубчатого элемента 60 посредством трубы 76 и клапана SV-2. Накопительный бак 20, кроме того, соединен с первым концом 60a трубчатого элемента 60 посредством трубы 77 и клапана SV-4, и с первым концом 50a трубчатого элемента 50 посредством трубы 78 и клапана SV-3. [0022] As shown in FIG. 1-5, the storage tank 20 is connected to the low pressure pump 44 via a pipe 71. The low pressure pump 44 is connected to the second end 50b of the tubular member 50 via the pipe 72 and valve SV-5, and to the second end 60b of the tubular member 60 through the pipe 73 and valve SV-6. The storage tank 20 is also connected to the high-pressure pump 42 via a pipe 74. The outlet of the high-pressure pump 42 is connected to the first end 50a of the tubular element 50 via the pipe 75 and valve SV-1, and to the first end 60a of the tubular element 60 through the pipe 76 and valve SV -2. The storage tank 20 is furthermore connected to the first end 60a of the tubular member 60 via a pipe 77 and an SV-4 valve, and to the first end 50a of the tubular member 50 through a pipe 78 and an SV-3 valve.

[0023] Накопительный бак 30 соединен с насосом 46 низкого давления посредством трубы 81. Насос 46 низкого давления закачивает агрессивную текучую среду из накопительного бака 30 во второй конец 50b трубчатого элемента 50 посредством трубы 82 и клапана SV-7, и во второй конец 60b трубчатого элемента 60 посредством трубы 83 и клапана SV-8. Вторые концы трубчатых элементов 50 и 60 также соединены с коллектором высокого давления (не показано) посредством клапанов SV-9 и SV-10, соответственно. [0023] The storage tank 30 is connected to the low pressure pump 46 via a pipe 81. The low pressure pump 46 pumps aggressive fluid from the storage tank 30 into the second end 50b of the tubular member 50 through the pipe 82 and the valve SV-7, and into the second end 60b of the tubular element 60 through pipe 83 and valve SV-8. The second ends of the tubular elements 50 and 60 are also connected to a high pressure manifold (not shown) via valves SV-9 and SV-10, respectively.

[0024] Для запуска системы 10, включаются насос 42 высокого давления и насос 44 низкого давления, и открываются клапаны SV-2 и SV-10, чтобы наполнить трубчатый элемент 60 чистой текучей средой (таким образом, толкая поршень 65 ко второму концу 60b трубчатого элемента 60). Аналогично, чтобы наполнить трубчатый элемент 50 чистой текучей средой, клапаны SV-1 и SV9 открываются (таким образом, толкая поршень 55 ко второму концу 50b трубчатого элемента 50). После того как трубчатые элементы 50, 60 наполнены чистой текучей средой, клапаны SV-1 и SV-9 закрываются. Затем, чтобы ввести заранее определенное количество чистой текучей среды 95a во вторую заднюю сторону поршня 55, открываются клапаны SV-6 и SV-3. Варианты реализации для выбора заранее определенного количества чистой текучей среды (также называемой буфером), подлежащего введению, описаны ниже. В любом случае, клапан SV-5 затем закрывается. При закрытом клапане SV-5 запускается насос 46, и клапаны SV-7 и SV-3 открываются. Клапан SV-7 обеспечивает возможность введения агрессивной текучей среды во второй торец поршня 55 в трубчатый элемент 50, а клапан SV-3 обеспечивает возможность введения чистой текучей среды, выталкиваемой из переднего конца 50a трубчатого элемента 50, чтобы направлить ее обратно в накопительный бак 20. Агрессивная текучая среда вводится в трубчатый элемент 50 до тех пор, пока поршень 55 перемещается к первому концу 50a трубчатого элемента 50. [0024] To start the system 10, the high-pressure pump 42 and the low-pressure pump 44 are turned on, and the valves SV-2 and SV-10 are opened to fill the tubular element 60 with clean fluid (thus pushing the piston 65 to the second end 60b of the tubular item 60). Similarly, to fill the tubular member 50 with clean fluid, the valves SV-1 and SV9 are opened (thus pushing the piston 55 toward the second end 50b of the tubular member 50). After the tubular elements 50, 60 are filled with clean fluid, valves SV-1 and SV-9 are closed. Then, to introduce a predetermined amount of clean fluid 95a into the second rear side of the piston 55, valves SV-6 and SV-3 are opened. Embodiments for selecting a predetermined amount of clean fluid (also called a buffer) to be administered are described below. In any case, the SV-5 valve then closes. With the SV-5 valve closed, pump 46 starts and the SV-7 and SV-3 valves open. Valve SV-7 allows the introduction of aggressive fluid into the second end of piston 55 into the tubular member 50, and valve SV-3 allows the introduction of clean fluid pushed from the front end 50a of the tubular member 50 to direct it back to the storage tank 20. Aggressive fluid is introduced into the tubular member 50 until the piston 55 moves to the first end 50a of the tubular member 50.

[0025] После того как система 10 запущена, можно начинать закачивание агрессивной текучей среды под высоким давлением. В начале цикла, как показано на фиг.1, клапаны SV-1, SV-4, SV-6 и SV-9 открыты, а клапаны SV-2, SV-3, SV-5, SV-7, SV-8 и SV-10 закрыты. В данной конфигурации чистая текучая среда из бака 20 может закачиваться под высоким давлением посредством насоса 42 и клапана SV-1 в первый конец трубчатого элемента 50, чтобы толкать вперед поршень 55. Поршень 55, в свою очередь, вытесняет буфер 95a чистой текучей среды прямо перед собой, и агрессивную текучую среду 96 перед буфером чистой текучей среды ко второму концу 50b трубчатого элемента 50 и наружу через клапан SV-9 и трубу 85 в коллектор высокого давления, который соединен с устьем скважины. В то же время, чистая текучая среда 95 из бака 20, трубы 71, насоса 44 низкого давления, трубы 73 и насоса SV-6 вводится во второй торец поршня 65 в трубчатом элементе 60.Таким образом, когда цикл начинается, под воздействием высокого давления поршень 55 начинает движение вправо (ко второму концу трубчатого элемента 50), тогда как под воздействием низкого давления поршень 65 начинает движение влево (к первому концу трубчатого элемента 60), при этом чистая текучая среда 95 выходит из трубчатого элемента 60 и направляется через трубу 77 и клапан SV-4 обратно в накопительный бак 20. Как будет понятно далее, при таком расположении оба поршня 55, 65 содержат чистую текучую среду 95, 95a на обеих сторонах поршней. Расположение с открытыми клапанами SV-1, SV-4, SV-6 и SV-9, и закрытыми остальными клапанами длится до тех пор, пока, как показано на фиг.2, во второй торец поршня 65 не будет введено заранее определенное количество чистой текучей среды. В этот момент клапан SV-6 закрывается, а клапан SV-8 открывается, так что агрессивная текучая среда может закачиваться из бака 30, через насос 46 низкого давления, трубу 83 и клапан SV-8 во второй торец трубчатого элемента 60b, как показано на фиг.3. [0025] After the system 10 is started, it is possible to start pumping the aggressive fluid under high pressure. At the beginning of the cycle, as shown in figure 1, the valves SV-1, SV-4, SV-6 and SV-9 are open, and the valves SV-2, SV-3, SV-5, SV-7, SV-8 and SV-10 are closed. In this configuration, clean fluid from tank 20 can be pumped at high pressure through pump 42 and valve SV-1 to the first end of tubular member 50 to push forward piston 55. Piston 55, in turn, displaces clean fluid buffer 95a directly in front of and aggressive fluid 96 in front of the clean fluid buffer to the second end 50b of the tubular member 50 and out through the valve SV-9 and pipe 85 to a high pressure manifold that is connected to the wellhead. At the same time, clean fluid 95 from the tank 20, pipe 71, low pressure pump 44, pipe 73 and pump SV-6 is introduced into the second end face of the piston 65 in the tubular member 60. Thus, when the cycle begins, under the influence of high pressure the piston 55 starts to move to the right (towards the second end of the tubular element 50), while under the influence of low pressure the piston 65 starts to move to the left (towards the first end of the tubular element 60), while the pure fluid 95 leaves the tubular element 60 and is directed through the pipe 77 and valve sv-4 back to nako feed tank 20. As will be further understood, with this arrangement, both pistons 55, 65 contain clean fluid 95, 95a on both sides of the pistons. An arrangement with open valves SV-1, SV-4, SV-6 and SV-9, and closed with the rest of the valves lasts until, as shown in FIG. 2, a predetermined amount of clean fluid medium. At this point, the SV-6 valve closes and the SV-8 valve opens, so that aggressive fluid can be pumped from the tank 30, through the low pressure pump 46, pipe 83 and the SV-8 valve into the second end of the tubular member 60b, as shown in figure 3.

[0026] При открытых клапанах SV-1, SV-4, SV-8 и SV-9 и закрытых остальных клапанах, продолжается закачивание агрессивной текучей среды 96 из трубчатого элемента 50 под высоким давлением через трубу 85 и клапан SV-9 в ствол скважины, тогда как продолжается выталкивание чистой текучей среды 95 из трубчатого элемента 60 под низким давлением через трубу 77 и клапан SV-4 в накопительный бак, до тех пор, пока поршни 55 и 65 почти достигнут соответствующих первого и второго концов 50b, 60a соответствующих трубчатых элементов 50, 60, как показано на фиг.4, и вся агрессивная текучая среда будет вытолкнута из трубчатого элемента 50. В этот момент, при необходимости, и в одном варианте реализации, клапаны SV-1, SV-4 SV-8 и SV-9 закрываются, а клапаны SV-7, SV-3, SV-2 и SV-10 открываются, чтобы изменить на противоположные направления перемещения поршней 55, 65, и начать вторую половину цикла. При таком расположении чистая текучая среда под высоким давлением закачивается в трубчатый элемент 60 через клапан SV-2, чтобы вызвать выталкивание агрессивной текучей среды 96 из трубчатого элемента 60 в коллектор высокого давления через клапан SV-10. В то же время, агрессивная текучая среда 96 из накопительного бака 30 закачивается через клапан SV-7 под низким давлением во второй конец 50b трубчатого элемента 50, а чистая текучая среда 95 закачивается из первого конца 50a трубчатого элемента 50 обратно в накопительный бак 20 чистой текучей среды через клапан SV-3.Такое расположение может продолжаться, пока поршень 55 толкается обратно, почти до первого конца 50a трубчатого элемента 50, и поршень 65 толкается обратно, почти до второго конца 60b трубчатого элемента 60. В этот момент текучие среды из трубчатых элементов будут приобретать расположение, показанное на фиг.2, и полный цикл может быть завершен. Кроме того, в этот момент клапаны SV-1, SV-4, SV-8 и SV-9 снова будут открываться, а клапаны SV-2, SV-3, SV-5, SV-6, SV-7 и SV-10 будут закрываться, и будет начинаться новый цикл. [0026] With the valves SV-1, SV-4, SV-8, and SV-9 open and the remaining valves closed, the aggressive fluid 96 continues to be pumped from the tubular member 50 under high pressure through pipe 85 and valve SV-9 into the wellbore while the pure fluid 95 is pushed out of the tubular member 60 at low pressure through the pipe 77 and the valve SV-4 into the storage tank until the pistons 55 and 65 almost reach the respective first and second ends 50b, 60a of the respective tubular elements 50, 60, as shown in FIG. 4, and all aggressive fluid the medium will be pushed out of the tubular element 50. At this point, if necessary, and in one embodiment, the valves SV-1, SV-4 SV-8 and SV-9 are closed, and the valves SV-7, SV-3, SV -2 and SV-10 open to reverse the direction of movement of the pistons 55, 65, and begin the second half of the cycle. With this arrangement, clean high-pressure fluid is pumped into the tubular member 60 through an SV-2 valve to cause aggressive fluid 96 to be expelled from the tubular member 60 into the high-pressure manifold through an SV-10 valve. At the same time, aggressive fluid 96 from the storage tank 30 is pumped through the low pressure valve SV-7 to the second end 50b of the tubular member 50, and the clean fluid 95 is pumped from the first end 50a of the tubular member 50 back to the clean fluid storage tank 20 through the valve SV-3. This arrangement can continue until the piston 55 is pushed back almost to the first end 50a of the tubular member 50 and the piston 65 is pushed back almost to the second end 60b of the tubular member 60. At this point, the fluids from the tubular elements will acquire positional relationship shown in Figure 2, and the complete cycle can be completed. In addition, at this moment, the valves SV-1, SV-4, SV-8 and SV-9 will open again, and the valves SV-2, SV-3, SV-5, SV-6, SV-7 and SV- 10 will close and a new cycle will begin.

[0027] В другом варианте реализации клапаны SV-1, SV-4, SV-8 и SV-9 могут оставаться открытыми до тех пор, пока поршни не дойдут до концов соответствующих трубчатых элементов, как показано на фиг.5, так что все содержимое трубчатых элементов выпускается. Количество чистой текучей среды 95a, выталкиваемой из второго конца 50b трубчатого элемента 50, может быть достаточным, чтобы вымывать агрессивную текучую среду из сегмента трубы 85 из второго конца 50b трубчатого элемента 50 и клапана SV-9, таким образом, продлевается срок службы этого клапана. [0027] In another embodiment, the valves SV-1, SV-4, SV-8 and SV-9 can remain open until the pistons reach the ends of the respective tubular elements, as shown in FIG. 5, so that all the contents of the tubular elements are released. The amount of clean fluid 95a ejected from the second end 50b of the tubular member 50 may be sufficient to flush the aggressive fluid from the pipe segment 85 from the second end 50b of the tubular member 50 and the valve SV-9, thereby prolonging the life of this valve.

[0028] Если соответствующие клапаны удерживаются в заданном положении, чтобы достичь расположения по фиг.5, в этом момент клапаны SV-1, SV-4, SV-8 и SV-9 будут закрываться, а клапаны SV2, SV-10, SV-5 и SV-3 будут открываться, чтобы изменить на противоположные направления движения поршней 55, 65, и начать вторую половину цикла. В начале второй половины цикла чистая текучая среда под высоким давлением закачивается в первый конец 60a трубчатого элемента 60, чтобы вызвать выталкивание агрессивной текучей среды из второго конца 60b трубчатого элемента 60 через клапан SV-10 в направлении ствола скважины. В то же время, чистая текучая среда закачивается под низким давлением через клапан SV-5 на втором торце поршня 55, и чистая текучая среда направляется от первого конца 50a трубчатого элемента 50 через клапан SV-3 обратно в накопительный бак 20.После того как заранее определенное количество чистой текучей среды 95a заполняет второй конец 50b трубчатого элемента 50, клапан SV-5 закрывается, а клапан SV-7 открывается, чтобы обеспечить заполнение агрессивной текучей средой 96 трубчатого элемента 50 «позади» буфера 95a чистой текучей среды, примыкающего к поршню. Как и в описанном ранее варианте реализации, данное расположение будет длиться до тех пор, пока поршни 55 и 65 проталкиваются назад до расположения по фиг.2, или до расположения по фиг.1, так что (в любом случае), будет выполняться полный цикл. Если поршни проталкиваются назад в расположение по фиг.1, при поршне 55 на первом конце 50a трубчатого элемента 50 и поршне 65, толкаемом назад, ко второму концу 60b трубчатого элемента 60, чистая текучая среда 95a из трубчатого элемента 60 будет очищать сегмент трубы 84 и клапан SV-10. В этот момент клапаны SV-1, SV-4, SV-6 и SV-9 снова будут открываться, а клапаны SV-2, SV-3, SV-5, SV-7, SV-8 и SV-10 будут закрываться, и будет начинаться новый цикл. Если поршни проталкиваются назад в расположение по фиг.2, при поршне 55, находящемся вблизи первого конца 50a трубчатого элемента 50 и поршне 65, находящемся вблизи второго конца 60b трубчатого элемента 60, клапаны SV-1, SV-9, SV-8 и SV-4 снова открываются, а остальные клапаны закрываются, и начинается новый цикл. [0028] If the corresponding valves are held in position to reach the arrangement of FIG. 5, at that moment the valves SV-1, SV-4, SV-8 and SV-9 will close and the valves SV2, SV-10, SV -5 and SV-3 will open to change the direction of movement of the pistons 55, 65, and begin the second half of the cycle. At the beginning of the second half of the cycle, high pressure clean fluid is pumped into the first end 60a of the tubular member 60 to force aggressive fluid to expel from the second end 60b of the tubular member 60 through the valve SV-10 in the direction of the wellbore. At the same time, the clean fluid is pumped at low pressure through the valve SV-5 at the second end of the piston 55, and the clean fluid is directed from the first end 50a of the tubular element 50 through the valve SV-3 back to the storage tank 20. After in advance a certain amount of clean fluid 95a fills the second end 50b of the tubular member 50, the valve SV-5 closes, and the valve SV-7 opens to allow aggressive fluid 96 to fill the tubular member 50 “behind” the clean fluid buffer 95a adjacent to the piston. As in the previously described embodiment, this arrangement will last as long as the pistons 55 and 65 are pushed back to the location of figure 2, or to the location of figure 1, so that (in any case), a full cycle will be performed . If the pistons are pushed back to the arrangement of FIG. 1, with the piston 55 at the first end 50a of the tubular member 50 and the piston 65 pushed back to the second end 60b of the tubular member 60, clean fluid 95a from the tubular member 60 will clean the pipe segment 84 and valve SV-10. At this point, the valves SV-1, SV-4, SV-6 and SV-9 will open again, and the valves SV-2, SV-3, SV-5, SV-7, SV-8 and SV-10 will close , and a new cycle will begin. If the pistons are pushed back to the arrangement of FIG. 2, with the piston 55 located near the first end 50a of the tubular member 50 and the piston 65 located near the second end 60b of the tubular member 60, valves SV-1, SV-9, SV-8 and SV -4 opens again, and the remaining valves close, and a new cycle begins.

[0029] В одном аспекте циклы согласно вышеописанным вариантам реализации повторяются между двумя трубчатыми элементами, чтобы поддерживать постоянную величину подачи агрессивной текучей среды высокого давления. Циклы могут чередоваться между расположением, показанным на фиг.1, до расположения, показанного на фиг.4, или расположением, показанным на фиг.1, до расположения, показанного на фиг.5, до расположения, показанного на фиг.2, до расположения, показанного на фиг.4, или расположением, показанным на фиг.2, до расположения, показанного на фиг.5. Если необходимо «промывать» клапаны SV-9 и SV-10 только периодически, циклы могут быть изменены таким образом, что постоянным циклом является показанный на фиг.1 - фиг.4, и периодически цикл может продолжаться до расположения по фиг.5. [0029] In one aspect, the cycles of the above described embodiments are repeated between two tubular elements in order to maintain a constant flow rate of aggressive high pressure fluid. The cycles may alternate between the arrangement shown in FIG. 1, to the arrangement shown in FIG. 4, or the arrangement shown in FIG. 1, to the arrangement shown in FIG. 5, to the arrangement shown in FIG. 2, to the arrangement shown in figure 4, or the location shown in figure 2, to the location shown in figure 5. If it is necessary to "flush" the valves SV-9 and SV-10 only periodically, the cycles can be changed so that the constant cycle is shown in figure 1 - figure 4, and periodically the cycle can continue until the location of figure 5.

[0030] В описанных выше вариантах реализации данного изобретения использованы два трубчатых элемента, но данный способ применим к любому числу трубчатых элементов. [0030] In the above embodiments of the present invention, two tubular elements are used, but this method is applicable to any number of tubular elements.

[0031] В описанных выше вариантах реализации данного изобретения обеспечен насос низкого давления и накопительный бак для агрессивной текучей среды, но данный способ применим тогда, когда агрессивная текучая среда подается с помощью операций выше по потоку без накопительного бака для агрессивной текучей среды или нагнетательного насоса для агрессивной текучей среды. [0031] In the embodiments of the present invention described above, a low pressure pump and a storage tank for aggressive fluid are provided, but this method is applicable when the aggressive fluid is supplied through upstream operations without a storage tank for aggressive fluid or a pressure pump for aggressive fluid.

[0032] В одном варианте реализации трубчатые элементы имеют диаметр между двумя и шестью дюймами (50,8-152,4 мм), и длину между десятью и сорока футами (3,048-12,19 м). В других вариантах реализации трубчатые элементы имеют меньшие или большие диаметры и меньшие или большие длины. [0032] In one embodiment, the tubular members have a diameter between two and six inches (50.8-152.4 mm) and a length between ten and forty feet (3.048-12.19 m). In other embodiments, tubular elements have smaller or larger diameters and smaller or larger lengths.

[0033] В одном варианте реализации некоторые или все из клапанов являются обратными клапанами. [0033] In one embodiment, some or all of the valves are check valves.

[0034] В одном варианте реализации внутренние диаметры трубчатых элементов и/или труб 84 и 85 покрыты твердым, устойчивым к абразивному износу покрытием, чтобы выдерживать закачивание агрессивных суспензий под высокими давлениями. [0034] In one embodiment, the inner diameters of the tubular elements and / or pipes 84 and 85 are coated with a hard, abrasion resistant coating to withstand the injection of aggressive suspensions at high pressures.

[0035] В одном варианте реализации клапаны имеют электрический привод и находятся под управлением процессора. При необходимости могут быть предусмотрены датчики для обнаружения положения одного или обоих поршней 55, 65, и датчики могут быть соединены с процессором так, что процессор может открывать и закрывать клапаны соответствующим образом. [0035] In one embodiment, the valves are electrically actuated and are controlled by a processor. Optionally, sensors may be provided to detect the position of one or both of the pistons 55, 65, and the sensors may be connected to the processor so that the processor can open and close the valves accordingly.

[0036] В одном варианте реализации трубчатые элементы расположены горизонтально (т. е. перпендикулярно силам тяжести). [0036] In one embodiment, the tubular elements are arranged horizontally (ie, perpendicular to gravity).

[0037] В одном аспекте срок службы поршневых блоков 55, 65 (и выпускных клапанов SV-9 и SV-10) увеличивается в результате закачивания небольшого количества чистой текучей среды в качестве защитного слоя (фронт буфера) между поршневыми блоками и агрессивной текучей средой. [0037] In one aspect, the service life of the piston blocks 55, 65 (and the exhaust valves SV-9 and SV-10) is increased by injecting a small amount of clean fluid as a protective layer (buffer front) between the piston blocks and the aggressive fluid.

[0038] Количество чистой текучей среды, используемой в качестве защитного слоя, может быть определено заранее, и в одном варианте реализации выбирается так, чтобы превышать дисперсионную длину l D агрессивной текучей среды. Длину распространения можно вычислить следующим образом. [0038]The amount of clean fluid used as the backing layer can be determined in advance, and in one embodiment selected to exceed the dispersion lengthl D aggressive fluid. The propagation length can be calculated as follows.

[0039] Рассмотрим трубу диаметром d и длиной l, а скорость потока зафиксирeм на значении q. Текучая среда отслеживаемой концентрации C при вводе в трубу длиной l, претерпевает дисперсию. Первоначальный ступенчатый профиль с концентрацией C «размывается» на расстояния порядка длины l D , и при достаточно большом l профиль становится гауссовским. Для достаточно большого числа Рейнольдса, Re, вычисление основано на трении турбулентного потока, что обеспечивает оценку профиля скорости. Для ламинарного потока распространение вызывается сдвигом и является не гауссовским. Оно становится гауссовским, когда 2(Dt)1/2 >> d, где D - коэффициент диффузии. В следующих вычислениях рассматривается только гауссовское распространение, и, когда это неприменимо, длина трубы, необходимая для приемлемого распространения, настолько велика, что концепция фронта буфера становится нецелесообразной. Также предполагается, что чистая и агрессивная текучие среды имеют похожие вязкости, и поэтому во время смещения не возникает неустойчивости при трении. Похожесть вязкостей может быть обоснована, поскольку предполагается, что чистая текучая среда аналогична агрессивной текучей среде, но без расклинивающего наполнителя. Ниже приведены вычисления вместе с таблицей дисперсионных длин. [0039] Consider a pipe of diameter d and length l, and the flow velocity is fixed at q. A fluid of monitored concentration C, when introduced into a pipe of length l , undergoes dispersion. The initial step profile with concentration C is “washed away” over distances of the order of length l D , and for a sufficiently large l the profile becomes Gaussian. For a sufficiently large Reynolds number, Re , the calculation is based on friction of the turbulent flow, which provides an estimate of the velocity profile. For a laminar flow, propagation is caused by a shift and is non-Gaussian. It becomes Gaussian when 2 (D t ) 1/2 >> d , where D is the diffusion coefficient. In the following calculations, only Gaussian propagation is considered, and when this is not applicable, the pipe length required for acceptable propagation is so large that the concept of the buffer front becomes inappropriate. It is also assumed that clean and aggressive fluids have similar viscosities, and therefore, friction instability does not occur during displacement. The similarity of viscosities can be justified, since it is assumed that a clean fluid is similar to an aggressive fluid, but without a proppant. The following are calculations along with a dispersion length table.

[0040] Даны плотность ρ, вязкость μ, расход q, и коэффициент диффузии D.Целью является оценка дисперсионной длины l D или ее функции. Представлены результаты для двух различных диаметров трубы, примерно 10 см и 7,5 см, соответствующих номинальным размерам 4 дюйма и 3 дюйма, соответственно. Средняя скорость составляет [0040]Density givenρ,viscosityμ,consumptionq, and diffusion coefficient D.The goal is to estimate the dispersion length.l D or its functions. The results are presented for two different pipe diameters, approximately 10 cm and 7.5 cm, corresponding to nominal sizes of 4 inches and 3 inches, respectively. The average speed is

Figure 00000001
(1)
Figure 00000001
(one)

при соответствующем числе Рейнольдса, равномwith the corresponding Reynolds number equal

Figure 00000002
. (2)
Figure 00000002
. (2)

Это позволяет разграничить режим потока на ламинарную, переходную и турбулентную категории, чтобы можно было вычислить соответствующую длину распространения. Переходной частью пренебрегают, и предполагается отсечка между турбулентным и ламинарным режимом при числе Рейнольдса Re=2400, поскольку большинство вариантов применения разрыва имеет достаточный шум с конечной амплитудой, чтобы вызывать турбулентность.This makes it possible to distinguish the flow regime into laminar, transitional and turbulent categories so that the corresponding propagation length can be calculated. The transition part is neglected, and it is assumed that the cutoff between the turbulent and laminar regimes is at Reynolds number Re = 2400, since most applications of the rupture have sufficient noise with a finite amplitude to cause turbulence.

[0041] Для турбулентного потока вычисляют коэффициент трения f, либо по диаграммам, либо по одной из известных функций. Для простоты предполагается, что труба гладкая, и, таким образом, форма Никурадзе дает: [0041] For a turbulent flow, the friction coefficient f is calculated either from the diagrams or from one of the known functions. For simplicity, it is assumed that the pipe is smooth, and thus, the Nikuradze form gives:

Figure 00000003
. (3)
Figure 00000003
. (3)

[0042] Для распространения Тейлора скорость трения может быть получена из f, что, в свою очередь, может быть использовано для определения коэффициента дисперсии D согласно формуле [0042] For Taylor propagation, the friction velocity can be obtained from f, which, in turn, can be used to determine the dispersion coefficient D according to the formula

Figure 00000004
. (4)
Figure 00000004
. (four)

Длина распространения l D может быть получена из коэффициента распространения D согласно формулеThe propagation length l D can be obtained from the distribution coefficient D according to the formula

Figure 00000005
(5)
Figure 00000005
(5)

где L- длина трубчатого элемента. Длина буфера l b может быть выбрана так, чтобы она была кратной длине распространения l D . В качестве примера, для определенности трех сигма (т. е.,99,7%), при которой длина буфера будет достаточной для того, чтобы предотвратить достижение поршня агрессивной текучей средой, длина буфера l b может быть выбрана в соответствии с l b =3l D . В других вариантах реализации длина буфера может быть выбрана так, чтобы быть равной или большей, чем длина распространения. В другом варианте реализации длина буфера может быть вдвое больше, чем длина распространения. В другом варианте реализации длина буфера примерно равна (здесь определяется как плюс или минус 20%) трем длинам распространения. При выбранной длине буфера и известном внутреннем диаметре трубчатого элемента, заданное количество чистой текучей среды, закачиваемой в трубчатый элемент на поверхность поршня перед агрессивной текучей средой, легко вычислить, как равное l b πd/4.where L is the length of the tubular element. The length of the buffer l b can be chosen so that it is a multiple of the propagation length l D. As an example, for the sake of definiteness, three sigma (i.e., 99.7%), at which the buffer length will be sufficient to prevent the piston from reaching the aggressive fluid, the buffer length l b can be chosen in accordance with l b = 3 l D. In other embodiments, the length of the buffer may be chosen to be equal to or greater than the propagation length. In another embodiment, the buffer length may be twice as long as the propagation length. In another embodiment, the buffer length is approximately equal (here defined as plus or minus 20%) to three propagation lengths. With the selected buffer length and the known inner diameter of the tubular element, a predetermined amount of clean fluid pumped into the tubular element onto the piston surface in front of the aggressive fluid can easily be calculated as equal to l b π d / 4.

[0043] Для ламинарного потока вычисления отличаются. Распространение является гауссовским для очень длинной трубы, т. е. для таких ситуаций, в которых радиальная диффузия вычисляется как концентрация, являющаяся функцией от осевого расстояния. Для таких случаев коэффициент дисперсии D задается теорией Тейлора-Ариса в соответствии с формулой [0043] For laminar flow, the calculations are different. The propagation is Gaussian for a very long pipe, i.e., for situations in which radial diffusion is calculated as the concentration, which is a function of the axial distance. For such cases, the dispersion coefficientDdefined by the Taylor-Aris theory in accordance with the formula

D = D {1+

Figure 00000006
/ D )2} (6) D = D {1+
Figure 00000006
/ D ) 2} (6)

Следует также учитывать, что коэффициент распространения D по уравнению (6) является коэффициентом продольного распространения, который показывает, какова величина смешивания, происходящего между двумя типами текучей среды параллельно направлению движения. Из уравнения (6), в качестве коэффициента продольного распространения для ламинарного потока, характерная длина распространения равна

Figure 00000007
, где время конвекции (convection time) равно длине трубчатого элемента, разделенной на среднюю скорость. Данная длина распространения зачастую намного больше, чем длина трубчатого элемента, что видно из приведенной ниже таблицы 1.It should also be noted that the propagation coefficient D according to equation (6) is the longitudinal propagation coefficient, which shows what is the amount of mixing that occurs between the two types of fluid in parallel with the direction of movement. From equation (6), as the longitudinal propagation coefficient for the laminar flow, the characteristic propagation length is
Figure 00000007
where convection time is equal to the length of the tubular element divided by the average speed. This propagation length is often much larger than the length of the tubular element, as can be seen from Table 1 below.

Таблица 1. Дисперсионная длина для различных условий. Плотность поддерживается на уровне 1100 кг м-3, а число Шмидта Sc=1000. Номер плана-графика 80. Внутренний диаметр трубы вычислен соответственно. Все единицы в системе СИ: d в м, μ в Па с l D d в м, q в м3 с-1 Table 1. Dispersion length for various conditions. The density is maintained at 1100 kg m-3, and the Schmidt number Sc = 1000. The number of the schedule is 80. The inner diameter of the pipe is calculated accordingly. All units in the SI system:din mμin Pa sl D d in mqin m3 from-one

μμ dd qq ScSc ll DD 0.10.1 0.097180.09718 0.2650.265 3818938189 1.081.08 1.01.0 0.097180.09718 0.2650.265 38193819 1.251.25 0.10.1 0.073660.07366 0.2650.265 5038350383 0.920.92 1.01.0 0.073660.07366 0.2650.265 50385038 1.071.07 0.10.1 0.097180.09718 0.2650.265 3813938139 1.081.08 0.10.1 0.097180.09718 0.0530.053 76387638 1.191.19 1.01.0 0.097180.09718 0.0530.053 764764 55 0.10.1 0.073660.07366 0.0530.053 1007710077 1.021.02 1.01.0 0.073660.07366 0.0530.053 10081008 55 0.10.1 0.097180.09718 0.0530.053 76387638 1.191.19 0.10.1 0.097180.09718 0.2650.265 3818938189 1.531.53 1.01.0 0.097180.09718 0.2650.265 38183818 1.771.77 0.10.1 0.073660.07366 0.2650.265 5038350383 1.311.31 1.01.0 0.073660.07366 0.2650.265 50385038 1.511.51 0.10.1 0.097180.09718 0.2650.265 3818938189 1.531.53 0.10.1 0.097180.09718 0.0530.053 76387638 1.691.69 1.01.0 0.097180.09718 0.0530.053 764764 1010 0.10.1 0.073660.07366 0.0530.053 10071007 1.441.44 1.01.0 0.073660.07366 0.0530.053 10781078 1010 0.10.1 0.097180.09718 0.0530.053 76387638 1.691.69 0.010.01 0.073660.07366 0.0080.008 1511515115 1.401.40 0.0010.001 0.076370.07637 0.0080.008 151148151148 1.231.23 0.0010.001 0.076370.07637 0.0080.008 151148151148 1.231.23

Таким образом, полученная дисперсионная длина становится несущественной, и ею можно пренебречь для случаев, когда длина радиальной диффузии, определяемая как (D * время конвекции).5, очень мала по сравнению с радиусом трубчатого элемента. В большинстве случаев это условие выполняется, и, следовательно, длина продольного распространения ограничена длиной трубчатого элемента. Иначе говоря, когда длина радиальной диффузии является очень малой по сравнению с радиусом трубчатого элемента, длина распространения считается равной длине продольного распространения, которая часто будет больше, чем длина трубчатого элемента (и поэтому мало действенна для буферизации).Thus, the obtained dispersion length becomes insignificant, and it can be neglected for cases where the radial diffusion length, defined as (D * convection time) .5 , is very small compared with the radius of the tubular element. In most cases, this condition is satisfied, and therefore, the length of the longitudinal propagation is limited by the length of the tubular element. In other words, when the radial diffusion length is very small compared to the radius of the tubular element, the propagation length is considered equal to the longitudinal propagation length, which will often be longer than the length of the tubular element (and therefore has little effect on buffering).

[0044] На основании анализа описанных выше ситуаций ламинарного потока, согласно одному варианту реализации изобретения, поток в трубчатых элементах, используемый для закачивания агрессивной текучей среды под высоким давлением в направлении ствола скважины, намеренно поддерживают в виде турбулентного потока, чтобы предотвратить вхождение агрессивной текучей среды в контакт с передними движущимися поверхностями поршней в этих трубчатых элементах. [0044] Based on an analysis of the laminar flow situations described above, according to one embodiment of the invention, the tubular flow used to pump aggressive high pressure fluid in the direction of the wellbore is intentionally supported as a turbulent flow to prevent the entry of aggressive fluid in contact with the front moving surfaces of the pistons in these tubular elements.

[0045] Обращаясь к фиг. 6-10, показан другой вариант реализации. Система 110 аналогична системе 10 по фиг.1-5, и когда элементы являются одинаковыми или, по существу, одинаковыми, используется один и тот же номер обозначения. Таким образом, показано, что система 110 содержит два накопительных бака 20, 30, два насоса 42, 46, два (дополнительных) трубчатых элемента 50, 60 с соответствующими первыми концами 50a, 60a и вторыми концами 50b, 60b, имеющими соответствующие поршни 155, 165 с обратными клапанами и упорными элементами 158, 168, восемь электромагнитных клапанов SV-1, SV-2, SV-3, SV-4, SV-7, SV-8, SV-9 и SV-10, и ряд труб 74-78, которые содержат чистую текучую среду, например, воду, и ряд труб 81-85, часто содержащих агрессивные текучие среды. Чистая текучая среда показана на фигурах затенением с пунктирными линиями, а агрессивная текучая среда показана с более темным затенением. Накопительный бак 20 предназначен для чистой текучей среды, тогда как накопительный бак 30 предназначен для агрессивной текучей среды. Насос 42 является насосом высокого давления для чистой текучей среды, а насос 46 является насосом низкого давления для агрессивной текучей среды. [0045] Referring to FIG. 6-10, another embodiment is shown. System 110 is similar to system 10 of FIGS. 1-5, and when the elements are the same or substantially the same, the same designation number is used. Thus, it is shown that the system 110 comprises two storage tanks 20, 30, two pumps 42, 46, two (additional) tubular elements 50, 60 with respective first ends 50a, 60a and second ends 50b, 60b having respective pistons 155, 165 with check valves and stop elements 158, 168, eight solenoid valves SV-1, SV-2, SV-3, SV-4, SV-7, SV-8, SV-9 and SV-10, and a number of pipes 74 -78, which contain clean fluid, such as water, and a series of pipes 81-85, often containing aggressive fluids. Pure fluid is shown in the figures by shading with dashed lines, and aggressive fluid is shown with darker shading. The storage tank 20 is designed for clean fluid, while the storage tank 30 is designed for aggressive fluid. Pump 42 is a high pressure pump for clean fluid, and pump 46 is a low pressure pump for aggressive fluid.

[0046] Как показано на фиг. 6-10, накопительный бак соединен с насосом 42 высокого давления посредством трубы 74. Выпуск насоса 42 высокого давления соединен с первым концом 50a трубчатого элемента 50 посредством трубы 75 и клапана SV-1, и с первым концом 60a трубчатого элемента 60 посредством трубы 76 и клапана SV-2. Накопительный бак 20, кроме того, соединен с первым концом 60a трубчатого элемента 60 посредством трубы 77 и клапана SV-4, и с первым концом 50a трубчатого элемента 50 посредством трубы 78 и клапана SV-3. [0046] As shown in FIG. 6-10, the storage tank is connected to the high pressure pump 42 via a pipe 74. The outlet of the high pressure pump 42 is connected to the first end 50a of the tubular member 50 via the pipe 75 and valve SV-1, and to the first end 60a of the tubular member 60 through the pipe 76 and Valve SV-2. The storage tank 20 is furthermore connected to the first end 60a of the tubular member 60 via a pipe 77 and an SV-4 valve, and to the first end 50a of the tubular member 50 through a pipe 78 and an SV-3 valve.

[0047] Накопительный бак 30 соединен с насосом 46 низкого давления посредством трубы 81. Насос 46 низкого давления закачивает агрессивную текучую среду из накопительного бака 2 во второй конец 50b трубчатого элемента 50 посредством трубы 82 и клапана SV-7, и во второй конец 60b трубчатого элемента 60 посредством трубы 83 и клапана SV-8. Вторые концы трубчатых элементов 50 и 60 также соединены с коллектором высокого давления (не показано) посредством клапанов SV-9 и SV-10, соответственно. [0047] The storage tank 30 is connected to the low pressure pump 46 via a pipe 81. The low pressure pump 46 pumps aggressive fluid from the storage tank 2 to the second end 50b of the tubular member 50 via the pipe 82 and the valve SV-7, and to the second end 60b of the tubular element 60 through pipe 83 and valve SV-8. The second ends of the tubular elements 50 and 60 are also connected to a high pressure manifold (not shown) via valves SV-9 and SV-10, respectively.

[0048] Трубчатый элемент 50 обеспечен поршнем 155 с обратным клапаном и упором 158, а трубчатый элемент 60 обеспечен поршнем 165 с обратным клапаном и упором 168. Упоры ограничивают перемещение поршней с обратными клапанами в трубчатых элементах, как дополнительно описано ниже, и могут быть выполнены различными способами. В примерах, не имеющих ограничительного характера, упорные элементы могут быть внутренними кольцами, отдельными деталями колец, фильтрами, или любым приспособлением, которое будет препятствовать перемещению поршня. Поршни с обратными клапанами позволяют чистой текучей среде течь через обратный клапан в конце цикла выпускания агрессивной текучей среды и промывать обратный клапан, трубчатый элемент, расположенные ниже по потоку трубопроводы и клапаны чистой текучей средой, как дополнительно описано ниже. [0048] The tubular element 50 is provided with a piston 155 with a non-return valve and an abutment 158, and the tubular element 60 is provided with a piston 165 with a non-return valve and an abutment 168. The stops limit the movement of pistons with non-return valves in the tubular elements, as further described below, and can be made different ways. In non-limiting examples, the thrust elements can be inner rings, individual ring parts, filters, or any device that will prevent the piston from moving. Check valve pistons allow clean fluid to flow through the check valve at the end of the aggressive fluid discharge cycle and flush the check valve, tubular element, downstream piping and clean fluid valves, as further described below.

[0049] Для запуска системы 110, включается насос 42 высокого давления, открываются клапаны SV-1 и SV-2 (и SV-9 и SV-10), чтобы заполнить трубчатые элементы 50 и 60 чистой текучей средой 95 (таким образом, толкая поршни 155 и 165 ко вторым концам 50b и 60b трубчатых элементов 50 и 60). Все остальные клапаны находятся в закрытом положении. Когда поршни 155 и 165 с обратными клапанами доходят до упоров 158 и 168 внутри трубчатых элементов, обратные клапаны в поршнях открываются при давлении срабатывания, чтобы обеспечить возможность заполнения остальной части трубчатых элементов чистой текучей средой. Чистая текучая среда, подаваемая в правую часть от упоров, действует как буферы 95a.Таким образом, положение упоров может быть выбрано так, чтобы обеспечивать необходимый размер буфера. Когда трубчатые элементы полностью заполнены чистой текучей средой, клапаны SV-2, SV-9 и SV-10 закрываются, а клапаны SV-4 и SV-8 открываются, и насос 46 запускается. В результате агрессивная текучая среда направляется в конец 60b трубчатого элемента 60 и толкает поршень 165 обратно, к концу 60a трубчатого элемента. Когда поршень 165 доходит до конца 60a трубчатого элемента, агрессивная текучая среда 96 заполняет трубчатый элемент 60, за исключением буфера 95a, как показано на фиг.6. [0049] To start the system 110, the high pressure pump 42 is turned on, valves SV-1 and SV-2 (and SV-9 and SV-10) are opened to fill the tubular elements 50 and 60 with clean fluid 95 (thus pushing pistons 155 and 165 to the second ends 50b and 60b of the tubular elements 50 and 60). All other valves are in the closed position. When the pistons 155 and 165 with check valves reach the stops 158 and 168 inside the tubular elements, the check valves in the pistons open at a set pressure to allow the rest of the tubular elements to fill with clean fluid. The clean fluid supplied to the right of the stops acts as buffers 95a. Thus, the position of the stops can be chosen to provide the required buffer size. When the tubular elements are completely filled with clean fluid, valves SV-2, SV-9, and SV-10 close and valves SV-4 and SV-8 open and pump 46 starts. As a result, the aggressive fluid is directed to the end 60b of the tubular member 60 and pushes the piston 165 back toward the end 60a of the tubular member. When the piston 165 reaches the end 60a of the tubular element, aggressive fluid 96 fills the tubular element 60, with the exception of the buffer 95a, as shown in Fig.6.

[0050] После того как система 10 запущена, можно начинать закачивание агрессивной текучей среды 96 при высоких давлениях в ствол скважины. В частности, когда оба насоса 42 и 46 работают, клапаны SV-2, SV-10, SV-7 и SV-3 открыты, а все остальные клапаны закрыты. Трубчатый элемент 60, который раньше был заполнен агрессивной текучей средой 96 (за исключением буфера 95a) теперь принимает чистую текучую среду 95 через клапан SV-2, а агрессивная текучая среда 96 выпускается под высоким давлением через клапан SV-10, при этом давление прилагается текучей средой через клапан SV-2. Разность давления между стороной чистой текучей среды и стороной агрессивной текучей среды в трубчатом элементе 60 меньше, чем давление срабатывания для обратного клапана в поршне 165, так что обратный клапан остается закрытым. Аналогично, трубчатый элемент 50, который ранее был заполнен чистой текучей средой 95, теперь принимает агрессивную текучую среду 96 через клапан SV-7, и чистая текучая среда 95 выпускается обратно в накопительный бак 20 через клапан SV-3. И в этом случае давление агрессивной текучей среды 96 выше, чем давление чистой текучей среды 95, так что обратный клапан остается закрытым. Обратные клапаны в обоих поршнях выполнены так, что открываются, когда давление на стороне чистой текучей среды выше, чем давление на стороне агрессивной текучей среды на заданную величину, называемую давлением срабатывания. [0050] After the system 10 is started, it is possible to start pumping the aggressive fluid 96 at high pressures into the wellbore. In particular, when both pumps 42 and 46 are operating, the valves SV-2, SV-10, SV-7 and SV-3 are open and all other valves are closed. The tubular member 60, which was previously filled with aggressive fluid 96 (excluding buffer 95a) now receives clean fluid 95 through valve SV-2, and aggressive fluid 96 is released under high pressure through valve SV-10, with pressure being applied to the fluid medium through the valve SV-2. The pressure difference between the clean fluid side and the aggressive fluid side in the tubular member 60 is less than the set pressure for the check valve in the piston 165, so that the check valve remains closed. Similarly, the tubular member 50, which was previously filled with clean fluid 95, now receives aggressive fluid 96 through the valve SV-7, and clean fluid 95 is discharged back into the storage tank 20 through the valve SV-3. Again, the pressure of the aggressive fluid 96 is higher than the pressure of the clean fluid 95, so that the check valve remains closed. The non-return valves in both pistons are designed to open when the pressure on the side of the clean fluid is higher than the pressure on the side of the aggressive fluid by a predetermined amount called the response pressure.

[0051] На фиг.7 показано такое же устройство клапана, как на фиг.6, причем два поршня 155, 165 через некоторое время продвигаются к середине трубчатых элементов 50, 60. Поршень 155 перемещается влево (в направлении конца 50a трубчатого элемента 50), а поршень 165 перемещается вправо (в направлении конца 60b трубчатого элемента 60), и обратные клапаны в обоих поршнях закрыты. [0051] Fig. 7 shows the same valve arrangement as in Fig. 6, with the two pistons 155, 165 moving towards the middle of the tubular elements 50, 60 after a while. The piston 155 moves to the left (towards the end 50a of the tubular element 50) and the piston 165 moves to the right (towards the end 60b of the tubular member 60), and the check valves in both pistons are closed.

[0052] Еще через некоторое время, и как показано на фиг.8, поршень 165 доходит до упора 168 по внутреннему диаметру трубчатого элемента 60 раньше, чем поршень 155 доходит до первого конца 50a трубчатого элемента 50 (поскольку в данном варианте реализации он движется быстрее). После того как поршень 165 доходит до упора 168, поршень 165 будет неспособен перемещаться, несмотря на давление, оказываемое чистой текучей средой 95 высокого давления. Поскольку поршень 165 неспособен перемещаться, давление на стороне чистой текучей среды нарастает, и это приводит к открыванию обратного клапана в поршне 165, что позволяет чистой текучей среде высокого давления перемещаться мимо поршня 165 и выпускаться в трубу 84 и клапан SV-10, таким образом, очищая эту трубу и клапан. Кроме того, перемещение чистой текучей среды мимо поршня 165 эффективно подпитывает буфер 95a; т. е., удаляет элементы агрессивной текучей среды, которые могут быть рассредоточены в буфере. [0052] After some time, and as shown in Fig. 8, the piston 165 reaches the stop 168 along the inner diameter of the tubular element 60 earlier than the piston 155 reaches the first end 50a of the tubular element 50 (since in this embodiment it moves faster ) After the piston 165 reaches the stop 168, the piston 165 will be unable to move despite the pressure exerted by the clean high pressure fluid 95. Since the piston 165 is unable to move, the pressure on the side of the clean fluid builds up, and this opens the check valve in the piston 165, which allows clean high pressure fluid to move past the piston 165 and discharged into the pipe 84 and valve SV-10, thus cleaning this pipe and valve. In addition, moving pure fluid past the piston 165 effectively feeds the buffer 95a; i.e., removes aggressive fluid elements that can be dispersed in the buffer.

[0053] Немного позже, и как показано на фиг.9, поршень 155 будет доходить до конца 50a трубчатого элемента, таким образом, завершая половину цикла. После выполнения половины цикла клапаны SV-2, SV-3, SV-7 и SV-10 могут быть закрыты, а клапаны SV-1, SV-9, SV-8 и SV-4 могут быть открыты. Чистая текучая среда 95 высокого давления будет начинать движение в трубчатый элемент 50 через клапан SV-1, толкая поршень 155 и буфер 95a чистой текучей среды к концу 50b трубчатого элемента, таким образом, нагнетая агрессивную текучую среду 96, которая выпускается через клапан SV-9 в направлении коллектора высокого давления. Аналогично, агрессивная текучая среда 96 будет подаваться к концу 60b трубчатого элемента, таким образом, толкая буфер 95a чистой текучей среды, поршень 165, и чистую текучую среду 95 в трубчатом элементе 60 в направлении конца 60a трубчатого элемента. [0053] A little later, and as shown in FIG. 9, the piston 155 will extend to the end 50a of the tubular member, thus completing half the cycle. After half a cycle, valves SV-2, SV-3, SV-7 and SV-10 can be closed, and valves SV-1, SV-9, SV-8 and SV-4 can be opened. The clean high pressure fluid 95 will begin to move into the tubular member 50 through the valve SV-1, pushing the piston 155 and the clean fluid buffer 95a toward the end 50b of the tubular member, thereby pumping the aggressive fluid 96 that is discharged through the valve SV-9 towards the high pressure manifold. Similarly, aggressive fluid 96 will be supplied to the end 60b of the tubular member, thereby pushing the clean fluid buffer 95a, the piston 165, and the clean fluid 95 in the tubular member 60 toward the end 60a of the tubular member.

[0054] Конфигурация системы спустя короткое время показана на фиг.10, при этом поршень 155 толкает буфер 95a и агрессивную текучую среду 96 в направлении конца 50b трубчатого элемента, а поршень 165 толкает чистую текучую среду 95 в направлении конца 60a трубчатого элемента. Данная конфигурация является, по существу, такой же, как та, которая показана на фиг.7, за исключением того, что трубчатые элементы переключены; т. е., трубчатый элемент 50 подает агрессивную текучую среду 96 для выпуска в ствол скважины, а трубчатый элемент 60 заполняется агрессивной текучей средой 96, при этом чистая текучая среда 95 отводится обратно в накопительный бак 20. Данный процесс продолжается, и, чтобы обеспечить устойчивый поток агрессивной текучей среды 96 высокого давления, трубчатый элемент, который подает агрессивную текучую среду для ствола скважины, переключается с равными интервалами. [0054] The system configuration is shown in FIG. 10 after a short time, with the piston 155 pushing the buffer 95a and the aggressive fluid 96 toward the end 50b of the tubular member and the piston 165 pushing the clean fluid 95 toward the end 60a of the tubular member. This configuration is essentially the same as that shown in Fig.7, except that the tubular elements are switched; that is, the tubular element 50 delivers the aggressive fluid 96 for release into the wellbore, and the tubular element 60 is filled with the aggressive fluid 96, while the clean fluid 95 is diverted back to the storage tank 20. This process continues, and to ensure a steady flow of high pressure aggressive fluid 96, the tubular element that supplies the aggressive fluid to the wellbore is switched at regular intervals.

[0055] В соответствии с другим вариантом реализации, описанным более подробно со ссылками на фиг. 11 и 12a-12f, использована система 110, показанная на фиг. 6-10, за исключением того, что она изменена в том отношении, что в трубчатых элементах не выполнены упоры, и в каждом из поршней использован обратный клапан, имеющий низкое давление срабатывания, поэтому поршень будет непрерывно выпускать чистую текучую среду на сторону агрессивной текучей среды в течение цикла выпускания агрессивной текучей среды. В одном варианте реализации расход чистой текучей среды через обратный клапан будет определяться геометрией обработанной поверхности через поршень и трением на поршневых кольцах. Обратный клапан, геометрия потока ниже по потоку на поршне и сопротивление трения на поршне рассчитаны так, чтобы объем чистой текучей среды на задней части поршня возрастал с необходимой скоростью, чтобы конечный объем был достаточным для «промывания» чистой текучей средой обратных клапанов ниже по потоку. В одном варианте реализации изобретения выпуск текучей среды через сторону агрессивной текучей среды является тангенциальным по характеру, и может приводить к поворачиванию поршня в ответ на воздействие. [0055] According to another embodiment described in more detail with reference to FIG. 11 and 12a-12f, the system 110 shown in FIG. 6-10, except that it is changed in that the stops are not made in the tubular elements, and a check valve having a low pressure is used in each of the pistons, therefore, the piston will continuously release clean fluid to the side of the aggressive fluid during the cycle of release of aggressive fluid. In one embodiment, the flow rate of clean fluid through a non-return valve will be determined by the geometry of the treated surface through the piston and the friction on the piston rings. The non-return valve, the geometry of the downstream flow on the piston and the friction resistance on the piston are designed so that the volume of clean fluid at the rear of the piston increases at the required speed, so that the final volume is sufficient to “flush” the downstream check valves with clean fluid. In one embodiment of the invention, the release of fluid through the side of the aggressive fluid is tangential in nature, and may cause the piston to rotate in response to the impact.

[0056] Поршень, созданный для данного варианта реализации (и вариант, описанный на фиг. 6-10) показан на фиг.11.Поршень (блок) 175 содержит цилиндрический блок 1100, имеющий по меньшей мере одно круговое поршневое кольцо 1101, проходящее вокруг блока, и образующее канал 1103 текучей среды, который содержит подпружиненный обратный клапан 1105. Ниже по потоку от обратного клапана 1103 канал 1103 текучей среды разделяется на множество потоков, которые смывают агрессивную текучую среду с поршневых колец 1101. [0056] The piston created for this embodiment (and the embodiment described in FIGS. 6-10) is shown in FIG. 11. The piston (block) 175 comprises a cylindrical block 1100 having at least one circular piston ring 1101 extending around block, and forming a channel 1103 of the fluid, which contains a spring-loaded check valve 1105. Downstream of the check valve 1103, the channel 1103 of the fluid is divided into many streams that flush the aggressive fluid from the piston rings 1101.

[0057] При использовании поршня 175 с обратным клапаном, показанного на фиг.11, в системе по фиг.6-10 и без упоров в трубчатых элементах, последовательность действия показана на фиг.12a - 12f. Начало цикла показано на фиг.12a, при этом трубчатый элемент 50 полностью заполнен агрессивной текучей средой 96, а трубчатый элемент 60 в конце цикла выпускания заполнен чистой текучей средой 95. Поскольку трубчатый элемент 50 обеспечен чистой текучей средой высокого давления, поршень 175a в трубчатом элементе 50 начинает двигаться вправо, так что агрессивная текучая среда 96 выпускается из конца 50b трубчатого элемента под высоким давлением. Одновременно, и сразу после того как чистая текучая среда высокого давления подана в трубчатый элемент 50, в зависимости от конструкции поршня, обратный клапан в поршне будет открыт, и небольшое количество чистой текучей среды будет выпущено через обратный клапан на сторону агрессивной текучей среды поршня 175a, тем самым создавая слой чистой текучей среды 95a рядом с поверхностью поршневого блока 175. Скорость утечки текучей среды определена таким образом, что, несмотря на дисперсию, вблизи поршневого узла поддерживается слой чистой текучей среды. Таким образом, когда поршень 175a обеспечивает высокое давление для выпускания агрессивной текучей среды 96, перед поршнем создается слой (или буфер) чистой текучей среды 95a в направлении движения поршня. Как показано на фиг.12b, 12c и 12d, размер буфера 95a чистой текучей среды увеличивается, по мере того как поршень 175a движется к концу 50b трубчатого элемента. Таким образом, до того как поршень 175a доходит до конца 50b, достаточное количество чистой текучей среды перемещается через поршень 175a, чтобы гарантировать, что, когда поршень 175a достигнет конца 50b трубчатого элемента (на фиг.12e), агрессивная текучая среда 96 будет вымыта из выхода трубки и клапана (SV-9). [0057] When using the piston 175 with a check valve shown in FIG. 11 in the system of FIGS. 6-10 and without stops in the tubular elements, the sequence of operations is shown in FIGS. 12a - 12f. The start of the cycle is shown in FIG. 12a, with the tubular element 50 being completely filled with aggressive fluid 96, and the tubular element 60 at the end of the exhaust cycle filled with clean fluid 95. Since the tubular element 50 is provided with clean high pressure fluid, the piston 175a is in the tubular element 50 begins to move to the right, so that aggressive fluid 96 is discharged from the end 50b of the tubular member under high pressure. At the same time, and immediately after the clean high pressure fluid is supplied to the tubular member 50, depending on the design of the piston, the check valve in the piston will open and a small amount of clean fluid will be released through the check valve to the aggressive side of the piston 175a, thereby creating a clean fluid layer 95a close to the surface of the piston unit 175. The fluid leakage rate is determined so that, despite the dispersion, a clean fluid layer is maintained near the piston assembly Reds. Thus, when the piston 175a provides high pressure to release aggressive fluid 96, a layer (or buffer) of clean fluid 95a is created in front of the piston in the direction of movement of the piston. As shown in FIGS. 12b, 12c, and 12d, the size of the clean fluid buffer 95a increases as the piston 175a moves toward the end 50b of the tubular member. Thus, before the piston 175a reaches the end 50b, a sufficient amount of clean fluid moves through the piston 175a to ensure that when the piston 175a reaches the end 50b of the tubular member (in FIG. 12e), the aggressive fluid 96 will be flushed out tube and valve outlet (SV-9).

[0058] Поскольку трубчатый элемент 50 выталкивает агрессивную текучую среду 96 в коллектор высокого давления, трубчатый элемент 60 заполняется агрессивной текучей средой 96 под низким давлением, а чистая текучая среда 95, содержащаяся в трубчатом элементе 60, выпускается через конец 60a трубчатого элемента под низким давлением обратно в накопительный бак. Данный процесс продолжается, как показано на фиг.12b, 12c, 12d и 12e. Следует заметить, что на фиг.12a-12e, агрессивная текучая среда 96 находится в контакте с поршнем 175b, хотя и не во время цикла выпускания высокого давления, а только в условиях низкого давления. Однако, поскольку поршень 175b имеет обратный клапан 1105, агрессивная текучая среда 96 не будет перемещаться в сторону чистой текучей среды обратного клапана и трубчатого элемента. Кроме того, поскольку трубчатый элемент 60 не находится под высоким давлением в этой части цикла, агрессивная текучая среда вряд ли приведет к повреждению поршня. Поршни 175a и 175b толкают чистую текучую среду, поэтому избегают повреждения агрессивной текучей средой. [0058] Since the tubular member 50 pushes the aggressive fluid 96 into the high pressure manifold, the tubular member 60 is filled with the aggressive fluid 96 at low pressure, and the clean fluid 95 contained in the tubular member 60 is discharged through the end 60a of the low pressure tubular member back to the storage tank. This process continues, as shown in FIGS. 12b, 12c, 12d and 12e. It should be noted that in FIGS. 12a-12e, the aggressive fluid 96 is in contact with the piston 175b, although not during the high pressure release cycle, but only under low pressure conditions. However, since the piston 175b has a check valve 1105, aggressive fluid 96 will not move toward the clean fluid of the check valve and tubular member. In addition, since the tubular member 60 is not under high pressure in this part of the cycle, aggressive fluid is unlikely to damage the piston. Pistons 175a and 175b push clean fluid, and therefore damage by aggressive fluid is avoided.

[0059] После того как вся чистая текучая среда 95 вытолкнута из трубчатого элемента 50, и трубчатый элемент 60 полностью заполнен агрессивной текучей средой (как показано на фиг.12e), соответствующие клапаны открываются и закрываются, и цикл продолжается путем переключения действия трубчатого элемента, как показано на фиг.12f. Теперь агрессивная текучая среды 96 выталкивается из трубчатого элемента 60, по мере того как слой чистой текучей среды 96a выталкивается через клапан, и защищает поршневой блок 175b. Одновременно агрессивная текучая среда закачивается в конец 50b трубчатого элемента 50 под высоким давлением. [0059] After all the clean fluid 95 has been pushed out of the tubular member 50 and the tubular member 60 is completely filled with aggressive fluid (as shown in FIG. 12e), the corresponding valves open and close, and the cycle continues by switching the action of the tubular member, as shown in FIG. 12f. Aggressive fluid 96 is now pushed out of the tubular member 60 as a layer of clean fluid 96a is pushed through the valve and protects the piston block 175b. At the same time, aggressive fluid is pumped into the end 50b of the tubular member 50 under high pressure.

[0060] В одном варианте реализации защитный слой с высокой вязкостью между поршнем и агрессивной текучей средой поможет продлить срок службы поршневого блока. [0060] In one embodiment, a high viscosity backing layer between the piston and the aggressive fluid will help extend the life of the piston unit.

[0061] В одном варианте реализации насос 46 низкого давления и/или накопительный бак 30 могут быть нежелательными, если существует непрерывная подача агрессивной текучей среды при низком давлении, доступном из действий выше по потоку. [0061] In one embodiment, the low pressure pump 46 and / or the storage tank 30 may be undesirable if there is a continuous supply of aggressive fluid at low pressure available from the upstream operations.

[0062] В одном аспекте могут быть использованы различные типы устройств, создающих высокое давление, включая, помимо прочего, насосы с возвратно-поступательным движением, центробежные насосы, ротационные винтовые компрессоры и лопастные насосы. [0062] In one aspect, various types of high pressure generating devices can be used, including but not limited to reciprocating pumps, centrifugal pumps, rotary screw compressors, and vane pumps.

[0063] В одном варианте реализации чистая текучая среда может включать газ. [0063] In one embodiment, the clean fluid may include gas.

[0064] В одном аспекте варианты реализации изобретения эффективно обеспечивают обменники давления, которые отбирают энергию давления от систем чистой текучей среды высокого давления и передают ее системам агрессивной текучей среды относительно низкого давления, для использования при нагнетании агрессивных текучих сред и направления их в ствол скважины, как агрессивных текучих сред высокого давления, без контакта агрессивной текучей среды с определенными частями обменников давления. [0064] In one aspect, embodiments of the invention efficiently provide pressure exchangers that collect pressure energy from relatively high pressure clean fluid systems and transmit it to relatively low pressure aggressive fluid systems for use in pumping aggressive fluids and directing them into the wellbore, as aggressive high-pressure fluids, without contact of aggressive fluids with certain parts of pressure exchangers.

[0065] Некоторые из способов, процессов и систем, описанных выше, могут быть выполнены процессором и/или с использованием процессора. Термин «процессор» не следует рассматривать как ограничивающий раскрытые в данном описании варианты осуществления каким-либо конкретным типом устройства или системой. Процессор может включать компьютерную систему. Компьютерная система может также включать в себя процессор вычислительной машины (например, микропроцессор, микроконтроллер, процессор цифровой обработки сигналов, или компьютер общего назначения) для выполнения какого-либо из способов и процессов, описанных выше. [0065] Some of the methods, processes, and systems described above may be performed by a processor and / or using a processor. The term "processor" should not be construed as limiting the embodiments disclosed herein to any particular type of device or system. The processor may include a computer system. A computer system may also include a computer processor (e.g., a microprocessor, microcontroller, digital signal processor, or general purpose computer) to perform any of the methods and processes described above.

[0066] Компьютерная система может, кроме того, содержать запоминающее устройство, такое как полупроводниковое запоминающее устройство (например, ОЗУ, ПЗУ, ППЗУ, ЭСППЗУ, или флеш-ОЗУ), магнитное запоминающее устройство (например, дискета или несъемный диск), оптическое запоминающее устройство (например, компакт-диск), плату персонального компьютера (например, карта PCMCIA), или другое запоминающее устройство. [0066] The computer system may further comprise a storage device, such as a semiconductor storage device (eg, RAM, ROM, ROM, EEPROM, or flash RAM), a magnetic storage device (eg, a floppy disk or non-removable disk), optical storage device (e.g., CD), personal computer card (e.g., PCMCIA card), or other storage device.

[0067] Некоторые из способов и процессов, описанных выше, могут быть реализованы как компьютерное программное логическое устройство для использования с процессором вычислительной машины. Компьютерное программное логическое устройство может быть воплощено в различных формах, включая исходный код или исполняемый файл. Исходный код может включать в себя ряд компьютерных управляющих команд на различных языках программирования (например, объектный код, язык ассемблера, или язык высокого уровня, такой как C, C++ или JAVA). Такие компьютерные команды могут сохраняться на энергонезависимом машиночитаемом носителе (например, в памяти) и выполняться процессором вычислительной машины. Компьютерные команды могут распространяться в любой форме в качестве съемного носителя данных с сопровождающей печатной или электронной документацией (например, коробочное ПО), предварительно установленные в компьютерную систему (например, на ПЗУ или несъемный диск системы), или распространяться с сервера или электронной доски объявлений по коммуникационной системе (например, Интернет в целом или с помощью веб-интерфейса). [0067] Some of the methods and processes described above can be implemented as computer program logic devices for use with a computer processor. A computer program logic device may be embodied in various forms, including source code or an executable file. The source code may include a number of computer control commands in various programming languages (for example, object code, assembly language, or a high-level language such as C, C ++, or JAVA). Such computer instructions may be stored on a non-volatile computer-readable medium (for example, in memory) and executed by a computer processor. Computer commands can be distributed in any form as a removable storage medium with accompanying printed or electronic documentation (for example, boxed software), pre-installed in a computer system (for example, ROM or a non-removable system disk), or distributed from a server or electronic bulletin board a communication system (for example, the Internet as a whole or through a web interface).

[0068] Альтернативно или дополнительно процессор может содержать дискретные электронные компоненты, соединенные с печатной платой, интегральные микросхемы (например, Интегральная схема специального назначения, ASIC и/или программируемыми логическим устройствами (например, логическая матрица, программируемая пользователем). Любой из способов и процессов, описанных выше, может быть реализован с использованием указанных логических устройств. [0068] Alternatively or additionally, the processor may comprise discrete electronic components connected to a printed circuit board, integrated circuits (eg, special purpose integrated circuits, ASICs and / or programmable logic devices (eg, user-programmable logic arrays). Any of the methods and processes described above can be implemented using these logical devices.

[0069] Хотя выше (XE «Narrowing designation: only») подробно описано только несколько примеров, специалистам в данной области будет понятно, что возможны многие модификации в примерах без существенного отклонения от объекта изобретения (XE «Narrowing designation: invention»). Соответственно, все (XE «Narrowing designation: all») такие модификации предназначены для включения в объем данного изобретения, как указано в следующих пунктах формулы. В формуле изобретения пункты, излагающие одновременно средство и функцию, предназначены для охвата конструкций, раскрытых в данном документе, как выполняющих указанную функцию, и не только эквивалентов конструкции, но и эквивалентных конструкций. Таким образом, хотя гвоздь и винт могут не быть конструктивными эквивалентами в том смысле, что гвоздь задействует цилиндрическую поверхность для скрепления вместе деревянных частей, а винт задействует винтовую поверхность, в условиях скрепления деревянных частей гвоздь и винт могут быть эквивалентными конструкциями. Явным намерением заявителя не является требование применить Раздел 35 Кодекса законов США, 112, пункт 6, для любых ограничений любых пунктов формулы данного документа, кроме тех, в которых в формуле определенно использованы слова «предназначено для» вместе со связанной функцией. [0069] Although only a few examples are described in detail above (XE "Narrowing designation: only"), those skilled in the art will understand that many modifications are possible in the examples without substantially deviating from the subject matter of the invention (XE "Narrowing designation: invention"). Accordingly, all (XE "Narrowing designation: all") such modifications are intended to be included within the scope of this invention, as indicated in the following claims. In the claims, the paragraphs setting forth both the means and the function are intended to cover the structures disclosed herein as performing the specified function, and not only structural equivalents, but also equivalent structures. Thus, although a nail and a screw may not be structural equivalents in the sense that the nail uses a cylindrical surface to bond the wooden parts together, and the screw uses a screw surface, when the wooden parts are fastened, the nail and the screw can be equivalent structures. It is not the applicant’s explicit intention to apply Section 35 of the Code of the United States, 112, paragraph 6, for any restrictions on any claims in this document except those that specifically use the words “intended for” in conjunction with the associated function.

Claims (37)

1. Способ закачивания нефтепромысловой текучей среды с поверхности скважины в ствол скважины, в котором:1. The method of pumping oil field fluid from the surface of the well into the wellbore, in which: обеспечивают источник низкого давления агрессивной текучей среды;provide a source of low pressure aggressive fluid; приводят в действие по меньшей мере один насос высокого давления для закачки чистой текучей среды; иat least one high pressure pump is driven to pump clean fluid; and используют поршневой блок, который находится в контакте с чистой текучей средой в направлении перемещения и который проталкивает чистую текучую среду, используя давление по меньшей мере от одного насоса высокого давления для обеспечения высокого давления на агрессивную текучую среду, таким образом, проталкивая агрессивную текучую среду под высоким давлением в ствол скважины, причемusing a piston unit that is in contact with the clean fluid in the direction of travel and which pushes the clean fluid, using pressure from at least one high pressure pump to provide high pressure to the aggressive fluid, thereby pushing the aggressive fluid under high pressure into the wellbore, moreover использование поршневого блока включает в себя использование системы, имеющей по меньшей мере два трубчатых элемента, каждый из которых содержит соответствующий поршневой блок, при этом поршневые блоки работают в противоположных фазах, чтобы непрерывно закачивать агрессивную текучую среду в ствол скважины, так что в первой половине цикла первый из соответствующих поршневых блоков вызывает выталкивание агрессивной текучей среды из первого из двух трубчатых элементов под высоким давлением, тогда как второй из трубчатых элементов заполняется агрессивной текучей средой под низким давлением, а во второй половине цикла второй из соответствующих поршневых блоков вызывает выталкивание агрессивной текучей среды из второго из двух трубчатых элементов под высоким давлением, тогда как первый из трубчатых элементов заполняется агрессивной текучей средой под низким давлением.the use of a piston block includes the use of a system having at least two tubular elements, each of which contains a corresponding piston block, while the piston blocks operate in opposite phases to continuously pump aggressive fluid into the wellbore, so that in the first half of the cycle the first of the respective piston blocks forces aggressive fluid out of the first of the two tubular elements under high pressure, while the second of the tubular elements fills it is absorbed by aggressive fluid at low pressure, and in the second half of the cycle, the second of the corresponding piston blocks causes the aggressive fluid to be expelled from the second of the two tubular elements at high pressure, while the first of the tubular elements is filled with aggressive fluid at low pressure. 2. Способ по п. 1, в котором используют заданное количество чистой текучей среды для создания буфера, отделяющего поршневой блок от агрессивной текучей среды.2. The method of claim 1, wherein a predetermined amount of clean fluid is used to create a buffer separating the piston unit from the aggressive fluid. 3. Способ по п. 2, в котором заданное количество является функцией дисперсионной длины агрессивной текучей среды в чистой текучей среде, когда поршневой блок приводит к перемещению чистой текучей среды и агрессивной текучей среды под высоким давлением.3. The method of claim 2, wherein the predetermined amount is a function of the dispersion length of the aggressive fluid in the clean fluid, when the piston unit moves the clean fluid and the aggressive fluid under high pressure. 4. Способ по п. 3, в котором функция дисперсионной длины равна примерно трем дисперсионным длинам.4. The method of claim 3, wherein the dispersion length function is approximately three dispersion lengths. 5. Способ по п. 1, в котором соответствующие поршневые блоки окружены чистой текучей средой как в первой половине цикла, так и во второй половине цикла.5. The method of claim 1, wherein the respective piston blocks are surrounded by clean fluid in both the first half of the cycle and the second half of the cycle. 6. Способ по п. 5, в котором заданное количество чистой текучей среды используют для создания буфера, отделяющего каждый из соответствующих поршневых блоков от агрессивной текучей среды, как в первой половине цикла, так и во второй половине цикла.6. The method according to p. 5, in which a predetermined amount of clean fluid is used to create a buffer that separates each of the respective piston blocks from the aggressive fluid, both in the first half of the cycle and in the second half of the cycle. 7. Способ по п. 1, в котором в первой половине цикла используют возрастающее количество чистой текучей среды для создания буфера, отделяющего первый из соответствующих поршневых блоков, когда первый из соответствующих поршневых блоков движется под высоким давлением от первого конца ко второму концу первого из двух трубчатых элементов.7. The method of claim 1, wherein an increasing amount of clean fluid is used in the first half of the cycle to create a buffer separating the first of the respective piston blocks when the first of the respective piston blocks moves at high pressure from the first end to the second end of the first of two tubular elements. 8. Способ по п. 7, в котором в первой половине цикла агрессивная текучая среда находится в контакте при низком давлении со вторым соответствующим поршнем на стороне, противоположной направлению перемещения поршневого блока.8. The method according to p. 7, in which in the first half of the cycle, the aggressive fluid is in contact at low pressure with the second corresponding piston on the side opposite to the direction of movement of the piston block. 9. Способ по п. 1, в котором чистой текучей средой является вода.9. The method of claim 1, wherein the clean fluid is water. 10. Способ по п. 1, в котором поршневой блок содержит обратный клапан.10. The method of claim 1, wherein the piston unit comprises a check valve. 11. Способ по п. 1, в котором дополнительно предотвращают11. The method according to p. 1, which further prevent перемещение поршневого блока с использованием упорного элемента.moving the piston block using a thrust element. 12. Способ по п. 1, в котором агрессивная текучая среда представляет собой жидкость для гидроразрыва пласта.12. The method according to p. 1, in which the aggressive fluid is a fluid for hydraulic fracturing. 13. Система для закачивания нефтепромысловой текучей среды с поверхности скважины в ствол скважины, содержащая:13. A system for pumping oil field fluid from the surface of the well into the wellbore, comprising: устройство подачи агрессивной текучей среды при низком давлении;low pressure aggressive fluid supply device; насос высокого давления, сообщающийся с чистой текучей средой, иa high pressure pump in communication with clean fluid, and по меньшей мере два трубчатых элемента, каждый из которых содержит поршневой блок, причем каждый поршневой блок находится в контакте с чистой текучей средой в направлении перемещения данного поршневого блока и толкает чистую текучую среду с использованием давления от насоса высокого давления, чтобы обеспечить давление и толкать агрессивную текучую среду, тем самым толкая агрессивную текучую среду под давлением в ствол скважины, причемat least two tubular elements, each of which contains a piston block, each piston block being in contact with a clean fluid in the direction of movement of the piston block and pushing the clean fluid using pressure from a high pressure pump to provide pressure and push aggressive fluid, thereby pushing the aggressive fluid under pressure into the wellbore, wherein поршневые блоки работают в противоположных фазах, чтобы непрерывно закачивать агрессивную текучую среду в ствол скважины, так что в первой половине цикла первый из соответствующих поршневых блоков вызывает выталкивание агрессивной текучей среды из первого из двух трубчатых элементов под высоким давлением, тогда как второй из трубчатых элементов заполняется агрессивной текучей средой под низким давлением, а во второй половине цикла второй из соответствующих поршневых блоков вызывает выталкивание агрессивной текучей среды из второго из двух трубчатых элементов под высоким давлением, тогда как первый из трубчатых элементов заполняется агрессивной текучей средой под низким давлением.piston blocks operate in opposite phases to continuously pump aggressive fluid into the wellbore, so that in the first half of the cycle, the first of the respective piston blocks expels the aggressive fluid from the first of the two tubular elements under high pressure, while the second of the tubular elements is filled aggressive fluid at low pressure, and in the second half of the cycle, the second of the respective piston blocks forces the aggressive fluid out of the second of two tubular elements under high pressure, while the first of the tubular elements is filled with aggressive fluid at low pressure. 14. Система по п. 13, дополнительно содержащая:14. The system of claim 13, further comprising: множество клапанов, причем насос высокого давления сообщается посредством текучей среды по меньшей мере с двумя трубчатыми элементами на соответствующих первых концах трубчатых элементов посредством соответствующих первого и второго клапанов из множества клапанов, а агрессивная текучая среда под низким давлением сообщается посредством текучей среды с трубчатыми элементами на соответствующих вторых концах трубчатых элементов посредством соответствующих третьего и четвертого клапанов из множества клапанов.a plurality of valves, the high pressure pump being in fluid communication with the at least two tubular elements at respective first ends of the tubular elements by means of corresponding first and second valves of the plurality of valves, and the aggressive low-pressure fluid is in fluid communication with the tubular elements on respective the second ends of the tubular elements through the corresponding third and fourth valves of the plurality of valves. 15. Система по п. 14, дополнительно содержащая:15. The system of claim 14, further comprising: первый накопительный бак для чистой текучей среды, причем соответствующие первые концы трубчатых элементов сообщаются по текучей среде с первым накопительным баком посредством пятого и шестого клапанов из множества клапанов, иa first storage tank for clean fluid, the respective first ends of the tubular elements being in fluid communication with the first storage tank through fifth and sixth valves of the plurality of valves, and множество клапанов включает в себя седьмой и восьмой клапаны, соответственно, подсоединенные между соответствующими вторыми концами трубчатых элементов и стволом скважины.the plurality of valves includes a seventh and an eighth valve, respectively, connected between the respective second ends of the tubular elements and the wellbore. 16. Система по п. 15, дополнительно содержащая насос низкого давления для агрессивной текучей среды и второй накопительный бак для агрессивной текучей среды.16. The system of claim 15, further comprising a low pressure pump for aggressive fluid and a second storage tank for aggressive fluid. 17. Система по п. 13, в которой каждый поршневой блок находится в контакте с заданным количеством чистой текучей среды в направлении перемещения данного поршневого блока.17. The system of claim 13, wherein each piston block is in contact with a predetermined amount of clean fluid in the direction of movement of the piston block. 18. Система по п. 17, в которой заданное количество является функцией дисперсионной длины агрессивной текучей среды в чистой текучей среде, когда поршневой блок приводит к перемещению чистой текучей среды и агрессивной текучей среды под высоким давлением.18. The system of claim 17, wherein the predetermined amount is a function of the dispersion length of the aggressive fluid in the clean fluid when the piston unit displaces the clean fluid and the aggressive fluid under high pressure. 19. Система по п. 18, в которой функция дисперсионной длины равна трем дисперсионным длинам.19. The system of claim 18, wherein the dispersion length function is three dispersion lengths. 20. Система по п. 13, в которой соответствующие поршневые блоки содержат обратные клапаны.20. The system of claim 13, wherein the respective piston blocks comprise check valves. 21. Система по п. 20, в которой обратные клапаны обеспечивают возможность течения текучей среды через обратные клапаны при определенном давлении срабатывания.21. The system of claim 20, wherein the check valves allow fluid to flow through the check valves at a predetermined response pressure. 22. Система по п. 21, дополнительно содержащая:22. The system of claim 21, further comprising: упорный элемент, расположенный в каждом по меньшей мере из двух трубчатых элементов, при этом упорные элементы расположены в направлении соответствующих вторых концов по меньшей мере двух трубчатых элементов, упорные элементы расположены так, чтобы останавливать перемещение поршневых блоков за пределы упорных элементов в направлении соответствующих вторых концов.a stop element located in each of at least two tubular elements, wherein the stop elements are located in the direction of the respective second ends of the at least two tubular elements, the stop elements are arranged so as to stop the movement of the piston blocks outside the stop elements in the direction of the corresponding second ends . 23. Система по п. 13, в которой в первой половине цикла чистая текучая среда непрерывно проталкивается через обратный клапан, так что используется возрастающее количество чистой текучей среды для создания буфера, отделяющего первый из соответствующих поршневых блоков, когда первый из соответствующих поршневых блоков перемещается под высоким давлением от первого конца ко второму концу первого из двух трубчатых элементов.23. The system of claim 13, wherein in the first half of the cycle, clean fluid is continuously pushed through a check valve, so that an increasing amount of clean fluid is used to create a buffer separating the first of the respective piston blocks when the first of the corresponding piston blocks moves under high pressure from the first end to the second end of the first of the two tubular elements. 24. Система по п. 18, в которой в первой половине цикла агрессивная текучая среда находится в контакте при низком давлении со вторым соответствующим поршнем на стороне, противоположной направлению перемещения поршневого блока.24. The system of claim 18, wherein in the first half of the cycle, the aggressive fluid is in contact at low pressure with a second corresponding piston on the side opposite to the direction of movement of the piston block.
RU2017131414A 2015-02-23 2016-02-23 Methods and systems for discharging aggressive fluid media RU2673895C1 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562119392P 2015-02-23 2015-02-23
US62/119,392 2015-02-23
PCT/US2016/019034 WO2016137927A1 (en) 2015-02-23 2016-02-23 Methods and systems for pressurizing harsh fluids

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2673895C1 true RU2673895C1 (en) 2018-12-03

Family

ID=56789894

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017131414A RU2673895C1 (en) 2015-02-23 2016-02-23 Methods and systems for discharging aggressive fluid media

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20180030968A1 (en)
CN (1) CN107454926B (en)
AR (1) AR103757A1 (en)
RU (1) RU2673895C1 (en)
WO (1) WO2016137927A1 (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA3119312A1 (en) * 2018-11-09 2020-05-14 Flowserve Management Company Fluid exchange devices and related controls, systems, and methods
AU2019376673B2 (en) * 2018-11-09 2025-06-05 Flowserve Pte. Ltd. Fluid exchange devices and related controls, systems, and methods
CA3119322A1 (en) * 2018-11-09 2020-05-14 Flowserve Management Company Pistons for use in fluid exchange devices and related devices, systems, and methods
US12092136B2 (en) 2018-11-09 2024-09-17 Flowserve Pte. Ltd. Fluid exchange devices and related controls, systems, and methods
WO2020097553A1 (en) 2018-11-09 2020-05-14 Flowserve Management Company Fluid exchange devices and related systems, and methods
US11470038B1 (en) 2020-05-19 2022-10-11 Marvell Asia Pte Ltd. Line side multiplexers with protection switching
US11629582B2 (en) * 2020-08-25 2023-04-18 Colina Liquid plunger method and apparatus

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070196219A1 (en) * 2004-03-26 2007-08-23 Putzmeister Aktiengesellschft Device and method for controlling a two cylinder thick matter pump
US20080193299A1 (en) * 2007-02-12 2008-08-14 Kenneth Doyle Oglesby High pressure slurry plunger pump
RU2426870C2 (en) * 2006-06-02 2011-08-20 Шлюмбергер Технолоджи Б.В. Procedure and pump system for pumping working fluid from surface of well into borehole of well (versions)
US20120063936A1 (en) * 2010-09-10 2012-03-15 Phoinix Global LLC Modular fluid end for a multiplex plunger pump
US20130115115A1 (en) * 2011-11-08 2013-05-09 Soilmec S.P.A. High pressure pumps for injecting cement mixtures
US8708049B2 (en) * 2011-04-29 2014-04-29 Schlumberger Technology Corporation Downhole mixing device for mixing a first fluid with a second fluid

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19503986A1 (en) * 1995-02-07 1996-08-08 Hudelmaier Ulrike Method and device for conveying concrete or other thick materials
JP3432679B2 (en) * 1996-06-03 2003-08-04 株式会社荏原製作所 Positive displacement vacuum pump
EP1740828B1 (en) * 2004-01-12 2014-04-23 Kenneth Doyle Oglesby High pressure slurry piston pump
CA2476032C (en) * 2004-08-27 2008-11-04 Westport Research Inc. Hydraulic drive system and method of operating a hydraulic drive system
US9945216B2 (en) * 2013-10-03 2018-04-17 Energy Recovery, Inc. Frac system with hydraulic energy transfer system
CN204113634U (en) * 2014-09-26 2015-01-21 厦门理工学院 A kind of concrete pumping mechanism with floating connection concrete piston connection device
US10161421B2 (en) * 2015-02-03 2018-12-25 Eli Oklejas, Jr. Method and system for injecting a process fluid using a high pressure drive fluid

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070196219A1 (en) * 2004-03-26 2007-08-23 Putzmeister Aktiengesellschft Device and method for controlling a two cylinder thick matter pump
RU2426870C2 (en) * 2006-06-02 2011-08-20 Шлюмбергер Технолоджи Б.В. Procedure and pump system for pumping working fluid from surface of well into borehole of well (versions)
US20080193299A1 (en) * 2007-02-12 2008-08-14 Kenneth Doyle Oglesby High pressure slurry plunger pump
US20120063936A1 (en) * 2010-09-10 2012-03-15 Phoinix Global LLC Modular fluid end for a multiplex plunger pump
US8708049B2 (en) * 2011-04-29 2014-04-29 Schlumberger Technology Corporation Downhole mixing device for mixing a first fluid with a second fluid
US20130115115A1 (en) * 2011-11-08 2013-05-09 Soilmec S.P.A. High pressure pumps for injecting cement mixtures

Also Published As

Publication number Publication date
AR103757A1 (en) 2017-05-31
CN107454926B (en) 2019-06-04
CN107454926A (en) 2017-12-08
WO2016137927A1 (en) 2016-09-01
US20180030968A1 (en) 2018-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2673895C1 (en) Methods and systems for discharging aggressive fluid media
US7794215B2 (en) High pressure slurry plunger pump with clean fluid valve arrangement
RU2563001C2 (en) Procedure for pumping working fluid from surface of well into borehole of well (versions)
US20200011165A1 (en) System and method for the use of pressure exchange in hydraulic fracturing
US7118349B2 (en) High pressure slurry piston pump
US8336445B2 (en) Fluid operated pump
US9435163B2 (en) Method and apparatus for removing liquid from a horizontal well
CN102859115A (en) Pumping system
US20120213651A1 (en) Precompression effect in pump body
US10190718B2 (en) Accumulator assembly, pump system having accumulator assembly, and method
US8444399B2 (en) Pump system for conveying a first fluid using a second fluid
RU2700748C2 (en) Oil production system
RU2581520C1 (en) Transfer section of air-driven diaphragm pump system
RU2357070C1 (en) Method of oil production
CN114930020B (en) Submersible pump components and how to use them
Zakharov Special types of sucker-rod pumps
KR100955331B1 (en) Fluid-actuated pumps and pumping systems with them
RU2293216C1 (en) Sucker-rod pumping unit with two-cylinder pump
AU2003249754B2 (en) Fluid operated pump
CA2646806A1 (en) High pressure slurry plunger pump

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20210224