BR112019028081B1

BR112019028081B1 - aparelho, método para produzir fluido de fraturamento e elemento de transporte

Info

Publication number: BR112019028081B1
Application number: BR112019028081-2A
Authority: BR
Inventors: Jeffrey G. Morris; Adrian Benjamin Bodishbaugh; Michael Bateman; Neal Jensen; Corey Holte
Original assignee: Typhon Technology Solutions, Llc
Priority date: 2017-06-29
Filing date: 2018-06-28
Publication date: 2021-01-26
Also published as: AR112485A1; BR112019028081A2; WO2019006108A1; CA3067854C; CA3123640A1; US20190003272A1; CA3068067C; BR112019028085A2; EP3645832A4; US20200087997A1; AR112484A1; CA3123640C; WO2019006106A1; EP3645833A1; AR125438A2; EP3645832A1; EP3645833A4; CA3068067A1; US10415332B2; US10519730B2

Abstract

Um sistema e um método para produzir fluido de fraturamento, compreendendo: receber fluido fonte de um ou mais coletores de entrada de um elemento de transporte único, acionar uma primeira bomba montada sobre o elemento de transporte único para encaminhar o fluido fonte dos coletores de entrada para um tanque de hidratação montado sobre o elemento de transporte único, acionar uma segunda bomba montada sobre o elemento de transporte único para encaminhar fluido hidratado produzido pelo tanque de hidratação para uma cuba de mistura montada sobre o elemento de transporte único, e descarregar fluido de fraturamento produzido pela cuba de mistura a um ou mais coletores de saída do elemento de transporte único.

Description

FUNDAMENTOS

[001] Fraturamento hidráulico tem sido comumente usado pela indústria de petróleo e gás para estimular a produção de poços produtores de hidrocarboneto, tais como poços de petróleo e/ou gás. Fraturamento hidráulico, por vezes chamado em inglês “fracing” ou “fracking” é o processo de injetar fluido de fraturamento em um furo de poço para fraturar as formações geológicas subsuperficiais e liberar hidrocarbonetos. O fluido de fraturamento é bombeado em um furo de poço a uma pressão suficiente para causar fissuras dentro das formações geológicas subterrâneas. Uma vez no interior do furo de poço, o fluido de fraturamento fratura a formação. Subterrânea. O fluido de fraturamento pode incluir água, vários aditivos químicos, e agentes de escoramento que promovem a extração das reserves de hidrocarboneto, tais como petróleo e/ou gás. Agentes de escoramento, tais como areia de fraturamento, impedem que fissuras e fraturas na formação subterrânea se fechem; deste modo, permitindo que a formação permaneça aberta de modo que hidrocarbonetos escoam através dos poços de hidrocarboneto.

[002] Implementar operações de fraturamento em sítios de poços requer investimento extenso em equipamento, mão de obra e combustível. Uma típica operação de fraturamento usa equipamento de fraturamento, pessoal para operar e manter o equipamento de fraturamento, grandes quantidades de combustível para energizar as operações de fraturamento, e volumes relativamente grandes de fluido de fraturamentos. Desta maneira, o planejamento para operações de fraturamento é complexo e engloba uma variedade de desafios logísticos que incluem minimizar a área no sitio “pegada” das operações de fraturamento, fornecendo potência adequada e/ou combustível para energizar continuamente as operações de fraturamento, aumentando a eficiência do equipamento de fraturamento hidráulico, e reduzindo o impacto ambiental resultando das operações de fraturamento. Assim, numerosas inovações e melhorias na tecnologia de fraturamento existente são necessárias para solucionar a variedade de desafios complexos e logísticos enfrentados nas operações de fraturamento atuais.

SUMÁRIO

[003] A seguir apresenta-se um sumário simplificado da matéria descrita a fim de fornecer uma compreensão básica de alguns aspectos da matéria descrita aqui. Este sumário não é uma visão global exaustiva da tecnologia descrita aqui, e ele não é destinado a identificar elementos chaves ou críticos da invenção ou a delinear o escopo da invenção. Seu único propósito é apresentar conceitos em uma forma simplificada como um preâmbulo para a descrição mais detalhada que é discutida mais adiante.

[004] Em uma modalidade, um aparelho compreendendo um tanque de hidratação, um misturador de fraturamento, e um sistema coletor interno. O sistema coletor interno acopla o tanque de hidratação e o misturador de fraturamento para encaminhar fluido entre o tanque de hidratação e o misturador de fraturamento. O aparelho também compreende uma única armação de transporte que acopla o tanque de hidratação, o misturador de fraturamento, e o sistema coletor interno para formar um único elemento de transporte.

[005] Em uma outra modalidade, um método para produzir fluido de fraturamento, compreendendo receber fluido fonte de um ou mais coletores de entrada de um único elemento de transporte e acionar uma primeira bomba montada sobre o único elemento de transporte para encaminhar o fluido fonte a partir dos coletores de entrada para um tanque de hidratação montado sobre o único elemento de transporte. O método também aciona uma segunda bomba montada sobre o único elemento de transporte para encaminhar fluido hidratado produzido pelo tanque de hidratação para uma cuba de mistura montada sobre o único elemento de transporte e descarrega fluido de fraturamento produzido pela cuba de mistura para um ou mais coletores de saída do único elemento de transporte

[006] Em ainda uma outra modalidade, um elemento de transporte compreendendo uma armação de transporte, um sistema coletor interno acoplado à armação de transporte, e um tanque de hidratação acoplado à armação de transporte. O tanque de hidratação é configurado para receber um fluido fonte do sistema coletor interno, produzir um fluido hidratado com uma viscosidade visada com base no fluido fonte, e emitir o fluido hidratado para o sistema coletor interno. O elemento de transporte também compreende um misturador acoplado à armação de transporte, onde o misturador é configurado para receber o fluido hidratado do sistema coletor interno, produzir um fluido de fraturamento com base no fluido hidratado, e descarregar o fluido hidratado para o sistema coletor interno. A taxa de fornecimento do fluido hidratado para o tanque de hidratação corresponde a uma quantidade de fluido de fraturamento que o misturador proporciona a um ou elementos de transporte de bomba de fraturamento.

[007] Em uma outra modalidade, um sistema de fraturamento elétrico compreende um elemento de transporte de engrenagem de comutação eletricamente conectado a uma fonte de geração de potência para fornecer potência elétrica em um primeiro nível de tensão. O sistema de fraturamento elétrico também compreende um cabo elétrico que supre potência elétrica primeiro nível de tensão e um elemento de transporte de bomba de fraturamento eletricamente conectado ao elemento de transporte de engrenagem de comutação via apenas o cabo elétrico. O elemento de transporte de bomba de fraturamento compreende um transformador que escalona para baixo a potência elétrica recebida no primeiro nível de tensão para um nível de tensão mais baixo. O elemento de transporte de bomba de fraturamento não é eletricamente conectado ao elemento de transporte de engrenagem de comutação via um outro cabo elétrico em um nível de tensão que difere do primeiro nível de tensão.

[008] Em uma outra modalidade, um elemento de transporte que compreende uma única armação de transporte e uma máquina motriz elétrica montada sobre a única armação de transporte. A bomba é acoplada à máquina motriz elétrica e montada sobre a única armação de transporte e um transformador acoplado à máquina motriz elétrica e montada sobre a única armação de transporte. O transformador é configurado para receber potência elétrica em um primeiro nível de tensão de uma fonte de potência via um único conjunto de cabo e escalonar para baixo a potência elétrica no primeiro nível de tensão para um nível de tensão mais baixo. O transformador é também configurado para suprir a potência elétrica no nível de tensão mais baixo à máquina motriz elétrica, onde o elemento de transporte não é conectado a quaisquer outros conjuntos de cabo que suprem potência elétrica no primeiro nível de tensão e outros níveis de tensão.

[009] Em ainda uma outra modalidade, um método para distribuição de potência elétrica usado para operações de fraturamento. O método compreende receber, em um elemento de transporte, potência elétrica de uma fonte móvel de eletricidade em um primeiro nível de tensão, onde o primeiro nível de tensão cai dentro de uma range de 1000 V a 35 quilovolts e suprir, a partir do elemento de transporte, a potência elétrica a um elemento de transporte de bomba de fraturamento no primeiro nível de tensão usando apenas uma primeira única conexão de cabo. O método também inclui suprir, a partir do elemento de transporte, a potência elétrica para um segundo elemento de transporte no primeiro nível de tensão usando apenas uma segunda, única conexão de cabo.

[0010] Em ainda uma outra modalidade, cada uma das modalidades descritas acima e variações das, pode ser implementada como um método, aparelho e/ou sistema.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0011] Para uma compreensão mais completa desta invenção, referência é agora feita à seguinte breve descrição, tomada em associação com os desenhos anexos e descrição detalhada, em que números de referência idênticos representam partes idênticas.

[0012] FIG. 1 é um diagrama esquemático de uma modalidade de um sítio de poço que compreende uma cabeça de poço e um sistema de fraturamento móvel.

[0013] FIG. 2 é um diagrama esquemático de uma modalidade de um sistema de distribuição de potência de tensão média-baixa para o sistema de fraturamento móvel.

[0014] FIG. 3 é um diagrama esquemático de uma outra modalidade de um sistema de distribuição de potência de tensão média para o sistema de fraturamento móvel.

[0015] FIG. 4A ilustra uma vista lateral de uma modalidade de um elemento de transporte com hidratação- misturador.

[0016] FIG. 4B ilustra uma vista em corte transversal sob tanque do elemento de transporte com hidratação- misturador.

[0017] FIG. 4C ilustra uma vista em corte transversal do elemento de transporte com hidratação-misturador que representa o interior do tanque de hidratação.

[0018] FIG. 4D ilustra uma vista de topo do elemento de transporte com hidratação-misturador que representa o topo do tanque de hidratação.

[0019] FIG. 4E ilustra uma vista em corte transversal do elemento de transporte com hidratação-misturador que corresponde à seção de corte A-A mostrada na FIG. 4D.

[0020] FIG. 4F ilustra uma vista em corte transversal sob tanque de uma outra modalidade de um elemento de transporte com hidratação-misturador.

[0021] FIG. 5 ilustra uma modalidade de um elemento de transporte com hidratação-misturador que inclui uma única cuba de mistura.

[0022] FIG. 6 é um fluxograma de uma modalidade de um método para fornecer fluido de fraturamento usando um único elemento de transporte com hidratação-misturador.

[0023] FIG. 7 é um fluxograma de uma modalidade de um método para fornecer potência elétrica ao equipamento de fraturamento.

[0024] Embora certas modalidades vão ser descritas em associação com as modalidades ilustrativas mostradas aqui, a invenção não é limitada a essas modalidades. Pelo contrário, todas alternativas, modificações, e equivalentes estão incluídas dentro do espírito e escopo da invenção conforme definida pelas reivindicações. Nas Figuras dos desenhos, que não estão em escala, os mesmos números de referência são usados através de toda a descrição e nas figuras dos desenhos para componentes e elementos tendo a mesma estrutura, e números de referência com linha são usados para componentes e elementos tendo uma função e construção similar àqueles componentes e elementos tendo os mesmos números de referência sem linha.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0025] O termo "areia de fraturamento" é usado nesta invenção para servir como um exemplo não limitativo de um agente de escoramento usado como um componente de fluido de fraturamento. "Areia de fraturamento" é também usada aqui para se referir coletivamente a areia de fraturamento tanto úmida quanto seca. Modalidades nesta invenção não são limitadas a areia de fraturamento e qualquer outro tipo de agente de escoramento, tal como cerâmica sintética, contas de alumínio e bauxita sinterizada, pode ser usado com as várias modalidades apresentadas na invenção. A menos de especificado de outro modo dentro da invenção, o termo "areia de fraturamento" pode ser intercambiado através de toda esta invenção com o termo "agentes de escoramento".

[0026] Como usado aqui, o termo "areia de fraturamento úmida" se refere a uma quantidade de areia de fraturamento que contém um teor de umidade de cerca de um per cento ou mais, o que é tipicamente determinado com base em peso. "Areia de fraturamento seca" se refere a quantidades de areia de fraturamento que contêm um teor de umidade de menos do que cerca de um por cento. Como usado aqui, o termo "liquefazer areia de fraturamento úmida" se refere a acentuar e transformar as propriedades de fluxo de areia de fraturamento úmida para serem substancialmente similares a areia de fraturamento seca a fim de controlar precisamente a quantidade de areia de fraturamento dosada. Areia de fraturamento úmida pode se liquefazer e escoar quando chacoalhada com força.

[0027] Como usado aqui, o termo "elemento de transporte" se refere a qualquer conjunto de transporte, incluindo, mas não limitado a, um reboque, caminhão, trenó, vagão ferroviário, e/ou barcaça usado para transportar estruturas relativamente pesadas e/ou outros tipos de artigos, tais como equipamento de fraturamento e areia de fraturamento. Um elemento de transporte pode ser móvel independentemente de um outro elemento de transporte. Por exemplo, um primeiro elemento de transporte pode ser montado em ou conectado a um veículo motorizado que move independentemente o primeiro elemento de transporte enquanto que um segundo elemento de transporte não conectado permanece estacionário.

[0028] Como usado aqui, o termo "reboque" se refere a um conjunto de transporte usado para transportar estruturas relativamente 'pesadas e/ou outros tipos de artigos (tais como equipamento de fraturamento e areia de fraturamento) que podem ser ligados a e/ou destacados de um veículo de transporte usado para puxar ou rebocar o reboque. Como um exemplo, o veículo de transporte é capaz de mover independentemente e rebocar um primeiro reboque enquanto que um segundo reboque não conectado permanece estacionário. Em uma ou mais modalidades, o reboque inclui apoios e sistemas coletores para conectar o reboque a outro equipamento de fraturamento dentro de uma frota ou sistema de fraturamento. O termo "reboque de deposição" se refere a uma modalidade específica de um reboque que inclui duas seções com diferentes alturas verticais. Uma das seções ou a seção superior é posicionada nos ou acima dos eixos do reboque e uma outra seção ou a seção inferior é posicionada nos ou abaixo dos eixos do reboque. Em uma modalidade, as vigas principais de reboque do reboque de deposição podem estar repousando sobre o solo quando no modo operacional e/ou quando desacopladas de um veículo de transporte, tal como um trator.

[0029] Como usado aqui, o termo "baixa tensão" se refere a uma faixa de tensão de cerca de 50 volts (V) a 1000 V para potência elétrica de corrente alternada (CA). O termo "média tensão" se refere a uma faixa de tensão de cerca de 1000 V a cerca de 35 quilovolts (kV) para potência elétrica de CA, e o termo "alta tensão" se refere a uma faixa de tensão maior do que 35 kV para potência elétrica de CA. Embora os termos "baixa tensão", "média tensão" e "alta tensão" se refiram geralmente a faixas de tensão em potência elétrica de CA, a invenção não é limitada a potência elétrica de CA e pode também utilizar tensão de corrente contínua (CC).

[0030] A menos de especificado de outro modo dentro da invenção, o termo "conexão elétrica" se refere a conexão de um elemento de transporte a um outro elemento de transporte usando um ou mais cabos elétricos. O termo "cabo elétrico" pode ser intercambiado através de toda esta invenção com o termo "cabo de potência" "conexão de cabo de potência," "conexão de cabo," ou "conexão de cabo elétrico". Os termos "cabo elétrico", "cabo de potência" "conexão de cabo de potência," "conexão de cabo," e "conexão de cabo elétrico" se referem a um único conjunto de cabo que enfeixa juntamente um ou mais fios (por exemplo, fios de cobre) que conduzem corrente elétrica alternada ou contínua para fornecer potência elétrica. Em uma ou mais modalidades, o único conjunto de cabo também inclui outros tipos de fio, tais como fios de fibra óptica que desempenham outras funções além de fornecer potência elétrica. Por exemplo, os fios de fibra óptica são capazes de conduzir luz para os fins de transferir sinais de comunicação.

[0031] Várias modalidades exemplificativas são descritas aqui para realizar operações de fraturamento móveis usando um elemento de transporte com hidratação- misturador. Em vez de ter um elemento de transporte com hidratação que é separado e independente de um elemento de transporte com misturador, uma frota de fraturamento pode substituir dois ou mais elementos de transporte diferentes por um único elemento de transporte com hidratação- misturador. O elemento de transporte com hidratação- misturador inclui um tanque de hidratação e uma unidade de misturador (por exemplo, um misturador de configuração única ou um misturador de configuração dupla) interconectados um com o outro usando o sistema coletor interno do elemento de transporte com hidratação-misturador. O sistema coletor interno acopla diretamente o tanque de hidratação e a unidade de misturador de maneira tal que o tanque de hidratação é capaz de fornecer fluido de fraturamento à unidade de misturador sem requerer coletores ou outras conexões de fluido (por exemplo, canalização ou mangueiras) que são externas ao elemento de transporte com hidratação- misturador. Para puxar para dentro fluido fonte, tal como água ou uma mistura de fluido (por exemplo, água com aditivos químicos), via um ou mais coletores de entrada, o elemento de transporte com hidratação-misturador compreende uma pluralidade de máquinas motrizes elétricas que acionam uma pluralidade de bombas. Com base em como um operador configura as válvulas de entrada do sistema coletor interno, o elemento de transporte com hidratação-misturador pode transferir o fluido fonte para o tanque de hidratação e a unidade de misturador, ou se desviar completamente do tanque de hidratação e da unidade de misturador e transportar o fluido fonte diretamente para um ou mais coletores de saída. Fazendo assim, o elemento de transporte com hidratação-misturador é capaz de realizar uma variedade de operações que incluem, mas não são limitadas a operações diretas, operações de hidratação-misturador, e operações de corrente dividida.

[0032] Também são descritas várias modalidades exemplificativas que distribuem potência elétrica a partir de uma fonte móvel de eletricidade. Em uma modalidade para operações de fraturamento, um sistema de distribuição de potência posiciona a operação de escalonamento para baixo de tensão a jusante e em estreita proximidade com o equipamento de fraturamento dentro de um sistema de fraturamento móvel. Como um exemplo, um elemento de transporte de bomba de fraturamento e um elemento de transporte com hidratação- misturador incluem ambos transformadores que escalonam para baixo um nível de tensão suprido para um ou mais níveis de tensão mais baixos que o equipamento de fraturamento (por exemplo, máquinas motrizes elétricas) utiliza. Os elementos de transporte podem também incluir acionamentos (por exemplo, acionamentos de frequência variável VFDs)) para controlar e monitorar as máquinas motrizes elétricas. Fazendo assim, o sistema de fraturamento móvel é capaz de reduzir o número de elementos de transporte eliminando o uso de um elemento de transporte unitário auxiliar (por exemplo, elemento de transporte unitário auxiliar 106 na FIG. 2) e/ou elementos de transporte de potência motriz (por exemplo, elementos de transporte de potência motriz 104 na FIG. 2). Um elemento de transporte de engrenagem de comutação dentro do sistema de fraturamento móvel é então capaz de fornecer diretamente para os outros elementos de transporte, tais como um elemento de transporte com hidratação-misturador e o elemento de transporte de bomba de fraturamento, potência elétrica a um nível de tensão médio relativamente alto (por exemplo, 13,8 kV); deste modo, reduzindo o número de cabos elétricos para energizar equipamento de fraturamento. Por exemplo, o elemento de transporte de engrenagem de comutação pode se conectar a cada elemento de transporte de bomba de fraturamento usando um único cabo elétrico que supre potência elétrica a 13,8 kV. Cada transformador montado sobre o elemento de transporte de bomba de fraturamento é então capaz de escalonar para baixo a potência elétrica suprida para diferentes níveis de tensão (por exemplo, 4,2 kV e 480 V) e fornecer bastante corrente elétrica para energizar o equipamento de fraturamento.

[0033] FIG. 1 é um diagrama esquemático de uma modalidade de um sítio de poço 100 que compreende uma cabeça de poço 101 e um sistema de fraturamento móvel 103. Geralmente, um sistema de fraturamento móvel 103 pode realizar operações de fraturamento para completar um poço e/ou transformar um poço perfurado em um poço de produção. Por exemplo, o sítio de poço 100 pode ser um sítio onde operadores estão em processo de perfurar e completar um poço. Operadores podem começar o processo de completação de poço com perfuração vertical, estender o revestimento de produção, e cimentar dentro do furo de poço. Os operadores podem também inserir uma variedade de ferramentas de fundo de furo no furo de poço e/ou como parte de uma coluna de ferramentas usada para perfurar o furo de poço. Depois que os operadores perfuram o poço a uma certa profundidade, uma porção horizontal do poço pode também ser perfurada e subsequentemente envolvida em cimento. Os operadores podem subsequentemente empacotar a torre e mover um sistema de fraturamento móvel 103 para sobre o sítio de poço 100 para realizar operações de fraturamento que forçam fluido de fraturamento a pressão relativamente alta através da cabeça de poço 101 para dentro de formações geológicas subsuperficiais para criar fissuras e rachaduras dentro da rocha. O sistema de fraturamento móvel 103 pode então ser movido para fora do sítio de poço 100 uma vez que os operadores completem as operações de fraturamento. Tipicamente, operações de fraturamento para o sítio de poço 100 pode durar diversos dias ou semanas.

[0034] Como mostrado na FIG. 1, o sistema de fraturamento móvel 103 inclui uma fonte móvel de eletricidade 102 configurada para gerar eletricidade por conversão de combustível de hidrocarboneto, tal como gás natural, obtido a partir de uma ou mais outras fontes (por exemplo, uma cabeça de poço de produção, sistemas de tubo captador e/ou tubulações) no sítio de poço 100, a partir de um local remoto fora do sítio, e/ou um outro local relativamente conveniente perto da fonte móvel de eletricidade 102. A fonte móvel de eletricidade 102 supre a eletricidade gerada para o equipamento de fraturamento para energizar operações de fraturamento em um ou mais sítios de poço. Em particular, a fonte móvel de eletricidade 102 pode suprir potência elétrica para o equipamento de fraturamento dentro do sistema de fraturamento móvel 103 que inclui, mas não é limitado a, o elemento de transporte de engrenagem de comutação 112, elementos de transporte de potência motriz 104, elemento de transporte unitário auxiliar 106, elemento de transporte misturador 110, van de dados 114, elemento de transporte de hidratação 118, elemento de transporte de potência auxiliar 120, e elementos de transporte de bomba de fraturamento 108 a fim de fornecer fluido de fraturamento através da cabeça de poço 101 para formações geológicas subsuperficiais.

[0035] O elemento de transporte de engrenagem de comutação 112 pode receber a eletricidade gerada a partir da fonte móvel de eletricidade 102 via uma ou mais conexões elétricas. Em uma modalidade, o elemento de transporte de engrenagem de comutação 112 usa 13,8 quilovolts (kV) conexões elétricas para receber potência a partir da fonte móvel de eletricidade 102. O elemento de transporte de engrenagem de comutação 112 pode compreender uma pluralidade de comutadores de desconexão elétricos, fusíveis, transformadores, e/ou protetores de circuito para proteger outros equipamentos de fraturamento dentro do sistema de fraturamento móvel 103. O elemento de transporte de engrenagem de comutação 112 pode então transferir a eletricidade recebida a partir da fonte móvel de eletricidade 102 para os elementos de transporte de potência motriz 104 e elementos de transporte unitários auxiliares 106. O sistema de distribuição de potência para suprir potência a partir da fonte móvel de eletricidade 102 para o sistema de fraturamento móvel 103 é discutido em mais detalhe na FIG. 2.

[0036] O elemento de transporte unitário auxiliar 106 pode compreender um transformador e um sistema de controle para controlar, monitorar, e fornecer potência para o equipamento de fraturamento eletricamente conectado. Em uma modalidade, o elemento de transporte unitário auxiliar 106 recebe uma conexão elétrica de tensão média relativamente mais alta (por exemplo, 13,8 kV) e escalona para baixo a potência elétrica a uma tensão mais baixa. Por exemplo, o elemento de transporte unitário auxiliar 106 escalona para baixo o nível de tensão a partir de 13,8 kV a 480 V. O elemento de transporte unitário auxiliar 106 pode então fornecer a tensão escalonada para baixo para outro equipamento de fraturamento, tal como o elemento de transporte misturador 110, transportador e armazenamento de areia, van de dados 114, e equipamento de iluminação.

[0037] Os elementos de transporte de potência motriz 104 podem ser configurados para monitorar e controlar uma ou mais máquinas motrizes elétricas localizadas sobre os elementos de transporte de bomba de fraturamento 108 via uma pluralidade de conexões, tais como as conexões elétricas (por exemplo, fios de cobre), de fibra óptica, sem fio e/ou combinações das mesmas. Os elementos de transporte de potência motriz 104 podem também receber potência a partir do elemento de transporte de engrenagem de comutação 112 e escalonar para baixo a conexão elétrica de 13,8 kV para tensões mais baixas. Em uma modalidade, os elementos de transporte de potência motriz 104 pode escalonar para baixo a tensão para 4,2 kV em vez de outros níveis de tensão mais baixos, tais como 600 V, a fim de reduzir o tamanho de cabo do cabo elétrico e o número de cabos elétricos usados para conectar o sistema de fraturamento móvel 103. Na FIG. 1, o elemento de transporte de bomba de fraturamento 108 utiliza a potência elétrica recebida a partir do elemento de transporte de potência motriz 104 para energizar uma ou mais máquinas motrizes elétricas que convertem potência elétrica em potência mecânica a fim de acionar uma ou mais bombas.

[0038] Para formar fluido de fraturamento, o elemento de transporte de hidratação 118 combina um fluido, tal como água a partir de um tanque frac, com uma pasta semifluida à base de polímero para produzir um fluido hidratado com uma viscosidade visada. A pasta semifluida à base de polímero pode ser um concentrado de pasta semifluida viscosa que contém polímeros hidratáveis que incluem, mas não são limitados a goma guar, hidroxipropil guar (HPG), carboximetil HPG, carboximetil hidroxietil celulose e suas combinações. Como a pasta semifluida à base de polímero tem uma taxa de hidratação especificada, o nível de viscosidade do fluido hidratado depois de combinar inicialmente a pasta semifluida à base de polímero com o fluido pode não iguala a viscosidade visada. Tipicamente, o fluido hidratado requer uma certa quantidade de tempo de mistura (também conhecido como tempo de residência) para hidratar a pasta semifluida à base de polímero de modo que o fluido hidratado atinge a viscosidade visada. Por exemplo, depois de combinar o fluido fonte com a pasta semifluida à base de polímero, a viscosidade do fluido hidratado aumenta à medida que o grau de hidratação da pasta semifluida à base de polímero aumenta.

[0039] Em uma modalidade, o elemento de transporte misturador 110 recebe potência elétrica a partir do elemento de transporte unitário auxiliar 106 para energizar uma pluralidade de máquinas motrizes elétricas para realizar uma variedade de operações de mistura. Por exemplo, algumas das máquinas motrizes elétricas podem acionar uma ou mais bombas para encaminhar fluido fonte para o elemento de transporte misturador 110 para produzir fluido de fraturamento. Exemplos não limitativos incluem dirigir fluido fonte (por exemplo, fluido hidratado proveniente do elemento de transporte de hidratação 118) recebido em um ou mais coletores de entrada para uma ou mais cubas de mistura e/ou descarregar fluido de fraturamento via um ou mais coletores de saída para suprir fluido de fraturamento aos elementos de transporte de bomba de fraturamento 108. Outras máquinas motrizes elétricas podem energizar outras operações de mistura, tais como dosar a areia de fraturamento nas cubas de mistura e misturar fluido hidratado com areia de fraturamento para formar o fluido de fraturamento.

[0040] A van de dados 114 pode ser parte de um sistema de rede de controle, onde a van de dados 114 age como um centro de controle configurado para monitorar e fornecer instruções de operação a fim de operar remotamente o elemento de transporte de hidratação 118, o elemento de transporte misturador 110, a fonte móvel de eletricidade 102, o elemento de transporte de bomba de fraturamento 108 e/ou outros equipamentos de fraturamento dentro do sistema de fraturamento móvel 103. Por exemplo, a van de dados 114 pode se comunicar via o sistema de rede de controle com os VFDs localizados dentro dos elementos de transporte de potência motriz 104 que operam e monitoram a integridade dos motores elétricos usados para acionar as bombas sobre os elementos de transporte de bomba de fraturamento 108. Outros equipamentos de fraturamento mostrados na FIG. 1, tais como elemento de transporte de condicionamento de gás, tanques frac, armazenamento químico de aditivos químicos, transportador de areia, e recipiente de areia são conhecidos por pessoas com especialização normal na técnica e, portanto, não são discutidos em mais detalhe.

[0041] Em uma modalidade, em vez de ter um elemento de transporte de hidratação 118 e um elemento de transporte misturador 110 separados, o sistema de fraturamento móvel 103 pode incluir um único elemento de transporte com hidratação-misturador (não mostrado na FIG. 1). Usando a FIG. 1 como um exemplo, o elemento de transporte com hidratação-misturador recebe potência elétrica a partir do elemento de transporte unitário auxiliar 106 para energizar uma pluralidade de máquinas motrizes elétricas para realizar uma variedade de operações de hidratação e mistura. Como um exemplo, o tanque de hidratação do elemento de transporte com hidratação-misturador poderia ser configurado para realizar um processo de hidratação contínuo para hidratar uma pasta semifluida à base de polímero com o fluido fonte para atingir a viscosidade visada. Implementar um processo de hidratação contínuo em vez de um processo intermitente permite que o tanque de hidratação produza fluido hidratado como necessário ou em tempo real, onde a taxa de produção de fluido hidratado corresponde à quantidade de fluido de fraturamento que a unidade de misturador fornece para o elemento de transporte de bomba de fraturamento 108. Para fornecer uma produção adequada de tempo de residência para hidratar a pasta semifluida à base de polímero, o tanque de hidratação pode dirigir o fluido hidratado para percorrer um trajeto de fluxo tortuoso o que retarda o suprimento do fluido hidratado para a unidade de misturador.

[0042] O trajeto de fluxo tortuoso pode ser configurado para proporcionar uma quantidade mínima de tempo de residência para uma dada vazão para produzir fluido hidratado com a viscosidade visada. Ademais, o trajeto de fluxo tortuoso é configurado para reter um volume de fluido hidratado visado para sustentar uma taxa de fornecimento do fluido hidratado para a unidade de misturador. Por exemplo, para fornece uma vazão visada de cerca de 80 a 100 barris por minuto (bpm) e um tempo de residência de cerca de três minutos, o trajeto de fluxo tortuoso ou volume do tanque de hidratação iria precisar reter pelo menos cerca de 240 barris. À medida que o fluido hidratado se desloca através do trajeto de fluxo tortuoso, o trajeto de fluxo tortuoso pode também ser configurado para adicionalmente misturar, agitar, e aplicar forças de cisalhamento que acentuam hidratação da pasta semifluida à base de polímero. O trajeto de fluxo tortuoso para o tanque de hidratação pode ser implementado usando uma variedade de métodos conhecidos por pessoas com especialização normal na técnica.

[0043] Uma ou mais bombas sobre o elemento de transporte com hidratação-misturador podem então dirigir o fluido hidratado com a viscosidade visada para a unidade de misturador para misturar areia de fraturamento com o fluido hidratado. Em uma modalidade, o elemento de transporte com hidratação-misturador pode incluir um misturador de configuração dupla que compreende máquinas motrizes elétricas (por exemplo, motores elétricos) para o maquinário rotativo. O misturador de configuração dupla pode ter duas cubas de mistura separadas configuradas para ser independentes e redundantes, onde qualquer uma ou ambas das cubas de mistura pode(m) receber fluido hidratado que se originou a partir de qualquer um dos coletores de entrada. Em outras palavras, fluido fonte recebido a partir de qualquer um dos coletores de entrada pode subsequentemente ser hidratado e então misturado por qualquer uma ou ambas das cubas de mistura. Depois disso, fluido de fraturamento misturado é descarregado out de qualquer um dos coletores de saída. Em uma modalidade, quando ambas cubas de mistura são operacionais, o misturador de configuração dupla pode ter uma capacidade de mistura de até cerca de 240 bpm. Outras modalidades do elemento de transporte com hidratação- misturador podem utilizar um misturador de configuração única que só tem uma única cuba de mistura.

[0044] Combinar o tanque de hidratação e misturador em um único elemento de transporte com hidratação-misturador também permite que o elemento de transporte com hidratação- misturador suporte uma variedade de modos de operação, tais como um modo de operação direto, modo de operação em hidratação, e/ou modo de operação de corrente dividida. Em um modo de operação direto, o elemento de transporte com hidratação-misturador recebe o fluido fonte a partir de um ou mais coletores de entrada e descarrega diretamente o fluido fonte em um ou mais coletores de saída tendo o fluido fonte se desviado tanto do tanque de hidratação quanto das cubas de mistura da unidade de misturador. Fazendo assim, o elemento de transporte com hidratação-misturador supre fluido fonte, que pode também ser referido como fluido limpo, a um ou mais elementos de transporte de bomba de fraturamento 108. No modo de operação em hidratação, o elemento de transporte com hidratação-misturador dirige o fluido fonte para o tanque de hidratação, bombeia o fluido hidratado para dentro das cubas de mistura para formar fluido de fraturamento e descarrega o fluido de fraturamento, que pode também ser referido como fluido sujo, para um ou mais coletores de saída. Em um modo de operação de corrente dividida, o elemento de transporte com hidratação-misturador é capaz de descarregar tanto fluido limpo quanto fluido sujo para diferentes coletores de saída. Para suprir uma corrente dividida para os elementos de transporte de bomba de fraturamento, uma porção do fluido fonte se desvia tanto do tanque de hidratação quanto das cubas de mistura e escoa diretamente para fora para os coletores de saída, e uma porção restante do fluido fonte é dirigida para o tanque de hidratação para gerar o fluido sujo.

[0045] Ter um elemento de transporte com hidratação- misturador com diferentes modos de operação dá aos operadores flexibilidade para utilizar uma variedade de fluidos de fraturamento. Especificamente, o elemento de transporte com hidratação-misturador é flexível o bastante para fornecer fluido limpo, fluido sujo, ou ambos com base em uma operação de fraturamento desejada pelo operador. Usando FIG. 1 como um exemplo, o sistema de fraturamento móvel 103 pode ter alguns dos elementos de transporte de bomba de fraturamento 108 bombeando fluido limpo e outros elementos de transporte de bomba de fraturamento 108 bombeando fluido sujo como fluido de fraturamento. Um operador pode desejar utilizar fluido limpo como fluido de fraturamento por causa dos potenciais benefícios de aumentar e acentuar a vida de bombas de fraturamento. Por causa do desgaste adicional que areia de fraturamento e a pasta semifluida à base de polímero podem causar, bombas e equipamento coletor expostos a fluido sujo são frequentemente suscetíveis de custos de manutenção mais altos e/ou decréscimos na vida em útil quando comparados a bombas e equipamento coletor operando com fluido limpo. Como tal, tendo alguns dos elementos de transporte de bomba de fraturamento 108 bombeando fluido limpo, um operador pode reduzir os custos de operação de fraturamento. Distribuição de Potência de uma Fonte Móvel de Eletricidade

[0046] FIG. 2 é um diagrama esquemático de uma modalidade de um sistema de distribuição de potência de média-baixa tensão para o sistema de fraturamento móvel 103. Embora os níveis de tensão e corrente referenciados na FIG. 2 geralmente se refiram a potência elétrica de CA, outras modalidades podem ter o sistema de fraturamento móvel 103 configurado para ser energizado usando potência elétrica de CC. Como mostrado na FIG. 2, a fonte móvel de eletricidade 102 fornece potência por conexão ao elemento de transporte de engrenagem de comutação 112 usando três conexões de cabo de média tensão (por exemplo, 13,8 kV). Em uma ou mais modalidades, a fonte móvel de eletricidade 102 inclui um elemento de transporte de turbina-gerador elétrico que comprime e mistura ar de combustão com gás de hidrocarboneto para girar e gerar energia mecânica e então converte a energia mecânica em eletricidade. A fonte móvel de eletricidade 102 pode também incluir um elemento de transporte de admissão e exaustão que proporciona ar de combustão e ventilação e para o elemento de transporte de turbina-gerador elétrico ao gerar eletricidade. Configurar e utilizar um elemento de transporte de turbina-gerador elétrico e um elemento de transporte de admissão e exaustão são discutidos e mostrados em mais detalhe na patente US 9.534.473, depositada em 16 de dezembro de 2015 por Jeffrey G. Morris et al. e intitulada "Mobile Electric Power Generation for Hydration Fracturing of Subsurface Geological Formations", que é aqui incorporada por referência como se fosse reproduzida em sua totalidade. Em outras modalidades, a fonte móvel de eletricidade 102 poderia incluir outras configurações de elemento de transporte para empregar uma fonte de eletricidade centralizada que energiza equipamento de fraturamento.

[0047] O elemento de transporte de engrenagem de comutação 112 contém um transformador que escalona para baixo a potência elétrica de média tensão (por exemplo, 13,8 kV) para um baixo nível de tensão (por exemplo, 480 V) e fornece uma baixa tensão (por exemplo, 480 V) conexão elétrica para outros elementos de transporte. Usando a FIG. 2 como um exemplo, o elemento de transporte de engrenagem de comutação 112 se conecta aos elementos de transporte de potência motriz 104 e o elemento de transporte unitário auxiliar 106 usando a conexão elétrica de 480 V. FIG. 2 também ilustra que o elemento de transporte de engrenagem de comutação 112 utiliza quatro 480 V conexões de cabo a partir de um elemento de transporte de potência auxiliar 120 que fornece potência elétrica para ignição, partida, ou energização sobre a fonte móvel de eletricidade 102 e/ou fornece energização auxiliar onde a demanda de potência elétrica de pico excede a saída de potência elétrica da fonte móvel de eletricidade 102. Embora não mostrado na FIG. 2, em outras modalidades, o elemento de transporte de engrenagem de comutação 112 pode também incluir um transformador para escalonar para baixo a potência elétrica a partir de um nível de tensão médio (por exemplo, 13,8 kV) para um nível de tensão relativamente mais baixo (por exemplo, 4,2 kV) e fornecer o nível de tensão média relativamente mais baixo (por exemplo, 4,2 kV) diretamente para os elementos de transporte de potência motriz 104.

[0048] Como mostrado na FIG. 2, tanto o elemento de transporte de hidratação 118 e o elemento de transporte misturador 110, quanto os elementos de transporte de bomba de fraturamento 108 não contêm transformadores para escalonar para baixo a tensão para a potência elétrica do elemento de transporte de engrenagem de comutação 112. Em vez disso, a tensões supridas para energizar o equipamento de fraturamento (por exemplo, as máquinas motrizes elétricas) são escalonadas para baixo a montante em diferentes elementos de transporte dentro do sistema de fraturamento móvel 103. Como um exemplo, os elementos de transporte de potência motriz 104 podem ser operáveis para escalonar para baixo um nível de tensão médio (por exemplo, 13,8 kV) que o elemento de transporte de engrenagem de comutação 112 supre para um nível de tensão médio relativamente mais baixo (por exemplo, 4,2 kV), e o elemento de transporte unitário auxiliar 106 pode ser capaz de escalonar para baixo para um nível de tensão médio (por exemplo, 13,8 kV) que o elemento de transporte de engrenagem de comutação 112 supre para um nível de tensão baixo (por exemplo, 480 V). Em outros exemplos, o elemento de transporte de engrenagem de comutação 112 pode incluir outros transformadores que escalonam pata baixo a tensão para outras tensões. Os elementos de transporte de potência motriz 104 e o elemento de transporte unitário auxiliar 106 então suprem as tensões escalonadas para baixo para energizar máquinas motrizes elétricas montadas sobre elementos de transporte (por exemplo, elemento de transporte misturador 110 e elementos de transporte de bomba de fraturamento 108) e outro equipamento de fraturamento. Em uma ou mais modalidades, os transformadores e/ou acionamentos (por exemplo, VFDs) para controlar as máquinas motrizes elétricas podem ser colocados sobre elementos de transporte de potência motriz 104 e/ou elemento de transporte unitário auxiliar 106 porque os elementos de transporte de bomba de fraturamento 108 e/ou elementos de transporte de misturador 110 podem não ter espaço bastante ou podem exceder um limite de peso específico.

[0049] Na FIG. 2, o elemento de transporte de engrenagem de comutação 112 fornece uma conexão elétrica de média tensão (por exemplo, 13,8 kV) e uma conexão elétrica de baixa tensão (por exemplo, 480 V) para os elementos de transporte de potência motriz 104. Especificamente, cada elemento de transporte de potência motriz 104 recebe uma única conexão de cabo de média tensão (por exemplo, 13,8 kV) a partir do elemento de transporte de engrenagem de comutação 112 e utiliza transformadores para escalonar para baixo o nível de tensão da potência elétrica recebida a partir do nível de tensão médio (por exemplo, 13,8 kV) para um nível de tensão média relativamente mais baixo (por exemplo, 4,2 kV). Cada elemento de transporte de potência motriz 104 também recebe uma única conexão de cabo de baixa tensão (por exemplo, 480 V) a partir do elemento de transporte de engrenagem de comutação 112. Depois que os elementos de transporte de potência motriz 104 recebem potência elétrica a partir do elemento de transporte de engrenagem de comutação 112, cada elemento de transporte de potência motriz 104 fornece potência elétrica para dois elementos de transporte de bomba de fraturamento 108 diferentes. Em outras palavras, o sistema de fraturamento móvel 103 implementa uma razão 2:1 cm respeito ao número de elementos de transporte de bomba de fraturamento 108 que recebem potência elétrica a partir de um elemento de transporte de potência motriz 104. Outras modalidades podem ter razões diferentes onde o elemento de transporte de potência motriz 104 supre potência para um único elemento de transporte de bomba de fraturamento 108 (por exemplo, razão 1:1) ou mais do que dois elementos de transporte de bomba de fraturamento 108 (por exemplo, razão 3:1 ou 4:1).

[0050] Como mostrado na FIG. 2, cada elemento de transporte de potência motriz 104 supre uma conexão de cabo de baixa tensão (por exemplo, 480 V) e duas conexões de cabo de média tensão relativamente mais baixa (por exemplo, 4,2 kV) para energizar cada elemento de transporte de bomba de fraturamento 108. A conexão de cabo de baixa tensão pode suprir potência elétrica para acionamentos (por exemplo, VFDs) e/ou outro equipamento elétrico (por exemplo, sensores) montados sobre o elemento de transporte de bomba de fraturamento 108. As duas conexões de cabo de média tensão (por exemplo, 4,2 kV) suprem potência elétrica para uma ou mais máquinas motrizes elétricas que acionam uma ou mais bombas que bombeiam fluido de fraturamento para um furo de poço. Como um exemplo, o elemento de transporte de bomba de fraturamento 108 contém um motor elétrico de duplo eixo de 5000 cavalos vapor (HP) que utiliza cerca de 600 amperes (A) de corrente elétrica para operar. O motor elétrico de duplo eixo pode ser um motor elétrico de duplo eixo que é discutido e mostrado em mais detalhe na patente US 9.534.473, depositada em 16 de dezembro de 2015 por Jeffrey G. Morris et al. e intitulada "Mobile Electric Power Generation for para Hydration Fracturing of Subsurface Geological Formations". Para suprir bastante potência elétrica, cada uma das conexões de cabo de média tensão (por exemplo, 4,2 kV) pode fornecer cerca de 300 A de corrente elétrica. Ter um único cabo elétrico de média tensão (por exemplo, 4,2 kV) que fornece 600 A de corrente elétrica para o motor elétrico de duplo eixo pode não ser desejável por causa de questões de segurança com o fluxo de corrente relativamente alto. Além das questões de segurança com respeito ao fluxo de corrente relativamente alto (por exemplo, 600 A), ter um único cabo elétrico pode também causas problemas de conexão e/ou desconexões por cause do tamanho de cabo mais espesso usado para suportar fluxo de corrente relativamente alto.

[0051] FIG. 2 também ilustra que o elemento de transporte de engrenagem de comutação 112 supre uma única conexão de cabo de média tensão (por exemplo, 13,8 kV) e uma única conexão de cabo de baixa tensão (por exemplo, 480 V) para um elemento de transporte unitário auxiliar 106. O elemento de transporte unitário auxiliar 106 inclui pelo menos um transformador para escalonar para baixo a tensão a partir do nível de tensão médio (13,8 kV) para o nível de tensão baixo (por exemplo, 480 V). O elemento de transporte unitário auxiliar 106 supre uma conexão elétrica nível de tensão baixo (por exemplo, 480 V) para tanto o elemento de transporte de hidratação 118 quanto elemento de transporte misturador 110. Na FIG. 2, o elemento de transporte de hidratação 118 e o elemento de transporte misturador 110 são separados e independentes um do outro, onde o elemento de transporte de hidratação 118 recebe duas conexões de cabo de baixa tensão (por exemplo, 480 V) e o elemento de transporte misturador 110 recebe oito conexões de cabo de baixa tensão (por exemplo, 480 V) a partir do elemento de transporte unitário auxiliar 106. Outras modalidades do sistema de distribuição de potência podem ter o elemento de transporte unitário auxiliar 106 fornecendo uma conexão elétrica de baixa tensão (por exemplo, 480 V) (por exemplo, dez conexões de cabo) para uma única unidade de elemento de transporte com hidratação-misturador para modalidades quando o elemento de transporte misturador 110 e o elemento de transporte de hidratação 118 são integrados em um único elemento de transporte.

[0052] FIG. 3 é um diagrama esquemático de uma outra modalidade de um sistema de distribuição de potência de média tensão para o sistema de fraturamento móvel 302. Em contraste com a FIG. 2, o sistema de distribuição de potência move o escalonamento para baixo da tensão mais a jusante, colocando transformadores 310 e/ou 312 sobre os elementos de transporte de bomba de fraturamento 304 e o elemento de transporte com hidratação-misturador 306. Como mostrado na FIG. 3, o sistema de fraturamento móvel 302 reduz o número de elementos de transporte eliminando a necessidade de um elemento de transporte unitário auxiliar (por exemplo, elemento de transporte unitário auxiliar 106 na FIG. 2) e/ou elementos de transporte de potência motriz (por exemplo, elementos de transporte de potência motriz 104 na FIG. 2). Ao invés, os acionamentos (por exemplo, VFDs) para controlar e monitorar as máquinas motrizes elétricas dos elementos de transporte de bomba de fraturamento 304 e os transformadores 310 e/ou 312 para escalonar para baixo a tensão para a potência elétrica são montados sobre o elemento de transporte de bomba de fraturamento 304 e o elemento de transporte com hidratação-misturador 306.

[0053] FIG. 3 ilustra que o elemento de transporte de engrenagem de comutação 308 se conecta a uma fonte móvel de eletricidade 102 com seis conexões de cabo de média tensão (por exemplo, 13,8 kV). O elemento de transporte de engrenagem de comutação também se conecta a um elemento de transporte de potência auxiliar 120 com uma conexão de cabo de média tensão (por exemplo, 13,8 kV). O elemento de transporte de engrenagem de comutação 308 também inclui um transformador 312 que escalona para baixo a potência elétrica recebida em um nível de tensão médio (por exemplo, 13,8 kV) a partir do elemento de transporte de potência auxiliar 120 para um nível de tensão baixo (por exemplo, 480 V). A conexão de nível de tensão baixo (por exemplo, 480 V) pode fornecer potência elétrica para ignição, partida, ou energização sobre a fonte móvel de eletricidade 102. Em contraste com a FIG. 2, o elemento de transporte de engrenagem de comutação 308 não emite ou fornece conexões elétricas de baixa tensão (por exemplo, 480 V) para outros elementos de transporte. Especificamente, o elemento de transporte de engrenagem de comutação 308 emite e supre conexões de cabo de média tensão (por exemplo, 13,8 kV) diretamente para o elemento de transporte com hidratação-misturador 306 e o elemento de transporte de bomba de fraturamento 304 sem conexão com quaisquer elementos de transporte intermediários (por exemplo, elemento de transporte de potência motriz 104 e elemento de transporte unitário auxiliar 106 na FIG. 2). FIG. 3 ilustra que o elemento de transporte de engrenagem de comutação 308 gera um total de sete conexão de cabo de média tensão (por exemplo, 13,8 kV), onde cada um dos elementos de transporte de bomba de fraturamento 304 é diretamente conectado ao elemento de transporte de engrenagem de comutação 308 com uma única conexão de cabo de média tensão (por exemplo, 13,8 kV). O elemento de transporte de engrenagem de comutação 308 também se conecta diretamente ao elemento de transporte com hidratação-misturador 306 usando uma única conexão de cabo de média tensão (por exemplo, 13,8 kV).

[0054] O sistema de distribuição de potência de média tensão mostrado na FIG. 3 é capaz de reduzir o número de cabos elétricos usados para suprir potência elétrica para o elemento de transporte de bomba de fraturamento 304 e elemento de transporte com hidratação-misturador 306 quando comparado com o sistema de distribuição de potência de média- baixa tensão mostrado na FIG. 2. Especificamente, quando comparado com o sistema de distribuição de potência de média- baixa tensão mostrado na FIG. 2, o sistema de distribuição de potência de média tensão na FIG. 3 é capaz de reduzir o número de cabos elétricos que fornecem potência para cada elemento de transporte de bomba de fraturamento 304. Como mostrado na FIG. 3, o sistema de fraturamento móvel 302 reduz o número de cabos elétricos de três cabos elétricos para um cabo elétrico para cada elemento de transporte de bomba de fraturamento 304. Uma redução adicional de cabos elétricos é mostrada suprindo um cabo elétrico ao elemento de transporte com hidratação-misturador 306 em vez dos dez cabos elétricos usados para energizar tanto o elemento de transporte misturador 110 quanto o elemento de transporte de hidratação 118. Uma razão para o sistema de distribuição de potência de média tensão ser capaz de utilizar menos cabos elétricos é que cada cabo elétrico não precisa suprir uma corrente relativamente alta (por exemplo, 600 A) para cada um dos elementos de transporte de bomba de fraturamento 304 e elemento de transporte com hidratação-misturador 306. Suprir potência elétrica a níveis de corrente relativamente mais baixos evita as questões de segurança e/ou problemas conexão/desconexão associados com o uso de um único cabo elétrico que supre corrente relativamente alta (por exemplo, 600 A).

[0055] Cada elemento de transporte de bomba de fraturamento 304 pode incluir um ou mais transformadores para escalonar para baixo a tensão recebida a partir do elemento de transporte de engrenagem de comutação 308 para diferentes níveis de tensão. Usando a FIG. 3 como um exemplo, cada elemento de transporte de bomba de fraturamento 304 pode incluir dois transformadores separados e independentes, um primeiro transformador 310 para escalonar para baixo para um nível de tensão de 4,2 kV e um segundo transformador 312 para escalonar para baixo para um nível de tensão de 480 V. Em outros exemplos, cada elemento de transporte de bomba de fraturamento 304 pode incluir um único transformador que produz múltiplos níveis de tensão. Por exemplo, o elemento de transporte de bomba de fraturamento 304 pode apoiar um transformador trifásico ou de três enrolamentos para escalonar para baixo a tensão para dois diferentes níveis de tensão. Lembre-se que nível de tensão de 4,2 kV supre potência elétrica para uma ou mais máquinas motrizes elétricas que acionam uma ou mais bombas e o de 480 V supre potência elétrica para os acionamentos e/ou outra instrumentação de controle montada sobre o elemento de transporte de bomba de fraturamento 304. Os transformadores 310 e 312 são configurados para suprir bastante corrente elétrica para energizar as máquinas motrizes acionadores, e/ou outra instrumentação de controle.

[0056] FIG. 3 também ilustra que o elemento de transporte com hidratação-misturador 306 pode incluir um transformador que escalona para baixo o nível de tensão para 480 V. O elemento de transporte com hidratação-misturador 306 pode usar os níveis de tensão escalonada para baixo para fornecer potência elétrica para as máquinas motrizes elétricas para o elemento de transporte com hidratação- misturador 306, acionamentos, e/ou outra instrumentação de controle montada sobre o elemento de transporte com hidratação-misturador 306. O elemento de transporte com hidratação-misturador 306 pode também ser configurado para fornecer potência elétrica nível de tensão de 480 V para outro equipamento de fraturamento a jusante, tal como o transportador de areia. Na FIG. 3, o sistema de distribuição de potência de média tensão pode utilizar duas conexões elétricas para fornecer potência elétrica para o transportador de areia. Embora FIG. 3 ilustre que o elemento de transporte de engrenagem de comutação 308 fornece potência elétrica para um elemento de transporte com hidratação- misturador 306, outras modalidades podem ter o elemento de transporte de engrenagem de comutação 308 conectando-se separadamente a um elemento de transporte de hidratação e um elemento de transporte de misturador. Em uma tal modalidade, o elemento de transporte de engrenagem de comutação 308 pode se conectar ao elemento de transporte de hidratação usando uma única conexão de cabo média tensão (por exemplo, 13,8 kV) e um outra única conexão de cabo média tensão (por exemplo, 13,8 kV) para conectar ao misturador elemento de transporte de misturador.

[0057] Montando os acionamentos e transformadores 310 e/ou 312 sobre o elemento de transporte de bomba de fraturamento 304 e elemento de transporte com hidratação- misturador 306, os elementos de transporte se tornam individualmente autônomos removendo a necessidade de outros reboques baseados em suporte separados, tais como o elemento de transporte unitário auxiliar e elementos de transporte de potência motriz que fornecem controle de acionamento e/ou conversão de potência. Ter reboques autônomos permite que o sistema de fraturamento móvel 302 se torne escalonável e flexível, onde cada elemento de transporte de bomba de fraturamento pode ser intercambiável um com o outro. Por exemplo, se o poço é relativamente pequeno, o sistema de fraturamento móvel 302 pode ter um número reduzido de elementos de transporte de bomba de fraturamento 304 (por exemplo, quatro elementos de transporte em vez de seis elementos de transporte). Inversamente, se o poço é grande e/ou o sítio de poço é localizado em altas elevações e/ou altas temperaturas, mais elementos de transporte de bomba de fraturamento 304 podem ser empilhados para aumentar a capacidade de bombeamento sem utilizar elementos de transporte à base de suporte adicionais (por exemplo, elementos de transporte de potência motriz 104 mostrados nas FIGS. 1 e 2).

[0058] Embora as FIGS. 2 e 3 ilustrem modalidades específicas de sistema de fraturamento móvel 103 e 302 que utilizam potência elétrica para operações, a invenção não é limitada a estas modalidades particulares. Por exemplo, com referência à FIG. 3, a invenção descreve um elemento de transporte de engrenagem de comutação 308 recebendo potência elétrica a partir de uma fonte de eletricidade móvel. Todavia, outras modalidades podem ter o elemento de transporte de engrenagem de comutação 308 recebendo potência elétrica a partir de outros tipos de fontes de potência, tais como uma grade de potência ou uma fonte de potência estacionária. Adicionalmente ou alternativamente, o sistema de fraturamento móvel 302 mostrado na FIG. 3 pode utilizar um elemento de transporte de hidratação e elemento de transporte misturador separados em vez do elemento de transporte com hidratação-misturador 306. O uso e a discussão das FIGS. 2 e 3 são apenas exemplos para facilidade de descrição e explicação. Elemento de Transporte com Hidratação-Misturador

[0059] FIG. 4A ilustra uma vista lateral de uma modalidade de um elemento de transporte com hidratação- misturador 400 que compreende um tanque de hidratação 402, uma unidade de misturador 404, uma máquina motriz elétrica 406, uma bomba 408, e múltiplos grupos de coletor 410, 412, e 414. FIG. 4A também ilustra que o elemento de transporte com hidratação-misturador 400 como um reboque que inclui quatro eixos. Outras modalidades do elemento de transporte com hidratação-misturador 400 podem variar o número de eixos dependendo do peso do equipamento de fraturamento e/ou do tamanho do tanque de hidratação 402. Por exemplo, o elemento de transporte com hidratação-misturador 400 pode incluir três eixos para permitir montagem de um tanque de hidratação 402 com volume maior. Removendo o eixo 401 do reboque, o elemento de transporte com hidratação-misturador 400 tem espaço disponível montar um tanque de hidratação maior 402.

[0060] Dependendo dos modos de operação, os grupos de coletor 410, 412, e 414 podem ser configurados como coletores de entrada que recebem fluido fonte e/ou coletores de saída que suprem fluido de fraturamento para um ou mais elementos de transporte de bomba de fraturamento. Os grupos de coletor 410, 412, e 414 são acoplados ao sistema coletor interno do elemento de transporte com hidratação-misturador 400 para encaminhar fluido dentro do elemento de transporte com hidratação-misturador 400. As máquinas motrizes elétricas 406 (por exemplo, motores elétricos) podem acionar as bombas 408 para puxar para dentro e fornecer fluido fonte para o tanque de hidratação 402, unidade de misturador 404, e/ou diretamente para um outro grupo de coletor com base na configuração do sistema coletor interno. Para implementar uma variedade de modos de operação, o sistema coletor interno inclui uma pluralidade de válvulas (não mostradas na FIG. 4A) configuradas para isolar diferentes seções do sistema coletor interno.

[0061] O sistema coletor interno pode compreender um sistema coletor de tanque de hidratação 416, um sistema coletor de hidratação-misturador 418, um sistema coletor de saída do misturador 420, um sistema coletor interconector 424, e um sistema coletor sob tanque 430. O sistema coletor interconector 424 pode conectar os grupos de coletor 410, 412, e 414, as bombas 408, o sistema coletor de tanque de hidratação 416, o sistema coletor de hidratação-misturador 418, o sistema coletor sob tanque 430 entre si. Para conectar o sistema coletor interconector 424 os grupos de coletor 410 e 412, pontos de conexão 426 e 432, respectivamente, podem ser usados para conectar o sistema coletor de interconector 424 ao sistema coletor sob tanque 430. O sistema coletor de tanque de hidratação 416 pode ser configurado para receber fluido fonte a partir de um ou mais dos grupos de coletor 410, 412, e 414 via o sistema coletor de interconector 424 para elemento de transporte o fluido fonte dentro do tanque de hidratação 402.

[0062] Depois que o tanque de hidratação 402 hidrata a pasta semifluida à base de polímero com o fluido fonte, o sistema coletor hidratação-misturador 418 transporta o fluido hidratado a partir do tanque de hidratação 402 para cubas de mistura 454. Uma vez que as cubas de mistura 454 misturam areia de fraturamento com o fluido hidratado para formar fluido de fraturamento, o sistema coletor de saída do misturador 420 pode então transportar o fluido de fraturamento a partir da unidade de misturador 404 para um ou mais grupos de coletor 410, 412, e 414. Um sistema coletor de realimentação 428 pode ser configurado para realimentar líquido dentro do tanque de hidratação 402 para manter um nível desejado de fluido hidratado. O sistema coletor sob tanque 430 pode ser configurado para conectar os grupos de coletor 410, 412, e 414 um ao outro. Embora não ilustrado, o sistema coletor interno mostrado na FIG. 4 pode incluir outros componentes conhecidos por pessoas com especialização normal na técnica para monitorar propriedades do fluido e/ou dirigir fluidos dentro do elemento de transporte com hidratação-misturador 400, tais como medidores de fluxo, densitômetros e válvulas.

[0063] Como mostrado na FIG. 4A, o elemento de transporte com hidratação-misturador 400 pode incluir um sistema de energização e controle 436. Em uma modalidade, o sistema de energização e controle 436 pode incluir um acionamento (por exemplo, um VFD) para controlar as máquinas motrizes elétricas 406 e um transformador para escalonar para baixo a tensão que chega. Por exemplo, o transformador é configurado para receber uma tensão relativa mais alta (por exemplo, 13,8 kV) e escalonar para baixo o nível de tensão para 480 V. O sistema de energização e controle 436 pode também ser configurado para fornecer potência elétrica no nível de tensão de 480 V para outro equipamento de fraturamento a jusante, tal como o transportador de areia. Em uma outra modalidade, o sistema de energização e controle 436 pode incluir o acionamento para controlar as máquinas motrizes elétricas 406, mas pode não incluir o transformador e ao invés receber potência na tensão escalonada para baixo (por exemplo, 480 V) a partir de um outro elemento de transporte.

[0064] FIG. 4A ilustra que a unidade de misturador 404 é um misturador em configuração dupla que inclui dois módulos misturadores separados para produzir fluido de fraturamento. Cada módulo misturador inclui uma cuba de mistura 454, uma tremonha 450 (também conhecida como tanques de surto), e um componente dosador 452 (por exemplo, um trado). Para energizar as operações de mistura, a unidade de misturador 404 pode também incluir máquinas motrizes 456 e 458. Como mostrado na FIG. 4A, cada um dos módulos misturadores inclui uma máquina motriz elétrica 456 para energizar o componente dosador 452 que dosa areia de fraturamento para dentro da cuba de mistura 454, e uma máquina motriz elétrica 458 para acionar bombas para energizar a cuba de mistura. A cuba de mistura 454 mistura a areia de fraturamento e fluido hidratado recebido a partir do sistema coletor de hidratação- misturador 418 para produzir o fluido de fraturamento que descarrega via o sistema coletor de saída do misturador 420. A cuba de mistura 454 pode descarregar o fluido de fraturamento usando uma bomba (não mostrada na FIG. 4A) acionada por uma máquina motriz.

[0065] Na FIG. 4A, o componente dosador 452 é um trado posicionado em uma inclinação para dosar a areia de fraturamento para dentro de uma cuba de mistura 454. Outras modalidades da unidade de misturador 404 podem ter o componente dosador 452 posicionado em uma orientação reta ou horizontal. Controlar corretamente e dosar areia de fraturamento para dentro da cuba de mistura 454 afeta a concentração global em agente de escoramento do fluido de fraturamento (por exemplo, peso da pasta semifluida). Controlar a concentração global de agente de escoramento é vantajoso porque a concentração global de agente de escoramento pode afetar o transporte do agente de escoramento e as dimensões de frature escorada das formações geológicas subsuperficiais e a realização do tratamento de fraturamento hidráulico.

[0066] A unidade de misturador 404 unidade pode ser configurada para produzir fluido de fraturamento usando areia de fraturamento seca e/ou areia de fraturamento úmida. Em uma modalidade, para ser capaz de produzir fluido de fraturamento usando areia de fraturamento úmida, a unidade de misturador 404 pode incluir um ou mais componentes vibradores (por exemplo, vibradores, telas vibratórias e geradores acústicos), que não são mostrados na FIG. 4A, para liquefazer areia e acentuar as propriedades de fluxo da areia de fraturamento úmida. Os componentes vibradores podem ser energizados por uma variedade de fontes de potência que incluem, mas não são limitadas a, de pressão de ar, hidráulicas e/ou elétricas. Quando se energiza os componentes vibradores por eletricidade, a unidade de misturador 404 inclui motores elétricos para acionar bombas hidráulicas que operam os componentes vibradores. Controlando os motores elétricos, um operador é capaz de controlar indiretamente um ou mais componentes vibradores via pressão hidráulica. Em um outro exemplo, operadores são capazes de controlar o um ou mais componentes vibradores diretamente conectando um ou mais motores elétricos a um ou mais componentes vibradores. Ajustar os atributos de motores elétricos, tis como frequência, tensão, e/ou amperagem pode variar operação dos componentes vibradores. Para reduzir vibração e perturbação para outros componentes do elemento de transporte com hidratação-misturador 400, a unidade de misturador 404 pode incluir um sistema de isolamento de vibração que inclui molas, sacos de ar, amortecedores à base de borracha (por exemplo, embuchamentos de borracha), e/ou outros componentes de isolamento de vibração. Em modalidades onde uma tela vibratória e/ou ondas acústicas são usadas para liquefazer diretamente areia sem vibração da cuba de mistura, o sistema de isolamento de vibração pode amortecer e reduzir a quantidade de vibração experimentada pela cuba de mistura. Processamento e liquefação de areia de fraturamento úmida são discutidos em mais detalhe no pedido de patente US 15/452.415, depositado em 7 de março de 2017 por Jeffrey G. Morris et al. e intitulado "Utilizing Wet Fracturing Sand for Hydraulic Fracturing Operations", que é aqui incorporado por referência como se reproduzido na sua totalidade.

[0067] FIG. 4B ilustra uma vista em corte transversal sob tanque do elemento de transporte com hidratação- misturador 400. Especificamente, FIG. 4B representa a vista em corte transversal C-C ilustrada na FIG. 4A que realça o sistema coletor sob tanque 430. Como mostrado na FIG. 4B, o sistema coletor sob tanque 430 inclui dois lados redundantes que são acoplados entre si usando coletores de cruzamento 440 e 442. O sistema coletor de saída de misturador 420 discutido na FIG. 4A, se conecta a ambos lados do sistema coletor sob tanque 430 nos pontos de conexão 444 de maneira tal que a saída de uma das cubas de mistura se conecta a um lado do sistema coletor sob tanque 430. Os coletores de cruzamento 440 e 442 permitem que fluido de fraturamento seja descarregado para qualquer lado ou ambos lados do elemento de transporte com hidratação-misturador 400 e também permite que o tanque de hidratação receba fluido fonte a partir de qualquer lado do elemento de transporte com hidratação-misturador 400. Cada lado do sistema coletor sob tanque 430 também inclui os grupos de coletor 410, 412, e 414, onde cada grupo de coletor pode ser isolado usando válvulas (não mostradas na FIG. 4B). Os coletores de cruzamento 440 e 442 podem incluir válvulas para permitir ou impedir que fluido escoe para ambos lados do sistema coletor sob tanque 430.

[0068] FIG. 4B também ilustra que o sistema coletor sob tanque 430 inclui três pontos de conexão de bomba 446, pontos de conexão 426, e um ponto de conexão 432. Os três pontos de conexão de bomba 446 interconectam o sistema coletor sob tanque 430 para as bombas 408 mostradas na FIG. 4A. FIG. 4A ilustra que as máquinas motrizes elétricas 406 são posicionadas acima das bombas 408 de maneira tal que uma ou mais das máquinas motrizes elétricas 406 podem acionar uma ou mais bombas 408. As bombas 408 são então capazes de dirigir fluido fonte e/ou fluido de fraturamento para dentro e para fora do sistema coletor sob tanque 430. Por exemplo, as bombas 408 podem ser capazes de bombear fluido fonte recebido a partir de um ou mais grupos de coletor 410, 412, e 414 para o sistema coletor interconector 424 via pontos de conexão 426. Uma ou mais válvulas podem ser ajustadas de acordo com o modo de operação para o elemento de transporte com hidratação-misturador 400. Por exemplo, para implementar operação de corrente dividida, uma válvula associada com o ponto de conexão 432 pode ser ajustada para uma posição aberta de maneira tal que fluido fonte recebido a partir dos grupos de coletor 410, 412, e 414 é enviado diretamente para outros grupos de coletor 410, 412, e 414 (por exemplo, grupo de coletor 412) e se desvia do tanque de hidratação 402. Em outras palavras, o ponto de conexão 432 pode ser usado para desviar dos tanques de hidratação 402 e cubas de mistura 454 e bombear diretamente fluido fonte recebido de um ou mais grupos de coletor 410, 412, e 414 de volta para fora para outros grupos de coletor 410, 412, e 414.

[0069] FIG. 4C ilustra uma vista em corte transversal do elemento de transporte com hidratação-misturador 400 que ilustra o interior do tanque de hidratação 402. Como mostrado na FIG. 4C, o interior do tanque de hidratação 402 inclui o sistema coletor interconector 424 que permite que as bombas, acionadas pelas máquinas motrizes elétricas 406, dirijam fluido para diferentes seções do sistema coletor interno. Em particular, o sistema coletor interconector 424 se conecta ao sistema coletor de tanque de hidratação 416 via pontos de conexão 462 e 438 e se conecta ao sistema coletor de hidratação-misturador 418 via o ponto de conexão 464. Usando o sistema coletor interconector 424, as bombas são capazes de dirigir fluido fonte recebido em um ou mais grupos de coletor 410, 412, e 414 para o tanque de hidratação via o sistema coletor de tanque de hidratação 416 e/ou bombear fluido hidratado para as cubas de mistura 454 via o sistema coletor de hidratação-misturador 418.

[0070] FIG. 4D ilustra uma vista de topo do elemento de transporte com hidratação-misturador 400 que representa o topo do tanque de hidratação 402. Na FIG. 4D, o sistema coletor do tanque de hidratação 416 recebe fluido fonte e dirige esse fluido fonte para um difusor localizado no topo do tanque de hidratação 402. O difusor combina o fluido fonte com a pasta semifluida à base de polímero e alimenta o fluido hidratado para um trajeto de fluxo tortuoso dentro do tanque de hidratação 402. Uma vez que o fluido hidratado se desloca através do trajeto de fluxo tortuoso, o sistema coletor de hidratação-misturador 418 obtém o fluido hidratado via o sistema coletor interconector 424 e supre o fluido hidratado para as cubas de mistura 454. Em uma modalidade, o sistema coletor de hidratação-misturador 418 inclui duas conexões de coletor diferentes, onde cada conexão de coletor supre fluido hidratado para uma das cubas de mistura 454. Depois disso, a cuba de mistura descarrega o fluido de fraturamento via o sistema coletor de saída do misturador 420.

[0071] FIG. 4E ilustra uma vista em corte transversal do elemento de transporte com hidratação-misturador 400 que corresponde à seção cortada A-A mostrada na FIG. 4D. Na FIG. 4E, a combinação de máquina motriz elétrica 406 e bomba 408 é montada em uma posição ereta de maneira tal que a máquina motriz elétrica 406 é montada sobre o topo da bomba 408. As bombas 408 são também conectadas ao sistema coletor sob tanque 430. Três diferentes combinações de máquina motriz elétrica 406 e bomba 408 podem ser usadas para fornecer bastante potência para simultaneamente bombear fluido fonte para o elemento de transporte com hidratação-misturador 400, bombear fluido hidratado para as cubas de mistura 454, e/ou bombear fluido para fora do elemento de transporte com hidratação-misturador 400. Em uma modalidade, as bombas 408 podem ser bombas centrífugas.

[0072] FIG. 4F ilustra uma vista em corte transversal sob tanque de uma outra modalidade de um elemento de transporte com hidratação-misturador 400. Especificamente, FIG. 4F representa a ilustração vista em corte transversal C-C de um sistema coletor sob tanque 480 que é substancialmente similar ao sistema coletor sob tanque 430 mostrado na FIG. 4B. O sistema coletor sob tanque 480 é similar ao sistema coletor sob tanque 430 exceto que o sistema coletor sob tanque 480 inclui um cárter 482 para coletar e remover fluido do tanque de hidratação 402. Como um exemplo, quando um operador completa um trabalho de fraturamento, o operador pode esvaziar fluido armazenado dentro do tanque de hidratação 402 antes de transportar. Um operador é capaz de desviar fluido armazenado dentro do tanque de hidratação 402 para o cárter 482 ao descarregar fluido para fora do tanque de hidratação 402.

[0073] FIG. 5 ilustra uma modalidade de um elemento de transporte com hidratação-misturador 500 que inclui uma única cuba de mistura. FIG. 5 ilustra uma vista de topo do elemento de transporte com hidratação-misturador 500 que representa o topo do tanque de hidratação. FIG. 5 é similar à FIG. 4D exceto que coletores dentro do sistema coletor de hidratação-misturador 418 e sistema coletor de saída do misturador 420 que correspondem à cuba de mistura que falta foram removidos. Por exemplo, na FIG. 4D, uma vez que o fluido hidratado se desloca através do trajeto de fluxo tortuoso, o sistema coletor de hidratação-misturador 418 supre o fluido hidratado para apenas uma cuba de mistura 454. O sistema coletor de hidratação-misturador 418 inclui apenas uma conexão de coletor para suprir fluido hidratado para as cubas de mistura 454. Depois disso, a cuba de mistura 454 descarrega o fluido de fraturamento via o sistema coletor de saída de misturador 420 (por exemplo, usando uma bomba não mostrada na FIG. 5), que tem apenas uma conexão de coletor de saída para a cuba de mistura 454. Embora a FIG. 5 ilustre que três máquinas motrizes elétricas 406 podem ser usadas para acionar três bombas 408, outras modalidades do elemento de transporte com hidratação-misturador 500 podem incluir duas máquinas motrizes elétricas 406 que acionam duas bombas 408.

[0074] FIG. 6 é um fluxograma de uma modalidade de um método 600 para fornecer fluido de fraturamento usando um único elemento de transporte com hidratação-misturador. O método 600 pode corresponder ao modo de operação hidratação- misturador e o modo de operação de corrente dividida. O uso e a discussão da FIG. 6 são apenas um exemplo para facilitar explicação e não são destinados a limitar a invenção a este exemplo específico. Por exemplo, embora a FIG. 6 ilustre que os blocos dentro de método 600 são implementados em uma ordem sequencial, o método 600 não é limitado a esta ordem sequencial. Por exemplo, um ou mais dos blocos, tais como os blocos 604 e 606, podem ser implementados em paralelo.

[0075] O método 600 pode iniciar no bloco 602 recebendo fluido fonte a partir de um ou mais coletores de entrada/saída. Para implementar o bloco 602, o método 600 pode configurar um ou mais valores dentro do elemento de transporte com hidratação-misturador de maneira tal que alguns dos coletores de entrada/saída são configurados para receber fluido fonte e alguns dos coletores de entrada/saída de saída descarregam fluido de fraturamento. O método 600 pode então se mover para o bloco 604 e acionar uma ou mais bombas para encaminhar o fluido fonte a partir dos coletores de entrada/saída para um tanque de hidratação. Em uma modalidade, o método 600 pode usar máquinas motrizes elétricas para acionar bombas para encaminhar o fluido fonte.

[0076] O método 600 continua para o bloco 606 e hidrata uma pasta semifluida à base de polímero com o fluido fonte para produzir fluido hidratado com uma viscosidade visada. Em uma modalidade, o método 600 pode utilizar um trajeto de fluxo tortuoso que fornece bastante tempo de residência e uma vazão para suprir fluido de fraturamento para uma unidade de misturador. Depois disso, o método 600 se move para o bloco 608 e aciona uma ou mais bombas para encaminhar o fluido hidratado para uma ou mais cubas de mistura. O método 600 então se move para o bloco 610 e mistura o fluido hidratado com areia de fraturamento dosada para produzir fluido de fraturamento. Depois disso, o método 600 continua para o bloco 612 e aciona uma ou mais bombas para descarregar o fluido de fraturamento a partir das cubas de mistura. Antes de descarregar o fluido de fraturamento, o método 600 pode configurar uma ou mais válvulas para determinar que coletores de entrada/saída recebam o fluido de fraturamento.

[0077] FIG. 7 é um fluxograma de uma modalidade de um método 700 para suprir potência elétrica para um equipamento de fraturamento usando um sistema de distribuição de potência de média tensão. Por exemplo o sistema de distribuição de potência de média tensão que inclui o elemento de transporte de engrenagem de comutação 308 e transformadores 310 e 312 mostrada na FIG. 3 pode implementar o método 700. O uso e a discussão da FIG. 7 são apenas um exemplo para facilitar explicação e não se destinam a limitar a invenção a este exemplo específico. Por exemplo, embora a FIG. 7 ilustre que os blocos dentro do método 700 são implementados em uma ordem sequencial, o método 700 não é limitado a esta ordem sequencial. Por exemplo, um ou mais dos blocos, tais como os blocos 704 e 706, podem ser implementados em paralelo.

[0078] O método 700 pode se iniciar no bloco 702 recebendo potência elétrica a partir de uma fonte móvel de eletricidade em um nível de tensão médio. Como um exemplo, o método 700 recebe potência elétrica a 13,8 kV ou em algum outro nível de tensão médio relativamente mais alto a partir da fonte móvel de eletricidade. Em uma ou mais outras modalidades, o método 700 pode receber potência elétrica a partir de outras fontes de potência, tais como uma grade de potência ou uma usina de potência. O método 700 pode então se mover para o bloco 704 e suprir potência elétrica para um ou mais elementos de transporte de bomba de fraturamento no nível de tensão médio (por exemplo, 13,8 kV). No bloco 704, o método 700 não escalona para baixo a potência elétrica recebida a partir da fonte móvel de eletricidade para um nível de tensão mais baixo usando transformadores. Em vez disso, o método 700 no bloco 706 supre potência elétrica para um ou mais elementos de transporte no nível de tensão médio. Como discutido com referência à FIG. 3, o método 700 é capaz de reduzir o número de cabos elétricos usados para suprir potência elétrica para elementos de transporte, tais como as o elemento de transporte de bomba de fraturamento 304 e o elemento de transporte com hidratação-misturador 306, quando comparado com o sistema de distribuição de potência média-baixa mostrado na FIG. 2.

[0079] O método 700 continua para o bloco 708 e escalona para baixo o nível de tensão médio recebido nos elementos de transporte de bomba de fraturamento para um ou mais níveis de tensão mais baixos. Em uma modalidade, o método 700 pode escalonar para baixo o nível de tensão para um nível de tensão médio mais baixo (por exemplo, 4,2 kV) ou um nível de tensão baixo (por exemplo, 600 V ou 480 V). Escalonando para baixo a tensão no de elemento de transporte de bomba de fraturamento, o método 700 é capaz de reduzir o número de elementos de transporte eliminando os elementos de transporte de potência motriz (por exemplo, elementos de transporte de potência motriz 104 na FIG. 2). Depois disso, o método 700 se move para o bloco 710 e escalona para baixo o nível de tensão médio recebido nos outros elementos de transporte para um ou mais níveis de tensão mais baixos. Por exemplo, o método 700 pode escalonar para baixo a tensão em um elemento de transporte de hidratação, um elemento de transporte de misturador, um elemento de transporte com hidratação-misturador, ou combinações dos mesmos. Escalonar para baixo a tensão nos diferentes elementos de transporte também reduz o número de elementos de transporte eliminando o elemento de transporte de unidade auxiliar. Subsequentemente, o método 700 pode se mover para o bloco 712 e suprir potência elétrica para uma ou mais máquinas motrizes elétricas montadas sobre os elementos de transporte de bomba de fraturamento e outro elementos de transporte com os níveis de tensão mais baixos.

[0080] Pelo menos uma modalidade é descrita e variações, combinações, e/ou modificações da(s) modalidade(s) e/ou características da(s) modalidade(s) feitas por uma pessoa tendo especialização normal na técnica estão dentro do escopo da invenção. Modalidades alternativas que resultam de combinar, integrar, e/ou omitir características da(s) modalidade(s) estão também dentro do escopo da invenção. Onde faixas ou limitações numéricas são expressamente estabelecidas, tais faixas ou limitações expressas podem ser entendidas como incluindo faixas ou limitações de iterativas de mesma magnitude caindo dentro das faixas ou limitações expressamente estabelecidas (por exemplo, a partir de cerca de 1 a cerca de 10 inclui, 2, 3, 4, etc.; mais do que 0,10 inclui 0,11, 0,12, 0,13, etc.). O uso do termo "cerca de" significa ±10% do número subsequente, amenos de estabelecido em contrário.

[0081] O uso do termo "opcionalmente" com respeito a qualquer elemento de uma reivindicação significa que o elemento é necessário, ou alternativamente, o elemento não é necessário, ambas alternativas estando dentro do escopo da reivindicação. O uso de termos mais amplos tais como compreende, inclui, e tendo pode ser entendido como fornecendo suporte para termos mais estritos tais como consistindo de, consistindo essencialmente de, e compreendido substancialmente de. Consequentemente, o escopo de proteção não é limitado pela descrição dada acima, mas é definido pelas reivindicações que se seguem, cujo escopo inclui todos equivalentes da matéria das reivindicações. Cada e toda reivindicação é incorporada como invenção adicional no relatório descritivo e as reivindicações são modalidade(s) da presente invenção.

[0082] Ainda que diversas modalidades tenham sido fornecidas na presente invenção, deve ficar entendido que os sistemas e métodos descritos podem ser incorporados em muitas outras formas específicas sem sais do espírito ou escopo da presente invenção. Os presentes exemplos são para ser considerados como ilustrativos e não restritivos, e a intenção é não ficar limitados aos detalhes dados aqui. Por exemplo, os vários elementos ou componentes podem ser combinados ou integrados em um outro sistema ou certas caraterísticas podem ser omitidas, ou não implementadas.

[0083] Além disso, técnicas, sistemas, subsistemas, e métodos descritos e ilustrados nas várias modalidades como discretos ou separados podem ser combinados ou integrados com outros sistemas, módulos, técnicas, ou métodos sem sair do escopo da presente invenção. Outros itens mostrados ou discutidos como acoplados ou diretamente acoplados ou comunicando-se um com o outro podem ser indiretamente acoplados ou comunicados através de alguma interface, dispositivo, ou componente intermediário seja eletricamente, mecanicamente, ou de outra maneira.

Claims

1. Aparelho, caracterizado pelo fato de que compreende: um tanque de hidratação (402); um misturador de fraturamento (404); um sistema coletor interno (416, 418, 420, 424, 430) que acopla o tanque de hidratação (402) e o misturador de fraturamento (404) para encaminhar fluido para o e a partir do tanque de hidratação (402) e para o e a partir do misturador de faturamento (404), em que o tanque de hidratação (402) é configurado para receber um fluido fonte a partir do sistema coletor interno (416, 418, 420, 424, 430), produzir um fluido hidratado com base no fluido fonte, e emitir o fluido hidratado para o sistema coletor interno (416, 418, 420, 424, 430) e em que o misturador de faturamento (404) é configurado para receber o fluido hidratado a partir do sistema coletor interno (416, 418, 420, 424, 430), produzir um fluido de fraturamento com base no fluido hidratado e descarregar o fluido de fraturamento no sistema coletor interno (416, 418, 420, 424, 430); e em que o sistema coletor interno (416, 418, 420, 424, 430) compreende: um sistema coletor sob tanque (430), posicionado sob o tanque de hidratação (402), compreendendo: um primeiro grupo coletor (410, 412, 414) e um segundo grupo coletor (410, 412, 414); e uma primeira válvula configurada para: encaminhar o fluido fonte recebido a partir do primeiro grupo coletor (410, 412, 414) para entrar no tanque de hidratação (402) com base em ajustar a primeira válvula para uma primeira posição; e reencaminhar o fluido fonte recebido a partir do primeiro grupo coletor (410, 412, 414) diretamente para o segundo grupo coletor (410, 412, 414) com base em ajustar a primeira válvula para uma segunda posição, em que o fluido fonte é reencaminhado para o segundo grupo coletor (410, 412, 414) mediante desviar de fluir através do tanque de hidratação (402) e do misturador de fraturamento (404); e uma única armação de elemento de transporte que acopla o tanque de hidratação (402), o misturador de fraturamento (404), e o sistema coletor interno (416, 418, 420, 424, 430) para formar um único elemento de transporte.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o misturador de fraturamento (404) é um misturador de configuração dupla que inclui uma primeira cuba de mistura (454) e uma segunda cuba de mistura (454) em que ambas se conectam ao sistema coletor sob tanque (430) através de um sistema coletor de saída de misturador (420).

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o sistema coletor sob tanque (430) compreende ainda: um primeiro lado do coletor que se conecta à primeira cuba de mistura (454) através do sistema coletor de saída de misturador (420); e um segundo lado do coletor que se conecta à segunda cuba de mistura (454) através do sistema coletor de saída de misturador (420); um primeiro coletor de cruzamento (440) e um segundo coletor de cruzamento (442) que conectam o primeiro lado do coletor ao segundo lado do coletor, em que o primeiro coletor de cruzamento (440) e o segundo coletor de cruzamento (442) permitem que o fluido fonte recebido a partir do primeiro grupo coletor (410, 412, 414) flua através de ambos o primeiro lado do coletor e o segundo lado do coletor para entrar no tanque de hidratação (402).

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema coletor sob tanque (430) compreende ainda um terceiro grupo coletor (410, 412, 414), e em que o sistema coletor sob tanque (430) é configurado para descarregar o fluido de fraturamento emitido a partir do misturador de fraturamento (404) através do terceiro grupo coletor (410, 412, 414) quando o segundo grupo coletor (410, 412, 414) descarrega o fluido fonte com base em ajustar a primeira válvula para a segunda posição.

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: uma pluralidade de máquinas motrizes elétricas (406); e uma pluralidade de bombas (408) acionadas pelas máquinas motrizes elétricas (406), em que as bombas (408) e máquinas motrizes elétricas (406) são parte do elemento de transporte único montado sobre a armação de elemento de transporte único.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as bombas (408) são acopladas ao sistema coletor sob tanque (430) em diferentes pontos de conexão (446).

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as máquinas motrizes elétricas (406) são posicionadas acima das bombas (408).

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema coletor sob tanque (430) compreende adicionalmente: um primeiro lado do coletor que se conecta a uma primeira cuba de mistura (454) do misturador de fraturamento (404); um segundo lado do coletor que se conecta a uma segunda cuba de mistura (454) do misturador de fraturamento (404); e um primeiro coletor de cruzamento (440) e um segundo coletor de cruzamento (442), em que o primeiro coletor de cruzamento e (440) o segundo coletor de cruzamento (442) permitem que o fluido de fraturamento descarregado a partir da primeira cuba de mistura (454), da segunda cuba de mistura (454), ou de ambas, flua através de ambos o primeiro lado do coletor e o segundo lado do coletor.

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema coletor interno (416, 418, 420, 424, 430) compreende: um sistema coletor de tanque de hidratação (416) que acopla o tanque de hidratação (402) ao sistema coletor sob tanque (430); e um sistema coletor de saída do misturador (420) que acopla o misturador de fraturamento (404) ao sistema coletor sob tanque (430).

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o sistema coletor sob tanque (430) compreende ainda: um primeiro lado do coletor e um segundo lado do coletor; um primeiro lado de cruzamento que acopla o primeiro lado do coletor e o segundo lado do coletor juntos; e um segundo lado de cruzamento que acopla o primeiro lado do coletor e o segundo lado do coletor juntos.

11. Método (600) para produzir fluido de fraturamento, caracterizado pelo fato de que compreende: receber (602) fluido fonte de um ou mais coletores de entrada (410, 412, 414) de um elemento de transporte único; ajustar uma válvula no elemento de transporte único para uma primeira posição, em que a válvula é parte de um sistema coletor sob tanque (430) posicionado abaixo de um tanque de hidratação (402); acionar (604) uma primeira bomba (408) montada sobre o elemento de transporte único para encaminhar o fluido fonte a partir dos coletores de entrada (410, 412, 414) para o tanque de hidratação (402) montado sobre o elemento de transporte único com base no ajuste da válvula para a primeira posição; acionar (608) uma segunda bomba (408) montada sobre o elemento de transporte único para encaminhar um fluido hidratado produzido pelo tanque de hidratação (402) com base no fluido fonte para uma cuba de mistura (454) montada sobre o elemento de transporte único; e descarregar (612) um fluido de fraturamento produzido pela cuba de mistura (454) com base no fluido hidratado para um ou mais coletores de saída (410, 412, 414) do elemento de transporte único; ajustar a válvula (associada a 432) do elemento de transporte único para uma segunda posição; reencaminhar o fluido fonte recebido a partir dos coletores de entrada (410, 412, 414) para os coletores de saída (410, 412, 414) com base em ajustar a válvula para a segunda posição, em que o fluido fonte é reencaminhado diretamente para os coletores de saída (410, 412, 414) mediante desviar de fluir através do tanque de hidratação (402) e da cuba de mistura (454).

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente hidratar (606) uma pasta semifluida à base de polímero com o fluido fonte dentro do tanque de hidratação (402).

13. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente misturar (610) o fluido hidratado com areia de fraturamento dosada para produzir fluido de fraturamento dentro da cuba de mistura (454).

14. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente acionar uma terceira bomba (408) montada sobre o elemento de transporte único para encaminhar o fluido fonte a partir do um ou mais coletores de entrada (410, 412, 414) para o tanque de hidratação (402).

15. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: ajustar outra válvula para direcionar o fluido fonte recebido em um segundo coletor de entrada (410, 412, 414) do elemento de transporte único para o tanque de hidratação (402); bombear o fluido hidratado produzido pelo tanque de hidratação (402) para a cuba de mistura (454); e descarregar o fluido de fraturamento produzido pela cuba de mistura (454) usando um segundo coletor de saída (410, 412, 414) enquanto simultaneamente descarrega o fluido fonte a partir dos coletores de saída (410, 412, 414) com base no ajuste da válvula para a segunda posição.

16. Elemento de transporte caracterizado pelo fato de que compreende: uma armação de elemento de transporte; um sistema coletor interno (416, 418, 420, 424, 430) acoplado à armação de elemento de transporte; um tanque de hidratação (402) acoplado à armação de elemento de transporte e configurado para: receber um fluido fonte a partir do sistema coletor interno (416, 418, 420, 424, 430); produzir um fluido hidratado com uma viscosidade alvo com base no fluido fonte; e emitir o fluido hidratado para o sistema coletor interno (416, 418, 420, 424, 430); um misturador (404) acoplado sobre a armação de elemento de transporte, em que o misturador (404) é configurado para receber o fluido hidratado a partir do sistema coletor interno (416, 418, 420, 424, 430); produzir um fluido de fraturamento com base no fluido hidratado; e descarregar o fluido hidratado para o sistema coletor interno (416, 418, 420, 424, 430), em que o sistema coletor interno (416, 418, 420, 424, 430) compreende um sistema coletor sob tanque (430), posicionado sob o tanque de hidratação (402), compreendendo: um primeiro grupo coletor (410, 412, 414) e um segundo grupo coletor (410, 412, 414); e uma primeira válvula (associado a 432) configurada para: encaminhar o fluido fonte recebido a partir do primeiro grupo coletor (410, 412, 414) para entrar no tanque de hidratação (402) com base em ajustar a primeira válvula para uma primeira posição; e reencaminhar o fluido fonte recebido a partir do primeiro coletor (410, 412, 414) diretamente para o segundo grupo coletor (410, 412, 414) com base em ajustar a primeira válvula para uma segunda posição, em que o fluido fonte é reencaminhado para o segundo grupo coletor (410, 412, 414) mediante desviar de fluir através do tanque de hidratação (402) e do misturador (404).

17. Elemento de transporte, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o misturador (404) inclui uma ou mais máquinas motrizes elétricas (456, 458).

18. Elemento de transporte, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o tanque de hidratação (402) inclui um difusor.

19. Elemento de transporte, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o tanque de hidratação (402) é configurado para produzir o fluido de hidratação por hidratação de uma pasta semifluida à base de polímero com o fluido fonte dentro do tanque de hidratação.

20. Elemento de transporte, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o sistema coletor sob tanque (430) compreende ainda um terceiro grupo coletor (410, 412, 414), e em que o sistema coletor sob tanque é configurado para descarregar o fluido de fraturamento emitido pelo misturador (404) através do terceiro grupo coletor (410, 412, 414) quando o segundo grupo coletor (410, 412, 414) descarrega o fluido fonte com base em ajustar a primeira válvula para a segunda posição.