BR112020000126B1 - Dispositivo de transferência de pressão e sistema, frota e uso associados, para bombear altos volumes de fluidos com partículas a alta pressão - Google Patents

Abstract

A invenção refere-se ao dispositivo de transferência de pressão, sistema compreendendo o dispositivo de transferência de pressão, uma frota compreendendo o sistema e uso de um dispositivo de transferência de pressão para bombear fluido a pressões acima de 500 bar, o dispositivo de transferência de pressão (1', 1'') compreendendo um alojamento da câmara de pressão (1', 1'') e pelo menos uma porta de conexão (3', 3''), sendo que pelo menos uma porta de conexão (3', 3'') pode ser conectada a uma partição líquida de aumento de pressão de ação dupla (2) através de meios de comunicação de fluido (26', 27'; 26'', 27''), o compartimento da câmara de pressão compreende: - uma cavidade de pressão (4', 4'') dentro do compartimento da câmara de pressão e em menos uma primeira porta (5', 5'') para entrada e / ou saída de fluido para a cavidade de pressão (4', 4 ''), - um fole (6', 6'') definindo um volume interno (7', 7'') dentro da cavidade de pressão (4', 4'') e em que o volume interno (7', 7'') está em comunicação fluida com a porta de conexão (3', 3''), em que a cavidade de pressão (4', 4'') tem um eixo central (C', C'') com um comprimento axial (L) definido pela distância entre a porta de conexão (3', 3'') e a primeira porta (5', 5'') e uma área de seção transversal variável sobre pelo menos uma parte do comprimento axial (L), e em que o (...).

Description

[001] A invenção refere-se a um dispositivo de transferência de pressão e sistema e uso associado, para bombear altos volumes de fluidos com partículas (lama/lodo) a altas pressões, como pressões acima de 500 bar e até 1500 bar ou até mais. O dispositivo de transferência de pressão preferencialmente faz parte de um sistema de bombeamento maior, compreendendo, além do dispositivo de transferência de pressão, um ou mais de um dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla e um conjunto de regulação de fluxo (como um coletor de válvula).

[002] O dispositivo de transferência de pressão é adequado para uso com altas pressões, variando acima de 500 bar, e é especialmente adequado para fraturamento hidráulico de poços de petróleo/gás, onde é difícil bombear fluidos com partículas como propantes formam parte do fluido. No entanto, o sistema de bombeamento também pode ser usado em outras aplicações de poço, como em operações de perfuração para bombear fluidos de perfuração e em operações de cimentação, operações de obstrução e abandono, operações de conclusão ou estimulação, acidificação ou circulação de nitrogênio.

Antecedentes da invenção

[003] A fraturamento hidráulico (também fraturamento, revestimento, faturamento ou hidrofraturamento) é uma técnica de estimulação de poço na qual a rocha é fraturada por um fluido pressurizado, na forma de gel, espuma, areia ou água. Os produtos químicos podem ser adicionados à água para aumentar o fluxo de fluido ou melhorar as propriedades específicas da água, tal água tratada é chamada de 'slick water'. O processo envolve a injeção de alta pressão de 'fluido de fraturamento' (areia de retenção de líquido ou outros propantes e produtos químicos) em um furo de poço para criar rachaduras nas formações de rochas profundas através das quais o gás natural, o petróleo e a salmoura fluirão mais livremente. Normalmente, as bombas de pistão mecânicas são usadas para bombear o fluido de fraturamento sob altas pressões. Essas bombas mecânicas têm um tempo de operação muito limitado devido ao desgaste mecânico nas superfícies deslizantes da bomba, causado pela areia e pelas partículas no meio bombeado. Bombas que operam com líquidos contendo partículas e/ou líquidos químicos exigentes sob alta pressão têm superfícies de vedação que as partículas e / ou fluidos químicos abrasivos (compostos) danificam durante a operação. Quando as vedações estão danificadas, pode haver vazamentos e outros problemas, resultando na bomba, reduzindo sua efetividade. Além disso, as bombas mecânicas operam em altas velocidades, o que cria flutuações rápidas de pressão em toda a unidade (alto número de ciclos), o que, após o tempo, leva a quebras por fadiga. Consequentemente, o ciclo de vida operacional dessas bombas é muito limitado e depende do tipo de partícula, quantidade de partículas, composição química e concentração química, bem como da pressão de trabalho. Nas bombas rotativas, as vedações rotativas (eixo) e os elementos caros da bomba, como impulsores e rodas da turbina, são rapidamente usados. Nas bombas de pistão, o pistão é usado contra o cilindro, resultando em vazamentos, baixa eficiência e avaria. Outro problema bem conhecido das bombas de êmbolo é a fissura por fadiga das extremidades do fluido. A principal causa disso são tensões combinadas das flutuações de pressão e tensões lineares mecânicas dos êmbolos. Eles também são limitados por uma carga máxima permitida da haste na extremidade de potência, tornando necessário corresponder o tamanho do êmbolo à vazão / pressão desejada.

[004] Em geral, são utilizadas unidades de bomba de êmbolo / pistão.

[005] Quando várias bombas são conectadas à mesma linha de fluxo até o poço e estão online simultaneamente, existe o risco de formarem padrões de interferência que correspondam à frequência de referência da linha de fluxo até o poço. Isso leva a linhas de fluxo que se movem, que podem causar danos ao equipamento e ao pessoal (chamado de "serpente", porque a linha de fluxo se move como uma cobra).

[006] Nas operações de fraturamento, quando as bombas são desligadas e a pressão hidráulica não é mais aplicada ao poço, pequenos grãos de propantes de fraturamento hidráulico mantêm as fraturas abertas. Os propantes são tipicamente feitos de um material sólido, como areia. A areia pode ser tratada com areia ou sintéticos ou materiais naturais, como cerâmica. No fraturamento em terra, normalmente uma frota chamada de fracking compreendendo um número de reboques ou caminhões é transportada e posicionada no local. Cada caminhão é fornecido com uma unidade de bombeamento para bombear fluido de fraturamento para o poço. Portanto, existem limitações de peso e físicas no equipamento a ser utilizado, limitadas pelas capacidades de peso total no caminhão na estrada e nas limitações físicas dadas pelos caminhões.

[007] A técnica anterior, não adequada para fraturar, mas divulgar um sistema em que o fluido hidráulico limpo é separado do líquido a ser bombeado, inclui o documento EP 2913525, relativa a uma máquina de bombeamento de diafragma acionada hidraulicamente ("bomba"), em particular para água e materiais difíceis de bombear. O sistema compreende pelo menos duas unidades de bombeamento lado a lado. Cada unidade de bombeamento compreende um cilindro de bomba e um cilindro hidráulico. O cilindro da bomba (sinais de referência relacionados com EP 2913525, 1,2) possui uma primeira extremidade inferior com uma primeira entrada e saída para o líquido a ser bombeado e uma segunda extremidade superior com uma segunda entrada e saída para fluido hidráulico. O cilindro da bomba (1,2) contém um fole (3,4) fechado na extremidade inferior e aberto na extremidade superior para comunicação com o fluido hidráulico. A parte externa do fole (3,4) define um espaço para o líquido ser bombeado. O fole (3,4) do cilindro da bomba (1,2) é disposto para ser acionado pelo fluido hidráulico fornecido em sua extremidade superior, em forma de concha, como expansão e contração para bombear o líquido a ser bombeado adjacente à primeira extremidade inferior do cilindro da bomba (1,2). O cilindro hidráulico (9,10) é colocado lado a lado do cilindro da bomba (1,2). O cilindro hidráulico (9,10) possui uma primeira extremidade inferior associada a um acionamento hidráulico e uma segunda extremidade superior contendo fluido hidráulico que se comunica com a segunda extremidade superior do cilindro da bomba (1,2). O acionamento hidráulico termina na sua extremidade superior com um pistão de acionamento (19,20) montado de maneira deslizante no cilindro hidráulico (9,10). Os acionamentos hidráulicos dos cilindros hidráulicos (9,10) das duas unidades de bombeamento são conectados por uma conexão hidromecânica (25,27) projetada para avançar e retrair os pistões (19,20) de cada cilindro hidráulico (9,10)

[008] No entanto, a solução de EP 2913525 não é aplicável a fraturas hidráulicas a altas pressões (isto é, mais de 500 bar) devido à câmara da bomba cilíndrica. A forma de cilindro da câmara da bomba não será capaz de suportar as altas pressões experimentadas em combinação com um alto número de ciclos quando usado em fraturamento hidráulico. Além disso, os foles são de polímero, resultando no risco de partículas serem espremidas entre a parede cilíndrica e os foles, com a possibilidade de danos aos foles. Além disso, há um cilindro hidráulico conectado a cada cilindro da bomba. O cilindro hidráulico não está configurado para aumentar as pressões que entram no lado inferior do pistão (19, 20) porque a área efetiva é menor no lado inferior do pistão (19, 20) do que no lado superior do pistão (19, 20). Além disso, nos foles de polímero, falta-se o controle na direção da expansão, levando à possibilidade de os foles entrarem em contato com a parede do cilindro. Isso pode causar rasgos e propantes sendo forçados a entrar no material base.

[009] As conexões hidromecânicas em geral têm algumas desvantagens, incluindo: - não pode sincronizar com várias unidades, - não pode variar a rampa para cima/baixo, dependendo da pressão e do fluxo (não pode oferecer um controle preciso das características da bomba), - não pode derrame parcial, - não pode compensar flutuações de pressão/fluxo no fluxo, - nunca seria capaz de se sobrepor e fazer um fluxo laminar, - gera uma queda de pressão sobre a válvula de controle, que leva ao aquecimento do óleo e perda de eficiência na faixa de 5 a 10%.

[010] Existe um problema com as bombas convencionais utilizadas para fraturamento, que as peças do sistema podem quebrar após algumas horas e precisam ser reparadas. Assim, para proporcionar redundância no sistema, frotas compreendendo uma pluralidade de bombas de reserva são normais. Isso gera custos tanto em manutenção quanto em horas de trabalho, pois um técnico pode operar apenas alguns caminhões.

[011] Assim, um objetivo da presente invenção é resolver pelo menos algumas desvantagens em relação às soluções da técnica anterior e mais específicas para manter as partes móveis (pistões, vedações) afastadas do fluido de partículas (isto é, meio bombeado) e evitar que as partículas danifiquem o movimento peças.

[012] Mais especificamente, é um objetivo da presente invenção fornecer um bombeamento suave e sem choques de grandes fluxos a altas pressões, reduzindo o desgaste de todos os componentes no circuito de fluxo e, ao mesmo tempo, fornecendo uma unidade capaz de integre e se adapte perfeitamente a qualquer demanda de taxa de fluxo de pressão sem a necessidade de reconstrução mecânica ou alterações. Além disso, a capacidade da presente invenção de sincronizar com várias unidades minimiza o risco de possível serpente.

[013] Mais especificamente, um dos objetivos da invenção é fornecer um sistema de fraturamento que possa operar a altas pressões com alto fluxo de volume.

[014] Outro objetivo é fornecer um sistema no qual o líquido a ser bombeado seja separado no maior número possível de partes móveis.

[015] Mais especificamente, um objetivo é minimizar o risco de danificar os foles.

[016] Outro objetivo é fornecer um sistema de bombeamento que tenha peso reduzido, e o sistema de bombeamento deve poder ser arranjado e transportado em caminhões ou reboques comuns que façam parte das chamadas frack-frets usadas em fraturamento hidráulico.

[017] Outro objetivo é fornecer um sistema que não exija um sistema de guia externo para o fole.

[018] Outro objetivo é fornecer um controle de velocidade/curso abaixo controlado totalmente contínuo para evitar picos de pressão, picos de fluxo e flutuações.

[019] Outro objetivo é criar um sistema de bomba para todas as configurações de pressão e fluxo, normalmente usadas em indústrias de fraturamento ou de bombeamento de alta pressão, sem a necessidade de uma reconstrução mecânica.

[020] Outro objetivo da invenção é impedir a sedimentação na parte inferior da cavidade de pressão do dispositivo de transferência de pressão.

[021] Outro objetivo da invenção é fornecer um sistema de controle avançado e sincronização de várias unidades, para eliminar os problemas com os sistemas convencionais.

[022] Outro objetivo é fornecer uma solução que possa ser usada em novas instalações e ser conectada a instalações existentes, como a modernização de sistemas existentes.

Sumario da invenção

[023] A invenção é apresentada e caracterizada nas reivindicações independentes, enquanto as reivindicações dependentes descrevem outras características da invenção.

[024] A presente invenção fornece melhorias significativas em relação a soluções conhecidas. O sistema de bombeamento e seus componentes associados proporcionam a possibilidade de bombear a pressões de até 1500 bar e acima com alto fluxo de volume. Por exemplo, o projeto prevê a possibilidade de bombear 1 m3 a 1000 bar de pressão por minuto ou 2 m3 a 500 bar por minuto e qualquer taxa entre taxa e pressão. O dispositivo de transferência de pressão de acordo com a presente invenção fornece flexibilidade em relação às taxas e pressões da bomba desejadas, por exemplo, taxas de fluxo reduzidas a altas pressões e taxas de fluxo altas a pressões reduzidas, em todas as modalidades com um fluxo substancialmente laminar. O dispositivo de transferência de pressão preferencialmente faz parte de um sistema de bombeamento maior compreendendo, além do dispositivo de transferência de pressão, um ou mais de um dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla e um conjunto de regulação de fluxo (como um coletor de válvula.) tipicamente pressuriza o dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla, em que o dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla pressuriza o dispositivo de transferência de pressão. O fole no dispositivo de transferência de pressão funciona como um "pistão" entre o lado da pressão hidráulica, ou seja, a pressão de ação dupla dispositivo de partição líquida de reforço e a unidade de bomba hidráulica de um lado e o meio a ser bombeado para um poço do outro lado. O fole funciona como uma extensão do pistão no dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla. O dispositivo de transferência de pressão separa o fluido hidráulico limpo (dentro do fole) do fluido sujo com partículas (ou inclinar o fole).

[025] Assim, o sistema de bombeamento pode ser uma bomba de deslocamento positivo em que as variações de volume na cavidade de pressão são alcançadas usando um fole, como por exemplo um fole estanque a fluidos, que é radialmente rígido e axialmente flexível. Essa configuração resulta em um fole que se move substancialmente na direção axial, enquanto os movimentos na direção radial são proibidos ou limitados.

[026] Em todos os aspectos da invenção, o fole deve ser entendido como uma barreira estanque que separa o volume interno do fole e o volume entre a parte externa do fole e o interior da cavidade de pressão. Ou seja, o fole tem um diâmetro externo fixo, mas é axialmente flexível, fornecendo um espaço anular (tamanho do espaço, por exemplo, pelo menos correspondente ao diâmetro das partículas no fluido de fraturamento) entre a superfície interna do alojamento da câmara de pressão e o fole em todas as posições do o fole e a todas as pressões.

[027] O fole é preferencialmente conectado de maneira fixa no topo da cavidade de pressão, e o fole é cercado pela cavidade de pressão em todas as direções, isto é, abaixo, radial e possivelmente parcialmente no lado superior das partes que não fazem parte da porta de conexão para fluido hidráulico que entra e sai do volume interno dos foles. O volume total da cavidade de pressão é constante, enquanto o volume interno dos foles é alterado. À medida que o fole se estende e se retrai dentro da cavidade de pressão, o volume restante disponível da cavidade de pressão é alterado. Um volume de fluido hidráulico entra no interior do fole e desloca o volume do fluido a ser bombeado da cavidade de pressão.

[028] O sistema de bombeamento pode ser uma bomba de deslocamento positivo onde as variações de volume no dispositivo de transferência de pressão são alcançadas usando um fole estanque a fluidos que é radialmente rígido e axialmente flexível. Quando o fole está em uma primeira posição, isto é, um estado comprimido, o volume restante na cavidade de pressão é maior, enquanto que quando o fole está em uma segunda posição, isto é, um estado estendido, o volume restante na cavidade de pressão é menor. A proporção das dimensões da superfície interna da cavidade de pressão e da superfície externa do fole é projetada de modo a formar um espaço entre a superfície interna da cavidade de pressão e a superfície externa do fole em todas as posições do fole, evitando assim que as partículas fiquem presas entre a superfície interna da cavidade de pressão e os foles. Assim, os fluidos de fraturamento circundam o fole e a fenda é formada de modo que sua extensão mínima seja maior que o maior tamanho de partícula dos propantes. A rigidez radial dos foles garante que eles não entrem em contato com a superfície interna do alojamento da câmara de pressão. O fluido hidráulico que entra no volume interno do fole através da porta de conexão pressuriza a barreira e, devido às propriedades rígidas do fole e/ou à possível orientação interna, todo o movimento do fole é na direção axial. O líquido a ser bombeado, p. fluido de fraturamento, é pressurizado preenchendo o volume interno do fole com fluido hidráulico, aumentando assim o volume deslocado do fole, o que resulta na redução do volume restante na cavidade de pressão fora do fole e em um aumento na pressão do líquido a ser bombeado. O líquido a ser bombeado está saindo pela primeira porta e mais adiante através de um conjunto de regulação de fluxo, como um coletor de válvula.

[029] O dispositivo de transferência de pressão não possui superfícies deslizantes em contato com o líquido a ser bombeado. Assim, a vida útil das peças é prolongada, porque não há partes vulneráveis no contato deslizante com qualquer líquido abrasivo a ser bombeado. O dispositivo de transferência de pressão é compensado de forma que a pressão hidráulica de acionamento seja igual à pressão no líquido a ser bombeado, isto é, o fluido de fraturamento e, como tal, o fole não precisa suportar a pressão diferencial entre o sistema hidráulico interno pressão de acionamento e pressão no líquido a ser bombeado.

[030] O dispositivo de transferência de pressão pode ser operado por pressão alimentada a partir de um dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla, dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla que é pressurizado por uma unidade de bomba hidráulica. O dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla faz parte de um volume de circuito hidráulico fechado com o volume interno dos foles e é capaz de alimentar e retrair grande quantidade de fluidos hidráulicos sob altas pressões para o volume interno dos foles.

[031] É claro que todos os sistemas hidráulicos têm um grau de vazamento interno de fluido hidráulico, no entanto, ao longo da descrição e afirma que o termo sistema hidráulico de circuito fechado foi usado para um sistema "fechado" para distinguir dos sistemas que não são definidos por um sistema hidráulico. volume definido.

[032] Os foles podem ser retornados para a primeira posição, isto é, o estado comprimido, por assistência da pressão de alimentação no líquido a ser bombeado. O líquido a ser bombeado, isto é, a pressão de alimentação do líquido de bombeamento da bomba de alimentação a ser bombeado, fornece pressão auxiliando na compressão dos foles para a primeira posição. Nesta fase de compressão, a pressão no líquido a ser bombeado é igual à pressão do fluido hidráulico no volume interno do fole, e a retração é resultado do dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla, criando um diferencial de pressão em volume ao retrair. Quando o dispositivo de partição líquida de reforço de pressão de dupla ação se retrair, haverá um volume diferencial que o volume do fluido bombeado, fornecido e pressurizado pela bomba de alimentação (misturador) (ou seja, a bomba de alimentação está fornecendo fluido de fraturamento para a cavidade de pressão), compensará para comprimir os foles. No estado de extensão, ou seja, quando o fole começa a se estender por fluido pressurizado que preenche o volume interno, a pressão no fluido hidráulico é igual à pressão no líquido a ser bombeado (ou seja, a pressão de alimentação no coletor de admissão e / ou no reservatório de líquido ser bombeado). Quando a pressão na cavidade da pressão excede a pressão de alimentação, uma primeira válvula fecha e quando a pressão excede a pressão no coletor de descarga, uma segunda válvula se abre e o fluido flui para o poço. Essa compressão e extensão dos foles ocorrerão sequencialmente no dispositivo de transferência de pressão.

[033] A invenção refere-se a um dispositivo de transferência de pressão para bombear fluido com partículas a pressões acima de 500 bar, o dispositivo de transferência de pressão compreendendo um compartimento da câmara de pressão e pelo menos uma porta de conexão, sendo que pelo menos uma porta de conexão pode ser conectada a um líquido de aumento de pressão de ação dupla dispositivo de partição via meios de comunicação de fluidos, o compartimento da câmara de pressão compreende: - uma cavidade de pressão dentro do compartimento da câmara de pressão e pelo menos uma primeira porta de entrada e / ou saída de fluido para a cavidade de pressão, - um fole que define um volume interno dentro da cavidade de pressão e em que o volume interno está em comunicação fluida com a porta de conexão, em que a cavidade de pressão tem um eixo central com um comprimento axial definido pela distância entre a porta de conexão e a primeira porta e uma área de seção transversal variável sobre pelo menos uma parte do comprimento axial, e em que o fole está configurado para se mover em um direção substancialmente paralela ao eixo central sobre uma parte do comprimento axial da cavidade de pressão. O fole é preferencialmente radialmente rígido e axialmente flexível e está disposto para estender e retrair sobre pelo menos uma porção do comprimento da cavidade de pressão.

[034] O dispositivo de transferência de pressão pode ser um dispositivo de fraturamento por transferência de pressão, como dispositivos utilizados em operações de fraturamento hidráulico.

[035] Assim, a cavidade de pressão tem seção transversal diferente, e. pelo menos duas seções transversais diferentes, em sua direção longitudinal. De preferência, as áreas de transição entre diferentes seções transversais são suaves ou contínuas (sem arestas vivas). Tais áreas de transição suaves ou contínuas impedem a sedimentação e permitem pressões mais altas sem pontos fracos na cavidade de pressão. Ou seja, as forças aplicadas à cavidade de pressão são resultado da pressão interna. A geometria é otimizada para tornar essas forças o mais uniforme possível.

[036] A porta de conexão é assim adaptada para sucção de fluido hidráulico e/ou expulsão de fluido hidráulico pressurizado para dentro e para fora da cavidade de pressão.

[037] A primeira porta é adaptada para a entrada/saída de líquido a ser bombeado e descarregado para fora da cavidade de pressão.

[038] De acordo com um aspecto, os foles podem ser conectados a uma superfície interna da cavidade de pressão. De preferência, o fole é conectado na parte superior da cavidade de pressão com meios que proporcionam uma conexão estanque aos fluidos entre o fole e a superfície interna da cavidade de pressão. Como tal, os fluidos são impedidos de fluir de um volume interno do fole e para a cavidade de pressão.

[039] O fole tem uma forma adaptada à forma da cavidade de pressão, de modo que o fole, em todas as suas posições operacionais, seja impedido de entrar em contato com uma superfície interna do alojamento da câmara de pressão. Isto significa que o fole, em todas as suas posições operacionais, tem uma extensão máxima na direção axial e radial menor do que as restrições definidas pela superfície interna do alojamento da câmara de pressão.

[040] Em um aspecto, a cavidade de pressão afunila em direção à primeira porta, criando assim um funil natural onde os sedimentos/propantes/areia podem sair juntamente com o fluido. Consequentemente, o primeiro orifício do alojamento da câmara de pressão é de preferência modelado para evitar o acúmulo de sedimentação (propantes / areia etc.) inclinando a cavidade de pressão em direção ao primeiro orifício. O primeiro orifício pode, assim, preferencialmente ser disposto em uma seção inferior da cavidade de pressão, de modo que os sedimentos possam sair através do primeiro orifício por meio de gravidade.

[041] Em um aspecto, a cavidade de pressão pode ser alongada, em forma de ovo, elíptica, circular, esférica, em forma de bola ou oval, ou tem dois lados paralelos e pelo menos uma porção de seção transversal menor do que a seção transversal na porção paralela.

[042] Em outro aspecto, a cavidade de pressão pode ser circular. Em ainda outro aspecto, a cavidade de pressão pode ser multi-borbulhada (por exemplo, como o “homem Michelin”).

[043] Em um aspecto, o fole possui uma extensão radial e axial menor do que uma superfície interna do compartimento da câmara de pressão (ou seja, definindo a extensão radial e axial da cavidade da pressão), formando um espaço entre a circunferência externa do fole e um interior circunferência, isto é, a superfície interna, do alojamento da câmara de pressão em todas as posições operacionais do fole. Assim, a todas as pressões, o fluido está circundando pelo menos dois lados do fole durante a operação do dispositivo de transferência de pressão.

[044] De acordo com um aspecto, os foles podem ter uma forma cilíndrica, semelhante a um acordeão ou uma forma de sanfona. A construção do cilindro de fole fornece cargas mínimas de fole, pois toda a sua superfície está constantemente em um estado hidraulicamente equilibrado. O fole pode assim compreender uma parede lateral do tipo sanfona, proporcionando flexibilidade axial e uma tampa de extremidade estanque aos fluidos conectada à parede lateral do fole. A parede lateral do tipo sanfona pode assim compreender uma pluralidade de dobras ou convoluções circulares fornecidas em um relacionamento vizinho. As dobras ou convoluções vizinhas podem, por exemplo serem soldadas juntos ou conectados entre si usando outros meios de fixação adequados, como cola, conexões mecânicas. As dobras ou convoluções vizinhas podem ser formadas de modo que partículas no fluido de fraturamento sejam proibidas de ficarem presas entre dobras ou convoluções vizinhas nos foles durante a retração e extração dos foles. Isso pode ser alcançado através do alcance operacional dos foles, ou seja, a extensão e retração máxima predefinidas dos foles, de modo que as aberturas entre as dobras vizinhas ou entre as dobras e a superfície interna da cavidade de pressão sejam sempre maiores que a maior esperada tamanho da partícula. Como tal, o risco de partículas retidas é minimizado.

[045] O fole é preferencialmente feito de um material suficientemente rígido: metal, compósito, plástico rígido, cerâmica ou combinações dos mesmos, etc., proporcionando um fole estanque a fluidos, que é radialmente rígido e axialmente flexível. O fole se move preferencialmente substancialmente na direção axial, enquanto os movimentos na direção radial são proibidos ou limitados. O material do fole é escolhido para suportar grandes variações de pressão e produtos químicos no fluido a ser bombeado, minimizando assim a fadiga e o risco de danos. Se o fole é feito de metal, ele pode ser usado sob temperaturas mais altas do que os foles que são feitos de materiais mais sensíveis à temperatura (isto é, materiais que não podem operar sob temperaturas mais altas).

[046] É claro que outras partes que fazem parte do sistema geral também podem ser feitas de materiais apropriados, dependendo das demandas de projetos específicos, como metal (ferro, aço, aço especial ou exemplos acima). No entanto, outros materiais também podem ser utilizados, como compósitos, plástico rígido, cerâmica ou, alternativamente, combinações de metal, compósito, plástico rígido e cerâmica.

[047] Em um aspecto, o fole pode compreender um sistema de guia coincidindo com, ou sendo paralelo a um eixo central da cavidade de pressão, e em que o fole se expande e retrai axialmente em uma direção longitudinal ao longo do eixo central.

[048] Em um aspecto, o sistema de orientação pode compreender um guia.

[049] O dispositivo de transferência de pressão pode ainda compreender uma posição de monitoramento do sensor de posição dos foles e ou um sensor de temperatura que monitora a temperatura de um fluido de acionamento no volume do circuito hidráulico fechado. Além disso, sensores de pressão podem ser usados.

[050] O fole pode compreender um sistema de guia que compreende um guia. A guia pode ser conectada a uma parte inferior do fole e pode ser configurada para ser guiada no alojamento da câmara de pressão. A guia no compartimento da câmara de pressão pode fazer parte da entrada e saída do fluido hidráulico para dentro e fora do volume interno do fole. A guia pode estar coincidindo com ou ser paralela a um eixo central da cavidade de pressão e os foles podem se expandir e retrair axialmente em uma direção longitudinal ao longo do eixo central.

[051] O sensor de posição do fole pode ser um sensor de posição linear. O sensor de posição do fole pode ser disposto na porta de conexão e compreender aberturas de passagem axiais para fluxo irrestrito de fluido.

[052] Em um aspecto, quando o sensor de posição do fole é um sensor linear, um dispositivo de leitura pode ser conectado de forma fixa ao sensor de posição do fole e um ímã pode ser conectado de forma fixa à guia, e em que o dispositivo de leitura pode ser um sensor indutivo que pode ler a posição do ímã de modo que o sensor de posição do fole possa monitorar indutivamente uma posição relativa do ímã e, assim, o fole.

[053] Em um aspecto, o sensor indutivo pode ser uma haste indutiva adaptada para ler a posição de um ímã e, portanto, o fole.

[054] Em um aspecto, o sensor indutivo pode compreender uma haste indutiva adaptada para ler a posição de um ímã conectado à guia, para que o sensor de posição do fole monitore indutivamente a posição relativa do ímã e, portanto, o fole.

[055] O dispositivo de transferência de pressão pode ainda compreender uma barreira estanque a fluidos adicional dentro dos foles. Isso pode ser usado para reduzir ainda mais ou minimizar o risco de vazamento de fluidos entre o volume interno do fole e a cavidade de pressão que compreende o líquido a ser bombeado. Essa barreira estanque a fluidos adicional pode ser uma bexiga, um fole, uma camada não permeável de um material, e pode ter a mesma ou diferente forma dos foles.

[056] Em um aspecto, o dispositivo de transferência de pressão pode ainda compreender uma barreira externa entre os foles e uma superfície interna do alojamento da câmara de pressão. Essa barreira externa pode ser protetora contra partículas (filtro) ou estanque a fluidos, e pode ser um material flexível, um fole semelhante ao fole no lugar, um filtro etc.

[057] A invenção ainda se refere a um sistema que compreende: - o dispositivo de transferência de pressão conforme definido acima e, - uma unidade de bomba hidráulica que pressuriza e aciona um dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla e o dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla que pressuriza e aciona o dispositivo de transferência de pressão, - um conjunto de regulação de fluxo configurado para distribuir o fluido entre um coletor de entrada, a cavidade de pressão e um coletor de saída.

[058] O sistema pode ser um sistema de fraturamento, como um sistema usado em operações de fraturamento.

[059] O sistema pode ainda compreender um sistema de controle para controlar a faixa de trabalho de um fole da bomba e é configurado para decidir se o fole opera dentro de uma faixa de operação pré-determinada da posição do fole definida por limitações máximas, como posição máxima de retração e posição máxima de extensão do fole, o sistema de controle sendo adaptado para comparar a posição calculando se uma quantidade de volume de fluido hidráulico está fora da faixa de operação predeterminada da posição dos foles ou não e/ou monitorando as posições dos foles e o dispositivo de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla e comparando com o predeterminado faixa de operação da posição dos foles. O sistema pode ter a possibilidade de operar uma válvula do sistema de gerenciamento de óleo para, com base na faixa de trabalho, drenar ou reabastecer o fluido hidráulico no volume fechado do circuito hidráulico para manter o sistema funcionando dentro de posições predeterminadas e sem falhas, desse modo aumentando a vida útil dos componentes no sistema.

[060] O sistema de controle compara, assim, os sinais do sensor de posição do fole e do dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla no dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla para decidir se o sistema opera dentro das faixas de trabalho predefinidas.

[061] Além disso, o sistema de controle pode, com base na entrada do (5) sensor (es) de temperatura em potencial, ser capaz de decidir quando usar a válvula do sistema de gerenciamento de óleo para alterar (reabastecer, drenar) o óleo no sistema de circuito hidráulico fechado.

[062] A faixa de operação predeterminada da posição dos foles pode ser definida por posições finais físicas específicas para os foles, tanto para compressão quanto para extensão dos foles. Como alternativa, em vez de posições finais físicas, as posições finais podem ser posições operadas por software, indicando as posições finais. Um sinal pode ser transferido para o sistema de controle, indicando que o fole atingiu a (s) posição (ões) final (is). As posições físicas ou operadas por software que fornecem as posições finais podem ser partes integrais do fole, por exemplo como parte de um sistema de guia ou de um sensor de posição dos foles ou separado dos foles. O sistema de controle pode então decidir se o fole atingiu sua posição final. Se o fole não atingir a posição final, o sistema de controle pode decidir que um sinal (esperado) não é lido e instruir a válvula do sistema de gerenciamento de óleo a drenar ou reabastecer o fluido hidráulico no volume fechado do circuito hidráulico.

[063] O sistema de controle também permite cursos parciais ao trabalhar com propantes grandes e/ou na inicialização. Isso é crucial em situações em que a unidade teve um desligamento não planejado, onde o líquido bombeado ainda é uma pasta, permitindo que os propantes caiam da suspensão e dos sedimentos. O curso parcial é então aplicado para ressuspender os propantes em uma pasta (suspensa).

[064] Em um aspecto, o sistema pode compreender dois dispositivos de transferência de pressão e o dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla pode ser configurado para pressurizar sequencialmente os dois dispositivos de transferência de pressão, de modo que um dispositivo de transferência de pressão seja pressurizado e descarregado (fluido de fraturamento descarregado) enquanto o outro é despressurizado e carregado (carregado por novo fluido de fraturamento) e vice-versa. A operação de despressurização e carregamento pode ser auxiliada pela bomba de alimentação.

[065] O sistema pode ainda compreender dois dispositivos de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla configurados para serem operados individualmente, de modo que eles possam pressurizar dois dos dispositivos de transferência de pressão simultaneamente, isto é, de forma síncrona ou assíncrona, isto é, sobrepostos.

[066] Em outro aspecto, o sistema pode compreender quatro dispositivos de transferência de pressão e dois dispositivos de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla, cada um dos dispositivos de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla sendo configurado para pressurizar e descarregar sequencialmente dois dispositivos de transferência de pressão, de modo que dois da pressão os dispositivos de transferência são pressurizados e, assim, descarregados, enquanto os outros dois dispositivos de transferência de pressão são despressurizados e, assim, carregados, e vice- versa.

[067] É ainda possível fornecer um reboque, contêiner ou um skid, compreendendo o dispositivo de transferência de pressão como definido acima e/ou o sistema definido acima usado no fraturamento hidráulico juntamente com um motor e a guarnição necessária.

[068] O sistema pode ainda compreender um sensor de posição de fole adaptado para monitorar uma extensão axial do fole e, portanto, uma quantidade de fluido que entra e sai do volume interno do fole, bem como um sensor de posição de dispositivo de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla que monitora a posição do dispositivo de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla, em que os sinais do sensor de posição do fole de ação dupla e do sensor de posição do dispositivo de partição de líquido de ação dupla de monitoramento são monitorados pelo sistema de controle e comparados com faixas de trabalho predefinidas para extensão de foles e posição de o dispositivo de partição líquida de reforço de pressão de dupla ação. Isso é feito porque é vantajoso conhecer e ser capaz de controlar a posição da extensão axial dos foles (os foles nunca devem ser totalmente compactados nem esticados ao máximo). Assim, a entrada para o sistema de controle é importante. Por exemplo, se houver um vazamento de fluido hidráulico do sistema fechado do circuito hidráulico, existe o risco de os foles serem danificados se eles se contraírem/comprimirem demais (ou seja, fora da faixa de operação predefinida). Muita contração pode levar a pranchas ou areia a serem presas entre dobras vizinhas ou convoluções nos foles e/ou aumento da pressão delta, enquanto muita extensão pode levar a, por exemplo, fadiga aumentada dos foles ou colisão em potencial com a superfície inferior do alojamento da câmara de pressão, reduzindo a vida útil esperada dos foles.

[069] O volume que flui para dentro e para fora do volume interno dos foles é monitorado usando o sensor de posição dos foles, fornecendo uma alta precisão e uma aceleração/desaceleração controlada dos foles no ponto de virada do dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla, o que resulta novamente em assentos calmos e macios das válvulas, ou seja, o movimento 'reduzido' das válvulas no sistema de regulação de fluxo. O movimento lento e controlado das válvulas evita ou minimiza o risco de danificar as sedes das válvulas no sistema de regulação de fluxo. Assim, para conseguir isso, o sistema é capaz de monitorar a posição do dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla usando o sensor de posição do dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla e, ao se aproximar da posição final, a velocidade de descarga da unidade é reduzida para amortecer a velocidade do elemento da válvula antes de entrar na sede da válvula.

[070] O dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla que fornece o controle do volume a ser descarregado dentro e fora dos foles, e também funciona como um dispositivo de amplificação ou reforço de pressão, é de preferência uma bomba hidráulica de cilindro/pistão de ação dupla, onde a bomba hidráulica a pressão da bomba que entra na bomba está pressionando uma área com uma proporção fixa maior que a área secundária. A área secundária é a área que trabalha com o fluido que entra e sai do volume interno do fole. Essa configuração fornece uma pressão de trabalho dupla, tripla ou até quádrupla (ou mais) na área secundária. O sistema de bomba hidráulica que aciona o dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla, tendo uma faixa de pressão de, por exemplo 350 bar, por exemplo, pode fornecer 700-1400 bar ao volume interno do fole e, portanto, a mesma pressão na cavidade de pressão. Para poder obter um dispositivo de transferência de pressão e um dispositivo de partição líquida de reforço de pressão de dupla ação para funcionar e funcionar satisfatoriamente sob as altas pressões especificadas acima, o sistema é preferencialmente capaz de controlar e posicionar os foles com alta precisão. O volume do circuito hidráulico fechado (por exemplo, volume de óleo) que opera os foles é de preferência configurado para ser ajustado em volume pela válvula do sistema de gerenciamento de óleo para garantir que o fole esteja operando dentro de faixas de trabalho / região de operação predefinidas e do fluido hidráulico no o volume do circuito hidráulico fechado deve ser monitorado continuamente em relação à temperatura e substituído por fluido resfriado (fresco) quando necessário, tudo possível durante/sob o bombeamento, embora a uma taxa reduzida para o sistema geral.

[071] O dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla é preferencialmente de ação dupla, onde um lado primário, definido por uma primeira área de pistão, do dispositivo de partição de líquido de ação dupla de operação opera com uma diferença de pressão de 350-400 bar e, no lado secundário, definido por uma segunda área do pistão, pode ter uma pressão múltipla, por exemplo, 1050 bar ou mais, que será semelhante à pressão sob a qual o dispositivo de transferência de pressão, ou seja, o fole e a cavidade de pressão podem operar.

[072] Mais especificamente, o dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla é capaz de alimentar e retrair uma grande quantidade de fluido hidráulico sob altas pressões para e de pelo menos um primeiro dispositivo de transferência de pressão e segundo dispositivo de transferência de pressão bombeando fluidos com partículas com altos volumes e pressões acima de 500 bar, em que o dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla é controlável por um suprimento de fluxo variável através de pelo menos uma primeira porta de fluido de acionamento e uma segunda porta de fluido de movimentação, em que o dispositivo de partição de líquido de aumento de pressão de ação dupla compreende: - um alojamento de cilindro oco com uma extensão longitudinal, em que o alojamento de cilindro compreende pelo menos uma primeira parte e uma segunda parte com uma primeira área de seção transversal (a1) e uma terceira parte com uma segunda área de seção transversal (a2) de diferentes tamanho que a primeira área da seção transversal (a1), - uma haste, - a haste tendo uma área de seção transversal correspondente à primeira área de seção transversal (a1), e em que uma primeira parte da haste e a primeira parte do alojamento do cilindro definem uma primeira câmara de êmbolo e uma segunda parte da haste e a segunda parte do alojamento do cilindro define uma segunda câmara de êmbolo, - a haste compreende ainda uma porção saliente que tem uma área de seção transversal correspondente à segunda área de seção transversal (a2), e a porção saliente e a terceira parte do alojamento do cilindro definem uma primeira câmara externa e uma segunda câmara externa, - a parte saliente define uma primeira área do pistão, e a haste que define uma segunda área de pistão diferente da primeira área de pistão, e em que a primeira parte da haste, em pelo menos uma parte de seu comprimento, é formada com um primeiro recesso interno que se estende a partir de uma primeira superfície de extremidade da haste, em que o primeiro recesso interno está em comunicação de pressão com a primeira câmara de êmbolo, e - a segunda parte da haste, sobre pelo menos uma parte de seu comprimento, é formada com um segundo recesso interno que se estende a partir de uma segunda superfície final da haste, em que o segundo recesso interno está em comunicação de pressão com a segunda câmara de êmbolo.

[073] O dispositivo de transferência de pressão pode ser operado pela unidade de bomba hidráulica, por exemplo uma bomba variável acima do centro que controla o dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla. A unidade de bomba hidráulica pode ter duas direções de fluxo e um volume de deslocamento ajustável. A unidade de bombeamento hidráulico pode ser acionada e. por qualquer motor operável para operar essas unidades de bomba hidráulica, como motores a diesel ou outros motores conhecidos. No entanto, é claro que a unidade de bomba hidráulica descrita pode ser trocada com uma variedade de bombas hidráulicas controladas por uma válvula de controle proporcional para pressurizar o dispositivo de partição líquida e a cavidade de pressão que aumenta a pressão de ação dupla.

[074] O dispositivo de transferência de pressão é preferencialmente compensado por pressão, o que significa que o fole é operado hidraulicamente, guiando uma quantidade de óleo ou outro líquido hidráulico para dentro e fora do volume interno do fole, movendo o fole entre uma primeira posição, isto é, estado comprimido e um segunda posição, ou seja, estado estendido. Em operação, haverá a mesma pressão nos fluidos hidráulicos no volume interno do fole que no fluido de fraturamento (isto é, meio a ser bombeado) na cavidade de pressão fora do fole. O líquido ou meio a ser bombeado, p. fluido de fraturamento, sendo disposto abaixo do fole e no espaço formado entre a parte externa do fole e a superfície interna do alojamento da câmara de pressão.

[075] O dispositivo de transferência de pressão nem o dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla não possuem superfícies deslizantes em contato com o líquido a ser bombeado. Assim, a vida útil das peças é prolongada, porque não há partes vulneráveis no contato deslizante com qualquer líquido abrasivo a ser bombeado.

[076] A invenção refere-se ainda a uma frota compreendendo pelo menos dois reboques, cada reboque compreendendo pelo menos um sistema como descrito acima.

[077] O sistema de controle, que pode ser baseado em computador, também permite a possibilidade de vários sistemas de bombeamento paralelo agirem como um, amarrando-os a um barramento de campo. Isso pode ser feito organizando os sistemas de bombeamento em paralelo e use o sistema de controle para forçar ou operar os sistemas de bombeamento individuais de forma assíncrona. Isso minimiza o risco de serpente devido à interferência.

[078] A invenção refere-se ainda ao uso de um dispositivo de transferência de pressão como definido acima, um sistema como definido acima ou uma frota como definida acima na extração ou produção de hidrocarbonetos

[079] A invenção refere-se ainda ao uso de um dispositivo de transferência de pressão como definido acima, um sistema como definido acima ou uma frota como definida acima em operações de fraturamento hidráulico.

[080] A invenção refere-se ainda ao uso de um dispositivo de transferência de pressão como definido acima, um sistema como definido acima ou uma frota como definida acima em qualquer uma das seguintes operações: operações de bujão e abandono, perfuração de poço, completação ou estimulação, cimentação, acidificação, circulação de nitrogênio.

[081] O sistema pode ser controlado por um sistema de controle eletromecânico. As entradas para o controle da bomba podem incluir um ou mais dos seguintes itens: - sensores de pressão no sistema hidráulico de baixa pressão (óleo limpo) e na linha de alimentação de chorume / lodo - sensores de posição no dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla, incluindo a posição do pistão / êmbolo e foles - sensores de temperatura no volume do circuito hidráulico fechado e hidráulica de baixa pressão - Entradas HMI (Interface Homem Máquina) configurando o fluxo desejado, potência, volume, características de entrega - dados do poço (pressão, vazão, características de pulsação) - filtro, nível de óleo

[082] O dispositivo de transferência de pressão (através do dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla) é controlado, fornecendo as unidades de bomba hidráulica, e. bombas de pistão axial acima do centro, instruções variáveis baseadas nas entradas.

[083] Resumidamente, a invenção e o sistema de controle eletromecânico que podem fazer parte da invenção, podem ter benefícios em comparação com as soluções da técnica anterior, incluindo: - Pressão variável, potência e vazão; Como as condições de uma tarefa de bombeamento podem variar, o sistema pode se adaptar às condições específicas. Por exemplo. se a pressão aumentar, o sistema poderá ajustar automaticamente o fluxo à potência máxima permitida. Se houver uma pressão definida, o sistema de controle eletromecânico poderá variar o fluxo para manter essa pressão. Se houver um fluxo definido, o sistema de controle eletromecânico poderá variar a pressão e a energia até as limitações do sistema. Também é possível combinar os parâmetros de controle. - Acariciação parcial; quando um sistema é retirado da rede sem lavar o lodo / lama previamente, ocorrerá sedimentação. Para evitar entupimentos, o sistema é capaz de "re-excitar" o meio bombeado por meio de pulsação. - Rampa variável; a função de rampa ideal para o sistema muda em função da pressão e do fluxo. - Soft on-line / off-line; sistema capaz de aumentar gradualmente o fluxo, a fim de evitar picos de pressão à medida que o sistema de bombeamento fica on-line / off-line. - Sincronização de múltiplas unidades; um "frack-spread" compreende várias unidades de bombeamento simultaneamente. Isso leva a situações em que as flutuações de pressão no sistema às vezes coincidem com a frequência de oscilação harmônica da tubulação, causando danos e situações potencialmente perigosas (serpenteamento descrito acima). Ao sincronizar as unidades e, assim, controlar a frequência de oscilação de saída, esse problema é eliminado. Isso também permite que unidades individuais aumentem ou diminuam as taxas de entrega, dependendo das limitações de calor do sistema, sem alterar o desempenho geral do sistema. - Sobreposição dos dispositivos de transferência de pressão para alcançar um fluxo laminar constante do meio bombeado (por exemplo, o fluido de fraturamento) até o poço. Por exemplo, se cada sistema compreender quatro dispositivos de transferência de pressão acoplados em pares com dois dispositivos de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla. Isso permite um sistema de acionamento assíncrono que pode fornecer um fluxo praticamente livre de pulsação (fluxo laminar). - Amortecimento por pulsação; no caso de executar uma "propagação de frack" híbrida com a combinação de sistemas de bombeamento convencionais e o dispositivo e sistemas de transferência de pressão de acordo com a presente invenção, é possível reagir contra as pulsações geradas a partir dos sistemas de bombeamento convencionais pulsando a pressão dispositivo e sistemas de transferência de acordo com a presente invenção em fase oposta. - Sem taxa mínima; as unidades de bomba hidráulica, e. A bomba de pistão axial acima do centro funciona como um IVT (acionamento variável infinito) e, portanto, pode variar perfeitamente as taxas de entrega de zero ao máximo. - O sistema de controle eletromecânico oferece a possibilidade de acionar diretamente o dispositivo líquido de reforço de pressão de ação dupla a partir da unidade de bomba hidráulica, por exemplo a bomba de pistão axial acima do centro. Isso leva a um tempo de resposta mais rápido e menos queda de pressão no sistema geral, aumentando a eficiência e diminuindo o calor gerado no sistema. - Controle total sobre a extensão e retração dos foles através de todo o movimento. Isso permite detectar falhas, vazamentos internos e evita danos ao fole, não sendo executado fora dos parâmetros operacionais especificados.

[084] Ao longo da descrição e reivindicações, diferentes palavras foram usadas para o líquido a ser bombeado. O termo deve ser entendido como o líquido na cavidade de pressão do lado de fora dos foles, p. o fluido hidráulico de fraturamento, fluido de fraturamento, fraturamento, hidrofraturação ou hidrofracking, ou lama, fluido de estimulação, ácido, cimento etc.

[085] Além disso, vários termos foram utilizados para a posição do dispositivo de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla ou a posição da haste ou pistão no dispositivo de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla. Deve ser entendida como a posição da haste ou pistão em relação ao invólucro externo do dispositivo de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla.

[086] Estas e outras características da invenção serão claras a partir da descrição a seguir de uma forma preferencial de modalidade, dada como um exemplo não restritivo, com referência aos desenhos anexos em que;

Breve descrição dos desenhos

[087] A Fig. 1 mostra uma configuração operacional de um dispositivo de transferência de pressão e sistema associado de acordo com a presente invenção;

[088] A Fig. 2 mostra detalhes de um dispositivo de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla usado em conexão com o dispositivo de transferência de pressão de acordo com a presente invenção.

Descrição detalhada dos desenhos

[089] A Fig. 1 mostra uma visão geral de uma configuração operacional de um dispositivo de transferência de pressão e sistema associado de acordo com a presente invenção. É divulgado um dispositivo de transferência de pressão de estimulação de poço projetado especificamente para pressão muito alta (500 bar e acima) a altas taxas (por exemplo, 1000 litros/min ou mais para o sistema específico divulgado na Figura 1), fluidos de bombeamento, como lamas, contendo alta quantidades de partículas abrasivas. Duas configurações idênticas são divulgadas na Figura 1, com um dispositivo comum de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla 2, em que os elementos da configuração no lado esquerdo são indicados com um único apóstrofo (') e os elementos na configuração idêntica à direita lado é indicado com duplo apóstrofo ('').

[090] Os detalhes do dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla 2 usado em conexão com o dispositivo de transferência de pressão 1', 1'' são mostrados na Figura 2. É mostrado um dispositivo de transferência de pressão 1', 1'' para bombear fluido nas pressões acima 500 barras, o dispositivo de transferência de pressão 1', 1'' compreendendo um alojamento de câmara de pressão e uma porta de conexão 3', 3'', a porta de conexão 3', 3'' sendo conectável a um dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla 2 via meios de comunicação de fluido na forma do primeiro orifício da válvula 26', 26'' e do segundo orifício da válvula 27', 27'' e possivelmente através de uma válvula do sistema de gerenciamento de óleo 16', 16''. O alojamento da câmara de pressão compreende uma cavidade de pressão 4', 4'' e uma primeira porta 5', 5'' conectando a cavidade de pressão 4', 4'' a um poço através de um sistema de gerenciamento de fluxo 13. A primeira porta 5' , 5'' atuando como entrada e/ou saída de fluido ou líquido a ser bombeado. É ainda divulgado um fole 6', 6'' disposto dentro da cavidade de pressão 4', 4'' e em que um volume interno 7', 7'' do fole 6', 6'' está em comunicação fluida com o a porta de conexão 3', 3'' e o volume interno 7', 7'' são impedidos de se comunicar com a cavidade de pressão 4', 4''. O comprimento da cavidade de pressão L', L'', estendendo-se em uma direção longitudinal entre a porta de conexão 3', 3 '' e a primeira porta 5', 5'', tem uma área de seção transversal variável. Os foles 6 ', 6'' estão configurados para se moverem em uma direção substancialmente na direção longitudinal, que no desenho está coincidindo com o eixo central C', C'' da cavidade de pressão 1 ', 1''.

[091] O dispositivo de transferência de pressão 1', 1''compreende um fole, exemplificado como um fole estanque a fluidos acionado hidraulicamente 6', 6'' compreendendo uma guia interna 9 ', 9'' e um sensor de posição de fole 12', 12'' com uma haste indutiva 43', 43'' adaptada para ler um ímã 10', 10''. O ímã 10', 10''pode ser conectado de forma fixa ao guia 9', 9''. A guia 9', 9'' é ela própria guiada no compartimento da câmara de pressão, por exemplo, ao longo da extensão longitudinal da porta de conexão 3', 3''. No exemplo divulgado, a guia 9', 9'' está conectada à extremidade inferior dos foles 6', 6'' em uma extremidade e é guiada no compartimento da câmara de pressão na extremidade superior da mesma. O guia 9', 9'' e, portanto, o ímã 10', 10'', segue o movimento dos foles 6', 6''. O sensor de posição do fole 12', 12'', por exemplo a haste de medição 43', 43'' pode compreender meios para detectar e determinar a posição do ímã 10', 10'' (e, portanto, a guia 9', 9'' e foles 6', 6''), por exemplo por detecção indutiva da posição do ímã. Embora a descrição descreva que o ímã 10', 10'' está conectado ao guia 9', 9'' que se move em relação à haste de medição fixa 43', 43'', é possível organizar o ímã 10', 10'' estacionário e por exemplo o guia 9', 9'' indutivo para monitorar a posição. Além disso, é possível usar outros sensores além do sensor de posição linear descrito acima, desde que sejam capazes de monitorar a posição exata dos foles 6', 6''.

[092] Os foles 6', 6'' são colocados em uma cavidade de pressão 4', 4'' com uma folga definida para a superfície interna do alojamento da câmara de pressão. O fluido de acionamento é direcionado para dentro e para fora de um volume interno 7', 7'' dos foles 6', 6 '' através de uma porta de conexão 3 ', 3' 'na parte superior da cavidade de pressão 4', 4'' (ou seja, a parte superior do compartimento da câmara de pressão). Os foles 6', 6''estão fixamente conectados no topo da cavidade de pressão 4', 4'' à superfície interna do alojamento da câmara de pressão por meios conhecidos do especialista. A porta de conexão 3', 3'' está em comunicação com um dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla 2 e possivelmente uma válvula do sistema de gerenciamento de óleo 16', 16''.

[093] O dispositivo de transferência de pressão 1', 1'' pode ainda compreender uma ventilação de ar (não mostrada) para ventilar o ar do fluido a ser bombeado. A ventilação de ar pode ser qualquer ventilação operável para extrair ou ventilar o excesso de ar de um sistema fechado, como quaisquer válvulas apropriadas (afogador) ou similar.

[094] O meio bombeado, por exemplo, fluido de fraturamento com partículas, entra e sai da cavidade de pressão 4', 4'' através de uma primeira porta 5', 5'' no fundo da cavidade de pressão 4', 4'' (ou seja, compartimento da câmara de pressão). A primeira porta 5', 5'' está em comunicação com um dispositivo de regulação de fluxo 13, como um coletor de válvula. O dispositivo de regulação de fluxo 13 é explicado em mais detalhes abaixo.

[095] Conduzida pelo dispositivo de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla 2, a cavidade de pressão 4', 4'', em combinação com os foles 6', 6'', bombeia o fluido retraindo e expandindo os foles 6', 6''entre sua limitação mínima e máxima predefinida. Manter o fole dentro desta limitação mínima e máxima predefinida prolonga a vida útil do fole. Para garantir que os foles 6', 6'' funcionem dentro de sua limitação predefinida, esse movimento é monitorado pelo sensor de posição dos foles 12', 12''. Mover dinamicamente os foles para fora dessas limitações mínimas e máximas predefinidas pode reduzir drasticamente a vida útil dos foles. Sem esse controle, os foles 6', 6'' ao longo do tempo, como resultado de vazamento interno, principalmente no dispositivo de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla 2, serão sobrecarregados por excesso de extensão (eventualmente cairão com a cavidade de pressão 4', 4'' ou super compressa (retrai), causando partículas no fluido deformar ou perfurar o fole 6', 6'' ou gerar pressão delta). Um sistema de guia central 9', 9'', exemplificado como guia 9', 9'', garante que os foles 6', 6'' se retraiam e se expandam de maneira linear, garantindo que os foles 6', 6'' não bata nas paredes laterais da cavidade de pressão 4', 4'' e, ao mesmo tempo, assegura leituras precisas de posicionamento do sensor de posição de fole 12', 12''. Assim, a cavidade de pressão 4', 4''é projetada especificamente para suportar altas pressões e cargas cíclicas ao mesmo tempo em que evita o acúmulo de sedimentação. A distância definida entre a parte externa do fole 6', 6''e a dimensão interna do alojamento da câmara de pressão garante o equilíbrio da pressão interna da pressão do fole 6', 6 '' e a pressão média da bomba na cavidade de pressão 4', 4''.

[096] Essa cavidade de pressão é projetada para transportar as cargas cíclicas às quais este sistema será submetido e para abrigar os foles e o sistema de posicionamento dos foles. A porta de conexão 3', 3'' tem uma forma cilíndrica usinada e afiada através do material de base da cavidade de pressão 4', 4 '' “corpo” e serve como parte do sistema de guia abaixo 9', 9'' uma configuração de cilindro e pistão. A cavidade de pressão 4', 4'' tem o formato ideal para evitar concentrações de estresse. O sistema de guia de foles interno 9', 9'' garante um movimento linear dos foles 6', 6'' sem a necessidade de um guia externo.

[097] A primeira porta 5', 5'' do fundo na cavidade de pressão 4', 4'' é modelada para evitar o acúmulo de sedimentação inclinando ou afinando a cavidade de pressão 4', 4'' em direção à primeira porta 5', 5''. Consequentemente, o acúmulo de sedimentação é impedido porque os sedimentos ou partículas do líquido a ser bombeado fluem naturalmente, ou seja, com auxílio da gravidade, saindo da cavidade de pressão 4', 4''saindo pela primeira porta 5', 5''. Sem essa forma inclinada ou cônica, o acúmulo de sedimentação pode levar a problemas durante a inicialização do dispositivo de transferência de pressão e ou os sedimentos podem se acumular e, eventualmente, cercar partes inferiores da parte externa dos foles 6', 6''.

[098] O dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla 2 compreende um cilindro oco com uma extensão longitudinal, em que o cilindro compreende uma primeira e uma segunda parte com uma primeira área de seção transversal a1 e uma terceira parte com uma segunda área de seção transversal a2 de tamanho diferente do que a primeira e a segunda parte. O dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla compreende uma haste disposta de maneira móvel como um pistão dentro do cilindro. A haste tem uma área de seção transversal correspondente à primeira área de seção transversal a1 e define uma segunda área de pistão 31', 31'' e em que a haste, quando disposta dentro do cilindro oco, define uma primeira câmara de êmbolo 17' e uma segunda câmara de êmbolo 17'' na primeira e na segunda parte. A haste compreende ainda uma porção saliente 30 que tem uma área de seção transversal correspondente à segunda área de seção transversal a2 e a porção saliente que define uma primeira área de pistão 30', 30'' e uma primeira câmara externa 44' e uma segunda câmara externa 44 '' na terceira parte. Uma parte da haste que define a primeira e a segunda câmara de êmbolo 17', 17'', em pelo menos uma parte de seu comprimento, é formada com um primeiro recesso 40' em comunicação de pressão com a primeira câmara de êmbolo 17' e um segundo recesso 40'' em comunicação de pressão com a segunda câmara de êmbolo 17''.

[099] A primeira câmara do êmbolo 17' compreende uma primeira porta do êmbolo 18' que está em comunicação com o volume interno 7'do fole 6', alternativamente através da primeira válvula do sistema de gerenciamento de óleo 16'. Da mesma forma, a segunda câmara do êmbolo 17'' compreende uma segunda porta do êmbolo 18'' que está em comunicação com o volume interno 7'' dos foles 6'', alternativa através da segunda válvula do sistema de gerenciamento de óleo 16''. Os volumes dentro da primeira e segunda câmaras de êmbolo 17', 17'' são variados com a haste 19 sendo extraída e retraída dentro/fora da respectiva primeira e segunda câmara de êmbolo 17', 17''. A haste 19 pode compreender um sensor de posição de dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla 21. O primeiro e o segundo vedantes 22', 22''podem ser dispostos entre a porção saliente 30 da haste e a primeira câmara de êmbolo 17' e a segunda câmara de êmbolo 17'', respectivamente. As referidas primeira e segunda vedações 22', 22'' podem ser ventiladas e resfriadas por um sistema de lubrificação separado ou comum 23', 23''.

[0100] A haste 19 é acionada para frente e para trás, permitindo que o fluido pressurizado em sequência, como óleo ou outro fluido hidráulico adequado, flua para a primeira porta de entrada / saída 24' e para fora da segunda porta de entrada/saída 24'' e, em seguida, seja invertido para ir na direção oposta. A primeira e segunda portas de saída de entrada 24', 24'' estão em comunicação com uma unidade de bomba hidráulica 11.

[0101] A primeira e segunda válvulas do sistema de gerenciamento de óleo 16 ', 16'' estão posicionadas entre os foles 6', 6'' e o dispositivo de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla 2 e são exemplificados como duas válvulas de três vias que podem compreender uma primeira e segundos atuadores 25', 25'' operando a primeira e a segunda válvulas de três vias, respectivamente. As configurações das primeira e segunda válvulas do sistema de gerenciamento de óleo 16', 16'' e sua conexão com os diferentes dispositivos de transferência de pressão 1', 1'' são idênticas. Assim, a seguir, o sistema no lado esquerdo, isto é, o sistema em comunicação com a primeira porta do êmbolo 18', será descrito em mais detalhes. A válvula do sistema de gerenciamento de óleo 16', nos desenhos exemplificados como uma válvula de três vias, compreende três orifícios, incluindo um primeiro orifício da válvula 26' em comunicação com o primeiro orifício do êmbolo 18', um segundo orifício da válvula 27' em comunicação com o orifício de conexão 3' do dispositivo de transferência de pressão e uma terceira porta de válvula 28' em comunicação com um reservatório de óleo 29'. Da mesma forma, com referência ao dispositivo de transferência de pressão 1'' no lado direito, a válvula do sistema de gerenciamento de óleo 16'' em comunicação com o segundo orifício do êmbolo 18'', compreende três orifícios, incluindo o primeiro orifício da válvula 26'' em comunicação com segunda porta de êmbolo 18'', uma segunda porta de válvula 27'' em comunicação com a porta de conexão 3'' do dispositivo de transferência de pressão 1'' e uma terceira porta de válvula 28'' em comunicação com um reservatório de óleo 29''.

[0102] A unidade de bomba hidráulica 11 pode compreender bombas de pistão axial central que são controladas pelos dados de posição do sensor de posição de fole 12', 12''e do dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de duplo efeito sensor de posição 21 no dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de duplo efeito 2 e possivelmente de acordo com os dados de entrada da Interface Homem Máquina (HMI) e / ou do sistema de controle. A unidade de bombeamento hidráulico 11 pode ser acionada e. por um motor M, como qualquer motor padrão usado nos campos técnicos específicos.

[0103] O conjunto de regulação de fluxo 13, por exemplo um coletor de válvula, pode ser um conjunto comum de regulação de fluxo para os sistemas idênticos no lado esquerdo e no lado direito da Figura. Em relação ao sistema no lado esquerdo, o conjunto de regulação de fluxo 13 pode compreender uma porta de bomba 36' em comunicação com a primeira porta 5' do dispositivo de transferência de pressão 1', uma porta de alimentação 35' em comunicação com o líquido para ser bombeado através de um coletor de entrada 14 no conjunto de regulação de fluxo 13 e uma porta de descarga 37' em comunicação com o coletor de descarga 15 no conjunto de regulação de fluxo 13. Para poder alternar e operar entre as diferentes entradas e saídas, o regulador de fluxo o conjunto pode compreender a válvula de suprimento 38' que compreende uma válvula de retenção que permite o fornecimento de fluido da bomba quando a pressão no coletor de entrada 14 é maior que a pressão na cavidade de pressão 4' e menor que a pressão na válvula de descarga 39'. O coletor de entrada 14 está em comunicação com uma bomba de alimentação e um misturador. O misturador mistura o líquido a ser bombeado e a bomba de alimentação pressuriza o coletor de entrada 14 e distribui o referido fluido misturado aos dispositivos de transferência de pressão 1', 1'' (cavidades de pressão 4', 4''). O liquidificador normalmente mistura o líquido a ser bombeado com partículas como areia e propantes. Essa bomba de alimentação e misturador são conhecidos pelo especialista na técnica e não serão descritos em mais detalhes aqui.

[0104] Da mesma forma, para o sistema no lado direito da Figura, o conjunto de regulação de fluxo 13 pode compreender uma porta de bomba 36'' em comunicação com a primeira porta 5'' do dispositivo de transferência de pressão 1'', uma porta de alimentação 35'' em comunicação com o líquido a ser bombeado através de um coletor de entrada 14 e uma porta de descarga 37'' em comunicação com o coletor de descarga 15. Além disso, para poder alternar e operar entre as diferentes entradas e saídas, o conjunto de regulação de fluxo pode compreendem a válvula de suprimento 38'' compreendendo uma válvula de retenção que permite o fornecimento de fluido da bomba quando a pressão no coletor de entrada 14 é maior que a pressão na cavidade de pressão 4'' e a válvula de descarga 39'' permitindo que o fluido seja descarregado para a descarga coletor 15 quando a pressão na cavidade de pressão 4'' for maior que a pressão no coletor de descarga 15 para bombear fluidos a altas pressões e vazões, por exemplo em um poço.

[0105] O conjunto de regulação de fluxo 13 distribui o líquido bombeado entre o coletor de entrada 14, a cavidade de pressão 4', 4''e o coletor de saída 15 utilizando duas válvulas de retenção, uma para entrada e outra para saída e porta de carga / descarga posicionada entre eles. A válvula de alimentação 38', 38''posicionada entre a porta de alimentação 35', 35'' e a porta de bomba 36', 36'', permitindo que o fluido carregue a cavidade de pressão 4', 4'' quando fole 6', 6'' está retraindo, isto é, o líquido a ser bombeado fornece pressão por baixo, auxiliando na retração / compressão do fole 6', 6''. A pressão de assistência do líquido para o dispositivo de transferência de pressão no coletor de entrada 14 está tipicamente na faixa de 3 a 10 bares, reabastecendo a cavidade de pressão 4', 4'' e preparando a próxima dose do meio de alta pressão a ser bombeada para dentro do bem. Quando os foles 6', 6' 'começam a se estender (ou seja, o fluido pressurizado está preenchendo o volume interno 7', 7'' dos foles 6', 6''), a válvula de suprimento 38', 38'' fecha quando a pressão excede a pressão de alimentação no coletor de entrada 14 e, assim, forçar a válvula de descarga 39', 39'' para abrir e, assim, descarregar o conteúdo na cavidade de pressão 4', 4'' através da porta de descarga 37', 37''e para dentro do coletor de descarga 15. Isso ocorrerá sequencialmente na configuração no lado esquerdo da figura e no lado direito da figura, respectivamente.

[0106] A unidade de bomba hidráulica 11 utiliza bombas de pistão axial central configuradas em um volume de circuito hidráulico fechado definido industrialmente, também chamado de bombas de placa oscilante. As bombas Swashplate possuem um conjunto de cilindros rotativos contendo pistões. Os pistões são conectados à placa oscilante por meio de uma junta esférica e são empurrados contra a placa oscilante estacionária, que fica em ângulo com o cilindro. Os pistões sugam o fluido durante meia revolução e empurram o fluido para fora durante a outra metade. Quanto maior a inclinação, mais os pistões da bomba se movem e mais fluido eles transferem. Essas bombas têm um deslocamento variável e podem alternar entre a primeira porta de entrada / saída de pressão 24' e a segunda porta de entrada/saída 24'', controlando assim diretamente o (s) dispositivo (s) de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla 2.

[0107] A válvula do sistema de gerenciamento de óleo 16', 16'' é exemplificada como uma válvula de três vias. No entanto, outras configurações podem ser usadas, como um arranjo de duas ou mais válvulas. A válvula do sistema de gerenciamento de óleo é controlada por um sistema de controle que pode determinar se o volume correto de fluido hidráulico circula entre o volume interno 7', 7''dos foles 6', 6'' e a primeira e a segunda câmaras de êmbolo 17' , 17'', utilizando os sensores de posição nos foles e no dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla. Ao mesmo tempo, ele permite que o sistema substitua o óleo nesse volume de circuito hidráulico fechado se a temperatura no óleo atingir os limites operacionais. Isso é feito isolando a segunda porta de válvula 27', 27'' do dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla e abrindo a comunicação entre a primeira porta de válvula 26', 26'' e a terceira porta de válvula 28', 28'', permitindo assim o pistão 30 ou a haste 19 no dispositivo de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla 2 para se posicionar de acordo com a posição de fole 6', 6''. O sistema de controle que controla a válvula do sistema de gerenciamento de óleo 16', 16'' monitora a posição dos foles 6', 6'' em relação à posição do êmbolo 19 e adiciona ou retrai o óleo do sistema quando o sistema atinge um limite de desvio máximo. Isso é feito, de preferência automaticamente, parando os foles 6', 6'' em uma determinada posição e deixando o êmbolo 19 redefinir para uma "posição de fole" de acordo. Uma posição de fole do êmbolo 19 corresponde tipicamente a uma posição em que os volumes da primeira câmara de êmbolo 17' e da segunda câmara de êmbolo 17'' são os mesmos, o que na maioria das situações será uma posição em que os foles 6', 6 ''está em uma posição intermediária. Assim, o êmbolo 19 é de preferência posicionado em relação à posição real dos foles 6', 6''.

[0108] O dispositivo de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla 2 é, por exemplo, controlável por uma fonte de fluxo variável de e unidade de bomba hidráulica 11 através da primeira porta de entrada / saída 24' e segunda porta de entrada / saída 24''. A porção saliente 30 compreendendo uma primeira extremidade (isto é, via primeira área do pistão 30') em comunicação fluida com a primeira porta de entrada / saída 24' e uma segunda extremidade (ou seja, através da primeira área do pistão 30'') em comunicação fluida com a segunda porta de entrada / saída 24''. A haste 19 define ainda uma segunda área de pistão 31', 31''menor que a primeira área de pistão 30', 30''. A haste 19 que separa a primeira e a segunda câmaras de êmbolo 17', 17''e é operada para variar volumes das primeira e segunda câmaras de êmbolo 17', 17'' extraindo e retraindo a haste 19 dentro / fora da primeira e segunda câmaras de êmbolo 17', 17'', respectivamente. A haste 19 é parcialmente oca e compreende um primeiro recesso 40' e um segundo recesso 40''. O primeiro e o segundo recessos 40', 40''são separados um do outro. Assim, é permitido que o fluido flua entre o primeiro e o segundo recessos 40', 40''. O primeiro recesso 40' está em comunicação fluida com a primeira câmara de êmbolo 17' e o segundo recesso 40'' está em comunicação fluida com a segunda câmara de êmbolo 17'.

[0109] A função 2 do dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla é garantir que um volume fixo de fluido hidráulico, por exemplo óleo, está carregando / descarregando os foles 6', 6''. Ao mesmo tempo, funciona como um amplificador de pressão (intensificador ou intensificador). No dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla ilustrado 2, a pressão é aumentada tendo uma primeira área de pistão maior 30', 30'', do que a segunda área de pistão 31' na primeira câmara de êmbolo 17' e segunda área de pistão 31'' na segunda câmara de êmbolo 17'', respectivamente. Existe uma proporção fixa entre a primeira área do pistão 30', 30'' e a segunda área do pistão 31', 31'', dependendo da diferença nas áreas do primeiro e do segundo pistão. Portanto, uma pressão fixa na primeira ou segunda câmara externa 44', 44''fornece uma pressão fixa amplificada pela diferença de pressão da primeira e da segunda áreas do pistão. No entanto, a pressão de entrada pode variar para obter uma pressão diferente, mas a proporção é fixa. A amplificação da pressão é vital para permitir o bombeamento de fluidos além da faixa de pressão normal máxima das unidades de bomba hidráulica industrial 11 que alimentam a unidade e são variadas para atender às necessidades de pressão da indústria.

[0110] O dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla 2 pode compreender o sensor de posição 21 do dispositivo de partição de líquido de aumento de pressão de ação dupla que se comunica continuamente com o sistema de controle geral que pode operar a válvula do sistema de gerenciamento de óleo 16', 16'' para reabastecer ou drenar o fluido hidráulico de o volume do circuito hidráulico fechado com base na entrada do sensor de posição do dispositivo de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla 21 no dispositivo de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla 2 e no sensor de posição de fole 12', 12''. Nas figuras, o sensor de posição 21 do dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla está disposto entre a haste 19 e as paredes internas da primeira ou segunda câmara do êmbolo 17', 17'', de modo que o sensor de posição do dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla 21 é capaz de monitorar continuamente a posição da haste 19 e transmitir sinais para um sistema de controle comparando a posição dos foles 6', 6'' e do pistão ou haste 19 no dispositivo de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla 2. No entanto, é possível organizar o sensor de posição 21 do dispositivo de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla também em outros locais, inclusive fora do dispositivo de partição líquida 2 de aumento de pressão de ação dupla, desde que ele possa monitorar a posição da haste 19. Como tal, qualquer vazamento ou enchimento excessivo de fluido hidráulico em qualquer uma das primeira ou segunda câmaras de êmbolo 17', 17'' pode ser detectado e corrigido (por exemplo, usando a válvula do sistema de gerenciamento de óleo 16', 16 '' para redefinir a haste para zero posição de desvio de acordo com a posição do fole, conforme descrito acima).

[0111] Especificamente, a primeira e segunda câmaras de êmbolo 17', 17'' serão submetidas a pressões extremas. Todas as transições são modeladas para evitar concentrações de estresse. A haste 19 no dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla é preferencialmente uma haste oca para compensar o balão do invólucro (invólucro = as paredes externas do dispositivo de partição de líquido de aumento de pressão de ação dupla 2) durante um ciclo de pressão. De preferência, o balão da haste oca é marginalmente menor que o balão da concha para impedir que qualquer espaço de extrusão entre a haste oca e a concha exceda os limites permitidos. Se esse espaço for muito grande, haverá vazamento sobre o primeiro e o segundo vedantes 22', 22'', resultando em volumes desiguais de fluidos hidráulicos nas primeira e segunda câmaras do êmbolo 17', 17''. A espessura da concha e as paredes da haste oca, ou seja, as paredes ao redor do primeiro e do segundo recessos 40', 40''são escolhidas de modo que se deformam similar / igualmente na direção radial, e o primeiro e o segundo selos 22' , 22'' também são protegidos, garantindo uma longa vida útil do primeiro e do segundo vedantes 22', 22''.

[0112] O sistema de controle tem três funções principais. A primeira função principal do sistema de controle é controlar as características de saída do dispositivo de transferência de pressão 1', 1'': o dispositivo de transferência de pressão 1', 1'' é capaz de fornecer fluxo com base em vários parâmetros, como: fluxo, pressão, potência ou combinações destes. Além disso, se dois dispositivos de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla 2 forem usados, o dispositivo de transferência de pressão 1', 1'' pode fornecer um fluxo livre de pulsação até 50% da taxa teórica máxima, sobrepondo os dois dispositivos de partição de líquido de ação dupla de reforço de pressão 2 de uma maneira que um está assumindo o controle (subindo até a velocidade dupla) quando o outro está atingindo sua posição de rotação. Assim, alcançou taxas de fluxo reduzidas a altas pressões e altas taxas de fluxo a pressões reduzidas, em todas as modalidades com um fluxo substancialmente laminar. Isso é conseguido com uma capacidade excedente na unidade hidráulica da bomba 11. À medida que a taxa aumenta, haverá gradualmente menos espaço para sobreposição e, assim, uma quantidade crescente de pulsações. A unidade de bomba hidráulica de deslocamento variável 11 em combinação com sensores de pressão e sensor de posição de fole 12', 12'' e sensor de posição de dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla 21 é fundamental para a flexibilidade que o sistema oferece. O sistema de controle, que pode ser baseado em computador, também permite a possibilidade de vários sistemas de bombeamento paralelo agirem como um, amarrando-os a um barramento de campo. Isso pode ser feito organizando os sistemas de bombeamento em paralelo e use o sistema de controle para forçar ou operar os sistemas de bombeamento individuais de forma assíncrona. Isso minimiza o risco de serpente devido à interferência.

[0113] A segunda função principal do sistema de controle é fornecer o controle completo do movimento dos foles 6', 6''através dos ciclos em relação ao dispositivo de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla 2. Isso é relevante no fechamento / assentamento do válvulas no conjunto de regulação de fluxo 13 (por exemplo, porta de alimentação 35', 35'', porta de bomba 36', 36'', porta de descarga 37', 37'', válvula de alimentação 38', 38 '', válvula de descarga 39', 39'') porque existe uma combinação de fatores, que precisa funcionar em sincronicidade para que este sistema funcione com essas pressões e taxas de entrega extremas. Quanto a uma mola, é importante que o fole 6', 6'' opere dentro de seus parâmetros de projeto, ou seja, não se estenda ou comprima demais para ter uma vida útil longa.

[0114] A terceira função principal do sistema de controle é a válvula do sistema de gerenciamento de óleo 16', 16'' do sistema de controle que atua quando o sistema de controle encontra uma diferença entre as posições do dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla 2 e os foles 6 ', 6' 'ou que a temperatura esteja fora dos limites predefinidos. O dispositivo de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla 2 tem, em geral, as mesmas forças e falhas de um cilindro hidráulico, é robusto e preciso, mas possui um grau de vazamento interno sobre o primeiro e o segundo vedantes 22', 22'' o tempo se acumula como um fator de adição ou retração no volume do circuito hidráulico fechado entre a primeira e a segunda câmaras de êmbolo 17', 17'' e o volume interno 7', 7'' dos foles 6', 6''. Para resolver esses problemas, o fole 6', 6''e o dispositivo de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla 2 são equipados com sensores de posição 12', 12'', 21 que monitoram continuamente a posição dessas unidades para garantir que estejam sincronizadas de acordo com a filosofia programada por software. Com o tempo, o vazamento interno do sistema aumentará e, quando o desvio da posição entre os foles 6', 6''e o dispositivo de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla 2 atingir o limite máximo permitido, o primeiro e / ou as segundas válvulas do sistema de gerenciamento de óleo 16', 16''adicionam ou retraem o volume necessário para ressincronizar o sistema (e ajustam-se preferencialmente automaticamente em relação a uma posição conhecida dos foles 6', 6''). Além disso, pode haver um problema em que o líquido no volume do circuito hidráulico fechado entre o dispositivo de transferência de pressão 1', 1'' e o dispositivo de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla 2 gera calor por atrito fluindo para frente e para trás. Além disso, o primeiro e o segundo vedantes 22', 22'' no dispositivo de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla 2 também produzirão calor que será dissipado no líquido (por exemplo, óleo) no volume do circuito hidráulico fechado. Esse problema pode ser solucionado usando o mesmo sistema que para compensar vazamentos internos. O volume hidráulico de circuito fechado pode ser substituído pela válvula do sistema de gerenciamento de óleo 16', 16''.

[0115] Assim, pelo menos um dos objetivos da invenção é alcançado pela invenção, como descrito nos desenhos, isto é, um dispositivo de transferência de pressão e um sistema de fraturamento que pode operar a altas pressões com alto fluxo de volume

[0116] Na descrição anterior, vários aspectos da invenção foram descritos com referência a modalidades ilustrativas. Para fins de explicação, foram estabelecidos sistemas e configurações para fornecer um entendimento completo do sistema e de seu funcionamento. No entanto, esta descrição não pretende ser interpretada em um sentido limitante. Várias modificações e variações das modalidades ilustrativas, bem como outras modalidades do sistema, que são evidentes para os especialistas na técnica a que pertence o assunto divulgado, são consideradas como estando dentro do escopo da presente invenção. Tabela 1: Lista de Referência

Claims (15)

1. Sistema compreendendo: um dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla (2); um dispositivo de transferência de pressão (1', 1'') para bombear fluido com partículas a pressões acima de 500 bar, o dispositivo de transferência de pressão (1', 1'') caracterizado por compreender um alojamento de câmara de pressão e pelo menos uma porta de conexão (3', 3''), a pelo menos uma porta de conexão (3', 3'') sendo conectada a um dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla (2) através de meios de comunicação de fluidos (26', 27'; 26'', 27''), o alojamento da câmara de pressão compreendendo: - uma cavidade de pressão (4', 4'') dentro do compartimento da câmara de pressão e pelo menos uma primeira porta (5', 5'') para entrada e / ou saída de fluido para a cavidade de pressão (4', 4''), - um fole (6', 6") definindo um volume interno (7', 7") dentro da cavidade de pressão (4', 4"), e em que o volume interno (7', 7") do fole é parte de um volume de circuito hidráulico fechado com o dispositivo de partição de líquida de reforço de pressão de dupla ação (2) e está em comunicação de fluido com a porta de conexão (3', 3") de modo que o fluido conduzido na forma de fluido hidráulico pressurizado do dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de dupla ação (2) possa entrar e sair do volume interno (7', 7") do fole (6', 6"), em que a cavidade de pressão (4', 4") tem um eixo central (C) com um comprimento axial (L'; L") definido pela distância entre a porta de conexão (3', 3") e a primeira porta (5', 5"), e em que o fole (6', 6") está configurado para se mover em uma direção paralela ao eixo central (C', C") ao longo de uma parte do comprimento axial (L', L") da cavidade de pressão (4', 4").

2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a cavidade de pressão (4', 4'') ter uma área de seção transversal variável sobre pelo menos uma parte do comprimento axial (L', L'').

3. Sistema de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, caracterizado por o fole (6', 6'') ser radialmente rígido e axialmente flexível, de modo que qualquer movimento do fole (6', 6'') está na direção axial do mesmo.

4. Sistema de acordo com as reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado por a cavidade de pressão (4', 4'') afunilar em direção à primeira porta (5', 5'').

5. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o fole (6', 6'') ter uma extensão radial e axial menor do que uma superfície interna da cavidade de pressão (4', 4''), formando assim um espaço (8', 8'') entre uma circunferência externa do fole (6', 6 '') e uma circunferência interna da cavidade de pressão (4', 4'') em todas as posições operacionais do fole (6', 6'').

6. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a primeira porta (5', 5'') estar disposta em uma seção inferior da cavidade de pressão (4', 4'')

7. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a cavidade de pressão (4', 4'') ser em forma de ovo, elíptica, circular, esférica, em forma de bola ou oval.

8. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o fole (6', 6'') ter uma forma adaptada à forma da cavidade de pressão (4', 4'') de modo que o fole, em todas as suas posições operacionais, seja impedido de entrar em contato com uma superfície interna do alojamento da câmara de pressão.

9. Sistema de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por o fole (6', 6'') ter uma forma cilíndrica, uma forma semelhante a um acordeão ou uma forma de sanfona.

10. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o fole (6', 6") compreender um sistema de guia (9', 9") que compreende uma guia (9', 9"), a guia (9', 9") sendo conectada a uma parte inferior do fole (6', 6") e estar configurada para ser guiada no alojamento da câmara de pressão que faz parte da porta de conexão (3', 3"), em que a guia (9', 9") está coincidindo com, ou sendo paralelo a, um eixo central (C', C") da cavidade de pressão (4', 4"), e em que o fole (6', 6") se expande e retrai axialmente em uma direção longitudinal ao longo do eixo central (C', C"), e em que o dispositivo de transferência de pressão compreende ainda um sensor de posição de fole (12', 12") monitorando a posição do fole (6', 6").

11. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado por compreender: - uma unidade de bomba hidráulica (11) pressurizando e atuando um dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla (2), - um conjunto de regulação de fluxo (13) configurado para distribuir o fluido entre um coletor de entrada (14), a cavidade de pressão (4', 4'') e um coletor de saída (15).

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por compreender ainda um sistema de controle para controlar a faixa de trabalho de um fole de bomba (6', 6'') e configurado para decidir se o fole opera dentro de uma faixa de operação de posição de fole predeterminada, definida por limitações máximas, tais como como posição máxima de retração e posição máxima de extensão dos foles, o sistema de controle sendo adaptado para calcular se uma quantidade de volume de fluido hidráulico está fora da faixa de operação predeterminada da posição dos foles ou não e/ou monitorar as posições dos foles e o aumento de pressão de ação dupla dispositivo de partição líquida e comparando com a faixa de operação predeterminada da posição dos foles.

13. Sistema, de acordo com as reivindicações 11 ou 12, caracterizado por compreender ainda uma bomba de alimentação para bombear o fluido com partículas para dentro da cavidade de pressão, e em que o sistema compreende dois dispositivos de transferência de pressão (1', 1'') e o líquido de reforço de pressão de ação dupla dispositivo de partição (2) sendo configurado para pressurizar e descarregar sequencialmente / - despressurizar e carregar auxiliado pela bomba de alimentação, os dois dispositivos de transferência de pressão (1', 1'') operando a unidade de bomba hidráulica (11), de modo que um dispositivo de transferência de pressão (1', 1'') seja pressurizado e descarregado enquanto o outro dispositivo de transferência de pressão (1' , 1'') é despressurizado e carregado, e vice-versa.

14. Frota caracterizada por compreender pelo menos dois reboques, cada um dos reboques compreendendo pelo menos um sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores 11, 12 ou 13.

15. Uso de um sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores 1-13, ou uma frota de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por ser em qualquer uma das seguintes operações: extração ou produção de hidrocarbonetos, operações de fraturamento hidráulico, tampão e abandono, perfuração de poços, operações de completação ou estimulação, cimentação, acidificação, circulação de nitrogênio.