CN104066927A - 压力释放装置、系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种压力释放装置和具有该压力释放装置的水力压裂系统。在一种形式中，压力释放装置具有阀体，阀体具有在其入口和出口之间线性地延伸的通孔。破裂片固定在阀体中，以使其易碎的圆顶壁部分具有在阀体孔中的反向作用定位。水力压裂系统包括泵和输送线路，输送线路从泵接收加压的压裂流体并且将其输送到井。压力释放装置沿着输送线路安装。传感器检测压力释放装置下游的流体流量，压力释放装置允许当检测到下游的流体流量时停止泵。压力释放装置可以具有本体，该本体具有圆顶的破裂片和传感器。

Description

压力释放装置、系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请基于美国法典第35卷第119节第(e)条要求于2011年11月7日提交的名称为"压力释放装置、系统和方法"、编号为61/556,773的美国临时申请的权益，该申请的代理人案号为9205-100791-US，其全部内容通过引用并入到本文中。

技术领域

本发明涉及一种压力释放装置、系统和方法，尤其是涉及在水力压裂流体输送系统中用于释放压力的破裂片装置(rupture disc device)。

背景技术

水力压裂、或者液压破碎，是用于从地面以下深处的岩层中回收天然气、石油或者其他化石燃料的方法。典型的水力压裂方法包括将水、沙和化学物质的加压液体混合物泵送到表层之上井口中的多台卡车(truck)，该混合物注入到在表层之下延伸到预定深度的井孔中。井孔包括套管，套管具有允许液体进入岩层中的穿孔区段。

由于加压液体是通过表层以下的井孔泵送，因此迫使该加压液体通过穿孔区段并且进入到环境构造中以致使岩石破裂。液体将持续地流入这样压裂的构造中，使之产生裂缝。在处理过程中，监控液体的压力，并且随着压裂工作进展，沙与水的比例可以增加。该处理过程保持可行的最高压力以确保在岩石中的最大压裂。

当完成压裂过程时，压力减小，液体从井孔释放。来自混合物的沙仍然保留在由压裂产生的裂缝中，这允许天然气或者石油流动并被回收。

因为方法的本质，将压裂流体供给井孔的流体泵和输送线路在高压下操作，例如大约6,000到15,500psig。监控系统内的压力以保证系统在要求下操作。然而，压力峰值可能在整个系统中产生，如果压力足够高可能致使管道断裂或者变弱，最终由于疲劳导致后继的断裂。

附图说明

图1是具有压力释放装置的水力压裂系统的示意图；

图2A是压力释放装置的端部正视图，显示了与螺母连接的装置本体；

图2B是沿图2A的线2B-2B的剖视图，显示在装置本体中的破裂片；

图2C是另一个压力释放装置的端部正视图，其具有与螺母连接的装置本体；

图2D是沿图2C的线2D-2D的剖视图，其显示在装置本体中的破裂片；

图2E是类似于图2D的剖视图，但是其中螺母被移除；

图2F是图2B和2D的压力释放装置的破裂片的前部正视图；

图2G是沿图2F的线2G-2G的剖视图，显示了破裂片的圆顶构造；

图3是利用多台流体输送卡车的水力压裂系统的示意图；

图4A是当破裂片已经破裂时用于压力释放和检测器装置的传感器的透视图；

图4B是显示当破裂片已经破裂时压力释放和检测装置的配置和操作的示意图；

图5是图示了连接到图4A的传感器的控制器操作的流程图；

图6A是用于水力压裂系统的压力释放和检测仪器的正视图；

图6B是图6A的设备的端部正视图；

图7A是用于水力压裂系统的压力释放和检测器牵引器(detector extension apparatus)的另一种形式；

图7B是沿图7A的线7B-7B的、显示图7A的设备的剖视图；

图8是图示了压力释放和检测器牵引器的操作的流程图；和

图9A-9C是破裂片多个视图，其显示破裂片的示例性尺寸。

具体实施方式

参考图1，设置压力释放装置10用于释放在水力压裂或者液压破碎系统12内的高压。压力释放装置10可以按要求沿着系统12在可能需要释放压力的不同位置连接。系统12包括加压压裂流体源，其通常包括流体输送卡车14，卡车具有流体端16，流体端具有用于给压裂流体加压的泵16a。卡车14的泵16a连接到输送线路18，输送线路18可以包括连接到井20的柔性和/或刚性管18a。通常，将在泵16a和井20之间利用刚性管18a，当低压时，可以使用柔性管道作为到泵16a的输送线路。压裂流体介质22，包括水、沙和化学物质，在例如大约5，500-16，000psig的压力下从卡车14泵送到处于高压下的井20中以执行压裂工作。压力释放装置10可以沿着输送线路18连接在卡车14的流体端16，或者可以设置在卡车14的流体端16并沿着输送线路18。

在一个已知的压裂系统中，设置卸压阀，卸压阀具有在典型阀体内的破裂片。破裂片通常由金属制造，具有在一侧被刻痕的圆顶区段。根据不同的参数，包括破裂片的厚度、圆顶的深度和刻痕深度，破裂片将在规定的压力下破裂。破裂片放置在邻近阀入口的阀内，以保护阀体的内部，阀入口位于工艺介质和阀体之间。破裂片包括位于阀体内的弹性密封件，以防止在系统的正常运行过程中排放物进入环境中。破裂片是正向作用的，意味着圆顶的凹面是朝向加压压裂流体安装的。泄压阀附接到输送线路的顶部，并且因为泄压阀使用典型阀体，它具有90度的弯曲以便排放。

如果压力峰值在破裂片的破裂压力之上，那么破裂片将破裂，允许过压流体逃逸到环境中。在破裂片已经破裂之后，当检测到介质释放到环境中时，系统操作员可以关闭系统，停止压裂过程。在卸压阀内破裂的破裂片因此替换为新的破裂片，并且可以恢复工艺过程。

然而，替换阀内的破裂片是耗费时间的，并且延缓了压裂工作。此外，已经发现，由于系统循环在破裂片上导致张力，在一定的压裂工作中大约两周之后，正向作用的破裂片常常遭受疲劳失效。另外，在排放过程中，在阀内的排放路径的90度弯曲产生流动阻力，并且可能引导流动排放到不希望的区域。因此，下文中将描述包括具有破裂片30的装置10的压力释放系统的更优选形式。

参考图2A-2F，压力释放装置10通常包括两个主要部分：装置本体24，具有入口26和出口28，在入口26和出口28之间具有线性延伸的贯通孔40；和破裂片30。装置本体24可以包括入口部分26a和出口部分28a，其可以整体地形成为一体的整体构件，或者形成为通过焊接等被刚性连接在一起的两个不同的元件或构件，如图2A和2B所示。

入口部分或者构件26a具有通常为环形的锥形构造，该构造包括圆锥形的外表面32，用于连接到在到系统12的连接接口36处的对应斜管管件34。该入口部分26a通过连接器构件(例如螺母38)附接到接口36。如所示，螺母38可以包括内螺纹，并且可以是以锤击由壬螺母(hammer unionnut)形式的两英寸1502连接器(two inch1502connector)类型，其具有三个径向延伸的凸缘38a；然而，也可以使用其他类型和尺寸的连接器构件，例如三英寸连接器类型。出口部分或者构件28a具有通常圆柱形的构造，其可以包括放大的螺纹端50(图2B)，例如是两英寸1502连接器类型。入口部分26a包括孔部分40a，而且出口部分28a也包括孔部分40b，它们优选的是沿着中心轴线B彼此对齐，以使流过装置本体24的介质22通常没有转向或弯曲的沿着轴线B流动，结果形成通过装置的直接的、直的排放路径。优选地，装置10定位成使得排放路径是垂直的，但是装置10也可以具有其他定位。孔部分40a和40b的直径可以是大约1.25英寸。装置本体24可以是金属材料，例如不锈钢316。

如图2F和2G所示，破裂片30通常是盘状的，包括一平的、外部环形部分41和在径向中心处的圆顶形的、中心壁部分42。圆顶壁部分42可以通常在其凸面44和凹面46之间具有恒定厚度。凹面46包括具有十字构造刻痕46a的易碎部分，凸面44是平滑的。破裂片30安装在邻近入口26的装置本体24内，并且以反向作用方式定位，意味着平滑的凸面44朝向入口26和加压介质22，并且刻痕的凹面46朝向出口28，以使当破裂片30破裂时，破裂片30在箭头F所示的与通过装置本体24的流体流动相反的方向上轴向地突出。破裂片30的反向作用安装被优化成用于抵抗反复的加压循环，因为凸面44朝向加压介质22，因此破裂片处于压缩中。例如，在此描述的用于压力释放装置10的破裂片30的反向作用安装已经经过350万次循环试验，而没有疲劳失效。

另外，在装置本体27中以反向作用定位方式的破裂片30，当破裂片30破裂时，在到达围绕孔部分40b延伸的出口构件28的内表面40c之前，通常三角形的花瓣部分47在孔40中设置有较长的传播路径。这允许花瓣部分47在破裂片30破裂时能够产生更大的动量。这是重要的，因为此处破裂片30的较厚的圆顶壁部分42，例如对于具有大约1.25英寸直径的圆顶壁部分42而言是大约八分之一英寸(参见图9A)。利用包括如上所述的破裂片30的装置10，据认为，当相对厚的破裂片30破裂时，花瓣部分47在其增加长度的传播路径上能够产生增加的动量，这使得花瓣部分47更宽地展开，并且靠近与孔表面40c的冲洗接合位置。因此，破裂片30的反向作用定位优化了当其破裂时完全打开的能力，从而为通过直孔40的过压压裂流体22提供基本无阻碍的流动路径。

破裂片30通过在装置本体24的周界或者外表面24a处的焊缝48被固定到装置本体24，从而将破裂片外部环形部分41焊接到此。焊缝48位于在装置本体24和螺母38之间的空间或空腔内，螺母用于将装置10连接到接口36。如所示，焊缝48在入口构件26a和出口构件28a之间。在这种位置处设置焊缝48允许在不利用弹性体的情况下密封破裂片30。焊缝48可以是常规的类型，例如钨极隋性气体焊缝('TIG焊缝')或者电子束焊缝。将焊缝设置在装置10的周界和空腔内，以致在装置10被安装在系统12中之后焊缝通常免受大量张力或者压力。在之前的设计中，弹性体o型圈和焊缝是用于在阀体内固定破裂片，但是该构造没有如本文所描述的那样，在高压压裂系统恶劣情况下的破裂片的疲劳寿命被优化。

破裂片30是金属材料，例如哈斯特洛伊C(Hastelloy C)材料。一个破裂片30的破裂或者压裂压力取决于多个参数，包括破裂片30的厚度、圆顶壁部分42的高度和曲率半径、和在圆顶壁部分42中的刻痕46a的深度。如果压力超过破裂片30的最大额定破裂压力，破裂片30将以非碎片(nonfragmenting)方式沿着刻痕46a破裂，并且介质22将通过装置本体24流过破裂片30以排放，释放在流体介质22中的压力。如图2E所示，由于该构造包括圆顶壁部分42的增加厚度，入口构件26a在邻接破裂片30的环形部分41和圆顶壁部分42的接合部的孔40处具有倒圆角的内部拐角27。当圆顶壁部分在孔40中朝向阀体入口26延伸时，这给较厚的圆顶壁部分42提供了间隙。

如上所述，在此的破裂片30具有圆顶壁部分42，其比之前的破裂片的对应圆顶壁具有较大的厚度。因而，刻痕46a具有工艺性上的优选构造，如图9A-9D所示。与常规的破裂片相比，刻痕46a更宽也更深(例如大约0.33英寸)，并且包括具有倾斜侧面的中心凹口46b，倾斜侧面与凹口46b相交，凹口46b也具有与弯曲的刻痕线46a大致相同的深度，弯曲的刻痕线46a在弯曲的径向路径上从其沿着圆顶壁部分42的凹面侧延伸。

装置本体24的出口部分28a可以具有多种用于连接到另外硬件的构造。如图所示，出口部分28a可以包括两英寸1502螺纹端50，用于附接到附加的管等，但是也可以使用其他的尺寸或连接类型，例如三英寸的螺纹连接。径向放大的螺纹端50(图2B)允许流过装置10的介质22被重新改向通过附加的管从而到达用于排放的另一个区域，或者到达将来处理的等候区域。替代地，出口部分28a不需要用于连接到附加管等的螺纹或者是专用连接结构(图2D)，其允许介质22排放到靠近装置10的安装位置的环境中。

如上所述，压力释放装置10可以连接在卡车14的流体端16，输送线路18，或者这两者。具有直的通孔40的装置本体24与许多标准阀体相比具有简化和流线型的构造，所述标准阀体包括用于流体的各种弯曲和腔室以及在其中的移动阀元件。在这点上，包括焊接在阀体24中的破裂片30的装置10，可以具有更小的质量，并且比一般的阀体更轻。作为举例而非限制而言，在此的装置10可以是大约6磅重。为了说明，将描述当附接到输送线路18时的压力释放装置10的操作。

再次参考图1，压力释放装置10通常附接到系统12，以使装置本体24的通孔40a和40b的中心轴线B可以如图所示地垂直定位。垂直定位产生了直的垂直排放路径，没有弯曲和转向。当排放到环境时，优选的是由线性延伸的贯穿孔40a产生的直的或者线性延伸的出口的垂直定位。然而，当期望将过压压裂流体释放到保持坑(holding pit)、地窖或者其他容纳区域时，在除了垂直定位之外，装置10可以水平地定位，以通过螺纹连接到通向流体容纳区域的管道。在排放路径中的弯曲或转向通常对排放产生流动阻力，这减缓了排放过程。此外，通过弯曲的排放路径的加高压的流体可能导致阀从其连接状态旋开螺纹，这可能导致朝向不期望区域的排放。然而，在此描述的压力释放装置10的直的或线性的排放路径不受弯曲的排放路径的流动阻力，因此排放可以在更少阻力的情况下产生，并且更快速地完成。这与标准阀体形成鲜明对比，所述标准阀体不仅在其排放路径中包括弯曲，而且，就像减压阀，具有弹簧偏置力，该偏置力可以一致地促使阀元件抵靠流体流动，这样持续地限制经过阀构件的流动。例如，在15，000psig压力下的试验已经显示，2英寸直径的装置10每分钟将流过超过1，500加仑，这是对应的2英寸直径减压阀的公布流量的10倍，并且比3英寸直径的氮气阀的流量大50％。此外，垂直的排放路径限定了到围绕装置10的限制区域的排放介质，因为装置10不易于旋开。

装置10在接口36处附接到输送线路管18a之一，由于破裂片30保持在装置10中，密封输送管18a的内部与环境分开。压裂过程开始，流体介质22在高压下被从卡车14朝向井20泵送，并且最终进入到岩层中。在泵送过程中，介质22流过输送线路管18a并且流过连接在沿着输送线路的中间位置处的压力释放装置10。如果压力低于装置10的额定破裂水平，以反向作用定位方式邻接入口26安装的破裂片30将抵抗介质22的压力。

当压裂过程的循环结束时，在输送线路管18a内的压力将减退，装置10将完整无损并密封。在开始新的压裂循环之前，装置10通常将不需要被替换。装置10已经测试过达到350万次的循环而无需更换。具有以正向作用定位方式安装的破裂片，破裂片将承受估计250万次的循环。

在压裂过程中，在系统12内部的压力可能有波动，并且压力可能上升或者峰值超过装置10的破裂水平，有时这是因为沙的尺寸太大而不能穿过井套管的穿孔或者由于井下的其他堵塞。在装置10的压裂流体中的压力超过这个水平时，破裂片30将破裂，介质22将流过垂直的排放路径，排放到邻接装置10的安装位置的环境中。可替换地，在流过垂直的排放路径之后，介质22可以被重新引导至用于将来处理的等候区域。过压流体的这种排放或者重新导向减轻了在系统12中的过压，至少减小了在与装置10连接的输送线管18a中的过压。

在破裂片30破裂之后，系统操作员可以手动地关闭系统12(包括卡车14上的流体泵)，从而停止持续地排放介质22并允许更换破裂片30，或者系统操作员可以选择以使得导致过压的卡车14从系统脱离，并且继续操作其他的连接卡车14。可替换地，如下进一步所述地，系统12可以自动地检测破裂片30已经破裂了，并且系统12或者单独的卡车14可以根据操作员定义的设置手动地或自动地关闭。

在停止之后，压力释放装置10可以被替换，以使破裂过程可以在受影响的输送线路管18a中重新开始。装置10(包括其破裂片30)可以是一次性的。因此，系统操作员可以快速地移除破裂的装置10并且利用一个新的装置10替换它。这比仅仅更换在本体内的破裂片30更有效率。通过使得包括装置本体24的装置10是一次性的并且容易地被更换，系统操作员可以更快速地在排放事件之后重新开始压裂过程。实际上，轻量装置10，例如大约6磅，与现有泄压阀相比，仅仅要求一个人进行更换操作，所述现有泄压阀会使用较笨重的和较重的标准阀体，该标准阀体包括正向作用的破裂片，其需要两个人来进行更换操作。

已经参考在输送线路18的安装描述了装置10，当在卡车14的流体端16安装时，装置10的操作和更换是类似的。由于压力上升到由破裂片30允许的最大水平之上，破裂片30将破裂，允许介质22垂直地排放到环境中或者被重新导向到用于处理的流体收集和等候区域。

参考图3，压裂系统12可以通常包括多辆流体输送卡车14，这些卡车通过至共用下游输送线路50的其上游输送线路18而并联设置，也称为“导弹(missile)”，共用输送线路50注入到井20中，这将介质22引导到井下以用于压裂。在一些压裂系统12中，12至20辆卡车14可以连接到共用的输送线路50。与其中一个卡车14相关的各个输送线路18可以配备有压力释放装置10以通过系统操作员按照所需在系统12的不同位置释放压力。即使由于在卡车14的流体端16的泵16a处或者在连接到卡车14的流体端16的输送线路18中的压力上升而导致需要关闭其中一个卡车14，压裂过程也可以继续。

参考图4A和4B，一种经修改的压力释放和检测器装置10a还可以包括传感器52，该传感器检测破裂片30是否已经破裂。为了这个目的，传感器52可以是流体流量传感器，其检测在破裂片10下游的装置10a中的流体流量。

如所示，在一个例子中，流体流量传感器52可以包括薄金属膜54，其在加压介质22流过膜54时开启。优选地，传感器52通常是圆盘形的，与破裂片30类似，用于装配在装置本体24的通常为圆柱状的通孔40中。传感器52包括不锈材料的环形垫片56，例如围绕膜54的合成塑料材料。膜54是金属材料，例如不锈钢316。膜54是传导电路58的一部分，当膜54打开时，电路将产生一种开路，这产生了过压信号59。明显地，也可以使用其他类型的可以检测破裂片30下游的流体流量的传感器52。

传感器52安装在邻近破裂片30并位于其下游的压力释放和检测器装置10a内。这样，当在系统12中的流体压力足够高从而促使破裂片30破裂时，介质22将流过装置10以排放，并且快速地打开传感器52的膜54。传感器52经由导线58a而电连接到PLC或类似的控制器60，因此控制器60将接收过压信号59，以检测传感器52已经打开。可替换地，传感器52可以是压力传感器或者压力计的形式，其检测在破裂片30下游的装置10a中的压力变化。变换器(transducer)也可以用作传感器52。

传感器52和控制器60的一般操作在图5中阐释。控制器60将检测电路58是打开的，并且产生流体过压指示62。指示62可以是可视的或者可听的，或者这两者，以警告操作者破裂片30已经破裂的警报/警告的形式。另外，或者可替换地，开路可以产生自动断开信号，这促使系统12停止，并且根据系统操作员的要求操作，特别地关闭在卡车14的流体端16处的流体泵16a。例如，操作者可能更愿意评估过压和排放条件以能够确定是否手动地关闭系统12。可替换地，在过压的情况下，操作者可以希望系统12立即关闭，并且控制器可以产生关闭指令63。

传感器52还可以在系统12的另一个位置与压力释放装置10分开地安装，而不是安装在装置本体24内。在这种构造中，传感器52可以安装在装置10的更下游位置，例如沿着排放介质22的重新导向路径或者在连接到装置10的延伸部分内。

参见图6A和6B，显示了压力释放和检测器仪器120，包括连接到如上所述的输送管18a的低压释放装置100。低压装置100的破裂片30被构造成具有参数，该参数实质上促使破裂片30在中间压力级别破裂，例如低于系统12允许的最大压力的级别。中间管延伸部分102附接在低压装置100的出口端28，从此垂直地延伸。水平支路104从垂直定位的延伸部分102延伸。用于管延伸部分102和支路104的其他定位也可以根据系统要求来实施。传感器52安装在水平支管104内，水平支管104位于垂直定位地延伸部分102和水平支管104的封闭端106之间。

延伸部分102的顶部包括高压或较高压释放装置108，其具有构造成具有参数的破裂片30，该参数促使破裂片30在系统12允许的最大压力下破裂。排放延伸部分110附接到高压装置108。排放延伸部分110可以垂直地延伸有开口端112以允许排放到环境，或者排放延伸部分110可以被构造成将排放介质22重新导向到等候区域或者其他远程位置。

在该方法中，当在系统12中的流体压力增大到中间级别以上时，低压装置100的破裂片30将破裂，允许被加压的介质22流入垂直的延伸部分102和水平支路104。当介质22流入水平支路104时，传感器52将打开，发送信号59给控制器60，控制器指示已经达到中间压力级别。在接收中间压力信号59之后，如果需要，控制器60可以产生可听或者可视的警告指示62，或者这两者，例如警告系统操作员已经达到了中间压力级别的警报，或者中间压力信号59可以促使控制器60发送停止指令63给用于过压情况的卡车14，如图5所示。在控制器60被构造成当其接收不会自动地停止系统12的中间压力信号59时启动报警指示62，系统操作员可以选择手动地关闭与警报位置关联的卡车14。例如，如果卡车14之一在关联的输送线路管18a中产生中间压力，但是其余的卡车14在可接受的范围内操作，操作者可以选择关闭产生中间压力的卡车14，而允许其余的卡车14完成当前的压裂循环，例如当循环几乎完成时。

如果中间压力信号59的接收没有促使关联的卡车14停止，压裂过程将在警报指示62启动之后持续，因为中间压力级别并不必然要求卡车14或者系统12停止。然而，在压力持续地升高超过系统12允许的最大级别时，高压装置108的破裂片30将破裂，并且介质22将流过高压装置108以排放到环境或者被重新导向到流体容纳区域。

因此，在这种构造中，安装在低压装置100和高压装置108之间的压力传感器52能够警告系统12操作员在压力中的初始中间峰值，使得系统操作员调整泵送压力或者关闭关联的卡车14，在该关联的卡车14中，在卡车14的压力或者其关联的输送线路18的压力达到最大允许级别之前已经检测到了警报。

参考图7A和7B，释放箱(relief tank)或容器200连接到系统12，以提供流体压力和容积释放，不要求与过压情况关联的卡车14停止。包括低压传感器204的低压释放装置202连接到输送管18a。低压装置202被构造为具有参数，该参数促使破裂片30在比系统12允许的最大压力低的压力下破裂。释放容器200包括入口管206，其附接到低压装置202的出口端202a。容器200还包括出口管207，其附接到具有高压传感器210的高压或者较高压释放装置208的入口端208a。排放延伸部分212附接到高压装置208的出口端208b，其可以排放到环境或者将排放介质22重新改向到流体容纳区域。

参考图7A，7B和8，当在系统12内的卡车14的流体端16处的泵16a通过输送线路管18a泵送加压介质22时，介质22将流过低压装置202并且流向井20。在压力上升到足够高的级别时，低压装置202的破裂片30将破裂，并且介质22将如图所示地流过低压装置202的直的、垂直的排放路径。流动的介质22将促使低压传感器204打开，产生由控制器60接收的中间压力信号59。

根据控制器60的构造，控制器60可以促使在与具有破裂低压装置202的输送管18a关联的卡车14的流体端16的泵16a关闭，或者允许该卡车14持续其泵送操作，将中间压力信号59作为警告处理。如果中间压力信号59是作为警告处理，控制器60将产生警告指示62，可听的或者可视的，或者这两者，以使系统操作员被警告，并且如果希望的话，可以选择手动地关闭关联的卡车14。在这点上，积累容器200为操作员提供额外的时间以关闭泵16a，该泵正供应流体到在其中具有过压压裂流体的输送线路18。如果控制器60被构造为自动关闭关联的卡车，控制器将产生停止指令63。通过手动地或自动地停止用于较高压力的卡车14，压裂过程可以通过允许连接到系统12的其他卡车14继续其压裂流体泵送操作而继续。

在低压装置202已经破裂之后，加压介质22将流过低压装置202，并且进入到容器200，以在其中积累加压的压裂流体介质22。如所示，容器200可以相对于入口和出口管206和207径向地增大。作为举例而非限制，容器200可以是大约18-24英寸的直径，4-6英尺长，并且可以保持大约40-50加仑的流体。容器200提供压力和容积释放。在低压装置202的区域中的压力将由于容器200的体积增加而下降，并且进入容器200的介质22降低在关联的输送线路18中的压力。

在压力持续地上升并且卡车14没有被关闭时，介质22将持续地在容器200中积累，直到流体压力上升得足够高从而促使在高压装置208中的破裂片30破裂。高压传感器210将打开，并且产生将由控制器60接收的过压信号59。当控制器60接收到信号59时，其指示在高压装置208的区域内的流体压力超过了许可的最大压力值。控制器60可以被编程以通过产生停止指令63来自动地关闭系统12，或者它可以被编程来产生警告指示62，警告指示62将警告系统操作员系统过压情况，系统操作员然后可以手动地关闭系统12。从高压装置10排放的介质22可以排放到环境，或者被重新导向到容纳区域。

因此，利用设置在不同破裂级别的低压装置202和高压装置208，在压力达到最大级别之前允许中间信号59被发送给控制器60。根据系统操作员的要求，关联的卡车14可以在区域内的压力超过最大允许级别之前被手动地或者自动地关闭。这种构造可以允许整个压裂过程连续地进行，同时使得导致过压的卡车14与系统脱离。

上面的大部分说明已经描述了压力释放装置10及其在流体输送线路18的关联元件的使用。这些相同的装置10和元件还可以连接流体输送卡车14的流体端16。当放置在该位置时，装置10将类似地释放积聚在卡车14的流体端16的压力，将信号59发送给控制器60用于随后的指示62或者停止指令63，并且根据需要排放或者重新导向介质22。

尽管已经图示和描述了本发明的特别实施方式，但是应当领会的是，本领域技术人员可以做出许多变化和改变，并且随附权利要求旨在涵盖落入本发明的实质精神和范围内的所有变化和修改。

Claims (20)

1.一种压力释放装置，其用于减缓在高压流体输送系统中的过压情况，该压力释放装置包括：

阀体，该阀体具有入口和出口，以及在入口和出口之间线性延伸的通孔；

破裂片，该破裂片固定在阀体中；以及

破裂片的易碎圆顶壁部分，该圆顶壁部分具有在阀体孔中的反向作用的定位，以使得其凸面朝向阀体的入口。

2.根据权利要求1所述的压力释放装置，其中破裂片的圆顶壁部分具有与凸面相对的凹面，以及

在凹面中的刻痕，该刻痕被构造成使得当预定流体压力到达凸面上时，圆顶壁部分将以预定的方式破开。

3.根据权利要求2所述的压力释放装置，其中所述刻痕包括中心凹口以及从圆顶壁部分中的中心凹口延伸的弯曲径向刻痕线。

4.根据权利要求1所述的压力释放装置，其中阀体包括不同的入口和出口构件，所述破裂片具有固定在入口和出口构件之间的一平坦的、环形的部分。

5.根据权利要求4所述的压力释放装置，其中入口构件在与之相邻的破裂片的平坦的、环形部分和圆顶壁部分的结合部分的通孔处具有倒圆角的拐角，以使倒圆角的拐角提供用于圆顶壁部分的间隙。

6.根据权利要求1所述的压力释放装置，其中阀体和破裂片重大约6磅。

7.根据权利要求1所述的压力释放装置，其中阀体入口具有1502型连接，以使阀体被构造成连接到高压流体线路，阀体出口具有连接结构用于被连接到将过压流体引导至远程区域的管道，或者没有用于将过压流体排放到环境中的连接结构。

8.一种水力压裂系统，该水力压裂系统包括：

至少一个泵，其用于给压裂液加压；

至少一条输送线路，其用于接收被加压的压裂流体并将被加压的压裂流体输送到井；

至少一个沿着输送管线路安装的压力释放装置，当流体达到预定压力时，该压力释放装置可操作地允许被加压的压裂流体流过；以及

传感器，其用于检测压力释放装置下游的流体流量，以及用于当检测到下游的流体流量时使得泵停止。

9.根据权利要求8所述的水力破裂系统，其中传感器是压力计或变换器。

10.根据权利要求8所述的水力破裂系统，其中传感器具有导电电路，该电路包括导电膜，该导电膜被构造成使得当膜通过来自压力释放装置下游的流体流量打开时，电路将产生信号以指示流体已经达到用于流动通过压力释放装置的预定压力。

11.根据权利要求8所述的水力压裂系统，其中压力释放装置包括本体和在本体内的圆顶破裂片，并且传感器安装在本体中。

12.根据权利要求8所述的水力压裂系统，其包括连接到传感器的控制器，控制器被构造为当流体已经达到预定压力时产生指示信号从而使得操作员关闭泵或者被构造为当流体已经达到预定压力时促使泵自动地关闭。

13.根据权利要求8所述的水力压裂系统，其中压力释放装置包括低压释放装置和在低压释放装置下游的高压释放装置，并且低压释放装置被构造为允许被加压的压裂流体在预定的低压下流过，该预定的低压比预定的高压低，在该预定的高压下，允许被加压的压裂流体流过高压释放装置。

14.根据权利要求13所述的水力压裂系统，其中传感器设置在低压和高压释放装置之间，以允许操作员调整在泵处的泵送压力或者基于在预定低压或预定低压之上的、但是低于预定高压的加压压裂流体而关闭泵。

15.根据权利要求13所述的水力压裂系统，其包括位于在低压和高压释放装置之间的流体连通内的径向扩大的积累容器。

16.根据权利要求8所述的水力压裂系统，其中泵是可操作的以产生大约6,000psig到大约15,500psig的压裂流体压力。

17.根据权利要求8所述的水力压裂系统，其中压力释放装置沿着输送线路邻近泵、沿着输送线路邻近井、或者在输送线路和井之间的任何位置安装。

18.一种水力压裂系统，该水力压裂系统包括：

至少一个泵，其用于给压裂流体加压；

至少一条输送线路，其用于接收加压的压裂流体和将加压压裂流体输送到井；和

至少一个沿着输送线路安装的压力释放装置，其具有反向作用的圆顶破裂片，当流体达到预定压力时，破裂片可操作地允许加压压裂流体流过。

19.根据权利要求18所述的水力压裂系统，其包括传感器，该传感器用于检测压力释放装置下游的流体流量，以及用于当检测到下游的流体流量时允许泵关闭。

20.根据权利要求18所述的水力压裂系统，其中压力释放装置是沿着输送线路邻近泵、沿着输送线路邻近井、或者在输送线路和井之间的任何位置安装。