CN108472609B - 带有电机的井破裂系统和使用方法 - Google Patents

带有电机的井破裂系统和使用方法 Download PDF

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Abstract

一种用于增加井眼的油或气产量的系统，该系统包含液压压裂泵单元，其具有由一个或多个压裂电机驱动的一个或多个液压压裂泵；控制该压裂电机的变频驱动器(VFD)；由鼓风机发动机驱动的压裂泵鼓风机单元；以及具有由润滑发动机驱动的润滑泵的压裂泵润滑单元和由冷却发动机驱动的冷却风扇。该系统可以进一步包含搅拌器单元和水合单元。系统控制单元可以控制该系统的操作参数。

Description

带有电机的井破裂系统和使用方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年3月4日提交的美国临时申请号62/128,291的权益，其全部内容通过引用并入本文以用于所有目的。
发明背景
1.技术领域
以下说明涉及在油气井增产液压压裂应用中远程监测和控制电机。例如，装置和方法允许操作员在油气井增产液压压裂应用中通过有线连接和/或无线方式远程监测和控制一个或多个交流电机。
2.背景技术
液压压裂是在高压下将处理流体注射入现有油井或气井以增加油或气产量的过程。该过程涉及“压裂流体”向井眼的高压注射(主要是借助增稠剂而悬浮的含砂或其他支撑剂的水)，以在深岩层中产生裂缝，天然气、石油和盐水通过该裂缝会更自由地流动。从该井中移除液压时，液压压裂支撑剂(如砂或氧化铝)的小颗粒使该裂缝开放。典型的增产处理通常需要几个高压压裂泵同时工作以满足泵送速率要求。
液压压裂设备通常由一个或多个浆料搅拌器单元、一个或多个化学水合单元、一个或多个压裂泵单元(强力三重或五重泵)和监测单元组成。相关设备包含压裂罐、一个或多个用于储存和处理支撑剂和/或化学添加剂的单元，以及各种监测流速、流体密度和处理压力的计量器和仪表。压裂设备在一定范围的压力和注射率下运行，可达到100兆帕(15,000psi)和265升/秒(9.4cu ft/s)(每分钟100桶)。
可以通过测量液压压裂形成过程中的压力和速率，同时了解注射到该井中的流体特性和支撑剂而监测液压裂缝处理。这种数据和对地下地质学的了解可用于进行诸如所支撑的断裂的长度、宽度和电导率之类的信息的建模。通过监测该井的温度和其他参数，工程师可以确定采收率，以及该井的不同部分使用多少压裂流体。
柴油发动机在过去已被用作压裂泵的主要驱动机构。然而，使用柴油发动机具有严重的缺点，包括内燃机的相对低效以及其操作成本高的事实。此外，用于液压压裂的类型的越野柴油发动机在泵送时是嘈杂的，从而限制了可以使用它们的区域。此外，柴油发动机具有许多移动部件，需要连续的监测、维护和诊断。在传统的柴油驱动系统中，辅助子系统通常是液压驱动的，这也造成了其他操作问题。
鉴于上述缺陷，用于液压压裂操作的电机可能提供有吸引力的替代方案。电机较轻，具有较少的移动部件，可以更易于运输。此外，与传统的柴油驱动的、可变齿轮比动力系相比，电机的控制通过，例如更精确、连续的速度控制提供了许多优点。在操作期间，电机可以用具体的速度设置进行控制，并且可以以单RPM(每分钟转数)间隔，不中断地进行增量或减量。此外，自动控制操作可以在整个系统中实现最有效的电力分配。使用电机避免了向更传统的压裂泵供应柴油的需要，并减少了现场的占位面积及其对环境的影响。电机的其他优点包含但不限于独立地控制和操作辅助子系统的能力。
根据用于传输电能的电压流量的方法，可得到电机的两个主要类型：直流电(DC)和交流电流(AC)。在DC电流的情况下，电流流量是恒定的并且始终处于相同的方向，而在AC电流的情况下，该流量是多方向的并且是可变的。AC发动机的选择和利用为较高的功率应用提供了较低成本的操作。此外，AC发动机通常比等效的DC发动机更小、更轻、更常用且更便宜。AC发动机几乎不需要维护，并且对于可靠性至关重要的应用来说，它们是优选的。
附加地，AC发动机更适合于操作环境可能潮湿、具有腐蚀性或爆炸性的应用。AC发动机更适合于负载变化很大并且可能会长时间遭遇轻负载的应用。在这种情况下，DC发动机换向器和刷子可能会迅速磨损。与AC发动机一起使用的VFD驱动技术在近期有了显着的提升，变得更加紧凑、可靠并且性价比高。DC驱动器在多年的时间里具有成本优势，但是这个优势随着诸如IGBT(绝缘栅双极晶体管)之类的新型电力电子产品的发展已经有了变化。
尽管有与这两种类型的电机相关的潜在优点以及持续的改进需要，但在实践中尚未成功地实施对使用电机的液压压裂作业的使用和控制。
发明概述
提供本概述以简化的形式介绍一些精选的概念，该概念在下面的发明详述中进一步做说明。其意不在于确定本发明的基本特征或者限制所附权利要求的范围。
一方面，披露了一种用于增加井眼的油或气产量的系统，该系统包含具有两个或多个流体泵的液压压裂泵单元，每个流体泵由耦合到该流体泵的交流电流(AC)泵电机驱动，以及控制该泵电机的变频驱动器(VFD)；电动液压搅拌器单元，其被配置成向所述一个或多个流体泵中的至少一个提供处理流体以输送到该井眼，其中该搅拌器单元包括至少一个AC混合电机；以及系统控制单元，其与所述液压压裂泵单元和电动液压搅拌器单元的每个通信，以控制该单元的各自的操作参数，其中该系统控制单元被配置成单独控制该液压压裂泵单元的该两个或多个流体泵的各自的参数。
另一方面，披露了一种用于增加井眼的油或气产量的系统，该系统包含具有由压裂电机驱动的液压压裂泵的液压压裂泵单元；控制该压裂电机的变频驱动器(VFD)；由鼓风电机驱动的压裂泵鼓风单元；以及压裂泵润滑单元，其包括由润滑电机驱动的润滑泵和由冷却电机驱动的冷却风扇；电动液压搅拌器单元，其被配置成将处理流体提供给该液压压裂泵单元以输送到该井眼，该搅拌器单元包括至少一个混合电机；以及系统控制单元，其包含被配置成控制该液压压裂泵单元的液压压裂泵单元控制器；液压搅拌器单元控制器，其被配置成控制该液压搅拌器单元；以及水合单元控制器，其被配置成控制水合单元。
仍然另一方面，披露了一种与用于增加井眼的油或气产量的系统一起使用的系统控制单元，其包括液压压裂泵单元控制器，其被配置成控制具有一个或多个液压压裂电机的液压压裂泵单元，该液压压裂泵单元控制器包含液压压裂泵控制器，其被配置成控制液压压裂泵；以及液压压裂鼓风机单元控制器，其被配置成控制液压压裂泵鼓风机单元；以及液压压裂润滑单元控制器，其被配置成控制液压压裂泵润滑单元；以及液压搅拌器单元控制器，其被配置成控制具有一个或多个液压搅拌器电机的液压搅拌器泵单元，该液压搅拌器泵单元控制器包含用于控制一个或多个搅拌器单元的操作的搅拌器控制单元、用于控制一个或多个搅拌器泥浆动力单元(SPU)的操作的搅拌器SPU泵控制单元、用于控制一个或多个搅拌器SPU鼓风机单元的操作的搅拌器SPU鼓风机控制单元，以及用于控制一个或多个搅拌器鼓风机单元的操作的搅拌器鼓风机控制单元。
另一方面，披露了一种用于使用电动压裂系统增加井眼的油或气产量的方法，其包含建立连接至少一个液压压裂单元和电压裂搅拌机与该系统的控制单元的数据通道；使用一个或多个变频驱动器(VFD)控制由交流电流(AC)电力供电的多个(N≥2)压裂电机，以驱动该至少一个液压压裂单元的至少一个流体泵；使用VFD控制由交流电流(AC)电力供电的至少一个混合电机，以从电压裂搅拌机中产生压裂流体；以及使用由该多个压裂电机驱动的该至少一个流体泵，将混合的压裂流体顺着位于井场的井眼向下泵送，其中每个AC发动机的速度组基于一组期望的液压压裂设计参数的至少一个单独地加以控制，该参数包含注射速率或压力、为各个泵建立的压力限值；以及所测量的泵送流体的总流量。
根据以下的发明详述和附图，其他特征和方面可以是显而易见的。
附图说明
当结合附图阅读时，将更好地理解上述发明概述以及以下的发明详述。为了说明的目的，附图中示出了本说明书的某些实施例。然而，应当理解，本发明不限于所示的精确布置和手段。附图示出了与本说明书一致的系统、装置和方法的实现，并且与说明书一起用于解释所附权利要求中所定义的本发明一致的优点和原理。
图1是描绘用于使用电机的井压裂系统的液压压裂机群布局的实施例的图。
图2A和2B是描绘用于整个井压裂系统的电气单线图的实施例的图，该系统包括涡轮发电机、开关装置模块、变压器、用于一个或多个压裂泵单元的电气子系统，以及用于一个或多个搅拌器单元和水合单元的电气子系统。
图3是描绘位于压裂拖车、卡车或滑撬上的压裂单元控制系统的电气图的实施例的图。
图4是描绘位于辅助拖车、卡车或滑撬上的搅拌器单元和水合单元控制系统的电气图的实施例的图。
图5是描绘用于使用电机的井压裂系统的液压压裂系统的实施例的框图。
图6是描绘用于使用电机的井压裂系统的压裂泵单元的实施例的框图。
图7是描绘用于使用电机的井压裂系统的搅拌器单元的实施例的框图。
图8是描绘用于使用电机的井压裂系统的水合单元的实施例的框图。
图9是描绘用于控制使用电机的井压裂系统的系统控制单元的实施例的图。
图10是描绘压裂泵发动机控制状态图的实施例的图。
图11是描绘润滑系统控制状态图的实施例的图。
图12是描绘发动机鼓风器控制状态图的实施例的图。
图13是描绘作为额定功率输出函数的AC发动机效率的实施例图的图。
图14是描绘时间在30秒的时间内的起动器/断路器性能图、速度斜坡S曲线的实施例的图。
图15A、15B、15C、15D和15E是描绘该系统控制单元处于自动目标速率和/或自动目标压力模式下的操作的实施例的算法框图。
在整个附图和发明详述中，除非另有描述，相同的附图标记将被理解为指相同的元件、功能部件和结构。这些元件的相对尺寸和描绘可能被夸大以清楚、方便地进行说明。
说明详述
提供以下发明详述以帮助读者全面了解本文所描述的方法、装置和/或系统。本文所描述的系统、装置和/或方法的各种改变、修改和实质等价物对于本领域普通技术人员将是显而易见的。在某些情况下，为了增加清晰度和简洁性，已经省略了对众所周知的功能部件和构造的描述。
相比传统的柴油机驱动，对AC发动机的控制提供了几个优点，包括基于更精确的连续速度控制的可变齿轮比动力系。在操作期间，所描述的方法和系统使得能够基于具体的速度输入用具体的速度设置来控制该AC发动机，并且可以以单RPM(每分钟转数)间隔，不中断地进行增量或减量。
以下说明还涉及一种在远程位置处控制和监测先前描述的AC发动机的方法。可以建立连接该液压压裂设备到远程监测和控制站的有线或无线数据通道。该远程监测和控制站可以包含人机界面(HMI)，其允许输入和发送AC发动机的速度设定点，使得可以单独控制该AC发动机的速度。因此，压裂泵单元的单独泵送速率和组合歧管压力可以由一定距离处运行的远程遥控器进行调节。
在一个实施例中，该HMI可以包含台式计算机、显示器和键盘，但是可以扩展到其他HMI设备，例如触摸式平板计算机和移动电话。该HMI可以经由数据通道连接到每个液压压裂单元上的分布式可编程自动化控制器(PAC)。该PAC将该速度设定点从该HMI上的操作员转移到变频器(VFD)。该VFD提供转动机械耦合式发动机和压裂泵的ac电流。在这个实施例中，该PAC也用作安全设备。如果检测到不安全的情况，例如过压事件，该PAC可以独立地覆盖远程操作员的命令，并采取任何适当的措施，例如关掉该VFD。
除了原动机之外，附加的AC发动机提供了用于为辅助子系统，例如通常以液压方式驱动的润滑泵和冷却风扇供电并对其加以控制的装置。以下说明还涉及在用于控制该原动机的相同数据通道上，对任何辅助子系统电机的手动或自动控制。润滑系统可用于油气井增产液压压裂应用中对设备的整体操作，以及通过AC发动机的使用对这些系统的独立控制能力是相比柴油机驱动发动机应用的一种优势。
系统监督控制也可以包含与该AC发动机的操作同步的较高级别的自动化层。使用这种方法，操作员可以输入目标注射速率和泵压力限值或者替代性地，目标注射压力和泵速率限值，由此算法自动调整该AC发动机的速度设定点以共同达到目标量，而不集中超过限量。这种高级别的自动化层可以在开环或闭环控制模式下运行。
图1描绘了用于使用电机的井压裂系统的液压压裂机组布局的实施例。图2A和2B是描绘用于整个井压裂系统的电气单线图的实施例的图。
参考图1、2A和2B，该液压压裂机组包含围绕井头10定位的压裂泵单元拖车、卡车或滑撬20a、20b、20c、20d、20e、20f、20g、20h。在这个实施例中，该压裂机组包含八个压裂泵单元拖车、卡车或滑撬20a-20h，该压裂泵单元拖车、卡车或滑撬20a-20h的每个都包含如图2A和2B中所描绘的八个压裂单元控制系统400a、400b、400c、400d、400e、400f、400g、400h的一个。与该压裂泵单元拖车、卡车或滑撬20a-20h相邻的是被配置成将输入电压改变为较低输出电压的变压器拖车、卡车或滑撬70a、70b、70c、70d。在这个实施例中，使用四个变压器拖车、卡车或滑行板70a-70d，并且该变压器拖车、卡车或滑撬70a-70d各自都包含成对的八个压裂变压器单元300a、300b、300c、300d、300e、300f、300g、300h，如图2A和2B所描绘；该压裂泵单元400a-400h各自都有一对。
仍然参考图1、2A和2B，该液压压裂机组进一步包含一对开关装置拖车、卡车或滑撬80a、80b。该开关装置拖车、卡车或滑撬80a、80b包含电连接到四个涡轮发电机100a、100b、100c、100d的用于保护和隔离电气设备的两个开关装置模块200a、200b。该液压压裂机组还包含搅拌器单元拖车、卡车或滑撬30a；备用搅拌器单元拖车、卡车或滑撬30b；水合单元拖车、卡车或滑撬40a，以及备用水合单元拖车、卡车或滑撬40b。用于该搅拌器和水合单元的发动机和泵在物理上分别位于各自相应的混合器和水合单元拖车、卡车或滑撬30a、30b、40a、40b上，而辅助拖车、卡车或滑撬60容纳两个搅拌器/水合变压器单元300i、300j和搅拌器/水合控制系统500a、500b，如图2A和2B所描绘。附加地，提供数据车或系统控制中心50，以允许操作员在一个位置处远程控制所有系统。
虽然提供了具体数量的单元和拖车、卡车或滑撬以及单元和拖车、卡车或滑撬的具体布置和配置，但是该单元的数量和位置不限于本文描述的这些。此外，单元在特定的拖车、卡车或滑撬上的位置不限于本文描述的位置。例如，当该搅拌器/水合控制系统500a、500b被描述为定位在辅助拖车、卡车或滑撬60上时，应当这样理解，该搅拌器/水合控制系统500a、500b可以直接定位在相应的搅拌器和水合单元拖车、卡车或滑撬30a、30b、40a、40b。相应地，该数量和配置的附图和说明仅意在描绘优选的实施方式。
图3是描绘位于压裂泵单元拖车、卡车或滑撬20a上的压裂单元控制系统400a的电气单线图的实施例的图。
参考图3，压裂单元控制系统400a包含用于压裂泵单元700的操作机构(下文更详细地加以描述)。用于该压裂泵单元的该操作机构包含：变频驱动壳体，其容纳用于驱动第一frac电机411a的第一压裂电机变频驱动器(“VFD”)410a、用于操作第二压裂电机411b的第二压裂电机VFD 410b、具有第一连接件412和第二连接件417的电源面板。该第一连接件412连接到压裂泵单元子系统控制开关413，用于操作压裂泵单元子系统，该系统包含第一和第二润滑发动机414a、414b、第一和第二冷却器发动机415a、415b以及第一和第二鼓风机发动机416a、416b。该第二连接件417连接到照明面板418，用于操作杂项系统，该系统包含室外照明、电机空间加热器和其他单元。
图4是描绘位于辅助拖车、卡车或滑撬60上的搅拌器/水合控制系统500a的电气单线图的实施例的图。
参考图4，混合器/水合控制系统500a包含用于搅拌器单元800和水合单元900的操作机构(下文更详细地加以描述)。用于该搅拌器单元的操作机构包含用于操作浆料动力单元发动机511的浆料动力单元VFD 510、用于操作浆料动力单元鼓风机的鼓风机发动机513的第一鼓风机控制开关512、用于操作液压动力单元发动机515的液压动力单元控制开关514和用于操作液压动力单元鼓风机的鼓风机发动机517的第二鼓风机控制开关516。用于该水合单元的操作机构包含用于操作液压动力单元发动机519的液压动力单元控制开关518和用于操作鼓风机发动机521的鼓风机控制开关520。此外，该混合器/水合控制系统500a包含与照明面板523相接的连接件522，用于操作杂项系统，该系统包含照明、电机空间加热器和其他单元。
图5是描绘用于使用电机的井压裂系统并且包含系统控制单元650的液压压裂系统600的实施例的框图。
参考图5，该液压压裂系统600包含系统控制单元650；一个或多个液压压裂泵单元700，例如八个液压压裂泵单元700a-700h；一个或多个搅拌器单元800，例如两个搅拌器单元800a、800b。在优选的实施方式中，该系统还包含一个或多个水合单元900，例如两个水合单元900a、900b。该压裂泵单元700a-700h、搅拌器单元800a、800b和水合单元900各自可以包含一个或多个可编程自动化控制器(PAC)；经由，优选地用于双向通信的一个或多个数据通道被连接到该系统控制单元650的控制/通信单元。
参考图6，该液压压裂泵单元700包含一个或多个电机驱动的压裂泵710，例如两个压裂泵710a、710b。每个压裂泵710a、710b可以包含相应的鼓风机单元720a、720b和相应的润滑单元730a、730b。该压裂泵710a、710b各自可以使用本地控制面板或由该系统控制单元650独立地操作。一个或多个PAC 702a、702b可以经该压裂泵710a、710b和/或该鼓风机单元和润滑单元使用以与该系统控制单元650通信。图6中该PAC的定位仅用于说明的目的，应当理解的是，物理上每个PAC可以位于相应单元附近。
如上参照图3所述，压裂泵710a的该压裂发动机411a由压裂VFD 410a控制。该控制系统向该VFD 410a提供运行/止动信号，以控制该压裂电机411a的状态。该控制系统向VFD410a提供速度请求信号，以控制该压裂发动机411a的速度。电机速度被显示并可以进行本地和远程控制。
正常止动(运行/止动)功能将独立地控制每个压裂泵单元700a(例如，同一压裂拖车、卡车或滑撬20a上的第一压裂泵710a和第二压裂泵710b各自独立地加以控制)。将提供紧急止动件(e-止动)来止动整个压裂泵单元700a(即，使该拖车、卡车或滑撬20a上的第一和第二泵710a、710b的该压裂VFD 410a、410b和该压裂发动机411a、411b关机)。将提供主紧急止动件以使所有部署的压裂泵单元700a-700h关机(即，使所有拖车、卡车或滑撬20a-20h上的所有VFD和所有发动机关机)。
远程控制方法中包含自动报警管理系统，使得如果有任何操作参数超出其正常范围，则会在该系统控制单元650上叠盖指示器以提醒操作员。然后，该操作员可以选择采取何种行动，例如使受影响的单元脱机。该报警管理系统可以经扩展，以向该操作员建议对报警事件的适当响应，以及存在哪些选项。该自动化报警管理系统的一个好处是可以自主监控每个泵送单元上的多个过程和子系统，从而使操作员能够聚焦在主要目标上，即泵送速率和压力，同时确保多个泵送单元700a-700h范围的安全运行。
该压裂VFD 410a向该控制系统提供VFD FAULT触点，以指示是否存在故障状况，并且该控制系统提供有关该VFD FAULT的本地/远程报警指示。在发生VFD FAULT的情况下，该数据车50的该系统控制单元650将显示通用故障警告。该VFD FAULT可以根据来自该数据车50的预定时间间隔进行复位；如果VFD FAULT比预定义的间隔更频繁地发生，则在一个实施例中，该VFD FAULT仅能够根据该压裂变频器410进行复位。
该压裂发动机411a包含空间加热器，以帮助确保发动机绕组在操作之前是干燥的。典型的做法是在运行该发动机之前使该空间加热器通电至少24小时。该空间加热器有两种(2)操作模式：自动和关闭。在自动模式下，当该控制系统通电并且泵-发动机关闭时，该加热器打开。每当该泵-发动机被命令运行，该加热器就关闭。每当该泵-发动机止动(正常止动)，该加热器就再次打开。如果发生紧急止动，则立即切断热量。
在一个实施例中，对于该液压压裂泵单元700a，泵710a、710b各自可以提供有多色灯塔。信标灯基于以下情况照亮(稳定)：颜色1：压裂发动机411a未在运行中并且使之不能运行；颜色2：压裂发动机411a在运行中或者已使之能运行；颜色3：该压裂发动机411a的泵排放压力大于预定义的psig设定值。
在一个实施例中，可以将一个或多个电阻温度检测器(RTD)放置在每个AC压裂发动机411a上；在三个相绕组中的每一个上，在前发动机轴承上和后发动机轴承上。在同时使用二十(20)个或更多个泵710a、710b的实施例中，该AC压裂发动机411a温度单独可以表示100多个操作值，该自动报警管理系统使之可操作的另一压倒性数量。
在优选的实施方式中，该压裂发动机411a可以具有多个轴承，每个均带有温度传感器。轴承温度可以本地和远程显示。如果该压裂发动机411a的任一轴承温度达到编程的报警设定值，该控制系统应指示报警。该报警被锁存，直到报警复位开关得以操作。如果该压裂发动机411a的轴承温度达到该轴承可以承受损坏的编程设定点，该控制系统应激活/指示关机。该关机被锁存，直到该报警复位开关得以操作。
在优选的实施方式中，该压裂发动机411a还具有多个绕组(每个AC相一个)，每个均带有温度传感器。该绕组根据AC相进行标记。绕组温度可以本地和远程显示。如果任何绕组温度达到编程的报警设定值，该控制系统应指示报警。该报警被锁存，直到该报警复位开关得以操作。如果任何绕组温度达到该绕组可以承受损坏的编程设定值，该控制系统应激活/指示关机。该关机被锁存，直到该报警复位开关得以操作。
在这个实施例中，液压压裂泵710a可以包含提供泵排放压力的信号的压力变送器。该泵排放压力本地和远程地显示在该系统控制单元650处。在由该泵排放压力触发的该控制系统上可以调节超压设定值。如果该泵排放压力超过该超压设定值，该控制系统经由对该压裂VFD 410a的运行/止动控制使该压裂发动机411a止动。该控制系统应激活/指示关机。超压关机被锁存，直到该报警复位开关得以操作。
仍参照图6，该液压压裂泵单元700a还包含用于每个压裂泵710a、710b的压裂发动机鼓风机单元720a、720b。
该压裂发动机411a具有用于冷却该压裂发动机411a的电机-驱动的鼓风机单元720a。上文参照图3所述的鼓风机发动机416a有多种操作模式：自动、手动和关闭。在自动模式下，每当该压裂发动机411a在运行中，该鼓风机发动机416a就启动，并且基于该压裂发动机411a止动(正常止动)后的预定时间间隔，保持开机达一段“冷却”期间。如果发生紧急止动，该鼓风机发动机416a立即止动并且没有“冷却”期间。在手动模式下，无论该泵-发动机的状态如何，该鼓风机发动机416a都连续运行。在关闭模式下，无论该压裂发动机411a状态如何，该鼓风机发动机416a都不运行。
该鼓风机单元720a包含压力开关，该压力开关感测鼓风机出口压力以确认该鼓风机单元720a在令人满意地运行。每当该鼓风机单元720a在运行中，该压力开关就应通电。如果该鼓风机单元720a在运行中并且该压力开关未通电，则该系统控制单元650的该控制系统应当指示报警。该报警被锁存，直到该报警复位开关得以操作。
仍参照图6，该液压压裂泵单元700a还包含用于每个压裂泵710a、710b的压裂发动机润滑单元730a、730b。
每个压裂发动机润滑单元730a、730b包含由润滑电机414a操作的润滑泵、由冷却器发动机415a操作的冷却风扇、压力变送器和温度变送器。每当该控制系统命令该压裂VFD410a运行，它便首先打开润滑泵414a，确认润滑油压力大于预定义的PSIG设定值，然后使该压裂VFD 410a能够启动该压裂发动机411a。每当该控制系统命令该压裂VFD 410a止动，它也将按照上述针对发动机鼓风机控制的相同的“冷却”期间，关闭该润滑泵和润滑发动机414a。
每当该控制系统命令该压裂VFD 410a运行，润滑系统冷却风扇和冷却发动机415a就能够运行。一旦润滑温度达到预定的最高温度阈值，该控制系统便打开该冷却风扇和冷却发动机415a。每当该润滑温度低于预定的温度中档最小阈值，该控制系统关闭该冷却风扇和冷却发动机415。每当该润滑泵和润滑发动机414a关闭，该风扇也被关闭。
如果发生紧急停止，则该润滑发动机414a和冷却风扇发动机415a立即止动，并且没有“冷却”期间。使能运行时，如果该润滑温度超过预定义的阈值或润滑压力低于预定义的PSIG设定值，则该控制系统应指示报警。该报警被锁存，直到该报警复位开关得以操作。使能运行时，如果该润滑压力在预定义的时间间隔内低于最小预定义的PSIG设定点，则该控制系统应激活/指示关机。该关闭被锁存，直到该报警复位开关得以操作。在这个实施例中，该润滑系统压力和温度都本地和远程地在该系统控制单元650处显示。
针对液压压裂泵单元700a所述的关机可以经由本地或远程系统控制单元650处的主覆盖设置使能/禁用。当关机禁用时，该控制系统仍然提供视觉指示器，建议操作员手动使该单元关机。当关机使能时，该单元将自动关闭，无需操作员干预。
图7是描绘用于使用电机的井压裂系统的液压压裂搅拌器单元800A的实施例的图。该搅拌器单元通常起作用以制备在增产处理中由整个系统使用的浆料和凝胶。在优选的实施方式中，它是计算机控制的，使得化学品和成分的流能够被有效地计量并且对混合质量和输送速率进行控制。
参考图7，该液压压裂搅拌机单元800a可以包含两个或更多电机-驱动器，该电机-驱动器可以使用本地控制面板或根据该系统控制单元650独立地操作。一个发动机，该液压动力单元发动机515驱动液压动力单元810，而另一个，浆料动力单元发动机511，驱动浆料动力单元820。一个或多个PAC 802a、802b可以由液压动力单元和鼓风机810、840以及浆料动力单元和鼓风机820、830使用以与该系统控制单元650通信。
该浆料动力单元(“SPU”)发动机511由该浆料动力单元VFD 510控制。该控制系统向该浆料动力单元VFD 510提供运行/止动信号，以控制该SPU发动机511的状态。该控制系统向该浆料动力单元VFD 510提供速度请求信号，该信号允许该发动机511的速度在整个速度范围内变化。该发动机511速度被显示并且可以进行本地控制。
该浆料动力单元VFD 510向该控制系统提供VFD FAULT触点，以指示是否存在故障状况，并且该控制系统提供该VFD FAULT的本地/远程报警指示。该VFD FAULT可以根据来自该数据车50的预定时间间隔进行复位；如果VFD FAULT比预定义的间隔更频繁地发生，则在一个实施例中，该VFD FAULT仅能够根据该VFD进行复位。
该SPU发动机511可以包含空间加热器，以帮助确保发动机绕组在操作之前是干燥的。典型的做法是在运行该发动机之前使该空间加热器通电至少24小时。该空间加热器有多种操作模式：自动和关闭。在自动模式下，当该控制系统通电并且该SPU发动机511关闭时，该加热器打开。每当该SPU发动机511被命令运行，该加热器就关闭。每当该SPU发动机止动(正常止动)，该加热器就再次打开。如果发生紧急止动，则立即切断热量。
在优选的实施方式中，该SPU发动机511可以具有多个轴承，每个均带有温度传感器。轴承温度可以本地和远程显示。如果任一轴承温度达到编程的报警设定值，该控制系统应指示报警。该报警被锁存，直到该报警复位开关得以操作。如果轴承温度达到该轴承可以承受损坏的编程设定点，该控制系统应激活/指示关机。该关机被锁存，直到该报警复位开关得以操作。
在优选的实施方式中，该SPU发动机511还具有多个绕组(每个AC相一个)，每个均带有温度传感器。该绕组根据AC相进行A、B和C标记。绕组温度可以本地和远程显示。如果任何绕组温度达到编程的报警设定值，该控制系统应指示报警。该报警被锁存，直到该报警复位开关得以操作。如果任何绕组温度达到该绕组可以承受损坏的编程设定值，该控制系统应激活/指示关机。该关机被锁存，直到该报警复位开关得以操作。
仍参照图7，该液压压裂混合机组800a也包含液压动力装置810。在优选的实施例中，以固定的速度操作该液压动力单元(HPU)发动机515。该控制系统向电机控制中心(MCC)提供运行/止动信号，以控制该HPU发动机515的状态。发动机速度是固定的；该发动机可以本地控制开/关。
该HPU发动机515可以包含空间加热器，以帮助确保发动机绕组在操作之前是干燥的。在运行该发动机之前使该空间加热器通电至少24小时。该空间加热器有两种(2)操作模式：自动和关闭。在自动模式下，当该控制系统通电并且该HPU发动机关闭时，该加热器打开。每当该HPU发动机515被命令运行，该加热器就关闭。每当该HPU发动机515止动(正常止动)，该加热器就再次打开。如果发生紧急止动，则立即切断热量。
在优选的实施方式中，该HPU发动机515可以具有多个轴承，每个均带有温度传感器。轴承温度可以本地和远程显示。如果任一轴承温度达到编程的报警设定值，该控制系统应指示报警。该报警被锁存，直到该报警复位开关得以操作。如果轴承温度达到该轴承可以承受损坏的编程设定点，该控制系统应激活/指示关机。该关机被锁存，直到该报警复位开关得以操作。
在优选的实施方式中，该HPU发动机515还具有多个绕组(每个AC相一个)，每个均带有温度传感器。该绕组根据AC相进行A、B和C标记。绕组温度可以本地和远程显示。如果任何绕组温度达到编程的报警设定值，该控制系统应指示报警。该报警被锁存，直到该报警复位开关得以操作。如果任何绕组温度达到该绕组可以承受损坏的编程设定值，该控制系统应激活/指示关机。该关机被锁存，直到该报警复位开关得以操作。
仍参照图7，该液压压裂混合机组800a还包含SPU电机-驱动的鼓风机单元830和HPU电机-驱动的鼓风机单元840。
该SPU发动机511具有用于冷却该SPU发动机511的SPU电机-驱动的鼓风机830。上文参照图4所述的SPU鼓风机发动机513有多种操作模式：自动、手动和关闭。在自动模式下，每当该SPU发动机511在运行中，该SPU鼓风机发动机513就启动，并且基于该SPU发动机511止动(正常止动)后的预定时间间隔，保持开机达一段“冷却”期间。如果发生紧急止动，该SPU鼓风机发动机513立即止动并且没有“冷却”期间。在手动模式下，无论该SPU发动机511的状态如何，该SPU鼓风机发动机513都连续运行。在关闭模式下，无论该SPU发动机511状态如何，该SPU鼓风机发动机513都不运行。
该SPU鼓风机单元830包含压力开关，该压力开关感测鼓风机出口压力以确认该SPU鼓风机单元830在令人满意地运行。每当该SPU鼓风机单元830在运行中，该压力开关就应通电。如果该SPU鼓风机单元830在运行中并且该压力开关未通电，则该系统控制单元650的该控制系统应当指示报警。该报警被锁存，直到该报警复位开关得以操作。
该HPU发动机515具有用于冷却该HPU发动机515的HPU电机-驱动的鼓风机单元840。上文参照图4所述的HPU鼓风机发动机517有多种操作模式：自动、手动和关闭。在自动模式下，每当该HPU发动机515在运行中，该HPU鼓风机发动机517就启动，并且基于该HPU发动机515止动(正常止动)后的预定时间间隔，保持开机达一段“冷却”期间。如果发生紧急止动，该HPU鼓风机发动机517立即止动并且没有“冷却”期间。在手动模式下，无论该HPU发动机515的状态如何，该HPU鼓风机发动机517都连续运行。在关闭模式下，无论该HPU发动机515状态如何，该HPU鼓风机发动机517都不运行。
该HPU鼓风机单元840包含压力开关，该压力开关感测鼓风机出口压力以确认该HPU鼓风机单元840在令人满意地运行。每当该HPU鼓风机单元840在运行中，该压力开关就应通电。如果该HPU鼓风机单元840在运行中并且该压力开关未通电，则该系统控制单元650的该控制系统应当指示报警。该报警被锁存，直到该报警复位开关得以操作。
针对液压压裂搅拌机单元800a所述的关机可以经由本地或远程系统控制单元650处的主覆盖设置使能/禁用。当关机禁用时，该控制系统仍然提供视觉指示器，建议操作员手动使该单元关机。当关机使能时，该单元将自动关闭，无需操作员干预。
图8是描绘用于使用电机的井压裂系统的液压压裂水合单元900A的实施例的图。该单元用于该系统的优选的实施方式中，并且通常起作用以混合水和化学添加剂以制备压裂液。添加化学添加剂，如瓜尔胶(也可在许多食品中发现)，以帮助水凝胶化。该水合单元中的混合过程需要几分钟时间，使水能够按合适的粘稠度凝胶化。
参考图8，该液压压裂水合单元900a包含一个或多个电机-驱动器，该电机-驱动器可以使用本地控制面板或根据该系统控制单元650独立地操作。一个或多个PAC 902a可以由水合HPU单元和鼓风机910、920使用以与该系统控制单元650通信。
液压压裂水合单元900a还包含水合鼓风机单元920。该水合HPU发动机521具有用于冷却该水合HPU发动机521的电机-驱动的水合HPU鼓风机单元920。该水合HPU鼓风机发动机519有三(3)种操作模式：自动、手动和关闭。在自动模式下，每当该水合HPU发动机521在运行中，该水合HPU鼓风机发动机519就启动，并且基于该水合HPU发动机521止动(正常止动)后的预定时间间隔，保持开机达一段“冷却”期间。如果发生紧急止动，该水合HPU鼓风机发动机517立即止动并且没有“冷却”期间。在手动模式下，无论该水合HPU发动机521的状态如何，该水合HPU鼓风机发动机519都连续运行。在关闭模式下，无论该水合HPU发动机521状态如何，该水合HPU鼓风机发动机519都不运行。
该水合HPU鼓风机发动机519包含压力开关，该压力开关感测鼓风机出口压力以确认该鼓风机在令人满意地运行。每当该鼓风机在运行中，该压力开关就应通电。如果该鼓风机在运行中并且该压力开关未通电，则该控制系统应当指示报警。该报警被锁存，直到该报警复位开关得以操作。
该水合HPU发动机521可以包含空间加热器，以帮助确保发动机绕组在操作之前是干燥的。在运行该水合HPU发动机521之前使该空间加热器通电至少24小时。该空间加热器有两种(2)操作模式：自动和关闭。在自动模式下，当该控制系统通电并且该水合HPU发动机521关闭时，该加热器打开。每当该水合HPU发动机521被命令运行，该加热器就关闭。每当该水合HPU发动机521止动(正常止动)，该加热器就再次打开。如果发生紧急止动，则立即切断热量。
在优选的实施方式中，该水合HPU发动机521可以具有多个轴承，每个均带有温度传感器。轴承温度可以本地和远程显示。如果任一轴承温度达到编程的报警设定值，该控制系统应指示报警。该报警被锁存，直到该报警复位开关得以操作。如果轴承温度达到该轴承可以承受损坏的编程设定点，该控制系统应激活/指示关机。该关机被锁存，直到该报警复位开关得以操作。
在优选的实施方式中，该水合HPU发动机521还具有多个绕组(每个AC相一个)，每个均带有温度传感器。该绕组根据AC相进行A、B和C标记。绕组温度可以本地和远程显示。如果任何绕组温度达到编程的报警设定值，该控制系统应指示报警。该报警被锁存，直到该报警复位开关得以操作。如果任何绕组温度达到该绕组可以承受损坏的编程设定值，该控制系统应激活/指示关机。该关机被锁存，直到该报警复位开关得以操作。
针对液压压裂搅拌机单元900A所述的关机可以经由本地或远程系统控制单元650处的主覆盖设置使能/禁用。当关机禁用时，该控制系统仍然提供视觉指示器，建议操作员手动使该单元关机。当关机使能时，该单元将自动关闭，无需操作员干预。
图9是描绘用于控制使用电机的井压裂系统的系统控制单元650的实施例的图。
在优选的实施方式中，系统控制单元650是用于远程操作井压裂系统的单点控制单元。该井压裂系统的单点远程操作允许操作员在单个远程位置(例如数据车50)处远程控制该井压裂系统的所有单元。
参考图9，该系统控制单元650包含一个或多个压裂控制单元652a-652h；一个或多个压裂搅拌器控制单元654a、654b；以及一个或多个压裂水合控制单元656a、656b。在这个实施例中，该系统控制单元650包含八个压裂控制单元652a-652h；两个压裂搅拌器控制单元654a、654b；以及两个压裂水合控制单元656a、656b。
该压裂控制单元652a包含用于控制一个或多个压裂泵710a、710b的操作的压裂泵控制单元662a；用于控制一个或多个压裂鼓风机单元720a、720b的操作的压裂鼓风机控制单元664a；以及用于控制一个或多个润滑单元730a、730b的操作的润滑控制单元664a。
该压裂搅拌器控制单元654a包含用于控制一个或多个搅拌器HPU单元810的操作的搅拌器HPU泵控制单元672a；用于控制一个或多个搅拌器SPU单元820的操作的搅拌器SPU泵控制单元674a；用于控制一个或多个搅拌器SPU鼓风机单元830的操作的混合器SPU鼓风机控制单元676a；用于控制一个或多个搅拌器HPU鼓风机单元840的操作的搅拌器HPU鼓风机控制单元678a。
该压裂水合控制单元656a包含用于控制一个或多个水合HPU单元910的操作的水合HPU泵控制单元682a和用于控制一个或多个水合HPU鼓风机单元920的操作的搅拌器HPU鼓风机控制单元684a。
图10是描绘压裂泵发动机控制状态图的实施例的图。图11是描绘润滑系统控制状态图的实施例的图。图12是描绘发动机鼓风器控制状态图的实施例的图。
参考图10-12中所描绘的控制状态图，在实施例中，可以相应地控制一个或多个液压压裂泵单元700a-700h的自动和/或手动控制操作。例如，图10中描绘了整个系统的操作，包含每个压裂泵710a、710b；每个鼓风机单元720a、720b；以及每个润滑单元730a、730b。对于图10，包含关闭状态在内的所有状态都可以直接转到紧急止动状态。该空间加热器仅在该鼓风机关闭时才打开。每当该泵排放压力大于预定的设定值时，信标灯就会变为红色。
图11中描绘了润滑单元730a、730b的操作。对于图11，如果冷却风扇在使能状态，油温高时会打开，低时则会自动关闭。该鼓风机单元720a、720b的操作如图12中所描绘。当该鼓风机处于由硬件(即电路)设置的自动模式时，遵循状态图。
参考图13和图14，实施方式包含一种用于以计算方式控制该AC发动机的速度，使得可以自动实现液压压裂设计参数(其中有注射速率和压力)的方法。使用这个方法，操作员可以输入目标注射速率和注射压力限值；或者替代性地，目标注射压力和注射速率限值，由此算法自动调节AC发动机的速度设定点以共同达到目标量，而不会总体超过限值量。例如，不是所有的压裂发动机都被使用，一些压裂发动机是备用发动机。响应于操作员或用户的提高该目标注射速率的输入或者响应于一个或多个其他压裂发动机的故障，一个或多个备用压裂发动机可以自动地通电并启动。
在这个实施方式中，达西定律通常表示为：
Figure BDA0001446064160000161
其中q是每单位面积的排放速率，κ是固有渗透率，μ是粘度，以及
Figure BDA0001446064160000162
是压力梯度向量，用作一种以计算方式预测注射压力变化的手段，该注射压力变化由任何AC发动机组合的所提出的速度变化导致。替代性地，可以预测达到期望的注射压力所需的注射速率的变化。达西参数不需要直接测量；实施方式可以根据可用的表面测量值估算该参数。这个实施方式允许该压裂发动机产生过程输出，即注射速率或压力，如认为要保持地层裂缝、井眼和设备现场的完整性所必需的，其尽可能接近裂缝设计目标而不超过指定的限值参数。
例如，可以在时间T0时，通过将所测量的时间T-1到T0的排放速率的变化值除以所测量的时间T-1到T0压力变化值来计算固有渗透率和粘度。使用所计算的固有渗透率和粘度的比率，可以估算针对时间T1时不同的排放速率的时间T1时的压力，从而预测随着排放速率的变化发生的压力变化。
在优选的实施方式中，可以收集VFD过程数据，不限于电流和频率、温度、功率、额定负载的百分比、转矩和转矩百分比、输出电压和发动机负载，以及系统状态，通过通信信道输送到该系统控制单元，以便每当任何操作参数超过相应的阈值时，向用户发出报警。这允许操作员进行干预，使得VFD工作负载可以在井场处可用的VFD之间平均地共享，从而使压裂设备特定部件的过度驱动造成的VFD故障和热关机事件的数量最小化。
一种实施方式可以将自动泵送速率和自动泵送压力控制与VFD负载管理相结合，以便在井场设备之间自动分配VFD功率输出，从而产生相同的负载管理优势，但不需要操作员干预。
具体参见图13，组合上述方法和装置的实施方式可以经设计以自动选择和控制最佳数量的可用AC发动机和VFD，使得所选择的每个发动机尽可能接近其最大运行效率。如图13所示，AC感应发动机具有的功率输出效率关系与所示的类似。在计算上，可以选择最佳数量的AC发动机，并且这种选择可以随着时间而变化，使得每个发动机的运行与其额定功率输出接近，并且因此达到尽可能高的效率，受到裂缝设计参数和可用的泵送设备的数量和类型的影响。
具体参考图14，该VFD根据编程的“S”曲线控制发动机/泵的加速和减速。该“S”曲线经创建，以确保该发动机/泵的质量和惯量得到妥善管理，以避免该VFD的损坏或骚扰性关机(nuisance shutdown)。图14是这种“S”曲线的实施例图形表示。该VFD基于针对较高的井口压力实现最大的启动能力，采用各种预定义的脉冲宽度调制控制技术之一，例如恒定扭矩或无传感器矢量来运行。
图15A-15E是描绘该系统控制单元处于自动目标速率和/或自动目标压力模式下的操作的实施例的算法框图。
参考图15A，检测操作员选择自动速率控制还是自动压力控制的操作开始于开始任务定时器步骤1000，如果在步骤1010中实现了任务定时器事件，则该操作进行到步骤1020中检测是否选择自动速率控制模式。如果选择了自动速率控制模式，则该操作进行到图15B所示的自动速率控制模块。如果未选择，则该操作进行到步骤1030中检测是否选择了自动压力控制模式。如果选择了自动压力控制模式，则该操作进行到如图15C所示的自动压力控制模块。如果没有选择任何模式，则在步骤1010中使用操作员的手动控制并且该操作循环回到检测任务定时器事件。
参考图15B和15C，如果选择了自动速率控制或自动压力控制，则基于目标注射速率或目标压力速率来执行确定降低注射速率、增加注射速率还是保持当前注射速率的操作。在这个实施例中，p是所测量的注射压力，pTarget是目标注射压力，pLimit是注射压力限值，pTolerance是注射压力误差的可接受余量，pError是处于自动速率控制下时被定义为pLimit-P以及处于自动压力控制下时被定义为PTarget-P的注射压力误差。
类似地，q是所测量的注射速率，qTarget是目标注射速率，qLimit是注射速率限值，qTolerance是注射率误差的可接受余量，qError是处于自动压力控制下时被定义为qLimit-q以及处于自动速率控制下时被定义为qTarget-q的注射率误差。
如图15B和15C所示，执行计算误差值的第一步骤1040a、1040b，接下来是下一步骤1050a、1050b：根据是否选择了自动速率或自动压力，确定所测量的压力或所测量的注射速率，除了目标注射速率或目标压力之外，是否超过公差值，以遵循图15E的减小注射速率模块，确定是否应该减小注射速率。如果不是，则将所测量的压力或所测量的注射速率与压力限值或注射速率限值进行比较，并且限值减去公差值，以在下一步骤1060a、1060b中确定该值是否落在“不超过”频带内。如果是，则保持当前的注射速率。如果不是，将所测量的压力或所测量的注射速率与压力限值或注射速率极限进行比较，以在步骤1070a、1070b中确定是否应该降低该注射速率。如果测量值不大于限值，则下一步骤1080a、1080b中将所测量的压力或所测量的注射速率与目标压力和公差值的差或目标注射速率和公差值的差进行比较，以遵循图15D的增加注射速率模块确定是否应该增加注射速率。
参考图15D和15E，分别描绘了增加注射速率模块或减小注射速率模块，以确定哪个泵增加注射速率以及所选择的泵的每分钟转数(RPM)的变化值。参考这两个图，在第一步骤1090a、1090b中，估算粘度和渗透系数，然后在步骤1100a、1100b中，将注射速率的所需变化值qIncrement计算为κ、μ和pError的函数。在下一操作1200a、1200b中，选择注射速率增加或减小的泵。在优选的实施方式中，该系统控制单元的处理算法寻求使整个系统操作的效率最大化。因为电机在按100％容量或接近该容量运行时是最有效的，因此该算法通常寻求使所有相应的泵都按这样的容量或接近该容量运行并且使低效利用的泵离线。对于用于确定选择哪个泵来增加注射速率的操作1200a，如果任何泵都没有以其额定功率运行，所选择的泵是具有最低电流功率输出的泵。如果所有泵都以额定功率运行并且有可用的备用泵，则选择该备用泵来增加注射速率。对于用于确定选择哪个泵来减小注射速率的操作1200b，如果任何泵都以低于额定功率的50％的值运行，那么选择具有最低电流功率输出的泵来减小注射速率，以便最终在整个系统中使用较少的泵。如果没有泵以低于50％的值运行，那么选择具有最大电流功率输出的泵以减小注射速率，以便更均匀地分配泵之间的负载。
仍然参考图15D和15E，下一操作1300a、1300b用于确定RPM的变化值(ΔRpm)：图15D中的正值，其中施加注射速率的增加；以及图15E中的负值，其中施加注射速率的减小。在这个实施例中，可以使用ΔRpm的两个值并且针对井点的压力，选择更保守的动作。换句话说，当增加注射速率时，使用引起较小的注射速率增量的ΔRpm，并且当减小注射速率时，使用引起较大的注射速率减量的ΔRpm。图15D和15E描绘了实现这个操作的两个实施例。在图15D中，基于qIncrement和qError计算两个ΔRpm，并且选择较小的ΔRpm以增加所选择的泵注射速率。在图15E中，选择qIncrement和qError之间的较小值(或较大的负值)来计算ΔRpm，从而使用具有最大负值的ΔRpm，并且对所选择的泵施加较大的注射速率减量。
如附图所示以及如上文所述，ΔRpm被计算为qIncrement或qError和泵特性的函数。具体地说，ΔRpm被计算为每转泵体积的函数，由以下提供：
Vrev＝nxπr2l，
其中n是泵柱塞的数量，r是该柱塞的半径，而l是柱塞行程。
可以使用不同的设备和装置来制造和使用该井压裂系统的上述实施方式。在一种实施例中，该电气液压压裂系统中使用的设备可以从某些商业可用的选项中选择。仅通过说明的方式，对于该液压压裂泵单元，所选择的VFD可以是Toshiba GX7Rig Drive 1750HP，600V，1700AMP 6脉冲变频驱动器。在一个优选的实施方式中，每个泵系统(即VFD、发动机、泵和PAC)有一(1)个Toshiba GX7VFD。所选择的AC发动机可以是额定输出为1750HP的AmeriMex“Dominator”Horizontal AC笼条感应发动机。在优选的实施方式中，每个泵系统(即VFD、发动机、泵和PAC)有一(1)个AmeriMex AC发动机。所选择的泵可以是最大输入为2250HP的加德纳丹佛GD-2250三缸泵或最大输入为2250HP的Weir/SPM TWS-2250三缸泵。在优选的实施方式中，每泵系统(即VFD、发动机、泵和PAC)有一(1)个泵。另一个配置包含具有2500HP最大输入的四缸泵；以及为了延长使用寿命，使用替代性材料流体。所选择的可编程自动化控制器(PAC)可以是STW ESX-3XL 32位控制器。在优选的实施方式中，每个泵系统有一(1)个STW PAC。
对于该液压压裂搅拌机单元，所选择的VFD可以是Toshiba GX7 Rig Drive1750HP，600V，1700AMP 6脉冲变频驱动器。在优选的实施例中，每个浆料动力单元系统(即VFD和发动机)有一(1)个Toshiba GX7VFD。对于该浆料动力单元(SPU)，所选择的AC发动机可以是额定输出为1150HP的AmeriMex“Dominator”Horizontal AC笼条感应发动机。在优选的实施例中，每个浆料动力单元系统(即VFD和发动机)有一(1)个AmeriMex AC发动机。对于该液压动力单元(HPU)，所选择的AC发动机可以是额定输出为600HP的AmeriMex“Dominator”Horizontal AC笼条感应发动机。在优选的实施例中，每个液压动力单元系统有一(1)个AmeriMex AC发动机。所选择的可编程自动化控制器(PAC)可以是STW ESX-3XL32位控制器。在优选的实施例中，每个浆料动力单元系统(即VFD和发动机)有一(1)个STWPAC以及每个液压动力装置系统有一(1)个STW PAC。
对于水合单元，该液压动力单元(HPU)所选择的AC发动机可以是额定输出为600HP的AmeriMex“Dominator”Horizontal AC笼条感应发动机。在优选的实施例中，每个液压动力单元系统有一(1)个AmeriMex AC发动机。所选择的可编程自动化控制器(PAC)可以是STWESX-3XL 32位控制器。在优选的实施例中，每个液压动力单元系统有一(1)个STW PAC。
上述设备的制造商可以包含但不限于Toshiba、Siemens、ABB、GE、Gardner-Denver、Weir/SPM、CAT、FMC、STW和National Instruments。
可以使用一个或多个单元内的一个或多个无线因特网模块来执行该系统的不同单元和该系统控制单元之间的无线通信。无线因特网模块可以是用于访问无线因特网，并且形成无线LAN/Wi-Fi(WLAN)、无线宽带(Wibro)、全球微波接入互操作性(Wimax)、高速下行链路分组接入(HSDPA)等的模块。
应当理解，与本文所述的其他处理流程类似，本文所描述的流程图中的步骤和步骤的顺序可以改变、修改、移除和/或扩充，并且仍会实现期望的结果。多处理或多任务环境可以允许并发执行两个或多个步骤。
尽管实施例已经用来披露本发明，包含最佳模式，并且也使得本领域任何技术人员能够制造和使用本发明，然而本发明的可专利范围由权利要求书限定，并且可以包含本领域普通技术人员想到的其他实施例。相应地，此处披露的实施例被认为是非限制性的。
还应注意，该系统和方法可以在执行指令(如软件指令)以执行本文所披露的操作的各种类型的数据处理器环境上(例如，在一个或多个数据处理器上)实现。非限制性实施例包含在单个通用计算机或工作站上；或在网络系统上；或在客户机-服务器配置中；或在应用服务提供商配置中的实现。例如，本文所描述的方法和系统可以通过包括可由设备处理子系统执行的程序指令的程序代码在许多不同类型的处理设备上实现。软件程序指令可以包含源代码、目标代码、机器代码或任何其他的可操作以使处理系统执行本文所描述的方法和操作的存储数据。然而，也可以使用其他实现方式，如被配置成执行本文所描述的方法和系统的固件甚或适当设计的硬件。例如，可以用指令对计算机进行编程，以执行图10-12所示的流程图或状态图的各个步骤。
可以将该系统和方法的数据(例如，关联、映射、数据输入、数据输出、中间数据结果、最终数据结果等)存储并实现在一个或多个不同类型的计算机实现数据存储器中，例如不同类型的存储设备和编程结构(如RAM、ROM、闪存、平面文件、数据库、编程数据结构、编程变量、IF-THEN(或类似类型)语句构造等。应当注意，数据结构描述了格式，该格式用于将数据组织和存储在数据库、程序、存储器或计算机程序使用的其他计算机可读介质中。
该系统和方法可以在许多不同类型的计算机可读存储介质上提供，该介质包含计算机存储机构(例如，非暂时介质，如CD-ROM、软盘、RAM、闪速存储器、计算机硬盘驱动器等)，该机构包含用于由处理器执行以执行本文所描述的方法操作并实现系统的指令(如软件)。
本文所描述的计算机部件、软件模块、功能、数据存储和数据结构可以彼此直接或间接连接，以便允许其操作所需的数据流。还应注意，模块或处理器包含但不限于执行软件操作的代码单元，并且可以，例如作为子程序代码单元或者作为软件功能代码单元；或者作为对象(如在面向对象的范例中)；或作为小应用程序；或以计算机脚本语言；或作为另一种类型的计算机代码实现。软件组件和/或功能可以位于单个计算机上；或者根据当前的情况分布在多台计算机上。
应当理解，如本文说明书和随附权利要求书中所使用的，“一种”和“该”的含义包含复数指代，除非上下文另有明确规定。此外，如本文说明书和随附权利要求书中所使用的，“中”的含义包含“其中”和“其上”，除非上下文另有明确规定。最后，如本文说明书和随附权利要求书中所使用的，“和”以及“或”的含义包含连词和反意连词，并且可以互换使用，除非上下文另有明确规定；短语“排他的或者”可以用于表示只可以应用反意连词意义的情况。

Claims (23)

1.一种用于增加井眼的油或气产量的系统，其包括：
(a)液压压裂泵单元，其具有：
两个或多个流体泵，每个流体泵由耦合到所述流体泵的交流电流(AC)泵电机驱动，以及控制该泵电机的变频驱动器(VFD)；
(b)电动液压搅拌器单元，其被配置成向一个或多个流体泵中的至少一个提供处理流体以输送到该井眼，其中该搅拌器单元包括至少一个AC混合电机；以及
(c)系统控制单元，其与所述液压压裂泵单元和电动液压搅拌器单元的每个通信，以控制所述单元的各自的操作参数，
其中该系统控制单元被配置成单独控制该液压压裂泵单元的所述两个或多个流体泵的各自的参数，
其中该液压压裂泵单元的至少两个流体泵具有不同的泵送能力，以及该系统控制单元被配置成基于关于每个流体泵的流量和该电动液压搅拌器单元的流量的信息，动态地初始化并维持该液压压裂泵单元的该流体泵的操作参数。
2.权利要求1所述的系统，其进一步包括用于混合水和化学添加剂以提供供应到该液压搅拌器单元的压裂液的水合单元，其中该系统控制单元进一步控制该水合单元的操作参数。
3.权利要求2所述的系统，其中该系统控制单元被配置成与所述液压压裂泵单元、电动液压搅拌器单元和水合单元中的每一个无线通信。
4.权利要求2所述的系统，其中该系统控制单元在物理介质上与所述液压压裂泵单元、电动液压搅拌器单元和水合单元的至少一个通信。
5.权利要求4所述的系统，其中该物理介质是电缆或光纤。
6.权利要求1所述的系统，其进一步包括至少两个液压压裂泵单元，以及所述至少两个液压压裂泵单元中的一个或多个具有与该系统控制单元通信的可编程自动化控制器(PAC)。
7.权利要求2所述的系统，其中所述液压压裂泵单元、液压搅拌器单元和水合单元各自包括被配置成接受来自该系统控制单元的命令的至少一个可编程自动化控制器(PAC)。
8.权利要求7所述的系统，其中该系统控制单元包括经由数据通道连接到所述液压压裂泵单元、液压搅拌器单元和水合单元的该至少一个PAC的人机界面(HMI)。
9.权利要求1所述的系统，其中该液压压裂泵单元可移除地安装在连接到歧管系统以将浆料输送到该井眼的拖车、卡车或滑撬上，该系统进一步包括安装在相同或不同的拖车、卡车或滑道上的备用液压压裂泵单元，所述备用液压压裂泵单元进一步连接到该歧管系统，以在需要时补充或更换该液压压裂泵单元。
10.权利要求2所述的系统，其中所述液压压裂泵单元、液压搅拌器单元和水合单元各自进一步包括辅助系统，该辅助系统包含(i)润滑泵系统、(ii)冷却泵系统，以及(iii)鼓风机系统中的一个或多个。
11.权利要求7所述的系统，其中所述至少一个PAC被配置成自主地监测相关联的系统单元的操作参数，并且在该系统单元的该操作参数超过预定限值的情况下使该系统单元关机。
12.权利要求1所述的系统，其中该系统控制单元进一步包括用于控制该系统的注射速率的装置。
13.一种用于增加井眼的油或气产量的系统，其包括：
液压压裂泵单元，其具有：
由压裂电机驱动的液压压裂泵；
控制该压裂电机的变频驱动器(VFD)；
由电动鼓风机发动机驱动的压裂泵鼓风机单元；以及
压裂泵润滑单元，其包括由润滑电机驱动的润滑泵，以及
由冷却电机驱动的冷却风扇；
电动液压搅拌器单元，其配置成将处理流体提供给该液压压裂泵单元以输送到该井眼，该搅拌器单元包括至少一个混合电机；以及
系统控制单元，其包括
(i)被配置成控制该液压压裂泵单元的液压压裂泵单元控制器；以及
(ii)被配置成控制该液压搅拌器单元的液压搅拌器单元控制器，
其中该液压压裂泵单元包括具有不同泵送能力的至少两个流体泵，以及该系统控制单元被配置成基于关于每个流体泵的流量和该电动液压搅拌器单元的流量的信息，动态地初始化并维持该液压压裂泵单元的该流体泵的操作参数。
14.权利要求13所述的系统，其进一步包括具有至少一个水合电机的水合单元；并且其中该系统控制单元进一步包括(iii)被配置成控制该水合单元的操作参数的水合单元控制器。
15.权利要求13所述的系统，其中该液压搅拌器单元包括由浆料-动力单元(SPU)发动机驱动的SPU和由液压动力单元(HPU)发动机驱动的HPU。
16.权利要求13所述的系统，其中该液压搅拌机单元进一步包括由SPU鼓风机发动机驱动的SPU鼓风机单元和由HPU鼓风机发动机驱动的HPU鼓风机单元。
17.权利要求14所述的系统，其中该水合单元包括由水合HPU发动机驱动的水合HPU和由水合HPU鼓风机发动机驱动的水合HPU鼓风机单元。
18.权利要求14所述的系统，其中该系统控制单元被配置成与所述液压压裂泵单元、电动液压搅拌器单元和水合单元中的每一个双向通信。
19.权利要求14所述的系统，其中所述液压压裂泵单元、电动液压搅拌器单元和水合单元各自进一步包括用于与该系统控制单元通信的至少一个可编程自动化控制器(PAC)。
20.权利要求19所述的系统，其中所述PAC的每个进一步被配置成接收关于相应单元的该操作参数的监测数据，并将所述监测数据传送到该系统控制单元。
21.权利要求19所述的系统，其中该系统控制单元包括经由数据通道连接到所述液压压裂泵单元、液压搅拌器单元和水合单元的该至少一个PAC的人机界面(HMI)。
22.权利要求13所述的系统，其中该液压压裂泵单元可移除地安装在连接到歧管系统以将浆料输送到该井眼的拖车、卡车或滑撬上，该系统进一步包括安装在该拖车、卡车或滑道上的备用液压压裂泵单元，所述备用液压压裂泵单元进一步连接到该歧管系统，以在需要时补充或更换该液压压裂泵单元。
23.权利要求13所述的系统，其中该系统控制单元进一步包括用于控制该系统的注射速率的装置。
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Families Citing this family (118)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9140110B2 (en) 2012-10-05 2015-09-22 Evolution Well Services, Llc Mobile, modular, electrically powered system for use in fracturing underground formations using liquid petroleum gas
US11255173B2 (en) 2011-04-07 2022-02-22 Typhon Technology Solutions, Llc Mobile, modular, electrically powered system for use in fracturing underground formations using liquid petroleum gas
US11708752B2 (en) 2011-04-07 2023-07-25 Typhon Technology Solutions (U.S.), Llc Multiple generator mobile electric powered fracturing system
US11959371B2 (en) 2012-11-16 2024-04-16 Us Well Services, Llc Suction and discharge lines for a dual hydraulic fracturing unit
US10119381B2 (en) 2012-11-16 2018-11-06 U.S. Well Services, LLC System for reducing vibrations in a pressure pumping fleet
US9650879B2 (en) 2012-11-16 2017-05-16 Us Well Services Llc Torsional coupling for electric hydraulic fracturing fluid pumps
US10232332B2 (en) 2012-11-16 2019-03-19 U.S. Well Services, Inc. Independent control of auger and hopper assembly in electric blender system
US9970278B2 (en) 2012-11-16 2018-05-15 U.S. Well Services, LLC System for centralized monitoring and control of electric powered hydraulic fracturing fleet
US11476781B2 (en) 2012-11-16 2022-10-18 U.S. Well Services, LLC Wireline power supply during electric powered fracturing operations
US9611728B2 (en) * 2012-11-16 2017-04-04 U.S. Well Services Llc Cold weather package for oil field hydraulics
US9893500B2 (en) 2012-11-16 2018-02-13 U.S. Well Services, LLC Switchgear load sharing for oil field equipment
US10254732B2 (en) 2012-11-16 2019-04-09 U.S. Well Services, Inc. Monitoring and control of proppant storage from a datavan
US9840901B2 (en) 2012-11-16 2017-12-12 U.S. Well Services, LLC Remote monitoring for hydraulic fracturing equipment
US10407990B2 (en) 2012-11-16 2019-09-10 U.S. Well Services, LLC Slide out pump stand for hydraulic fracturing equipment
US9410410B2 (en) 2012-11-16 2016-08-09 Us Well Services Llc System for pumping hydraulic fracturing fluid using electric pumps
US10036238B2 (en) 2012-11-16 2018-07-31 U.S. Well Services, LLC Cable management of electric powered hydraulic fracturing pump unit
US10526882B2 (en) 2012-11-16 2020-01-07 U.S. Well Services, LLC Modular remote power generation and transmission for hydraulic fracturing system
US9995218B2 (en) 2012-11-16 2018-06-12 U.S. Well Services, LLC Turbine chilling for oil field power generation
US10020711B2 (en) 2012-11-16 2018-07-10 U.S. Well Services, LLC System for fueling electric powered hydraulic fracturing equipment with multiple fuel sources
US9745840B2 (en) 2012-11-16 2017-08-29 Us Well Services Llc Electric powered pump down
US11449018B2 (en) 2012-11-16 2022-09-20 U.S. Well Services, LLC System and method for parallel power and blackout protection for electric powered hydraulic fracturing
US9650871B2 (en) 2012-11-16 2017-05-16 Us Well Services Llc Safety indicator lights for hydraulic fracturing pumps
US20160319745A1 (en) * 2015-04-28 2016-11-03 Rolls-Royce Corporation Controller modulated oil system for a gas turbine propulsion system
US20230155358A1 (en) * 2016-04-15 2023-05-18 U.S. Well Services, LLC Switchgear load sharing for oil field equipment
WO2018044323A1 (en) 2016-09-02 2018-03-08 Halliburton Energy Services, Inc. Hybrid drive systems for well stimulation operations
WO2018074995A1 (en) * 2016-10-17 2018-04-26 Halliburton Energy Services, Inc. Improved distribution unit
CA2987665C (en) 2016-12-02 2021-10-19 U.S. Well Services, LLC Constant voltage power distribution system for use with an electric hydraulic fracturing system
WO2018106225A1 (en) * 2016-12-07 2018-06-14 Halliburton Energy Services, Inc. Power sequencing for pumping systems
US20230064970A1 (en) * 2017-04-18 2023-03-02 Mgb Oilfield Solutions, L.L.C. Power system and method
US10711576B2 (en) * 2017-04-18 2020-07-14 Mgb Oilfield Solutions, Llc Power system and method
WO2018201118A1 (en) * 2017-04-28 2018-11-01 Schlumberger Technology Corporation Integrated power and electronics unit for drilling machine
US11624326B2 (en) 2017-05-21 2023-04-11 Bj Energy Solutions, Llc Methods and systems for supplying fuel to gas turbine engines
EP3645833A4 (en) * 2017-06-29 2021-06-09 Typhon Technology Solutions, LLC HYDRATION MIXER TRANSPORT FOR FRACTURING OPERATIONS
US10280724B2 (en) 2017-07-07 2019-05-07 U.S. Well Services, Inc. Hydraulic fracturing equipment with non-hydraulic power
WO2019071086A1 (en) 2017-10-05 2019-04-11 U.S. Well Services, LLC SYSTEM AND METHOD FOR FLOWING INSTRUMENTED FRACTURING SLUDGE
WO2019075475A1 (en) 2017-10-13 2019-04-18 U.S. Well Services, LLC AUTOMATIC FRACTURING SYSTEM AND METHOD
US10655435B2 (en) 2017-10-25 2020-05-19 U.S. Well Services, LLC Smart fracturing system and method
CA3084607A1 (en) * 2017-12-05 2019-06-13 U.S. Well Services, LLC High horsepower pumping configuration for an electric hydraulic fracturing system
WO2019113147A1 (en) * 2017-12-05 2019-06-13 U.S. Well Services, Inc. Multi-plunger pumps and associated drive systems
WO2019152981A1 (en) 2018-02-05 2019-08-08 U.S. Well Services, Inc. Microgrid electrical load management
US10683716B2 (en) * 2018-02-10 2020-06-16 Harry Joseph Browne Water transfer monitoring system and method of use
AR115054A1 (es) 2018-04-16 2020-11-25 U S Well Services Inc Flota de fracturación hidráulica híbrida
WO2019210257A1 (en) 2018-04-27 2019-10-31 Ameriforge Group Inc. Well service pump power system and methods
CA3103490A1 (en) 2018-06-15 2019-12-19 U.S. Well Services, LLC Integrated mobile power unit for hydraulic fracturing
US10648270B2 (en) 2018-09-14 2020-05-12 U.S. Well Services, LLC Riser assist for wellsites
US10914155B2 (en) 2018-10-09 2021-02-09 U.S. Well Services, LLC Electric powered hydraulic fracturing pump system with single electric powered multi-plunger pump fracturing trailers, filtration units, and slide out platform
CA3115669A1 (en) 2018-10-09 2020-04-16 U.S. Well Services, LLC Modular switchgear system and power distribution for electric oilfield equipment
WO2020097060A2 (en) * 2018-11-05 2020-05-14 Schlumberger Technology Corporation Fracturing operations pump fleet balance controller
WO2020096593A1 (en) * 2018-11-07 2020-05-14 Halliburton Energy Services, Inc. Decoupled long stroke pump
US11230917B2 (en) * 2018-11-13 2022-01-25 Vault Pressure Control Llc Surface completion system for operations and monitoring
EP3902978A4 (en) * 2018-12-28 2022-11-09 Typhon Technology Solutions, LLC DRIVE MACHINE AND LUBRICATION OIL COOLING ASSEMBLY FOR TRANSPORTATION OF FRACKING PUMP
US10753153B1 (en) 2019-02-14 2020-08-25 National Service Alliance—Houston LLC Variable frequency drive configuration for electric driven hydraulic fracking system
US10753165B1 (en) 2019-02-14 2020-08-25 National Service Alliance—Houston LLC Parameter monitoring and control for an electric driven hydraulic fracking system
US10988998B2 (en) 2019-02-14 2021-04-27 National Service Alliance—Houston LLC Electric driven hydraulic fracking operation
US10794165B2 (en) 2019-02-14 2020-10-06 National Service Alliance—Houston LLC Power distribution trailer for an electric driven hydraulic fracking system
US11578577B2 (en) 2019-03-20 2023-02-14 U.S. Well Services, LLC Oversized switchgear trailer for electric hydraulic fracturing
US20200300050A1 (en) * 2019-03-20 2020-09-24 U.S. Well Services, LLC Frac pump automatic rate adjustment and critical plunger speed indication
US20200300065A1 (en) * 2019-03-20 2020-09-24 U.S. Well Services, LLC Damage accumulation metering for remaining useful life determination
US11512569B2 (en) 2019-04-28 2022-11-29 Amerimex Motor & Controls, Llc Power system for oil and gas fracking operations
CA3139970A1 (en) 2019-05-13 2020-11-19 U.S. Well Services, LLC Encoderless vector control for vfd in hydraulic fracturing applications
US11560845B2 (en) 2019-05-15 2023-01-24 Bj Energy Solutions, Llc Mobile gas turbine inlet air conditioning system and associated methods
WO2020251978A1 (en) 2019-06-10 2020-12-17 U.S. Well Services, LLC Integrated fuel gas heater for mobile fuel conditioning equipment
CN110152552A (zh) * 2019-06-18 2019-08-23 烟台杰瑞石油装备技术有限公司 一种电液混合驱动混砂设备
WO2021022048A1 (en) 2019-08-01 2021-02-04 U.S. Well Services, LLC High capacity power storage system for electric hydraulic fracturing
US11230915B2 (en) 2019-08-08 2022-01-25 Halliburton Energy Services, Inc. Method to determine adjacent well communication
US11108234B2 (en) 2019-08-27 2021-08-31 Halliburton Energy Services, Inc. Grid power for hydrocarbon service applications
CN110630236B (zh) * 2019-09-12 2021-11-30 四川宏华电气有限责任公司 一种基于压裂工艺的压裂泵机组过程控制方法及系统
US10815764B1 (en) 2019-09-13 2020-10-27 Bj Energy Solutions, Llc Methods and systems for operating a fleet of pumps
US10989180B2 (en) 2019-09-13 2021-04-27 Bj Energy Solutions, Llc Power sources and transmission networks for auxiliary equipment onboard hydraulic fracturing units and associated methods
US11002189B2 (en) 2019-09-13 2021-05-11 Bj Energy Solutions, Llc Mobile gas turbine inlet air conditioning system and associated methods
CA3092829C (en) 2019-09-13 2023-08-15 Bj Energy Solutions, Llc Methods and systems for supplying fuel to gas turbine engines
US10895202B1 (en) 2019-09-13 2021-01-19 Bj Energy Solutions, Llc Direct drive unit removal system and associated methods
CA3092865C (en) 2019-09-13 2023-07-04 Bj Energy Solutions, Llc Power sources and transmission networks for auxiliary equipment onboard hydraulic fracturing units and associated methods
US10961914B1 (en) 2019-09-13 2021-03-30 BJ Energy Solutions, LLC Houston Turbine engine exhaust duct system and methods for noise dampening and attenuation
US11015594B2 (en) 2019-09-13 2021-05-25 Bj Energy Solutions, Llc Systems and method for use of single mass flywheel alongside torsional vibration damper assembly for single acting reciprocating pump
US11015536B2 (en) 2019-09-13 2021-05-25 Bj Energy Solutions, Llc Methods and systems for supplying fuel to gas turbine engines
US11555756B2 (en) 2019-09-13 2023-01-17 Bj Energy Solutions, Llc Fuel, communications, and power connection systems and related methods
CA3197583A1 (en) 2019-09-13 2021-03-13 Bj Energy Solutions, Llc Fuel, communications, and power connection systems and related methods
US11373058B2 (en) 2019-09-17 2022-06-28 Halliburton Energy Services Inc. System and method for treatment optimization
CN110566169A (zh) * 2019-09-19 2019-12-13 大庆油田有限责任公司 一种砂岩油藏断层附近采油井注入大剂量驱油液后返吐措施的选井选层方法
US11459863B2 (en) 2019-10-03 2022-10-04 U.S. Well Services, LLC Electric powered hydraulic fracturing pump system with single electric powered multi-plunger fracturing pump
WO2021092027A1 (en) * 2019-11-04 2021-05-14 U.S. Well Services, LLC Compact electric hydraulic fracturing trailer
US11009162B1 (en) 2019-12-27 2021-05-18 U.S. Well Services, LLC System and method for integrated flow supply line
US11708829B2 (en) 2020-05-12 2023-07-25 Bj Energy Solutions, Llc Cover for fluid systems and related methods
US10968837B1 (en) 2020-05-14 2021-04-06 Bj Energy Solutions, Llc Systems and methods utilizing turbine compressor discharge for hydrostatic manifold purge
US11428165B2 (en) 2020-05-15 2022-08-30 Bj Energy Solutions, Llc Onboard heater of auxiliary systems using exhaust gases and associated methods
US11208880B2 (en) 2020-05-28 2021-12-28 Bj Energy Solutions, Llc Bi-fuel reciprocating engine to power direct drive turbine fracturing pumps onboard auxiliary systems and related methods
US11208953B1 (en) 2020-06-05 2021-12-28 Bj Energy Solutions, Llc Systems and methods to enhance intake air flow to a gas turbine engine of a hydraulic fracturing unit
US10961908B1 (en) 2020-06-05 2021-03-30 Bj Energy Solutions, Llc Systems and methods to enhance intake air flow to a gas turbine engine of a hydraulic fracturing unit
US11109508B1 (en) 2020-06-05 2021-08-31 Bj Energy Solutions, Llc Enclosure assembly for enhanced cooling of direct drive unit and related methods
US11022526B1 (en) 2020-06-09 2021-06-01 Bj Energy Solutions, Llc Systems and methods for monitoring a condition of a fracturing component section of a hydraulic fracturing unit
US11111768B1 (en) 2020-06-09 2021-09-07 Bj Energy Solutions, Llc Drive equipment and methods for mobile fracturing transportation platforms
US10954770B1 (en) 2020-06-09 2021-03-23 Bj Energy Solutions, Llc Systems and methods for exchanging fracturing components of a hydraulic fracturing unit
US11066915B1 (en) 2020-06-09 2021-07-20 Bj Energy Solutions, Llc Methods for detection and mitigation of well screen out
US11939853B2 (en) 2020-06-22 2024-03-26 Bj Energy Solutions, Llc Systems and methods providing a configurable staged rate increase function to operate hydraulic fracturing units
US11028677B1 (en) 2020-06-22 2021-06-08 Bj Energy Solutions, Llc Stage profiles for operations of hydraulic systems and associated methods
US11933153B2 (en) 2020-06-22 2024-03-19 Bj Energy Solutions, Llc Systems and methods to operate hydraulic fracturing units using automatic flow rate and/or pressure control
US11125066B1 (en) 2020-06-22 2021-09-21 Bj Energy Solutions, Llc Systems and methods to operate a dual-shaft gas turbine engine for hydraulic fracturing
US11466680B2 (en) 2020-06-23 2022-10-11 Bj Energy Solutions, Llc Systems and methods of utilization of a hydraulic fracturing unit profile to operate hydraulic fracturing units
US11473413B2 (en) 2020-06-23 2022-10-18 Bj Energy Solutions, Llc Systems and methods to autonomously operate hydraulic fracturing units
US11220895B1 (en) 2020-06-24 2022-01-11 Bj Energy Solutions, Llc Automated diagnostics of electronic instrumentation in a system for fracturing a well and associated methods
US11149533B1 (en) 2020-06-24 2021-10-19 Bj Energy Solutions, Llc Systems to monitor, detect, and/or intervene relative to cavitation and pulsation events during a hydraulic fracturing operation
US11193360B1 (en) 2020-07-17 2021-12-07 Bj Energy Solutions, Llc Methods, systems, and devices to enhance fracturing fluid delivery to subsurface formations during high-pressure fracturing operations
US11513500B2 (en) * 2020-10-09 2022-11-29 Halliburton Energy Services, Inc. Method for equipment control
AU2021368116A1 (en) * 2020-10-30 2023-06-08 Geoquest Systems B.V. Fracturing operation system
US11557940B2 (en) 2021-02-08 2023-01-17 Halliburton Energy Services, Inc. Oilfield equipment configurable to receive power modules to utilize primary and secondary energy sources
CN113006757B (zh) * 2021-02-25 2022-12-20 三一石油智能装备有限公司 电驱压裂橇系统中辅助电机设备控制方法、装置及压裂橇
CN113236216A (zh) * 2021-05-12 2021-08-10 烟台杰瑞石油装备技术有限公司 压裂控制设备及其控制方法
US11639654B2 (en) 2021-05-24 2023-05-02 Bj Energy Solutions, Llc Hydraulic fracturing pumps to enhance flow of fracturing fluid into wellheads and related methods
US11591888B2 (en) 2021-06-18 2023-02-28 Bj Energy Solutions, Llc Hydraulic fracturing blender system
CN113926370A (zh) * 2021-07-29 2022-01-14 四川宏华电气有限责任公司 一种分布式供液混砂橇
WO2023060803A1 (zh) * 2021-10-14 2023-04-20 烟台杰瑞石油装备技术有限公司 压裂设备
US20230243348A1 (en) * 2022-01-31 2023-08-03 Caterpillar Inc. Controlling a discharge pressure from a pump for pressure testing a fluid system
US20230243351A1 (en) * 2022-01-31 2023-08-03 Caterpillar Inc. Controlling a discharge pressure from a pump
US20230392478A1 (en) * 2022-06-01 2023-12-07 Chevron U.S.A. Inc. Partitioning High Pressure Pumps At A Well Site
US11885208B2 (en) * 2022-07-01 2024-01-30 Halliburton Energy Services, Inc. Automated precise constant pressure fracturing with electric pumps
CN115749713B (zh) * 2022-10-14 2023-06-16 中国矿业大学 岩层变频脉冲缝网压裂方法与装备
US11955782B1 (en) 2022-11-01 2024-04-09 Typhon Technology Solutions (U.S.), Llc System and method for fracturing of underground formations using electric grid power

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102602322A (zh) * 2012-03-19 2012-07-25 西安邦普工业自动化有限公司 电驱动压裂泵车
CN103912259A (zh) * 2014-04-04 2014-07-09 四机赛瓦石油钻采设备有限公司 一种电驱动混砂车
CN204099301U (zh) * 2014-08-31 2015-01-14 三一重型能源装备有限公司 液压系统及压裂车
CN104364465A (zh) * 2012-05-21 2015-02-18 通用电气公司 用于通过水力压裂抽取油气的系统和过程

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2827121A (en) * 1954-08-09 1958-03-18 Union Oil Co Hydraulic fracturing and selective plugging of subterranean formations
US5425421A (en) * 1993-10-05 1995-06-20 Atlantic Richfield Company Method for sealing unwanted fractures in fluid-producing earth formations
US6935424B2 (en) 2002-09-30 2005-08-30 Halliburton Energy Services, Inc. Mitigating risk by using fracture mapping to alter formation fracturing process
BRPI0612864A2 (pt) * 2005-07-16 2010-11-30 P E T International Inc sistema de geração de nitrogênio e sistema de fluìdo de serviço de poço combinados em um aparelho de unidade de potência
US20070125544A1 (en) 2005-12-01 2007-06-07 Halliburton Energy Services, Inc. Method and apparatus for providing pressure for well treatment operations
US7908230B2 (en) * 2007-02-16 2011-03-15 Schlumberger Technology Corporation System, method, and apparatus for fracture design optimization
US8774972B2 (en) * 2007-05-14 2014-07-08 Flowserve Management Company Intelligent pump system
AU2007354413A1 (en) 2007-05-30 2008-12-04 Schlumberger Technology B.V. Method of propping agent delivery to the well
US20100027371A1 (en) * 2008-07-30 2010-02-04 Bruce Lucas Closed Blending System
US8327935B2 (en) * 2009-12-17 2012-12-11 Dick Crill Methods of use of a salt solution of monovalent and divalent cations in hydraulic fracturing
MX365888B (es) * 2011-04-07 2019-06-19 Evolution Well Services Sistema modular movil electricamente accionado para el uso en la fractura de formaciones subterraneas.
US9410410B2 (en) * 2012-11-16 2016-08-09 Us Well Services Llc System for pumping hydraulic fracturing fluid using electric pumps
US8789601B2 (en) * 2012-11-16 2014-07-29 Us Well Services Llc System for pumping hydraulic fracturing fluid using electric pumps
US9970278B2 (en) * 2012-11-16 2018-05-15 U.S. Well Services, LLC System for centralized monitoring and control of electric powered hydraulic fracturing fleet
US9650879B2 (en) 2012-11-16 2017-05-16 Us Well Services Llc Torsional coupling for electric hydraulic fracturing fluid pumps
DE102013203263A1 (de) * 2013-02-27 2014-08-28 Skf Lubrication Systems Germany Ag Vorrichtung zur Schmierstoffzufuhr zu einer Schmierstelle in einer Maschine
US20150114652A1 (en) * 2013-03-07 2015-04-30 Prostim Labs, Llc Fracturing systems and methods for a wellbore
WO2014138468A1 (en) * 2013-03-07 2014-09-12 Prostim Labs, Llc Fracturing systems and methods for a wellbore
US9534604B2 (en) * 2013-03-14 2017-01-03 Schlumberger Technology Corporation System and method of controlling manifold fluid flow
US20140290768A1 (en) * 2013-03-27 2014-10-02 Fts International Services, Llc Frac Pump Isolation Safety System
US9435175B2 (en) * 2013-11-08 2016-09-06 Schlumberger Technology Corporation Oilfield surface equipment cooling system
CN106574495B (zh) * 2014-01-06 2020-12-18 莱姆仪器有限责任公司 液压压裂系统
US20170067689A1 (en) * 2014-03-27 2017-03-09 Halliburton Energy Services, Inc. Pumping equipment cooling system
RU2666944C2 (ru) * 2014-06-05 2018-09-13 Геоквест Системз Б.В. Способ прогнозирования и управления состоянием буровой площадки, основанный на распознавании визуальных и тепловых изображений
US20170226842A1 (en) * 2014-08-01 2017-08-10 Schlumberger Technology Corporation Monitoring health of additive systems
WO2016100535A1 (en) * 2014-12-19 2016-06-23 Evolution Well Services, Llc Mobile electric power generation for hydraulic fracturing of subsurface geological formations
US9587649B2 (en) * 2015-01-14 2017-03-07 Us Well Services Llc System for reducing noise in a hydraulic fracturing fleet

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102602322A (zh) * 2012-03-19 2012-07-25 西安邦普工业自动化有限公司 电驱动压裂泵车
CN104364465A (zh) * 2012-05-21 2015-02-18 通用电气公司 用于通过水力压裂抽取油气的系统和过程
CN103912259A (zh) * 2014-04-04 2014-07-09 四机赛瓦石油钻采设备有限公司 一种电驱动混砂车
CN204099301U (zh) * 2014-08-31 2015-01-14 三一重型能源装备有限公司 液压系统及压裂车

Also Published As

Publication number Publication date
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CA3201949C (en) 2023-11-07
RU2017133921A3 (zh) 2019-10-09
CA2978706A1 (en) 2016-09-09
CA3200448C (en) 2024-02-27
CA3201949A1 (en) 2016-09-09
US10851638B2 (en) 2020-12-01
US20200355058A1 (en) 2020-11-12
MX2017011271A (es) 2018-08-09
EP3265218A2 (en) 2018-01-10

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