CN113748255A - 与电能存储和黑启动能力集成的用于水力压裂的系统 - Google Patents

与电能存储和黑启动能力集成的用于水力压裂的系统 Download PDF

Info

Publication number
CN113748255A
CN113748255A CN201980095813.4A CN201980095813A CN113748255A CN 113748255 A CN113748255 A CN 113748255A CN 201980095813 A CN201980095813 A CN 201980095813A CN 113748255 A CN113748255 A CN 113748255A
Authority
CN
China
Prior art keywords
energy storage
power
storage system
electric machine
electrical energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201980095813.4A
Other languages
English (en)
Inventor
达利亚·埃尔塔维
阿尔温德·斯里拉曼
林恩·惠特克拉夫特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Inc
Original Assignee
Siemens Energy Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Energy Inc filed Critical Siemens Energy Inc
Publication of CN113748255A publication Critical patent/CN113748255A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B41/00—Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/25—Methods for stimulating production
    • E21B43/26—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
    • E21B43/2607—Surface equipment specially adapted for fracturing operations
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B41/00—Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00
    • E21B41/0085—Adaptations of electric power generating means for use in boreholes
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/25—Methods for stimulating production
    • E21B43/26—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas- turbine plants for special use
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/01—Arrangements for reducing harmonics or ripples
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/50—Reduction of harmonics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/70—Application in combination with
    • F05D2220/76—Application in combination with an electrical generator

Abstract

提供了用于水力压裂的系统(10)。该系统可以包括移动混合发电子系统(25)，该移动混合发电子系统(25)包括燃气涡轮发动机(14)和电能存储系统(16)。发电子系统(25)还包括电动机器(12)，该电动机器(12)可以被配置成在电动机驱动模式下或在发电模式下操作。在电动机驱动期间，电动机器(12)可以响应于来自能量存储系统(16)的电力以提供燃气涡轮(14)的黑启动。燃气涡轮发动机(14)、电能存储系统(16)和电动机器(12)可以被布置在发电移动平台(22)上，使得这样布置的子系统可以从一个物理位置被运输到另一个物理位置，并且有效地构成可以完全独立于公用电源或外部电源而操作的自含式移动混合发电子系统。

Description

与电能存储和黑启动能力集成的用于水力压裂的系统
相关申请的交叉引用
背景技术
本申请要求申请日为2019年4月26日的美国临时申请62/839,104的权益，该美国临时申请通过引用并入本文。
1.技术领域
公开的实施方式总体上涉及水力压裂领域，例如与油气应用结合使用的水力压裂领域，更具体地涉及用于水力压裂的系统，甚至更具体地涉及集成燃气涡轮发动机与电能存储并且具有用于燃气涡轮发动机的黑启动能力的系统。
2.相关技术的描述
水力压裂是用于促进油井和气井的生产的方法。水力压裂通常涉及在高压下将可以包括微粒/支撑剂和可选的化学品的高压流体混合物泵送通过井身进入地质地层。当高压流体混合物进入地层时，该流体使地层破裂并产生裂隙。当流体压力从井身和地层释放时，裂缝或裂隙沉降，但至少部分地被流体混合物中携带的微粒/支撑剂保持打开。保持裂缝打开允许从地层中提取油和气。
某些已知的水力压裂系统可以使用大型柴油发动机提供动力的泵来对注入井身和地层中的流体混合物加压。这些大型柴油发动机提供动力的泵由于其尺寸和重量可能难以从一个地点运输到另一个地点，并且即使不是更困难，也同样难以在偏远且未开发的井场中移动或定位，在偏远且未开发的井场中，可能不容易获得待操纵的铺设道路和空间。此外，这些大型柴油发动机提供动力的泵需要大型燃料存储箱，大型燃料存储箱也必须被运输到井场。包括柴油发动机提供动力的泵的系统的另一个缺点是柴油发动机的繁重的维护要求，这通常涉及约每300至400小时的大量维护操作，因此导致发动机约每2至3周的定期停机时间。此外，包括柴油发动机提供动力的泵的现有技术移动系统的功率重量比往往相对较低。
为了试图减轻柴油发动机提供动力的压裂泵系统所涉及的一些困难，已经提出了某些电驱动的水力压裂系统。作为涉及电动水力系统的一种方法的示例，请参见国际公开WO 2018/071738A1。
简要描述
所公开的实施方式涉及一种用于水力压裂的系统。该系统可以包括燃气涡轮发动机、电能存储系统和机械地耦接至燃气涡轮发动机的电动机器。电动机器可以被配置成在电动机驱动模式下或在发电模式下操作。处于电动机驱动模式下的电动机器可以响应于来自电能存储系统的电力以提供燃气涡轮发动机的黑启动。燃气涡轮、电能存储系统和电动机器可以被布置在相应的发电移动平台上。
进一步公开的实施方式涉及一种用于水力压裂的系统。该系统可以包括燃气涡轮发动机、电能存储系统和机械地耦接至燃气涡轮发动机的电动机器。电动机器可以被配置成在电动机驱动模式下或在发电模式下操作。处于电动机驱动模式下的电动机器可以响应于来自电能存储系统的电力以提供燃气涡轮发动机的黑启动。该系统还可以包括双向电力转换器，该双向电力转换器电互连在能量存储系统与电动机器之间，以选择性地提供电能存储系统与电动机器之间的双向电力转换。能量管理系统可以被配置成执行电力控制策略，以在发电模式期间混合来自能量存储系统的电力和由电动机器产生的电力，以满足水力压裂子系统的可变电力需求。燃气涡轮发动机、电能存储系统、电动机器、双向电力转换器和能量管理系统可以被布置在相应的发电移动平台上。
附图的简要说明
图1示出了所公开的系统的一个非限制性实施方式的框图，该系统可以包括与电能存储集成的移动混合发电子系统，该移动混合发电子系统可以被配置成提供黑启动能力。
图2示出了电路拓扑的一个非限制性示例的框图，该电路拓扑可以用在可以可选地用在所公开的系统中的混合电能存储子系统中。
图3示出了可以使用如图1所示的两个或更多个公开的移动混合发电子系统作为基本构建块来形成的可扩展的移动微电网混合发电系统的框图。
具体实施方式
本发明人已经认识到，用于水力压裂的典型现有技术系统可能很大程度上依赖于通常基于化石燃料发动机技术的原动机(例如柴油发动机和燃气涡轮发动机)的操作可用性。为了解决可靠性问题，井操作者可以使用涉及多级冗余的配置；例如，N+l或N+2个冗余发动机配置。通常，冗余发动机以及安装在泵拖车上的变速器和泵可以液压地连接至给定的井，但是通常在任何给定的时间，发动机中的至少一些可能被次佳地操作，例如，在空转模式下。这种冗余方法的伴随缺点可能包括在现场需要更多空间、燃烧增加量的燃料、需要更多拖拉机和驾驶员、涉及进行装配和拆卸的更多的劳动力和/或时间，所有这些都显著增加了操作成本。
至少鉴于这样的认识，所公开的实施方式制定了一种用于在用于水力压裂的系统中集成电能存储的创新方法。所公开的实施方式被认为是成本有效且可靠地提供必要的发电功能，该发电功能可能是压裂过程中所使用的电动力液压泵所需要的。这可以通过优化对从燃气涡轮发动机获得的电能和由电能存储系统供应的电能的利用来实现。
所公开的实施方式还提供了一种用于燃气涡轮发动机的具有黑启动能力的紧凑且自含式移动混合发电子系统。所公开的实施方式可以配置有智能算法，以优先考虑和确定充电/放电模式和电源分配，以便优化有助于最大化所涉及的电源的可靠性和耐久性，同时满足水力压裂过程中可能涉及的负载的可变电力需求。
在以下详细描述中，阐述了各种具体细节以便提供对这样的实施方式的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践所公开的实施方式，本发明的各方面不限于所公开的实施方式，并且本发明的各方面可以在各种替选实施方式中被实践。在其他情况下，没有详细描述本领域技术人员将充分理解的方法、过程和部件，以避免不必要且繁冗的说明。
此外，各种操作可以被描述为以有助于理解本发明的实施方式的方式执行的多个离散步骤。然而，除非另外指出，否则描述的顺序不应被解释为暗示这些操作需要以它们被呈现的顺序来执行，也不暗示它们甚至是顺序相关的。此外，重复使用短语“在一个实施方式中”不一定是指同一实施方式，尽管它可以是指同一实施方式。注意，所公开的实施方式不必被解释为相互排斥的实施方式，原因是本领域技术人员可以根据给定的应用的需要来适当地组合这样公开的实施方式的各方面。
图1示出了用于水力压裂的系统10的一个非限制性实施方式的框图，该系统10可以包括移动混合发电子系统25，并且还可以包括移动的或以其他方式的水力压裂子系统50。如图1所示，移动混合发电子系统25可以包括机械地耦接至燃气涡轮发动机14的电动机器12。在一个非限制性实施方式中，燃气涡轮发动机14可以是航改式燃气涡轮发动机，例如可以从西门子获得的型号为SGT-A05的航改式燃气涡轮发动机。航改式燃气涡轮有若干个优点，这在移动压裂应用中可能特别有益。不作为限制，航改式燃气涡轮比同等的工业燃气涡轮重量更轻且更紧凑，这在移动压裂应用中是有利的属性。根据给定的应用的需要，燃气涡轮发动机24的另一个非限制性示例可以是可从西门子获得的型号为SGT-300的工业燃气涡轮发动机。应当理解，所公开的实施方式不限于任何特定型号或类型的燃气涡轮发动机。
在一个非限制性实施方式中，电动机器12可以选择性地被配置成在电动机驱动模式下或在发电模式下操作。电动机器12在可在电动机驱动模式下操作时可以响应于来自电能存储系统16的电力，该电能存储系统16可以用于向燃气涡轮发动机14提供黑启动，但不是限制性的。在一个非限制性实施方式中，电能存储系统16可以是诸如基于锂离子电池技术的电池能量存储系统或诸如基于流动的电池技术的其他电池技术或者不同电池技术的组合等。对于希望获得关于使用电池进行能量储存的更多背景信息的读者，请参考由爱思唯尔有限公司(Elsevier Ltd)出版的以下论文：作者为G.J.May，A.Davidson和B.Monahov，题为“Lead Batteries for Utility Energy Storage:AReview”，能源存储期刊(Journalof Energy Storage)，第15卷，2018年2月，第145页至第157页。
在一个非限制性实施方式中，双向电力转换器18可以电互连在能量存储系统16与电动机器12之间，以选择性地提供电能存储系统16与电动机器12之间的双向电力转换。例如，在电动机器12是AC类型的电动机器的情况下，电力转换可以涉及当从电能存储系统16提取电力以适当地激励AC电动机器12以用于电动机驱动动作时从直流(DC)到交流(AC)的转换。相反，电力转换可以涉及在转换由AC电动机器12产生的电力以例如对电能存储系统16充电时从AC到DC的转换。
在电动机器12是DC类型的电动机器的情况下，例如，当从电能存储系统16提取电力以例如激励DC电动机器12以用于电动机驱动动作时，双向电力转换器18可以被布置成将由电能存储系统16供应的DC电压电平转换成适合于驱动电动机器12的DC电压电平。相反地，在由DC电动机器12的发电动作期间，双向电力转换器18可以将由DC电动机器12产生的DC电压转换成适合于在电能存储系统16中存储能量的DC电压电平。
在一个非限制性实施方式中，能量管理子系统(EMS)20可以被配置成执行电力控制策略，以混合来自电能存储系统16和电动机器12的电力。
在一个非限制性实施方式中，移动混合发电系统25的部件——例如燃气涡轮发动机14、电动机器12、电能存储系统16、双向电力转换器18和EMS 20——可以各自安装到可以推进其自身(例如，自推进移动平台)的相应的发电移动平台22(例如，单个移动平台)上；或者可以由自推进车辆牵引或以其他方式运输，并且有效地形成自含式移动混合发电子系统。应当理解，该自含式移动混合发电子系统可以完全独立于公用电源或任何外部电源而操作。
也就是说，移动混合发电子系统25的前述部件中的每一个可以分别安装到发电移动平台22上，使得移动混合发电子系统25可以从一个物理位置被运输到另一个物理位置。例如，发电移动平台22可以单独表示自推进车辆或者与具有子系统部件的非机动货物运载工具(例如，半拖车、全拖车、台车、撬装设备、驳船等)组合，所述子系统部件被设置在自推进车辆和/或非机动货物运载工具上。如上所述，发电移动平台22不需要限制为陆基运输，并且可以包括其他运输形式，例如轨道运输、海运运输等。
在一个非限制性实施方式中，水力压裂子系统50可以包括一个或更多个液压泵54，所述一个或更多个液压泵54由电驱动系统52(例如，单独的电动机或与驱动器组合的电动机)至少部分地响应于电动机器12在发电模式期间产生的电力而提供动力。(一个或多个)液压泵54可以被布置成递送加压的压裂流体，例如可以输送到井口以通过井的井眼输送到给定的地质地层中。
在水力压裂子系统50是移动水力压裂子系统的情况下，电驱动52和(一个或多个)液压泵54可以被安装在相应的移动平台56(例如，单个移动平台)上。移动平台56的结构和/或操作特征可以如上文在发电移动平台22的上下文中所述。因此，移动水力压裂子系统50可以从一个物理位置被运输到另一个物理位置。
在一个非限制性实施方式中，EMS 20的电力控制策略被配置成使得来自电能存储系统16的电力和由电动机器12产生的电力可以适当地满足水力压裂子系统50的可变电力需求。
在一个非限制性实施方式中，EMS 20可以被配置成自主地选择电能存储系统16作为补充电源以满足移动水力压裂子系统50中的峰值负载。这可以在不必使燃气涡轮发动机14经受热机械应力的情况下被实现，否则如果例如电能存储系统16不可用作补充电源，则燃气涡轮发动机14将经受热机械应力以满足这样的峰值负载。类似地，电能存储系统16可以用作补充电源，以补偿燃气涡轮发动机14在诸如高海拔运行、湿热环境条件等的挑战性环境条件下减少的电力产生。
在一个非限制性实施方式中，EMS 20可以被配置成控制电池能量存储系统的充电状态(SoC)。例如，基于给定的应用的充电输入和输出要求，电池能量存储系统可能不会返回到完全充电条件，并且可以在被选择以最大化电池寿命的部分SoC(PSoC)条件下操作，其中PSoC的水平可以基于电池化学性质、环境条件等来定制。
在一个非限制性实施方式中，如图2所示，电能存储系统可以可选地包括混合电能存储系统(HESS)100，例如可以包括不同类型的电化学装置，例如但不限于基于超级电容器(UC)的能量存储模块106和基于电池的能量存储模块104。基本思想是协同地组合这些装置以实现更好的整体性能。例如，电池具有相对高的能量密度，能量密度随着所涉及的具体电池技术的化学性质和功率密度而变化。与电池相比，UC具有相对较低的能量密度但实质上较高的功率密度。另外，UC的寿命通常可以超过约一百万个周期，UC的寿命相对高于电池的寿命。此外，与电池相比，UC可以具有优异的低温性能。这些各种特性允许如下最佳组合，该最佳组合可以被定制成在给定的水力压裂应用中实现改善的总体性能。
图2示出了可以用在HESS 100中的一个说明性电路拓扑的一个非限制性示例。在该示例拓扑中，通过双向DC/DC转换器102，基于电池的能量存储模块104的电压可以被维持为低于或高于基于超级电容器的能量存储模块106的电压。本领域技术人员将理解，基于超级电容器的能量存储模块106可以直接连接至DC链路108，实质上作为低通滤波器而操作。逆变器110可以被布置成从DC链路接收电力，以激励电驱动系统52(图1)来驱动一个或更多个液压泵54(图1)。
可以应用于该拓扑的控制策略允许DC链路电压在一定的范围内变化，使得基于超级电容器的能量存储模块106中的能量可以与来自基于电池的能量存储模块104的能量结合起来更有效地被使用。对于希望得到关于可以基于给定的应用的需要而使用的各种替选电路拓扑的更多背景信息的读者，请参见在关于电力电子学的IEEE汇刊(IEEETransactions on Power Electronics)中刊登的以下论文：作者为J.Caoa和A.Emadi，题为“A New Battery/Ultracapacitor Hybrid Energy Storage System for Electric,Hybrid,and Plug-In Hybrid Electric Vehicles”，第27卷，第1期，2012年1月。
为了实现前述特征，在一个非限制性实施方式中，EMS 20(图1)可以被配置成执行电力控制策略，以用于混合来自HESS 100的电力和由电动机器(12)产生的电力，以满足经受基于超级电容器的能量存储模块106和基于电池的能量存储模块104的优化利用的水力压裂子系统50的可变电力需求。
图3示出了其中如图1的上下文中描述的两个或更多个公开的移动混合发电子系统比如移动混合发电子系统251和252的框图，移动混合发电子系统可以用作单独的构建块，其可以通过相应的开关齿轮1181、1182电连接至电力总线120，以形成可以用于为一个或更多个水力压裂子系统50(图l)供电的可扩展的移动微电网混合发电系统130。主EMS 132可以被配置成例如基于由可扩展的移动微网混合发电系统130供电的一个或更多个水力压裂子系统50的动态变化的电力需求来实现用于移动混合发电子系统251和252的协调的负载共享策略。
在一个非限制性实施方式中，EMS 20可以被配置成自主地选择电能存储系统16作为补充电源，以稳定在移动水力压裂子系统50中的瞬态负载期间可能在混合发电系统130中出现的电压偏差和/或频率偏差。
在操作中，所公开的实施方式避免了对涉及多级原动机冗余的系统配置的需要，并且使得相对更紧凑的移动发电系统能够更容易地从一个地点被运输到另一个地点并且更容易地在井场中移动或定位，在井场中，可能不容易获得用于操纵的铺设道路和空间。
在没有限制的情况下，所公开的实施方式被认为通过以下操作来成本效益地且可靠地满足水力压裂子系统的必要的发电需求：优化对从燃气涡轮发动机获得的电能和由电能存储系统供应的电能的利用。所公开的实施方式还可以提供自含式移动混合发电子系统，包括用于燃气涡轮发动机的黑启动能力的该自含式移动混合发电子系统可以完全独立于公用电源或外部电源而操作。
虽然已经以示例性形式公开了本公开内容的实施方式，但是对于本领域技术人员来说明显的是，在不脱离如所附权利要求中阐述的本发明及其等同物的范围的情况下，可以在其中进行许多修改、添加和删除。

Claims (25)

1.一种用于水力压裂的系统，所述系统包括：
燃气涡轮发动机(14)；
电能存储系统(16)；以及
电动机器(12)，所述电动机器(12)机械地耦接至所述燃气涡轮发动机，所述电动机器被配置成在电动机驱动模式下或在发电模式下操作，处于所述电动机驱动模式下的电动机器响应于来自所述电能存储系统的电力以提供所述燃气涡轮发动机的黑启动，
其中，所述燃气涡轮、所述电能存储系统和所述电动机器被布置在相应的发电移动平台(22)上。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括水力压裂子系统(50)，所述水力压裂子系统(50)包括至少一个液压泵，所述至少一个液压泵由电驱动系统(52)至少部分地响应于所述电动机器在所述发电模式期间产生的电力而提供动力，所述至少一个液压泵被布置成输送加压的压裂流体。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述水力压裂子系统的所述至少一个液压泵和所述电驱动系统(52)被布置在相应的移动平台(56)上。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电能存储系统包括电池能量存储系统。
5.根据权利要求4所述的系统，还包括双向电力转换器(18)，所述双向电力转换器(18)电互连在所述能量存储系统与所述电动机器之间，以选择性地提供所述电能存储系统与所述电动机器之间的双向电力转换。
6.根据权利要求5所述的系统，还包括能量管理系统(20)，所述能量管理系统(20)被配置成执行电力控制策略，所述电力控制策略用于混合来自所述电能存储系统的电力和由所述电动机器产生的电力，以满足所述水力压裂子系统的可变电力需求。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述能量管理系统被配置成控制所述电池能量存储系统的充电状态。
8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述能量管理系统被配置成：自主地选择所述电能存储系统作为补充电源，以满足所述移动水力压裂子系统中的峰值负载。
9.根据权利要求6所述的系统，其中，所述双向电力转换器和所述能量管理系统被布置在相应的发电移动平台(22)上并且与所述燃气涡轮发动机组合，所述电能存储系统和所述电动机器构成混合发电子系统(25)，所述混合发电子系统(25)能够被布置成与所述移动混合电力子系统(25)中的至少又一个形成移动微电网混合电力系统(130)。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述能量管理系统被配置成：自主地选择所述电能存储系统作为补充电源，以稳定在所述水力压裂子系统中的瞬态负载期间在所述移动微电网混合电力系统中出现的电压偏差和/或频率偏差。
11.根据权利要求2所述的系统，其中，所述电能存储系统包括混合电能存储系统(100)。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述混合电能存储系统包括基于超级电容器的能量存储模块(106)和基于电池的能量存储模块(104)。
13.根据权利要求12所述的系统，还包括能量管理系统，所述能量管理系统被配置成执行电力控制策略，所述电力控制策略用于混合来自所述混合电存储系统的电力和由所述电动机器产生的电力，以满足所述水力压裂子系统的可变电力需求，所述水力压裂子系统经受所述基于超级电容器的能量存储模块和所述基于电池的能量存储模块的优化互补利用。
14.一种用于水力压裂的系统，所述系统包括：
燃气涡轮发动机(14)；
电能存储系统(16)；
电动机器(12)，所述电动机器(12)机械地耦接至所述燃气涡轮发动机，所述电动机器被配置成在电动机驱动模式下或在发电模式下操作，处于所述电动机驱动模式下的电动机器响应于来自所述电能存储系统的电力以提供所述燃气涡轮发动机的黑启动；
双向电力转换器(18)，所述双向电力转换器(18)电互连在所述能量存储系统与所述电动机器之间，以选择性地提供所述电能存储系统与所述电动机器之间的双向电力转换；以及
能量管理系统(20)，所述能量管理系统(20)被配置成执行电力控制策略，所述电力控制策略用于在所述发电模式期间混合来自所述能量存储系统的电力和由所述电动机器产生的电力，以满足水力压裂子系统(50)的可变电力需求，
其中，所述燃气涡轮发动机、所述电能存储系统、所述电动机器、所述双向电力转换器和所述能量管理系统被布置在相应的发电移动平台(22)上。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述燃气涡轮发动机、所述电能存储系统、所述电动机器、所述双向电力转换器和所述能量管理系统组合地构成独立于公用电源的移动微电网混合发电系统的构建块。
16.根据权利要求14所述的系统，其中，所述水力压裂子系统包括至少一个液压泵(54)，所述至少一个液压泵(54)由至少一个电驱动系统(52)响应于由所述能量管理系统基于所述电力控制策略混合的电力而提供动力，所述至少一个泵被布置成输送加压的压裂流体。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述水力压裂子系统包括移动水力压裂子系统，其中，所述至少一个液压泵和所述至少一个电驱动系统(52)被布置在相应的移动平台(56)上。
18.根据权利要求14所述的系统，其中，所述电能存储系统包括电池能量存储系统。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述能量管理系统被配置成控制所述电池能量存储系统的充电状态。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述能量管理系统被配置成：自主地选择所述电池能量存储系统作为补充电源，以满足所述水力压裂子系统中的峰值负载。
21.根据权利要求19所述的系统，还包括能够电连接的电力总线(130)，所述电力总线被布置成：与所述移动混合电力子系统(25)中的至少又一个形成可扩展的移动微电网混合电力系统(130)。
22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述能量管理系统被配置成：自主地选择所述电能存储系统作为补充电源，以稳定在所述水力压裂子系统中的瞬态负载期间在所述移动微电网混合电力系统中出现的电压偏差和/或频率偏差。
23.根据权利要求14所述的系统，其中，所述电能存储系统包括混合电能存储系统(100)。
24.根据权利要求23所述的系统，其中，所述混合电能存储系统包括基于超级电容器的能量存储模块(106)和基于电池的能量存储模块(104)。
25.根据权利要求24所述的系统，还包括能量管理系统，所述能量管理系统被配置成执行电力控制策略，所述电力控制策略用于混合来自所述混合电存储系统的电力和由所述电动机器产生的电力，以满足所述水力压裂子系统的可变电力需求，所述水力压裂子系统经受所述基于超级电容器的能量存储模块和所述基于电池的能量存储模块的优化互补利用。
CN201980095813.4A 2019-04-26 2019-07-16 与电能存储和黑启动能力集成的用于水力压裂的系统 Pending CN113748255A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962839104P 2019-04-26 2019-04-26
US62/839,104 2019-04-26
PCT/US2019/041935 WO2020219088A1 (en) 2019-04-26 2019-07-16 System for hydraulic fracturing integrated with electrical energy storage and black start capability

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113748255A true CN113748255A (zh) 2021-12-03

Family

ID=67480431

Family Applications (4)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980095813.4A Pending CN113748255A (zh) 2019-04-26 2019-07-16 与电能存储和黑启动能力集成的用于水力压裂的系统
CN201980095705.7A Pending CN113767209A (zh) 2019-04-26 2019-07-16 包括集成有电能存储的具有直联式电动机的移动发电子系统的液力压裂系统
CN201980094114.8A Pending CN113597500A (zh) 2019-04-26 2019-07-16 具有抑制由变频驱动器引起的谐波的电路的液力压裂系统
CN201980094097.8A Pending CN113597499A (zh) 2019-04-26 2019-07-16 包括具有直联式发电机的移动发电子系统的水力压裂系统

Family Applications After (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980095705.7A Pending CN113767209A (zh) 2019-04-26 2019-07-16 包括集成有电能存储的具有直联式电动机的移动发电子系统的液力压裂系统
CN201980094114.8A Pending CN113597500A (zh) 2019-04-26 2019-07-16 具有抑制由变频驱动器引起的谐波的电路的液力压裂系统
CN201980094097.8A Pending CN113597499A (zh) 2019-04-26 2019-07-16 包括具有直联式发电机的移动发电子系统的水力压裂系统

Country Status (4)

Country Link
US (4) US20220127943A1 (zh)
CN (4) CN113748255A (zh)
CA (4) CA3133564A1 (zh)
WO (4) WO2020219089A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114439448A (zh) * 2022-01-28 2022-05-06 三一重工股份有限公司 电驱压裂装置

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113748255A (zh) * 2019-04-26 2021-12-03 西门子能源美国公司 与电能存储和黑启动能力集成的用于水力压裂的系统
US11391269B2 (en) * 2020-01-24 2022-07-19 Caterpillar Inc. Hybrid hydraulic fracturing system
US11578579B2 (en) * 2020-03-10 2023-02-14 Stewart & Stevenson Llc Wellsite adaptive power management system
US11732561B1 (en) 2020-12-02 2023-08-22 Mtu America Inc. Mobile hybrid power platform
US11817703B2 (en) * 2021-02-09 2023-11-14 Yantai Jereh Petroleum Equipment & Technologies Co., Ltd. Electrical system for mobile power generation device and mobile power generation device
AU2022227684A1 (en) * 2021-02-24 2023-06-01 Halliburton Energy Services, Inc. Hydraulic fracturing of geological formations with energy storage system
CN112993965A (zh) * 2021-04-25 2021-06-18 东营市汉德自动化集成有限公司 一种石油压裂直流传输电力系统
US20230205146A1 (en) * 2021-12-27 2023-06-29 Nabors Drilling Technologies Usa, Inc. Energy storage system control
US11802468B2 (en) 2022-01-24 2023-10-31 Caterpillar Inc. Asymmetric power management and load management
US11686186B1 (en) * 2022-01-31 2023-06-27 Caterpillar Inc. Controlling a power demand of a hydraulic fracturing system
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 (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015011223A2 (de) * 2013-07-26 2015-01-29 Uriona Sepulveda Leonardo Antrieb und verfahren zur bereitstellung hoher antriebsdynamik bei hohen antriebsleistungen bei der gas- und/oder ölgewinnung sowie verwendung eines solchen antriebs
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
CN105781740A (zh) * 2016-03-09 2016-07-20 贾晓轻 一种储能发电系统
CN106030029A (zh) * 2013-10-10 2016-10-12 普罗斯蒂姆实验室有限责任公司 用于井筒的压裂系统及方法
US20170222409A1 (en) * 2012-11-16 2017-08-03 Us Well Services Llc Switchgear load sharing for oil field equipment
US20190055890A1 (en) * 2017-02-21 2019-02-21 Dynamo Micropower Corporation Control of fuel flow for power generation based on dc link level

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6888709B2 (en) 2002-05-03 2005-05-03 Applied Energy Llc Electromagnetic transient voltage surge suppression system
CN100527596C (zh) * 2006-04-04 2009-08-12 上海雷诺尔电气有限公司 能抑制产生谐波的变频调速器
US7923867B2 (en) * 2006-06-05 2011-04-12 Daniel Princinsky Electromagnetic noise suppression system for Wye power distribution
GB0618751D0 (en) * 2006-09-22 2006-11-01 Switched Reluctance Drives Ltd Operating electrical machines from a DC link
CN201018406Y (zh) * 2007-03-09 2008-02-06 东莞市友美电源设备有限公司 变频节能控制器谐波抑制装置
CN102602322B (zh) * 2012-03-19 2014-04-30 西安邦普工业自动化有限公司 电驱动压裂泵车
US8997904B2 (en) * 2012-07-05 2015-04-07 General Electric Company System and method for powering a hydraulic pump
US10407990B2 (en) * 2012-11-16 2019-09-10 U.S. Well Services, LLC Slide out pump stand for hydraulic fracturing equipment
US20150114652A1 (en) * 2013-03-07 2015-04-30 Prostim Labs, Llc Fracturing systems and methods for a wellbore
US9420356B2 (en) * 2013-08-27 2016-08-16 Siemens Energy, Inc. Wireless power-receiving assembly for a telemetry system in a high-temperature environment of a combustion turbine engine
AU2015203937B2 (en) * 2014-01-06 2018-11-08 Lime Instruments Llc Hydraulic fracturing system
AU2015364678B2 (en) * 2014-12-19 2018-11-22 Typhon Technology Solutions, Llc Mobile electric power generation for hydraulic fracturing of subsurface geological formations
RU2673499C1 (ru) * 2015-07-17 2018-11-27 Халлибертон Энерджи Сервисез, Инк. Источник электропитания скважинных датчиков, устойчивый к замыканию на землю
US10931190B2 (en) * 2015-10-22 2021-02-23 Inertech Ip Llc Systems and methods for mitigating harmonics in electrical systems by using active and passive filtering techniques
CN105703535A (zh) * 2016-03-03 2016-06-22 株洲中航动科南方燃气轮机成套制造安装有限公司 压裂车动力装置起动发电系统和压裂车压裂机组
US20170291712A1 (en) * 2016-04-08 2017-10-12 Hamilton Sundstrand Corporation Hybrid electric aircraft propulsion incorporating a recuperated prime mover
CN205578118U (zh) * 2016-04-26 2016-09-14 中科合肥微小型燃气轮机研究院有限责任公司 一种高速直驱式微小型燃气轮机发电系统
US20160248230A1 (en) * 2016-04-28 2016-08-25 Solar Turbines Incorporated Modular power plant assembly
CA3040459C (en) 2016-10-14 2021-02-16 Dresser-Rand Company Hydraulic fracturing system
CN106988883B (zh) * 2017-04-07 2018-10-19 上海航天能源股份有限公司 一种移动式冷热电三联供分布式能源站及其控制系统
US10680547B2 (en) * 2018-07-12 2020-06-09 Rockwell Automation Technologies, Inc. Suppressing resonance in ultra long motor cable
US10753153B1 (en) * 2019-02-14 2020-08-25 National Service Alliance—Houston LLC Variable frequency drive configuration for electric driven hydraulic fracking system
CA3072660C (en) * 2019-02-14 2020-12-08 National Service Alliance - Houston Llc Electric driven hydraulic fracking operation
US10738580B1 (en) * 2019-02-14 2020-08-11 Service Alliance—Houston LLC Electric driven hydraulic fracking system
US11408262B2 (en) * 2019-04-25 2022-08-09 Spm Oil & Gas Inc. Mobile fracking pump trailer
CN113748255A (zh) * 2019-04-26 2021-12-03 西门子能源美国公司 与电能存储和黑启动能力集成的用于水力压裂的系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
US20170222409A1 (en) * 2012-11-16 2017-08-03 Us Well Services Llc Switchgear load sharing for oil field equipment
WO2015011223A2 (de) * 2013-07-26 2015-01-29 Uriona Sepulveda Leonardo Antrieb und verfahren zur bereitstellung hoher antriebsdynamik bei hohen antriebsleistungen bei der gas- und/oder ölgewinnung sowie verwendung eines solchen antriebs
CN106030029A (zh) * 2013-10-10 2016-10-12 普罗斯蒂姆实验室有限责任公司 用于井筒的压裂系统及方法
CN105781740A (zh) * 2016-03-09 2016-07-20 贾晓轻 一种储能发电系统
US20190055890A1 (en) * 2017-02-21 2019-02-21 Dynamo Micropower Corporation Control of fuel flow for power generation based on dc link level

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114439448A (zh) * 2022-01-28 2022-05-06 三一重工股份有限公司 电驱压裂装置
CN114439448B (zh) * 2022-01-28 2023-03-03 三一重工股份有限公司 电驱压裂装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN113597499A (zh) 2021-11-02
US20220127943A1 (en) 2022-04-28
WO2020219090A1 (en) 2020-10-29
CN113597500A (zh) 2021-11-02
CN113767209A (zh) 2021-12-07
CA3137862A1 (en) 2020-10-29
CA3137863A1 (en) 2020-10-29
CA3133565A1 (en) 2020-10-29
US20220162933A1 (en) 2022-05-26
CA3133564A1 (en) 2020-10-29
US20220154555A1 (en) 2022-05-19
WO2020219091A1 (en) 2020-10-29
WO2020219089A1 (en) 2020-10-29
US20220154565A1 (en) 2022-05-19
WO2020219088A1 (en) 2020-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113748255A (zh) 与电能存储和黑启动能力集成的用于水力压裂的系统
US11542786B2 (en) High capacity power storage system for electric hydraulic fracturing
US11713690B2 (en) Integrated mobile power unit for hydraulic fracturing
US11913316B2 (en) Hybrid drive systems for well stimulation operations
US11359462B2 (en) Switch gear transport that distributes electric power for fracturing operations
US20210310341A1 (en) Powertrain for wellsite operations and method
US20210108489A1 (en) Multi-source electric fracturing and reserve power
CN105337397A (zh) 钻探系统及其供电方法
EA027434B1 (ru) Транспортное средство с электрическим приводом, система электрического привода и способ ее работы
US11697349B2 (en) Power architecture for a vehicle such as an off-highway vehicle
US9480990B2 (en) Apparatus and system for a towed device powered by a tow vehicle
US20240047972A1 (en) Electric hydraulic fracturing with battery power as primary source
CN103270278A (zh) 开关磁阻发电机启动策略
CN109664776A (zh) 一种纯电动矿用宽体自卸车的整车控制策略
CN216069743U (zh) 一种新型纯电动泵车
US20220363124A1 (en) Integrated electrical power generation methods and systems
CN111055643A (zh) 车辆的驱动控制系统、车辆和车辆的驱动控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20211203