JP2009501858A - １つの動力ユニット装置内に組合せられた窒素発生システム及び井戸処理流体システム - Google Patents

Abstract

本発明は、油井及び／又はガス井を処理するための組合せシステムに関する。本発明の組合せシステムは、単一の輸送手段を有し、この輸送手段には、単一の原動力装置、窒素発生器、流体ポンプシステムが取付けられる。原動力装置は、輸送手段の上に取付けられたポンプ及びモータの作動のための原動力を供給する。窒素発生器は、窒素を地球の大気から収集するための窒素ガス収集能力を有する。流体ポンプシステムは、流体を井戸の孔の中にポンプ送りする。窒素発生器及び流体ポンプシステムは、配管によって相互連結可能であり、原動力装置の作動に応答する。

Description

本発明は、概略的には、油井及びガス井の生産能力を増大させるために大気からの窒素を使用する油井及びガス井の処理に関し、詳細には、処理すべき油井及びガス井の中に高圧窒素及び化合物をポンプ送りするための全ての設備及び付属物を、単一のユニット内に設けることに関する。

従来技術において、砂及び／又は水又はその他の生産の障害物を除去するために、操作全体にわたって窒素ガスを使用する作業を行うことが知られている。従来技術は、比較的小さい単一のユニットが、かかる油井及びガス井を処理するために窒素発生供給を行い且つ化合物を圧送するための全ての設備及び付属物を備えることができることを認識していなかった。

米国特許第６，２３０，８０５号は、少なくとも２つの別々の破砕流体成分が下げ孔にポンプ送りされ、一方の成分がコイルチューブ内で下げ孔にポンプ送りされる水圧破砕の方法を教示するが、このことを、全ての設備の動力が共通のエンジンによって供給される単一の小型ユニットでどのように実現するのかを教示していない。

陸上における従来技術は、典型的には、２つ又は３つのトラクタートレーラーを、処理すべき井戸まで持っていくことであり、１つのトラクタートレーラーは、液体窒素タンク又は大設置面積の窒素発生器ユニットの何れかを有し、１つのトラクタートレーラーは、窒素ポンプユニットを有し、１つのトラクタートレーラーは、酸又はその他の化合物の高圧ポンプユニットを有する。多数のトラクタートレーラーの要求は、上述したようなユニットを井戸まで持っていってそれを使用するのに必要な輸送コスト及び人件費を増大させる。

米国特許第６，２８３，１８８号は、コイルチューブ掘削装置を装備したトレーラーを教示する。

本願の発明者による米国特許第６，７０２，０１１号は、１つのトラクター／トレーラー装置に組合せられた窒素処理システム及びコイルチューブシステムを教示する。本発明と同様、単一のトラクタートレーラーユニットが設けられ、トラクター自体は、窒素を井戸に注入するために使用される窒素システムと関連したポンプ及びモータを制御する複数の液圧モータを駆動するが、本発明とは異なり、井戸処理流体タンク、ミキサ、及びポンプを設けることを開示していない。その代わりに、クレーンユニット及びコイルチューブ注入ユニットが設けられる。本発明と異なり、液体窒素システムが地球大気から窒素を収集する１つの又は２つ以上の窒素発生器に置き換えられた変形形態が開示されているけれども、好ましいタイプの窒素システムは、液体窒素のタンクである。しかしながら、本発明におけるように、窒素がコイルチューブユニットを通して処理すべき井戸に又は直接井戸ヘッドにポンプ送りされるのではなく、窒素が、同じトラクタートレーラーユニットによって供給される井戸処理流体と混合されてもよいことは開示されていない。

本願の発明者によるＰＣＴ出願ＵＳ２００４／０３４５２１号は、窒素処理システム、流体システム、及びコイルチューブシステムの３つを１つのユニットにすることを教示する。本発明のように、単一のトラクタートレーラー又は海上ユニットが設けられ、そこにおいて、単一のエンジンが、窒素及び流体を井戸の中に注入するための窒素システム及び流体システムと関連したポンプ及びモータを制御する複数の液圧モータを駆動するが、本発明とは異なり、動力の必要性を本発明よりも増大させるコイルチューブシステムも設けられている。流体を井戸にポンプ送りするために記載された唯一の手段が、コイルチューブシステムであり、井戸処理流体を井戸に直接注入するための開示は全くない。また、流体混合タンク（二重壁タンクの内側のタンクである化合物タンク）も開示されていない。

本発明者による従来技術以外で本発明と同じ機能性を有する沖合の従来技術は、大きく且つ高価であり、多数のトラック、トラクター及びトレーラーを必要とするか、多数の荷船又は船舶を必要とするか、より深い喫水を有し且つより少ない箇所からしか出発したり到着したりすることができないより高価な荷船又は船舶を必要とするかの何れかである。

従来技術のユニットは、輸送ユニットに永久的に取付けられた構成要素を有している。このことは、任意の構成要素を置き換えたり改修したりする必要があるときに問題である。窒素発生技術の向上のため、この構成要素を最新にする能力が特に望まれているが、従来技術では未だ利用できない。

本発明の主目的は、窒素発生システムを備え、高圧窒素と酸又はその他の化合物との組合せを井戸の中にポンプ送りし、単一のトラクタートレーラーの上に又は小さい荷船又は船舶の上に配置することができる小さいユニットを提供することにある。

本発明による油井及び／又はガス井を処理するための組合せシステムは、単一の輸送手段を有する。この輸送手段は、その上に取付けられた、単一の原動力装置と、窒素発生器と、流体ポンプシステムとを有する。単一の原動力装置は、輸送手段の上に取付けられたポンプ及びモータの作動のための原動力を供給するためのものである。窒素発生器は、窒素を地球の大気から収集することができる。流体ポンプシステムは、流体を井戸の孔の中にポンプ送りするためのものである。窒素発生器及び流体ポンプシステムは、配管によって相互連結可能であり、エンジンの作動に応答する動力輸送手段を有する。

図１は、ガソリンエンジン又はディーゼルエンジン等の原動力装置を有するトラクター１０を示し、このトラクター１０は、図１及び図２に示すトレーラー２０を引張るのに使用される。トラクター１０のエンジンは、トラクター１０及びトレーラー２０の上に配置された図１及び図２に示す全ての構成要素を駆動する。トラクター１０の車体１１は、例えば、フレートライナーである。トラクター１０はまた、液圧タンク１２と、液圧タンク１２を車体１１に固着させるタンク保持ユニット１３を有している。液圧ポンプ１４が、カップリング１６と、その一方の端部に連結された駆動機構とを有している。カップリング１６は、輸送ケース及び駆動シャフト機構１７の中に連結されている。また、トラクター組立体１０の多数の液圧ポンプのうちの１つである液圧ポンプ１８が、種々の液圧ポンプを組立体１９内に含んでいる。図２のトレーラー２０と共に図示する全ての機構は、トラクター１０の車体の上に配置された液圧ポンプによって駆動される。組立体１５は、トラクター１０内に配置された原動力装置によって駆動されるクラッチプーリを有する液圧ポンプである。トラクターベッド２１は、図２に示すようにトラクターをトレーラーに連結するのに使用される組立体２２を有している。

トレーラーベッド３０が、トラクターベッド２１に機構２２によって連結されている。トレーラーベッド３０の上に、供給空気システム３２が取付けられ、供給空気システム３２（図５も参照）は、窒素膜３３に連結されている。また、供給空気システム３２及び窒素膜３３は、窒素輸送充填タンク及びそれと関連したコストの必要をなくすために、窒素を大気から抽出する窒素発生器３１として機能する。好ましい形態の窒素発生器３１は、窒素リッチな空気を地球の大気からバンドルハウジングの中に連続的に供給することを可能にする膜３３（図６に詳細に示す）を使用する。窒素リッチな空気は、膜繊維の束の中央に達し、その箇所におけるガスは、ほとんど窒素ガスからなる。窒素は、束の中央のところにおいて、マンドレル内に集まる。空気が膜繊維の束の中を通過するとき、酸素及びその他の高速ガスが膜繊維の壁を通過し、膜繊維の中を通ってその端部に集められる。酸素、水蒸気及びその他の高速ガスは、連続的に集められ、束から移動させられ、かくして、処理すべき井戸の中への注入に利用可能な窒素を放出させる。これは、周囲圧力及び温度付近でおこる。この実施形態の利点は、井戸の中にポンプ送りされる大容量の窒素が井戸の現場において供給されることである。好ましい実施形態の窒素発生器は、発明者が知る任意の従来技術よりも小さい設置面積で窒素の発生を達成する。次いで、窒素は、窒素ブースター圧縮機３８に流れ、この窒素ブースター圧縮機３８は、乾燥窒素を望みの圧力まで圧縮する。次いで、窒素をＴ字形継手３９にポンプ送りし、Ｔ字形継手３９のところで、窒素と酸等の流体又は流体混合物とが混合され、次いで、できた混合物が放出ライン４０に入る。

今、図２を参照すると、トレーラーベッド３０の上に、化合物貯蔵タンク４２が取付けられ、この化合物貯蔵タンク４２は、化合物を混合タンク４４に供給し、この混合タンク４４において、化合物が混合される。混合された化合物は、最初、遠心ポンプ４６に流れ、次いで、井戸処理流体ポンプ４８に流れる。混合された化合物は、Ｔ字形継手３９に流れ、Ｔ字形継手３９のところで、窒素と混合され、出来た混合物は、放出ライン４０に流入する。出来た混合物は、放出ライン４０から任意のコイルチューブユニットを通して井戸ヘッドに流れるか、井戸ヘッドに直接流れるかの何れかである。

今、図３を参照すれば、図１及び図２に図示した構成要素のいくつかがブロックダイアグラムに示されている。窒素空気供給システム３２は、液体ポンプ６４の入口に接続された出口を有している。ガソリン又はディーゼルの動力エンジンであるのがよい原動力装置７０は、戻りライン７４を有している。液圧ポンプ９０が、戻りライン７４を駆動するのに使用される液圧モータ９２に接続されている。

他の液圧ポンプ９６が、図２に示すクレーン４６を駆動するモータ９８を駆動する。

他の液圧ポンプ１００が、図２に示す混合タンクに動力を供給するモータ１０２を駆動する。

線１０６で示すように、原動力装置７０が液圧ポンプ６４，９０，９６，１００の各々を駆動することを認識すべきである。原動力装置７０を作動させたとき、液圧ポンプ６４，９０，９６，１００は、好ましくは、望むようにクラッチプーリと共に使用される１つ又は２つ以上のベルトによって駆動される。液体窒素が所望の温度まで下がったまま保つことを助けるために、原動力装置７０によって駆動される圧縮機ユニット１０８が、駆動ライン１０６から取外される。

原動力装置７０がトラクターの上に明確に且つ望むように配置され、窒素発生装置及び井戸処理流体システムがトレーラーの上に配置され、図３において識別されるその他のアイテムのほとんどは、望むようにトラクター及び／又はトレーラーの何れかの上に見つけられる。本発明の重要な特徴が、図３に示すアイテムのすべてがトラクターとトレーラーの組合せ形態の上に配置されることを認識すべきであり、かかるトラクターとトレーラーの組合せ形態は、別のトラクター又は別のトレーラーを使用する必要をなくす。

図４に示す窒素発生器は、窒素を大気から抽出するので、窒素をタンクに輸送して充填するコストをなくすことができる。かかる窒素発生器のいくつかは、図５に示す膜を使用し、この膜は、窒素リッチな空気を地球の大気からバンドルハウジングの中に連続的に供給する。空気は、膜ファイバーの束（バンドル）の中心に達し、この位置において、ほとんど窒素ガスからなる。窒素は、束の中心のマンドレル内に集まる。空気が膜ファイバーの束を通過するとき、酸素及びその他の高速ガスは、ファイバーの端部で収集されるように膜ファイバーの中を進みながら、膜ファイバーの束の壁を通り抜ける。酸素及びその他の高速ガスは、連続的に収集され、束から移動させられ、かくして、処理すべき井戸の中への注入に使用するために、窒素を利用可能なままにする。複数のかかる窒素発生器を積重ねることによって、増大した流量能力を有する利用可能な容積が得られる。

今、図６を参照すれば、各構成要素（混合タンク４４、燃料ポンプ４００を有する原動力機７０、液圧圧縮機３８を有する窒素発生器３１、化合物貯蔵タンク４２）は、輸送手段３０にコネクタ３００によって取外し可能に連結されている。これにより、任意の構成要素を置き換えたり、改修したりすることを可能にする。窒素発生器技術の向上のため、この構成要素を改修する機能は、特に望ましい。近い将来、燃料を少量しか使用しないより効率的な圧縮機が、市場に出回ることが予想される。また、窒素発生機を窒素タンクと交換すること又はその逆も可能である。

窒素発生機３１は、自立ユニットとして商業的に入手可能である。窒素発生機と流体のポンプ送り作業及び混合作業とを、単一のトラクタートレーラーの上で、しかもすべての動力が単一の原動力機によって供給されるように組合せることは、当業者の従来技術で知られてもいないし、本発明者の知見からも離れており、本発明の好ましい実施形態は、それと機能的に同等の任意のものよりも小さい設置面積しか有しない。

本発明の好ましい実施形態を、種々の化合物を圧送することを必要とする任意の適用例に使用することができ、かかる適用例に含むものは、限定するわけではないが、完了作業、改修、バランスされた孔あけ、井戸処置、高められたオイル回収、脱ガスする及びパージする工業プラント、採掘、窒素を有するパイプラインのパージ、深海適用例、ＬＮＧ及びＬＰＧタンク及び設備、窒素リフト、井戸が十分な圧力を有していないときの（生産のために不十分な底孔圧力）井戸からの流体の引上げである。

好ましい実施形態は、自立ユニットとして作動してもよいし、別のコイルチューブユニットと一緒に作動してもよいし、任意のコイルチューブユニットと互換可能である。別のコイルチューブユニットと一緒に作動している間、好ましい実施形態の放出ラインをコイルチューブユニットに連結することにより、コイルチューブユニットが窒素及び化学的混合物を井戸の中にポンプ送りすることを可能にする。

コイルチューブ無しの自立ユニットとして、好ましい実施形態が井戸に供給できるものは、硝化された酸、パラフィン等であり、井戸に対してできることは、窒素排出、パイプライン試験、チューブ試験、酸性化、掃除、修正砂上げである。

別のコイルチューブユニットに連結された好ましい実施形態は、泡洗浄、窒素入りジェット、酸の硝化、窒素阻害が可能である。

好ましい実施形態の１つの利点は、以前は３つのトラクタートレーラー（液体タンク輸送トラックと、その他の化合物及び品のための高圧ポンプシステムを備えた第２のトラクタートレーラー、及び窒素ポンプユニットを備えた第３のトラクタートレーラー）が必要であったことを１つのトラクタートレーラーで満足させることを可能にすることにある。この実施形態により、かつて必要不可欠なホース及び配管作業によって互いに連結されていたいくつかのことを、１つのトラクタートレーラーが行うことを可能にするので、別々のユニットを互いに配管する時間及び費用が省略される。３つの全てのシステムを井戸に取付ける前にそれらを配管することが省略される。終了後に全ての配管を分解して積み込むことも省略され、更なる時間及び労力を省く。従来技術は、３つのトラクタートレーラーと、３日間（設置、井戸処理、及び分解にそれぞれ１日）を要していたけれども、好ましい実施形態は、同じ作業を１つのトラクタートレーラーと１日で行うことができる。爆発の危険がある液体を輸送する危険も回避される。配管及びホースと関連した危険を引き起こすことも回避される。

好ましい実施形態は、液体窒素が入手しにくく且つ高価である遠隔の場所又は液体窒素を井戸ヘッドまで輸送することが非常に困難な遠隔の場所でより有利である。

上述した実施形態は、トラクタートレーラーの上に取付けられ、トラクタートレーラーのエンジンを使用するけれども、本発明は、スキッド（そり）の上に取付けられて、船舶用エンジン等の原動力装置によって動力が供給されてもよく、岸から離れた使用に適している。本発明の小さい設置面積のため、本発明は、大きく高価な荷船又は船舶を、より浅い喫水しか有しない小さく安価な船と置き換えることを可能にする。

上述した明細書及び図面に記載されているように、好ましい実施形態を参照して本発明を説明したけれども、本発明の更に多くの実施形態が、本発明を逸脱することなしに可能である。かくして、本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ限定されるベきである。

放出ラインにＴ字形継手のところで接続された窒素発生設備を有する、トラクターユニット及びトレーラーの一部の概略正面図である。 窒素発生設備が接続されたＴ字形継手のところで放出ラインに接続された、井戸処理流体用の貯蔵、混合及びポンプ設備を示す、図１のトレーラーのその他の部分の概略正面図である。 本発明に従って井戸を窒素で処理するために使用される種々のシステムを示すブロックダイアグラムである。 ３つの窒素発生器の概略図である。 窒素ガスを大気から引出すための膜技術を使用するユニットの概略図である。 輸送手段に取外し可能に取付けられる構成要素のダイアグラムである。

Claims (10)

1. 油井及び／又はガス井を処理するための組合せシステムであって、
   輸送手段を有し、この輸送手段は、その上に取付けられた、単一の原動力装置と、窒素発生器と、流体ポンプシステムとを有し、
   前記原動力装置は、前記輸送手段の上に取付けられたポンプ及びモータの作動のための原動力を供給し、
   前記窒素発生器は、窒素を地球の大気から収集する窒素ガス収集能力を有し、
   前記流体ポンプシステムは、流体を井戸の孔の中にポンプ送りするためのものであり、
   前記窒素発生器及び前記流体ポンプシステムは各々、配管によって相互連結可能であり、前記原動力装置の作動に応答する、組合せシステム。
2. 前記輸送手段は、トラクタートレーラーを有する、請求項１に記載の組合せシステム。
3. 前記輸送手段は、船舶を有する、請求項１に記載の組合せシステム。
4. 前記輸送手段は、スキッドを有する、請求項１に記載の組合せシステム。
5. 更に、前記流体ポンプシステムをコイルチューブユニットに連結するためのアタッチメントを有する、請求項１に記載の組合せシステム。
6. 更に、酸タンクを有し、
   前記流体ポンプシステムは、高圧ポンプを有する、請求項１に記載の組合せシステム。
7. 更に、流体混合タンクを有し、
   前記流体混合タンク、前記窒素発生器、及び前記流体ポンプシステムは各々、配管によって相互連結可能であり、前記原動力装置の作動に応答する、請求項１に記載の組合せシステム。
8. 全ての構成要素は、単一の制御パネルによって制御される、請求項１に記載の組合せシステム。
9. 前記窒素発生器を含む前記構成要素は、個々の構成要素が置き換えられるように前記輸送手段に取外し可能に取付けられる、請求項１に記載の組合せシステム。
10. 前記窒素発生器は、標準液体窒素タンクよりも大きくない、請求項１に記載の組合せシステム。

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