RU2786585C1

RU2786585C1 - System for hydraulic fracturing intended to drive a plug pump using a gas turbine engine (options)

Info

Publication number: RU2786585C1
Application number: RU2022110595A
Authority: RU
Inventors: Жикуй ЧЖАН; Сяньцэ ЛИ; Синьчэн ЛИ; Ипэн У; Чуньцян ЛАНЬ; Шэн ЧАН; Пэн Чжан; Сяолэй ЦЗИ
Original assignee: Янтай Джерех Петролеум Иквипмент Энд Текнолоджиз Ко., Лтд.
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2022-12-22

Abstract

FIELD: hydraulic fracturing systems.

SUBSTANCE: inventions group relates to variants of a hydraulic fracturing system designed to drive a plunger pump using a gas turbine engine. The fracturing system includes fracturing equipment, high-low pressure manifold, mixing equipment and sand mixing equipment. The hydraulic fracturing equipment includes a gas turbine engine running on natural gas or diesel fuel as a power source, an outlet port, and a plunger pump. The mixing equipment is configured to mix the base fracturing fluid. The sand mixing equipment is configured to supply the base fluid for fracturing and the proppant for fracturing into the high-low pressure manifold. The first end of the high-low pressure manifold is connected to the fracturing equipment through a connecting pipeline. The second end of the high-low pressure manifold is connected to the wellhead. In the first embodiment of the system: the outlet end of the gas turbine engine is connected to the outlet channel, while the output drive end of the gas turbine engine is connected to the plunger pump through a connecting device. The connecting device contains at least one reducer. The input speed of the gearbox corresponds to the output speed of the gas turbine engine, and the input torque of the gearbox corresponds to the output torque of the gas turbine engine. The exhaust passage and the axis of rotation of the gas turbine engine are arranged in a straight line along the mechanical drive power transmission direction. In the second embodiment of the system, the plunger pump assembly comprises a plunger pump and a first gearbox combined with the plunger pump. The outlet end of the gas turbine engine is connected to the outlet channel, the output drive end of the gas turbine engine is connected to the plunger pump assembly through a coupling device containing a second gearbox followed by a transmission shaft. The exhaust passage and the axis of rotation of the gas turbine engine are arranged in a straight line along the mechanical drive power transmission direction. In the third version of the system: the outlet end of the gas turbine engine is connected to the outlet channel, the output drive end of the gas turbine engine is connected to the plunger pump by means of a connecting device. The connecting device contains at least one reducer. The input speed of the gearbox corresponds to the output speed of the gas turbine engine. The input torque of the gearbox corresponds to the output torque of the gas turbine engine. The outlet channel and the axis of rotation of the gearbox and the gas turbine engine are located in a straight line along the direction of transmission of mechanical drive power.

EFFECT: increased stability and safety of hydraulic fracturing equipment both during operation and during transportation.

19 cl, 3 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs

Настоящее изобретение относится к технической области гидроразрыва пласта на нефтяных и газовых месторождениях, а именно к системе для гидроразрыва пласта, предназначенной для приведения в действие плунжерного насоса с помощью газотурбинного двигателя.The present invention relates to the technical field of hydraulic fracturing in oil and gas fields, namely to a hydraulic fracturing system for driving a plunger pump with a gas turbine engine.

Уровень техникиState of the art

Гидравлический разрыв пласта применяется для увеличения добычи в нефтяных или газовых скважинах на протяжении десятилетий. Для этого процесса используется плунжерный насос для закачивания жидкости в ствол скважины под высоким давлением, а затем жидкость нагнетается в пласт, разрывая несколько трещин посредством гидроразрыва. В трещины также закачивается вода, другие жидкости, а также проппанты для гидроразрыва. После гидроразрыва базовая жидкость для гидроразрыва возвращается на землю, а проппанты для гидроразрыва остаются в трещине, чтобы предотвратить смыкание трещины, через которую большое количество нефти и газа поступает в ствол скважины для эксплуатации.Hydraulic fracturing has been used to increase production in oil or gas wells for decades. This process uses a plunger pump to pump fluid into the wellbore at high pressure, and then the fluid is injected into the formation, opening multiple fractures through hydraulic fracturing. The fractures are also injected with water, other fluids, and proppants for hydraulic fracturing. After fracturing, the base fracturing fluid is returned to the ground, and the fracturing proppants remain in the fracture to prevent the fracture from closing, through which a large amount of oil and gas enters the wellbore for production.

На рабочих площадках для гидроразрыва пласта на нефтяных и газовых месторождениях по всему силовой привод плунжерного насоса в основном включает в себя следующие две компоновки.In oil and gas field hydraulic fracturing jobs around the plunger pump power drive mainly includes the following two layouts.

Одна компоновка привода заключается в том, что дизельный двигатель соединен с трансмиссией через трансмиссионный вал для приведения в действие плунжерного насоса для гидроразрыва. Другими словами, в качестве источника энергии используется дизельный двигатель, в качестве трансмиссии – редуктор и трансмиссионный вал, а в качестве исполнительного органа – плунжерный насос.One drive arrangement is that the diesel engine is connected to a transmission through a transmission shaft to drive a plunger pump for hydraulic fracturing. In other words, a diesel engine is used as a power source, a gearbox and a transmission shaft are used as a transmission, and a plunger pump is used as an executive body.

Эта компоновка имеет следующие недостатки:This arrangement has the following disadvantages:

(1) большой объем и большой вес: если дизельный двигатель приводит в движение трансмиссию, чтобы привести в действие плунжерный насос через трансмиссионный вал, то получается большой объем, задействуется большой вес, при этом транспортировка ограничена, а удельная мощность низкая;(1) large volume and large weight: if the diesel engine drives the transmission to drive the plunger pump through the transmission shaft, then a large volume is obtained, a large weight is involved, while transportation is limited, and power density is low;

(2) экологические проблемы: во время операций на буровой площадке оборудование для гидроразрыва, приводимое в действие дизельным двигателем, будет создавать выбросы отработавших газов двигателя и шумовое загрязнение. Шум, превышающий 105 дБА, оказывает сильное негативное влияние на нормальную жизнь близлежащих жителей;(2) Environmental Issues: During drilling site operations, diesel-powered fracturing equipment will generate engine exhaust emissions and noise pollution. Noise exceeding 105 dBA has a strong negative impact on the normal life of nearby residents;

(3) экономическая неэффективность: оборудование для гидроразрыва, приводимое в действие дизельным двигателем, требует сравнительно высоких первоначальных затрат на приобретение и сопряжено с большими расходами топлива на единицу мощности во время работы, при этом двигатель и трансмиссия также требуют очень высоких затрат на текущее техническое обслуживание.(3) economic inefficiency: diesel-powered fracturing equipment requires relatively high initial acquisition costs and high fuel consumption per unit of power during operation, while the engine and transmission also require very high ongoing maintenance costs .

Другая компоновка привода заключается в том, что электродвигатель соединен с трансмиссионным валом или муфтой для приведения в действие плунжерного насоса. Иными словами, в качестве источника энергии используется электродвигатель, в качестве трансмиссии используется трансмиссионный вал или муфта, а в качестве исполнительного элемента – плунжерный насос, т.е. применяется гидроразрыв с электроприводом.Another drive arrangement is that an electric motor is connected to a transmission shaft or clutch to drive a plunger pump. In other words, an electric motor is used as an energy source, a transmission shaft or a coupling is used as a transmission, and a plunger pump is used as an actuating element, i.e. electric hydraulic fracturing is used.

Хотя гидроразрыв с электроприводом сам по себе имеет много преимуществ, трудно обеспечить буровые площадки электроэнергией для гидроразрыва, поскольку мощность на буровых площадках слишком мала для приведения в действие всей установки для гидроразрыва пласта, или на буровых площадках вообще отсутствуют какие-либо электрические сети. Поэтому для выработки электроэнергии необходимо использовать генераторы. Наиболее экономичным топливом для генерации является природный газ, но пользователям необходимо арендовать или покупать газогенераторные установки. Для гидроразрыва пласта без сетей электроснабжения мощность газогенераторных установок должна быть не менее 30 МВт. Покупка таких мощных газогенераторных установок является большой инвестицией для заказчиков. Что еще более важно, в ходе реальных работ случайное отключение газогенераторных установок может привести к выходу из строя всей установки гидроразрыва с электроприводом, что серьезно повлияет на качество работы и даже может привести к несчастным случаям на производстве.Although electric fracturing itself has many advantages, it is difficult to supply drilling sites with fracturing power because the power at the wellsites is too low to power the entire fracturing unit, or there are no electrical grids at the wellsites at all. Therefore, generators must be used to generate electricity. The most economical fuel for generation is natural gas, but users need to rent or buy gas generating sets. For hydraulic fracturing without power supply networks, the capacity of gas generators must be at least 30 MW. The purchase of such powerful gas generator sets is a big investment for customers. More importantly, during actual operations, accidental shutdown of the gas generating units can lead to the failure of the entire electric fracturing unit, which will seriously affect the quality of work and may even lead to industrial accidents.

Таким образом, существует острая необходимость в системе гидроразрыва пласта, которая удовлетворяла бы текущим потребностям.Thus, there is an urgent need for a hydraulic fracturing system that would meet current needs.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

Чтобы преодолеть недостатки предшествующего уровня техники, задача настоящего изобретения заключается в создании системы для гидравлического разрыва пласта, которая предназначена для приведения в действие плунжерного насоса с помощью газотурбинного двигателя и в которой газотурбинный двигатель используют для приведения в действие плунжерного насоса для решения актуальных проблем, связанных с применением дизельного привода и электродвигателя. Подача топлива газотурбинного двигателя с двухтопливной системой (газотурбинный двигатель работает на дизельном топливе или природном газе) разнообразна и не ограничена, особенно когда в качестве топлива используется природный газ, что позволяет сэкономить больше затрат.In order to overcome the disadvantages of the prior art, it is an object of the present invention to provide a hydraulic fracturing system that is designed to drive a plunger pump by a gas turbine engine, and in which the gas turbine engine is used to drive a plunger pump to solve actual problems associated with using diesel drive and electric motor. The fuel supply of a gas turbine engine with a dual-fuel system (gas turbine engine running on diesel fuel or natural gas) is varied and not limited, especially when natural gas is used as a fuel, which saves more costs.

Задача настоящего изобретения решена за счет следующих технических мер. Система для гидроразрыва пласта, предназначенная для приведения в действие плунжерного насоса с помощью газотурбинного двигателя, включает в себя оборудование для гидроразрыва, манифольд высокого-низкого давления, смесительное оборудование и пескосмесительное оборудование; при этом смесительное оборудование используется для перемешивания базовой жидкости для гидроразрыва в системе гидроразрыва пласта, причем пескосмесительное оборудование подает базовую жидкость для гидроразрыва и проппант для гидроразрыва в манифольд высокого-низкого давления; при этом один конец манифольда высокого-низкого давления соединен с оборудованием для гидроразрыва через соединительный трубопровод, а другой конец манифольда высокого-низкого давления соединен с устьем скважины; причем газотурбинный двигатель используется в качестве источника энергии оборудования для гидроразрыва, при этом газотурбинный двигатель работает на природном газе или дизельном топливе.The problem of the present invention is solved by the following technical measures. The hydraulic fracturing system for driving the plunger pump by the gas turbine engine includes fracturing equipment, high-low pressure manifold, mixing equipment and sand mixing equipment; wherein the mixing equipment is used to mix the base fracturing fluid in the fracturing system, the sand mixing equipment supplying the base fracturing fluid and the fracturing proppant to the high-low pressure manifold; one end of the high-low pressure manifold is connected to the fracturing equipment through a connecting pipeline, and the other end of the high-low pressure manifold is connected to the wellhead; moreover, the gas turbine engine is used as a power source of the fracturing equipment, while the gas turbine engine runs on natural gas or diesel fuel.

Кроме того, когда газотурбинный двигатель работает на природном газе, природный газ доставляется к газотурбинному двигателю автоцистерной для сжатого природного газа через оборудование для регулирования давления сжатого природного газа, или доставляется к газотурбинному двигателю автоцистерной для сжиженного природного газа через оборудование для газификации сжиженного природного газа, или доступен через патрубок для попутного газа и подается к газотурбинному двигателю через оборудование для обработки попутного газа, или доступен через патрубок для трубопроводного газа и подается к газотурбинному двигателю через оборудование для обработки трубопроводного газа, при этом топливо в виде природного газа подается одним или несколькими из вышеперечисленных способов.In addition, when the gas turbine engine is powered by natural gas, natural gas is delivered to the gas turbine engine by the CNG tanker truck through the CNG pressure control equipment, or is delivered to the gas turbine engine by the LNG tanker truck through the LNG gasification equipment, or available through the associated gas connection and supplied to the turbine engine through the associated gas treatment equipment, or accessible through the pipeline gas connection and supplied to the gas turbine engine through the pipeline gas processing equipment, with natural gas fuel supplied by one or more of the above ways.

Кроме того, система для гидроразрыва пласта, предназначенная для приведения в действие плунжерного насоса с помощью газотурбинного двигателя, включает в себя контрольно-измерительные приборы, которые используются для мониторинга всей системы гидроразрыва пласта.In addition, the fracturing system for driving the plunger pump by the gas turbine engine includes instrumentation that is used to monitor the entire fracturing system.

Кроме того, оборудование для гидроразрыва устанавливается на транспортном средстве, или на полуприцепе, или на лыжном шасси.In addition, the fracturing equipment is mounted on a vehicle, or on a semi-trailer, or on a ski chassis.

Кроме того, плунжерный насос в оборудовании для гидроразрыва представляет собой трехцилиндровый насос или пятицилиндровый насос, мощность которого составляет 2250 л. с. или выше.In addition, the plunger pump in the fracturing equipment is a three-cylinder pump or a five-cylinder pump, which has a power of 2250 HP. with. or higher.

Кроме того, плунжерный насос представляет собой пятицилиндровый насос, мощность которого составляет 5000 л. с. или выше.In addition, the plunger pump is a five-cylinder pump whose power is 5000 HP. with. or higher.

Кроме того, оборудование для гидроразрыва включает в себя один или несколько агрегатов газотурбинного оборудования для гидроразрыва.In addition, the fracturing equipment includes one or more units of gas turbine fracturing equipment.

Кроме того, газотурбинное оборудование для гидроразрыва включает в себя газотурбинный двигатель, выхлопную систему и плунжерный насос, при этом один конец газотурбинного двигателя соединен с выхлопной системой, а другой конец газотурбинного двигателя соединен с плунжерным насосом, причем плунжерный насос представляет собой плунжерный насос, оснащенный редуктором, при этом газотурбинный двигатель напрямую соединен с входным концом редуктора, установленного на плунжерном насосе.In addition, the gas turbine fracturing equipment includes a gas turbine engine, an exhaust system, and a plunger pump, wherein one end of the gas turbine engine is connected to the exhaust system, and the other end of the gas turbine engine is connected to a plunger pump, the plunger pump being a plunger pump equipped with a reduction gear. , while the gas turbine engine is directly connected to the inlet end of the gearbox mounted on the plunger pump.

Кроме того, плунжерный насос, газотурбинный двигатель и выхлопная система расположены по прямой линии вдоль направления передачи мощности.In addition, the plunger pump, gas turbine engine and exhaust system are arranged in a straight line along the power transmission direction.

Кроме того, газотурбинное оборудование для гидроразрыва включает в себя выхлопную систему, газотурбинный двигатель, редуктор, трансмиссию и плунжерный насос, причем выхлопная система соединена с выпускным отверстием газотурбинного двигателя, выходной конец газотурбинного двигателя соединен с редуктором, а редуктор соединен с плунжерным насосом через трансмиссию.In addition, the gas turbine fracturing equipment includes an exhaust system, a gas turbine engine, a gearbox, a transmission, and a plunger pump, wherein the exhaust system is connected to the outlet of the gas turbine engine, the outlet end of the gas turbine engine is connected to a reducer, and the reducer is connected to the plunger pump through the transmission.

Кроме того, выхлопная система, газотурбинный двигатель, редуктор, трансмиссия и плунжерный насос расположены на прямой линии вдоль направления передачи мощности.In addition, the exhaust system, gas turbine engine, gearbox, transmission and plunger pump are arranged in a straight line along the power transmission direction.

По сравнению с существующим уровнем техники настоящее изобретение имеет следующие положительные эффекты. Газотурбинный двигатель используется для приведения в действие плунжерного насоса для решения текущих проблем, связанных с использованием дизельного привода и привода на основе электродвигателя. Подача топлива газотурбинного двигателя с двухтопливной системой (газотурбинный двигатель работает на дизельном топливе или природном газе) разнообразна и не ограничена и может быть выбрана заказчиком в соответствии с фактической ситуацией. В частности, если в качестве топлива используется природный газ, то это сэкономит больше средств. Подача природного газа во всей системе гидроразрыва пласта диверсифицирована, что позволяет лучше удовлетворять потребности большего числа заказчиков. Все оборудование для гидроразрыва расположено по прямой линии вдоль направления передачи мощности, что позволяет значительно снизить общий центр тяжести оборудования для гидроразрыва, а также повысить устойчивость и безопасность оборудования для гидроразрыва как при эксплуатации, так и при транспортировке.Compared with the prior art, the present invention has the following positive effects. A gas turbine engine is used to drive a plunger pump to solve the current problems associated with using a diesel drive and a drive based on an electric motor. The fuel supply of a gas turbine engine with a dual fuel system (a gas turbine engine running on diesel fuel or natural gas) is varied and not limited, and can be selected by the customer according to the actual situation. In particular, if natural gas is used as fuel, it will save more money. The supply of natural gas throughout the fracturing system has been diversified to better meet the needs of more customers. All fracturing equipment is located in a straight line along the power transmission direction, which can significantly reduce the overall center of gravity of the fracturing equipment, as well as increase the stability and safety of the fracturing equipment both during operation and during transportation.

Настоящее изобретение будет подробно описано ниже со ссылкой на сопроводительные чертежи и частные варианты осуществления изобретения.The present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings and particular embodiments of the invention.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

На фиг. 1 показана схематическая структурная схема системы для гидроразрыва пласта в соответствии с изобретением;In FIG. 1 is a schematic structural diagram of a hydraulic fracturing system in accordance with the invention;

на фиг. 2 – схематическая структурная схема газотурбинного оборудования для гидроразрыва в соответствии с вариантом 1 осуществления изобретения;in fig. 2 is a schematic structural diagram of a gas turbine fracturing facility according to Embodiment 1 of the invention;

на фиг. 3 – схематическая структурная схема газотурбинного оборудования для гидроразрыва в соответствии с вариантом 2 осуществления изобретения.in fig. 3 is a schematic structural diagram of a gas turbine fracturing facility according to Embodiment 2 of the invention.

При этом 1 – автоцистерна для сжатого природного газа, 2 – оборудование для регулирования давления сжатого природного газа, 3 – трубопровод для природного газа, 4 – газотурбинное оборудование для гидроразрыва, 5 – соединительный трубопровод, 6 – манифольд высокого-низкого давления, 7 – устье скважины, 8 – патрубок для попутного газа, 9 – оборудование для обработки попутного газа, 10 – песковоз, 11 – резервуар для хранения песка, 12 – оборудование для транспортировки песка, 13 – резервуар для хранения жидкости, 14 – пескосмесительное оборудование, 15 – смесительное оборудование, 16 – оборудование для химических добавок, 17 – контрольно-измерительные приборы, 18 – плунжерный насос, 19 – газотурбинный двигатель, 20 – выпускной канал, 21 – глушитель, 22 – трансмиссия, 23 – редуктор, 24 – редуктор, установленный на плунжерном насосе.At the same time, 1 is a tank truck for compressed natural gas, 2 is equipment for regulating the pressure of compressed natural gas, 3 is a pipeline for natural gas, 4 is a gas turbine equipment for hydraulic fracturing, 5 is a connecting pipeline, 6 is a high-low pressure manifold, 7 is a mouth wells, 8 - branch pipe for associated gas, 9 - equipment for processing associated gas, 10 - sand carrier, 11 - storage tank for sand, 12 - equipment for transporting sand, 13 - storage tank for liquid, 14 - sand mixing equipment, 15 - mixing equipment, 16 - equipment for chemical additives, 17 - instrumentation, 18 - plunger pump, 19 - gas turbine engine, 20 - exhaust channel, 21 - muffler, 22 - transmission, 23 - reducer, 24 - reducer mounted on a plunger pump.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Как показано на фиг. 1–3, система для гидроразрыва пласта, предназначенная для приведения в действие плунжерного насоса с помощью газотурбинного двигателя, включает в себя соединительный трубопровод 5, оборудование для гидроразрыва, манифольд 6 высокого-низкого давления, смесительное оборудование 15 и пескосмесительное оборудование 14; при этом смесительное оборудование 15 используется для перемешивания базовой жидкости для гидроразрыва в системе гидроразрыва пласта, а пескосмесительное оборудование 14 подает базовую жидкость для гидроразрыва и проппант для гидроразрыва в манифольд 6 высокого-низкого давления; причем один конец манифольда 6 высокого-низкого давления соединен с оборудованием для гидроразрыва через соединительный трубопровод 5, а другой конец манифольда 6 высокого-низкого давления соединен с устьем 7 скважины; при этом в качестве источника энергии оборудования для гидроразрыва используется газотурбинный двигатель 19, причем плунжерный насос 18 приводится в действие газотурбинным двигателем 19 с высокой мощностью на единицу рабочего объема и малой занимаемой площадью по сравнению с традиционным оборудованием для гидроразрыва с дизельным двигателем в качестве источника энергии, что существенно снижает количество и занимаемую площадь блоков гидроразрыва во всем оборудовании для гидроразрыва. Газотурбинный двигатель 19 работает на природном газе или дизельном топливе. Газотурбинный двигатель 19 с двухтопливной системой может работать на 100% на нефтяном топливе или на 100% на природном газе. Подача топлива может быть различной, поэтому заказчики могут выбирать то, что соответствует фактической ситуации. В частности, если в качестве топлива используется природный газ, то это сэкономит больше средств. На рабочей площадке системы для гидроразрыва пласта дополнительно предусмотрены песковоз 10, резервуар 11 для хранения песка, оборудование 12 для транспортировки песка, резервуар 13 для хранения жидкости и оборудование 16 для химических добавок, при этом вода из резервуара 13 для хранения жидкости подается в смесительное оборудование 15, причем вода и различные добавки смешиваются в смесительном оборудовании 15 с образованием базовой жидкости для гидроразрыва, которая затем подается в пескосмесительное оборудование 14. Проппант для гидроразрыва транспортируется на буровую площадку с помощью песковоза 10 и подается в резервуар 11 для хранения песка. Могут использоваться несколько песковозов 10. Из резервуара 11 для хранения песка с помощью оборудования 12 для транспортировки песка проппант для гидроразрыва подается в пескосмесительное оборудование 14. Базовая жидкость для гидроразрыва и проппант для гидроразрыва смешиваются в пескосмесительном оборудовании 14 и затем подаются в манифольд 6 высокого-низкого давления, через который распределяются на каждый агрегат газотурбинного оборудования 4 для гидроразрыва, а затем смешанная жидкость для гидроразрыва закачивается в устье 7 скважины насосом высокого давления (путь нагнетания: газотурбинное оборудование 4 для гидроразрыва – соединительный трубопровод 5 – манифольд 6 высокого-низкого давления – устье 7 скважины), а затем осуществляется разрыв пласта нефтяной или газовой скважины. Оборудование 16 для химических добавок используется для подачи различных химических добавок в смесительное оборудование 15 или пескосмесительное оборудование 14.As shown in FIG. 1 to 3, a fracturing system for driving a plunger pump by a gas turbine engine includes a connecting pipeline 5, a fracturing equipment, a high-low pressure manifold 6, a mixing equipment 15, and a sand mixing equipment 14; wherein the mixing equipment 15 is used to mix the base fluid for fracturing in the hydraulic fracturing system, and the sand mixing equipment 14 supplies the base fluid for fracturing and the proppant for fracturing to the high-low pressure manifold 6; wherein one end of the high-low pressure manifold 6 is connected to the fracturing equipment through the connecting pipeline 5, and the other end of the high-low pressure manifold 6 is connected to the wellhead 7; wherein a gas turbine engine 19 is used as a power source for the fracturing equipment, and the plunger pump 18 is driven by a gas turbine engine 19 with high power per unit displacement and small footprint compared to conventional fracturing equipment with a diesel engine as a power source, which significantly reduces the number and footprint of fracturing units in all fracturing equipment. Gas turbine engine 19 runs on natural gas or diesel fuel. The dual-fuel gas turbine engine 19 can run 100% on fuel oil or 100% on natural gas. The fuel supply can be different, so customers can choose what suits the actual situation. In particular, if natural gas is used as fuel, it will save more money. At the working site of the hydraulic fracturing system, a sand carrier 10, a sand storage tank 11, sand transportation equipment 12, a fluid storage tank 13 and chemical additive equipment 16 are additionally provided, while water from the fluid storage tank 13 is supplied to the mixing equipment 15 , wherein water and various additives are mixed in the mixing equipment 15 to form a base fracturing fluid, which is then fed to the sand mixing equipment 14. The fracturing proppant is transported to the drilling site by a sand truck 10 and fed into the sand storage tank 11. Multiple sand trucks 10 can be used. From the sand storage tank 11, the fracturing proppant is fed to the sand mixing equipment 14 by the sand transport equipment 12. The fracturing base fluid and the fracturing proppant are mixed in the sand mixing equipment 14 and then fed to the high-low manifold 6 pressure through which are distributed to each unit of the gas turbine equipment 4 for hydraulic fracturing, and then the mixed fracturing fluid is pumped into the wellhead 7 by a high pressure pump (injection path: gas turbine equipment 4 for hydraulic fracturing - connecting pipeline 5 - high-low pressure manifold 6 - wellhead 7 wells), and then the formation of an oil or gas well is fractured. The chemical additive equipment 16 is used to supply various chemical additives to the mixing equipment 15 or the sand mixing equipment 14.

На рабочей площадке системы для гидроразрыва пласта может быть размещено различное соответствующее дополнительное оборудование для подачи природного газа, такое как автоцистерна 1 для сжатого природного газа, оборудование 2 для регулирования давления сжатого природного газа, патрубок 8 для попутного газа, оборудование 9 для обработки попутного газа и т. п. Конечно, сжатый природный газ может быть, соответственно, заменен на сжиженный природный газ. Например, в этом случае может использоваться комбинация автоцистерны для сжиженного природного газа и оборудования для газификации и транспортировки сжиженного природного газа. Аналогично, попутный газ также может быть заменен трубопроводным газом, например, в этом случае может использоваться комбинация патрубка для трубопроводного газа и оборудования для обработки трубопроводного газа и т.п.Various suitable auxiliary equipment for supplying natural gas can be placed at the working site of the hydraulic fracturing system, such as a tank truck 1 for compressed natural gas, equipment 2 for regulating the pressure of compressed natural gas, a nozzle 8 for associated gas, equipment 9 for processing associated gas, and etc. Of course, compressed natural gas can be replaced by liquefied natural gas accordingly. For example, in this case, a combination of an LNG tanker truck and LNG gasification and transport equipment may be used. Similarly, associated gas can also be replaced by pipeline gas, for example, in this case a combination of pipeline gas nozzle and pipeline gas processing equipment, etc. can be used.

В частности, если газотурбинный двигатель 19 работает на природном газе, то природный газ регулируется оборудованием 2 для регулирования давления сжатого природного газа на автоцистерне 1 для сжатого природного газа, а затем подается в газотурбинный двигатель 19 по трубопроводу 3 для природного газа; или газифицируется оборудованием для газификации и транспортировки сжиженного природного газа на автоцистерне со сжиженным природным газом, а затем доставляется к газотурбинному двигателю 19 по трубопроводу 3 для природного газа; или газ поступает через патрубок 8 для попутного газа и обрабатывается с помощью оборудования 9 для обработки попутного газа, а затем подается к газотурбинному двигателю 19 по трубопроводу 3 для природного газа; или газ поступает через патрубок 8 для трубопроводного газа и обрабатывается с помощью оборудования 9 для обработки трубопроводного газа, а затем подается к газотурбинному двигателю 19 по трубопроводу 3 для природного газа, причем топливо в виде природного газа подается одним или несколькими из вышеприведенных способов. Подача природного газа во всей системе гидроразрыва пласта диверсифицирована, что позволяет лучше удовлетворять потребности большего числа заказчиков. Могут использоваться несколько автоцистерн 1 для сжатого природного газа и/или автоцистерн для сжиженного природного газа.Specifically, if the gas turbine engine 19 is powered by natural gas, the natural gas is controlled by the CNG pressure control equipment 2 on the CNG tank truck 1, and then supplied to the gas turbine engine 19 through the natural gas pipeline 3; or gasified by the LNG gasification and transportation equipment on the LNG tank truck, and then delivered to the gas turbine engine 19 through the natural gas pipeline 3; or the gas enters through the associated gas pipe 8 and is processed by the associated gas processing equipment 9, and then supplied to the gas turbine engine 19 through the natural gas pipeline 3; or the gas enters through the pipeline gas connection 8 and is processed by the pipeline gas processing equipment 9 and then supplied to the gas turbine engine 19 via the natural gas pipeline 3, the natural gas fuel being supplied by one or more of the above methods. The supply of natural gas throughout the fracturing system has been diversified to better meet the needs of more customers. Several CNG tankers 1 and/or LNG tankers can be used.

Система для гидроразрыва пласта, предназначенная для приведения в действие плунжерного насоса с помощью газотурбинного двигателя, включает в себя контрольно-измерительные приборы 17, которые используются для мониторинга всей системы для гидроразрыва пласта.A fracturing system for driving a plunger pump by a gas turbine engine includes instrumentation 17 that is used to monitor the entire fracturing system.

Оборудование для гидроразрыва предназначено для установки на транспортном средстве, или на полуприцепе, или на лыжном шасси.The fracturing equipment is designed to be mounted on a vehicle or semi-trailer or ski chassis.

Плунжерный насос 18 в оборудовании для гидроразрыва представляет собой трехцилиндровый насос или пятицилиндровый насос, мощность которого составляет 2250 л.с. или выше.The plunger pump 18 in the fracturing equipment is a three-cylinder pump or a five-cylinder pump with a power of 2250 hp. or higher.

Плунжерный насос 18 представляет собой пятицилиндровый насос, мощность которого составляет 5000 л. с. или выше.Plunger pump 18 is a five-cylinder pump with a capacity of 5000 hp. with. or higher.

Оборудование для гидроразрыва включает в себя один или несколько агрегатов газотурбинного оборудования 4 для гидроразрыва.Equipment for hydraulic fracturing includes one or more units of gas turbine equipment 4 for hydraulic fracturing.

Вариант 1 выполнения газотурбинного оборудования для гидроразрываOption 1 execution of gas turbine equipment for hydraulic fracturing

Газотурбинное оборудование 4 для гидроразрыва устанавливается на транспортном средстве, или на полуприцепе, или на лыжном шасси. Схема и описание данного варианта осуществления изобретения представляют собой схематическую структурную схему загрузки компонентов газотурбинного оборудования 4 для гидроразрыва после удаления транспортного средства, или полуприцепа, или лыжного шасси.The gas turbine equipment 4 for hydraulic fracturing is mounted on a vehicle, or on a semi-trailer, or on a ski chassis. The diagram and description of this embodiment of the invention is a schematic structural diagram of loading the components of the gas turbine fracturing equipment 4 after removal of the vehicle or semi-trailer or ski chassis.

Газотурбинное оборудование 4 для гидроразрыва включает в себя газотурбинный двигатель 19, выхлопную систему и плунжерный насос 18, при этом один конец газотурбинного двигателя 19 соединен с выхлопной системой, а другой конец газотурбинного двигателя 19 соединен с плунжерным насосом 18. Плунжерный насос 18 представляет собой плунжерный насос 18, объединенный с редуктором, при этом газотурбинный двигатель 19 напрямую соединен с входным концом редуктора 24, с которым объединен плунжерный насос. Входная скорость редуктора 24, объединенного с плунжерным насосом, соответствует выходной скорости газотурбинного двигателя 19, а входной крутящий момент редуктора 24, объединенного с плунжерным насосом, соответствует выходному крутящему моменту газотурбинного двигателя 19, что упрощает трансмиссию между плунжерным насосом 18 и газотурбинным двигателем 19, то есть трансмиссионный вал или муфта исключены, что значительно сокращает общую длину газотурбинного оборудования 4 для гидроразрыва и обеспечивает простую конструкцию и удобство обслуживания. Выхлопная система включает в себя выпускной канал 20 и глушитель 21, причем один конец выпускного канала 20 подсоединен к глушителю 21, а другой конец выпускного канала 20 подсоединен к выпускному отверстию газотурбинного двигателя 19.The gas turbine fracturing equipment 4 includes a gas turbine engine 19, an exhaust system, and a plunger pump 18, wherein one end of the gas turbine engine 19 is connected to the exhaust system, and the other end of the gas turbine engine 19 is connected to a plunger pump 18. The plunger pump 18 is a plunger pump 18 integrated with a reduction gear, the gas turbine engine 19 being directly connected to the inlet end of the reduction gear 24 with which the plunger pump is integrated. The input speed of the plunger pump reducer 24 corresponds to the output speed of the gas turbine engine 19, and the input torque of the plunger pump reducer 24 corresponds to the output torque of the gas turbine engine 19, which simplifies the transmission between the plunger pump 18 and the gas turbine engine 19, then there is a transmission shaft or clutch is eliminated, which greatly shortens the overall length of the gas turbine fracturing equipment 4, and ensures a simple structure and easy maintenance. The exhaust system includes an exhaust port 20 and a muffler 21, with one end of the exhaust port 20 connected to the muffler 21 and the other end of the exhaust port 20 connected to the gas turbine engine outlet 19.

Плунжерный насос 18, газотурбинный двигатель 19 и выхлопная система расположены по прямой линии вдоль направления передачи мощности, чтобы избежать чрезмерных потерь при передаче, обеспечивая тем самым эффективную работу трансмиссии оборудования, значительно снижая общий центр тяжести газотурбинного оборудования 4 для гидроразрыва, а также повышая устойчивость и безопасность газотурбинного оборудования 4 для гидроразрыва как при эксплуатации, так и при транспортировке.The plunger pump 18, the gas turbine engine 19 and the exhaust system are arranged in a straight line along the power transmission direction to avoid excessive transmission losses, thereby ensuring the efficient operation of the equipment transmission, greatly reducing the overall center of gravity of the gas turbine fracturing equipment 4, and improving stability and safety of gas turbine equipment 4 for hydraulic fracturing both during operation and during transportation.

Вариант 2 выполнения газотурбинного оборудования для гидроразрываOption 2 for the execution of gas turbine equipment for hydraulic fracturing

Газотурбинное оборудование 4 для гидроразрыва включает в себя выхлопную систему, газотурбинный двигатель 19, редуктор 23, трансмиссию 22 и плунжерный насос 18, причем выхлопная система соединена с выпускным отверстием газотурбинного двигателя 19, выходной конец газотурбинного двигателя 19 соединен с редуктором 23, а редуктор 23 и плунжерный насос 18 соединены через трансмиссию 22. Выхлопная система включает в себя выпускной канал 20 и глушитель 21, причем один конец выпускного канала 20 подсоединен к глушителю 21, а другой конец выпускного канала 20 подсоединен к выпускному отверстию газотурбинного двигателя 19.The gas turbine fracturing equipment 4 includes an exhaust system, a gas turbine engine 19, a gearbox 23, a transmission 22, and a plunger pump 18, the exhaust system is connected to the outlet of the gas turbine engine 19, the outlet end of the gas turbine engine 19 is connected to the gearbox 23, and the gearbox 23 and plunger pump 18 are connected through transmission 22. The exhaust system includes exhaust port 20 and muffler 21, with one end of exhaust port 20 connected to muffler 21 and the other end of exhaust port 20 connected to gas turbine engine outlet 19.

Выхлопная система, газотурбинный двигатель 19, редуктор 23, трансмиссия 22 и плунжерный насос 18 расположены по прямой линии вдоль направления передачи мощности, чтобы избежать чрезмерных потерь при передаче, обеспечивая тем самым эффективную работу трансмиссии оборудования, значительно снижая общий центр тяжести газотурбинного оборудования 4 для гидроразрыва, а также повышая устойчивость и безопасность газотурбинного оборудования 4 для гидроразрыва как при эксплуатации, так и при транспортировке. Трансмиссия 22 представляет собой трансмиссионный вал или муфту.The exhaust system, gas turbine engine 19, gearbox 23, transmission 22, and plunger pump 18 are arranged in a straight line along the power transmission direction to avoid excessive transmission losses, thereby ensuring the efficient operation of the equipment transmission, greatly reducing the overall center of gravity of the gas turbine equipment 4 for hydraulic fracturing. , as well as increasing the stability and safety of gas turbine equipment 4 for hydraulic fracturing both during operation and during transportation. Transmission 22 is a transmission shaft or clutch.

Сам газотурбинный двигатель 19 обладает преимуществами, которые заключаются в небольшом объеме и малом весе, что значительно уменьшает объем и вес газотурбинного оборудования 4 для гидроразрыва.The gas turbine engine 19 itself has the advantages of small volume and light weight, which greatly reduces the volume and weight of the gas turbine fracturing equipment 4.

Специалистам в данной области техники будет понятно, что настоящее изобретение не ограничено вышеизложенными вариантами осуществления, которые вместе с контекстом, описанным в описании, используются только для иллюстрации принципа настоящего изобретения. В настоящее изобретение могут быть внесены различные изменения и усовершенствования без отклонения от сущности и объема настоящего изобретения. Все эти изменения и улучшения должны подпадать под объем охраны настоящего изобретения. Объем охраны настоящего изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.Those skilled in the art will appreciate that the present invention is not limited to the foregoing embodiments, which, together with the context described in the description, are used only to illustrate the principle of the present invention. Various changes and improvements can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention. All these changes and improvements should fall within the protection scope of the present invention. The scope of protection of the present invention is determined by the appended claims and their equivalents.

Claims

1. A system for hydraulic fracturing, comprising:

fracturing equipment comprising a gas turbine engine running on natural gas or diesel fuel as a power source, an exhaust port and a plunger pump;

high-low pressure manifold;

mixing equipment configured to mix the base fracturing fluid; and

sand mixing equipment configured to supply the base fluid for fracturing and proppant for fracturing into the high-low pressure manifold;

wherein:

the first end of the high-low pressure manifold is connected to the fracturing equipment through a connecting pipeline;

the second end of the high-low pressure manifold is connected to the wellhead;

the outlet end of the gas turbine engine is connected to the outlet channel, while the output drive end of the gas turbine engine is connected to the plunger pump through a connecting device;

the connecting device contains at least one reducer;

the input speed of the reducer corresponds to the output speed of the gas turbine engine, and the input torque of the reducer corresponds to the output torque of the gas turbine engine;

wherein the exhaust passage and the axis of rotation of the gas turbine engine are arranged in a straight line along the mechanical drive power transmission direction.

2. The system according to claim 1, in which the gearbox is combined with a plunger pump.

3. The system of claim. 1, in which the output drive end of the gas turbine engine is directly connected to the gearbox.

4. The system of claim. 3, in which the outlet channel, the axis of rotation of the gas turbine engine and gearbox, and the transmission axis of the plunger pump are located in a straight line along the direction of transmission of mechanical drive power.

5. The system of claim. 1, in which the gas turbine engine is configured to run both 100% on natural gas and 100% on diesel fuel.

6. The system of claim. 1, in which the gas turbine engine is configured to run on natural gas delivered to the gas turbine engine from any of the following:

CNG tank trucks through CNG pressure control equipment;

liquefied natural gas tank trucks through liquefied natural gas gasification and transportation equipment;

associated gas treatment equipment connected to the associated gas branch pipe; or

a gas pipeline connected to pipeline gas processing equipment.

7. The system of claim 1, which further comprises instrumentation for monitoring the fracturing system.

8. The system of claim. 1, in which the fracturing equipment is mounted on a vehicle, semi-trailer or ski chassis.

9. The system of claim. 1, in which the plunger pump is a three-cylinder pump or a five-cylinder pump with a capacity of at least 2250 hp. with.

10. The system of claim. 8, in which the plunger pump is a five-cylinder pump with a capacity of at least 5000 liters. with.

11. System for hydraulic fracturing, comprising:

fracturing equipment comprising a gas turbine engine running on natural gas or diesel fuel as a power source, an exhaust port and a plunger pump assembly;

high-low pressure manifold;

mixing equipment configured to mix the base fracturing fluid;

wherein:

the second end of the high-low pressure manifold is connected to the wellhead;

the plunger pump assembly includes a plunger pump and a first gearbox integrated with the plunger pump;

the outlet end of the gas turbine engine is connected to the exhaust passage, while the output drive end of the gas turbine engine is connected to the plunger pump assembly through a coupling device comprising a second gearbox followed by a transmission shaft;

12. The system of claim. 11, in which the gas turbine engine is configured to run both 100% on natural gas and 100% on diesel fuel.

13. The system of claim. 11, in which the gas turbine engine is configured to run on natural gas delivered to the gas turbine engine from any of the following:

CNG tank trucks through CNG pressure control equipment;

a gas pipeline connected to pipeline gas processing equipment.

14. The system of claim 11, which further comprises instrumentation for monitoring the fracturing system.

15. The system of claim. 11, in which the fracturing equipment is mounted on a vehicle, semi-trailer or ski chassis.

16. The system of claim. 11, in which the plunger pump is a three-cylinder pump or a five-cylinder pump with a capacity of at least 2250 liters. with.

17. The system of claim. 16, in which the plunger pump is a five-cylinder pump with a capacity of at least 5000 liters. with.

18. The system of claim. 11, in which the input speed of the second gearbox corresponds to the output speed of the gas turbine engine, and the input torque of the second gearbox corresponds to the output torque of the gas turbine engine.

19. System for hydraulic fracturing, comprising:

high-low pressure manifold;

mixing equipment configured to mix the base fracturing fluid; and

wherein:

the second end of the high-low pressure manifold is connected to the wellhead;

the connecting device contains at least one reducer;

while the outlet channel and the axes of rotation of the gearbox and the gas turbine engine are located in a straight line along the direction of transmission of mechanical drive power.