Насосные установки

В насосных установках обычно используются трехцилиндровые поршневые насосы, которые принимают жидкость от блендера и нагнетают ее в скважину под большими устьевыми давлениями, достаточными для осуществления гидроразрыва. Перед проведением закачки трехцилиндровая установка должна быть заполнена, и важно, чтобы уровень жидкости в ней поддерживался на протяжении всей операции.

В зависимости от скорости и давления закачки, создаваемых насосными установками, они классифицируются по мощности (HHP). Действительное количество лошадиных сил, которое данный насосный агрегат может иметь зависит от его размера и технического состояния. Число насосных агрегатов, необходимых для проведения определенного ГРП оценивается с помощью количества лошадиных сил каждого из них. Современные насосные установки способны создавать давления до 20000 psi и поддерживать его на протяжении длительного времени. Примеры насосных установок даны на рис.42

Courtesy Halliburton Energy Services

Courtesy BJ Services

Courtesy Schlumberger

Рис.42. Насосные установки

Так как насосные установки подвержены механическим неисправностям во время проведения ГРП (особенно при высоких давлениях или объемах закачки) необходимо иметь запасное оборудование, готовое заменить неисправное. При отказе насосы останавливаются, а для возмещения потерянной мощности с помощью дублирующего оборудования скорость закачки увеличивается. Для операций по ГРП резервная мощность от 50% до 100% является обычной.

Так как большинство насосных агрегатов может создавать давление, превосходящее максимально допустимое, важно, чтобы предохранительные системы были исправны. Для этого могут быть использованы автоматические предохранительные клапаны, которые должны быть предварительно проверены. Современные насосные установки имеют электронные выключатели на случай превышения максимального давления (например, во время преждевременного экранирования трещины).

Расчет гидравлической мощности

Расчет необходимой мощности (HHP) может быть произведен с помощью следующего уравнения:

HHP = Q x P_w (Уравнение 22)

40,8

Где:

HHP = гидравлическая мощность, л.с.

Q = скорость закачкки, барр/мин

P_w = устьевое давление, psi

Пример расчета необходимой для проведения ГРП гидравлической мощности

Для ГРП, со скоростью закачки 15 барр/мин и предполагаемым устьевым давлением 9000 psi рассчитать необходимые гидравлическую мощность, количество насосных установок и резервную мощность (при 50%-м запасе).

Решение:

Дано: Q = 15 барр/мин и P_w = 9000 psi, из уравнения 22,

HHP = 15 x 9000

40,8

HHP = 3309 HHP

Так как необходимая мощность составляет 3309 HHP, потребуется минимум 4 установки мощностью 1000 HHP каждая. С 50%-м запасом необходимая мощность составляет 4964 HHP, потребуется 5 установок мощностью 1000 HHP.

Установки для закачки углекислого газа и азота

Углекислый газ и азот используются для облегчения и ускорения процесса очистки скважины от жидкости разрыва после завершения ГРП. При закачке углекислого газа используются трехцилиндровые насосы, подобные используемым для закачки жидкости при обыкновенном ГРП. Углекислый газ доставляется на место проведения полевых работ в специальных емкостях и подается к насосным установкам в жидком состоянии. Углекислый газ закачивается как жидкость, которая переходит в газообразное состояние при достижении температуры 88^o F (критическая температура CO₂). Жидкий CO₂, перейдя в газообразное состояние, достигает желаемых свойств (растворимость газа в жидкости, что облегчает извлечение закачанной жидкости.).

А зот также доставляется на место проведения полевых работ в жидкости состоянии. Так как критическая температура азота –232,8^oF, для превращения его в газ используются теплообменники. Насосное оборудование нагнетает газообразный азот в рабочую жидкость. Насосная установка для закачки азота изображена на рис.43.

Courtesy Halliburton Energy Services

Р

Courtesy Halliburton Energy Services

ис.43. Насосная установка для закачки азота

Когда для очистки скважины или ГРП с применением пены используются азот или углекислый газ, для проведения процесса их закачки должны быть сделаны необходимые шаги. Сжиженный газ хранится в емкостях, из которых затем закачивается в скважину. Для обеспечения непрерывности процесса закачки емкости должны постоянно пополняться.