Система энергоснабжения разведочной буровой системы и способ подачи энергии к этой системе

Изобретение относится к энергоснабжению буровой установки. Технический результат заключается в повышении коэффициента использования системы подачи энергии. В частности, предложена система энергоснабжения разведочной буровой системы, содержащая множество приводных систем для бурения, приводную систему для разрыва пласта, централизованную систему подачи энергии, электрически присоединенную к указанным приводным системам для бурения и приводной системе для разрыва пласта с обеспечением подачи энергии к ним, и множество распределенных систем подачи энергии. Причем каждая приводная система для бурения из указанного множества приводных систем для бурения электрически присоединена только к одной распределенной системе подачи энергии из указанного множества распределенных систем подачи энергии для подачи к соответствующей одной приводной системе для бурения дополнительной энергии от соответствующей одной распределенной системы подачи энергии во время пиковой нагрузки указанной соответствующей одной приводной системы для бурения из указанного множества приводных систем для бурения. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Варианты выполнения данного изобретения относятся к системе энергоснабжения разведочной буровой системы и способу подачи энергии к ней, более конкретно, к системе энергоснабжения разведочной буровой системы для бурения скважин и разрыва пласта и к способу подачи энергии к такой системе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

[0002] Для бурения скважин и разрыва пласта во время добычи нефти или метана угольных пластов требуются большие количества электрической энергии, однако бурение скважин и разрыв пласта требуют подачи электрической энергии с различными интенсивностями в различные периоды времени. В целом, для бурения скважины необходима непрерывная подача электрической энергии с низкой мощностью (около 4 МВт) в течение 3-6 месяцев, при этом во время бурения скважин нагрузка часто достигает пика. Для разрыва пласта в одиночной скважине обычно необходимо подавать электрическую энергию с высокой мощностью (около 30 МВт) на стабильном уровне в течение 1-2 недель.

[0003] В обычных разведочных буровых системах используются независимые устройства подачи энергии для отдельной подачи энергии к приводной системе для бурения и приводной системе для разрыва пласта так, что для подачи энергии во время бурения и разрыва пласта используются различные устройства подачи энергии для удовлетворения различных требований по мощности при бурении и разрыве. Следовательно, только некоторые устройства подачи энергии работают во время бурения скважин и разрыва пласта, в то время как другие устройства простаивают. Это требует приобретения большого числа устройств подачи энергии, при этом коэффициент использования таких устройств невысок и затраты на добычу велики.

[0004] Таким образом, существует необходимость в создании разведочной буровой системы и способа подачи энергии к ней, которые решат по меньшей мере одну из вышеуказанных технических проблем.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Согласно одному аспекту изобретения предложена система энергоснабжения разведочной буровой системы, содержащая множество приводных систем для бурения, приводную систему для разрыва пласта, централизованную систему подачи энергии, электрически присоединенную к указанным приводным системам для бурения и приводной системе для разрыва пласта с обеспечением подачи энергии к ним, и множество распределенных систем подачи энергии, причем каждая приводная система для бурения из указанного множества приводных систем для бурения электрически присоединена только к одной распределенной системе подачи энергии из указанного множества распределенных систем подачи энергии для подачи к соответствующей одной приводной системе для бурения дополнительной энергии от соответствующей одной распределенной системы подачи энергии во время пиковой нагрузки указанной соответствующей одной приводной системы для бурения из указанного множества приводных систем для бурения.

[0006] Согласно другому аспекту изобретения предложен способ энергоснабжения буровой системы, включающий подачу энергии от централизованной системы подачи энергии к множеству приводных систем для бурения, и к приводной системе для разрыва пласта для обеспечения разрыва пласта в скважине, электрическое присоединение к каждой приводной системе для бурения из указанного множества приводных систем для бурения только одной распределенной системы подачи энергии из множества распределенных систем подачи энергии, подачу дополнительной энергии к соответствующей одной приводной системе для бурения из указанного множества приводных систем для бурения от соответствующей одной распределенной системы подачи энергии из указанного множества распределенных систем подачи энергииво время пиковой нагрузки указанной соответствующей одной приводной системы для бурения из множества приводных систем для бурения.

ЧЕРТЕЖИ

[0007] Данное изобретение может быть лучше понято при рассмотрении описания вариантов его выполнения совместно с прилагаемыми чертежами, на которых:

[0008] фиг. 1 изображает схему одного варианта выполнения разведочной буровой системы согласно данному изобретению,

[0009] фиг. 2 изображает схему другого варианта выполнения разведочной буровой системы согласно данному изобретению,

[0010] фиг. 3 изображает схему еще одного варианта выполнения буровой системы согласно данному изобретению, и

[0011] фиг. 4 изображает блок-схему одного варианта выполнения способа подачи энергии к буровой системе согласно данному изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0012] Если не определено иначе, значение технических терминов или научных терминов, используемых в данном документе, следует трактовать как обычное значение, понятное специалисту в данной области техники. Слова «содержит», «содержащий» или другие подобные им, используемые в описании или формуле изобретения данной заявки, означают, что один или более элементов или объектов, указанных перед словами «содержит» или «содержащий», охватывают элементы или объекты, перечисленные после слова «содержит» или «содержащий», и эквивалентные им элементы, однако при этом не исключены другие элементы или объекты. Значения слов «присоединены» или «взаимно соединены» и другие подобные термины не ограничены непосредственными соединениями, а охватывают также опосредованные соединения.

[0013] На фиг. 1 изображена схема разведочной буровой системы 100 согласно одному варианту выполнения. Система 100 используется для бурения во время добычи нефти или метана угольных пластов и для разрыва пласта в пробуренной скважине. Система 100 содержит множество приводных систем 11 для бурения, приводную систему 13 для разрыва пласта, централизованную систему 15 подачи энергии и множество распределенных систем 17 подачи энергии. Приводные системы 11 (например буровые станки) используются для бурения скважин. В общем случае, указанные многочисленные приводные системы 11 для бурения могут бурить несколько скважин одновременно. Приводная система 13 предназначена для разрыва пласта в пробуренной скважине. Централизованная система 15 электрически присоединена к системам 11 и системе 13. Система 15 подает стабильную электрическую энергию с высокой мощностью (около 20-30 МВт). Система 15 может подавать энергию к системам 11 и системе 13 через передающую шину или сеть 19 и т.д. Указанная сеть может соединять другие устройства, требующие энергии, или управлять устройствами, распределяющими энергию. Система 13 требует 15-20 МВт мощности для выполнения разрыва пласта в скважине. Централизованная система 15 обеспечивает стабильную подачу электрической энергии с высокой мощностью к системе 13.

[0014] Множество распределенных систем 17 электрически присоединено к множеству приводных систем 11 для бурения с обеспечением подачи к ним дополнительной мощности, когда соответствующая одна приводная система 11 из указанного множества приводных систем находится на пике нагрузки. В этом варианте выполнения каждая система 17 присоединена к одной системе 11. Централизованная система 15 обеспечивает основную энергию для многочисленных приводных систем 11 для осуществления бурения скважины. Система 15 подает около 3-4 МВт мощности к каждой приводной системе 11 для бурения. Когда одна или более приводных систем 11 для бурения находятся на пике нагрузки вследствие, например, геологических факторов, одна или более соответствующих распределенных систем 17 обеспечивают дополнительную мощность для приводных систем 11 для бурения. Другими словами, в это время для обеспечения удовлетворения требований, обусловленных неожиданным возрастанием нагрузки, система 15 совместно с системами 11 подает энергию к системам 11. Электрическая энергия, получаемая от отдельной распределенной системы 17 подачи энергии, меньше электрической энергии, получаемой от централизованной системы 15 подачи энергии. Система 17 подает около 1 МВт электрической мощности. Процессы бурения и разрыва пласта могут по отдельности снабжаться энергией от системы 15, что упрощает буровую систему 100, уменьшает количество устройств подачи энергии и повышает коэффициент использования системы подачи энергии.

[0015] В одном варианте выполнения централизованная система 15 содержит дизельные двигатели, например 10 дизельных двигателей. Дизельные двигатели подают стабильную энергию как к приводной системе 13 для разрыва пласта, так и к приводным системам 11 для бурения. Распределенная система 17 подачи энергии содержит газотурбинный генератор. Газотурбинный генератор может быть расположен в устье скважины и обеспечивать дополнительную энергию для выдерживания увеличенной нагрузки, когда одна или более приводных систем 15 для бурения находятся на пике нагрузки. В данном варианте выполнения каждая система 17 содержит газотурбинный генератор. В настоящее время на старых и разработанных месторождениях нефти и метана угольных пластов используется большое число дизельных двигателей. В данном варианте выполнения указанные дизельные двигатели могут быть объединены с образованием централизованной системы 15 подачи энергии, что повышает коэффициент использования дизельных двигателей, оптимизирует систему подачи энергии разведочной буровой системы 100 и обеспечивает хорошее использование существующих ресурсов без увеличения расходов.

[0016] В другом варианте выполнения централизованная система 15 подачи энергии содержит турбину на базе авиационного двигателя. Одна такая турбина может подавать 20-30 МВт мощности. Для подачи энергии к приводной системе 13 для разрыва пласта и приводным системам 11 для бурения в системе 15 может использоваться одна турбина на базе авиационного двигателя. Таким образом, система 15 занимает небольшую площадь и удобна для обслуживания. Так как в качестве топлива для турбины на базе авиационного двигателя используется природный газ, затраты на топливо и обслуживание низкие. В еще одном варианте выполнения система 15 содержит оборудование для генерации ветровой энергии. Если область добычи нефти или метана в угольном пласте расположена вблизи ветровой фермы, легче использовать энергию, создаваемую оборудованием для генерации ветровой энергии.

[0017] На фиг. 2 изображена схема буровой системы 200 согласно другому варианту выполнения. Система 200 содержит подсистемы 21 подачи энергии. Подсистемы 21 электрически присоединены к приводным системам 11 для бурения и приводной системе 13 для разрыва пласта с обеспечением подачи к ним энергии. Каждая подсистема 21 соответствует одной системе 11. Когда некоторые из систем 11 осуществляют бурение, а другие системы 11 не участвуют в бурении, подсистемы 21, соответствующие системам 11, при работе подают энергию к соответствующим системам 11, когда распределенные системы подачи энергии находятся на пике нагрузки. Другие подсистемы 21, соответствующие системам 11, не занятым в работе, используются в централизованной системе подачи энергии для подачи энергии к работающим системам 11. Когда система 13 находится в работе, подсистемы 21 используются совместно в централизованной системе подачи энергии для подачи энергии к системе 13. Например, если одновременная добыча выполняется только на некоторых нефтяных скважинах небольшого нефтяного месторождения, данная разведочная буровая система 200 может достаточным образом использовать систему подачи энергии. Подсистемы 21 могут содержать один или более газотурбинных генераторов или другое оборудование для выработки энергии. Подсистемы 21 электрически непосредственно присоединены к соответствующим системам 11 и электрически присоединены к передающей шине или сети 19. Система 13 электрически присоединена к подсистемам 21 через указанную шину или сеть 19.

[0018] На фиг. 3 изображена схема разведочной буровой системы 300 согласно еще одному варианту выполнения. Система 300 аналогична системе 100, показанной на фиг. 1. В отличие от системы 100, показанной на фиг. 1, система 300 содержит одно или более устройств 23 накопления энергии, присоединенных к централизованной системе 15 подачи энергии, чтобы накапливать энергию от системы 15 и обеспечивать дополнительную энергию для систем 11, когда они находятся на пике нагрузки. Устройства 23 действуют в качестве распределенных систем подачи энергии, обеспечивающих подачу энергии к системам 11. Устройства 23 электрически присоединены к передающей шине или сети 19. Во время разрыва пласта система 15 передает энергию системе 13 и заряжает устройства 23. К соответствующим системам 11 по отдельности присоединен набор устройств 23, при этом системы 11 электрически присоединены к передающей шине или сети 19. Централизованная система 15 подает основную энергию к системам 11 через шину или сеть 19 во время бурения скважин. Когда одна или более систем 11 неожиданно оказываются на пике нагрузки, устройства 23 разряжаются с обеспечением подачи дополнительной энергии к системам 11. Устройства 23 могут представлять собой конденсаторы большой емкости и т.д.

[0019] На фиг. 4 изображена блок-схема одного варианта выполнения способа подачи энергии к разведочной буровой системе 400. На этапе 401 энергию подают от централизованной системы подачи энергии к множеству приводных систем для бурения для осуществления бурения скважин. Централизованная система подачи энергии непрерывно подает электрическую энергию при стабильной высокой мощности ко множеству приводных систем для бурения, которые могут бурить скважины одновременно. Централизованная система подачи энергии содержит дизельные двигатели, турбину на основе авиационного двигателя или другое оборудование для выработки энергии. На этапе 403 подают дополнительную энергию от многочисленных распределенных систем подачи энергии к приводным системам для бурения, когда они находятся на пике нагрузки. Каждая распределенная система подачи энергии соответствует одной приводной системе для бурения и подает энергию к такой системе. Когда приводная система для бурения внезапно оказывается на пике нагрузки вследствие, например, геологических факторов, распределенные системы подачи энергии подают электрическую энергию низкой мощности к приводным системам для бурения для обеспечения выдерживания неожиданного роста нагрузки. В это время централизованная система и распределенные системы подачи энергии подают энергию одновременно. В одном варианте выполнения распределенная система подачи энергии содержит один или более газотурбинных генераторов.

[0020] В другом варианте выполнения распределенная система подачи энергии содержит одно или более устройств накопления энергии, таких как конденсаторы большой емкости. Устройства накопления энергии присоединены к централизованной системе подачи энергии. Способ 400 подачи энергии дополнительно включает использование устройств накопления энергии для накапливания энергии от централизованной системы и обеспечение дополнительной энергии для приводных систем для бурения, когда они находятся на пике нагрузки, с помощью указанных устройств накопления энергии.

[0021] В еще одном варианте выполнения устройство подачи энергии, такое как газотурбинный генератор, электрически присоединено к соответствующей ему приводной системе для бурения. Когда некоторые приводные системы для бурения не заняты в работе, соответствующее им устройство подачи энергии может работать в качестве централизованной системы подачи энергии для подачи стабильной энергии к другим приводным системам для бурения, которые находятся в работе. Устройства подачи энергии, соответствующие приводным системам для бурения, находящимся в работе, используются в качестве распределенных систем подачи энергии для подачи энергии к приводным системам для бурения, находящимся на пике нагрузки. Устройства подачи энергии могут гибким образом использоваться в качестве централизованных систем подачи энергии или распределенных систем подачи энергии, причем этот вариант выполнения особенно подходит для разработки малых нефтяных и газовых месторождений.

[0022] На этапе 405 энергию подают от централизованной системы подачи энергии к приводной системе для разрыва пласта для обеспечения разрыва пласта в скважинах. Централизованная система подачи энергии подает стабильную электрическую энергию высокой мощности к приводной системе для разрыва пласта для обеспечения разрыва пласта.

[0023] Этап 403 подачи энергии от распределенной системы подачи энергии выполняют в процессе этапа 401 подачи энергии от централизованной системы к приводным системам для бурения. Централизованная система подачи энергии непрерывно подает энергию во время бурения скважины, в то время как распределенные системы подачи энергии подают энергию при пиковой нагрузке во время подачи энергии от централизованной системы. Разрыв пласта может быть произведен в уже пробуренных старых скважинах на основании реального состояния разработки месторождения, после чего могут быть пробурены новые скважины. Последовательность этапа 401 подачи энергии от централизованной системы к приводным системам для бурения и этапа 405 подачи энергии от централизованной системы к приводным системам для разрыва пласта не ограничена последовательностью, проиллюстрированной на чертежах, и может быть определена на основании реальных условий разработки месторождения.

[0024] Несмотря на то что данное изобретение описано со ссылкой на конкретные варианты реализации, специалисту в данной области техники должно быть понятно, что оно может быть подвергнуто различным модификациям и изменениям. Соответственно, предполагается, что формула изобретения охватывает все модификации и изменения, находящиеся в рамках идеи и объема данного изобретения.

1. Система энергоснабжения разведочной буровой системы, содержащая

множество приводных систем для бурения,

приводную систему для разрыва пласта,

централизованную систему подачи энергии, электрически присоединенную к указанным приводным системам для бурения и приводной системе для разрыва пласта с обеспечением подачи энергии к ним, и

множество распределенных систем подачи энергии, причем каждая приводная система для бурения из указанного множества приводных систем для бурения электрически присоединена только к одной распределенной системе подачи энергии из указанного множества распределенных систем подачи энергии для подачи к соответствующей одной приводной системе для бурения дополнительной энергии от соответствующей одной распределенной системы подачи энергии во время пиковой нагрузки указанной соответствующей одной приводной системы для бурения из указанного множества приводных систем для бурения.

2. Система по п. 1, в которой централизованная система подачи энергии содержит дизельные двигатели.

3. Система по п. 1, в которой централизованная система подачи энергии содержит газовую турбину на основе авиационного двигателя.

4. Система по п. 1, в которой указанное множество распределенных систем подачи энергии содержит один или более газовых двигателей.

5. Система по п. 1, в которой указанное множество распределенных систем подачи энергии содержит одну или более систем накопления энергии, присоединенных к централизованной системе подачи энергии, для накопления энергии от нее и последующей подачи дополнительной энергии к указанному множеству приводных систем для бурения во время пиковой нагрузки.

6. Способ энергоснабжения буровой системы, включающий

подачу энергии от централизованной системы подачи энергии к множеству приводных систем для бурения и к приводной системе для разрыва пласта для обеспечения разрыва пласта в скважине, электрическое присоединение к каждой приводной системе для бурения из указанного множества приводных систем для бурения только одной распределенной системы подачи энергии из множества распределенных систем подачи энергии,

подачу дополнительной энергии к соответствующей одной приводной системе для бурения из указанного множества приводных систем для бурения от соответствующей одной распределенной системы подачи энергии из указанного множества распределенных систем подачи энергии во время пиковой нагрузки указанной соответствующей одной приводной системы для бурения из множества приводных систем для бурения.

7. Способ по п. 6, в котором централизованная система подачи энергии содержит дизельные двигатели.

8. Способ по п. 6, в котором централизованная система подачи энергии содержит турбину на основе авиационного двигателя.

9. Способ по п. 6, в котором указанное множество распределенных систем подачи энергии содержит один или более газовых двигателей.

10. Способ по п. 6, в котором указанное множество распределенных систем подачи энергии содержит одну или более систем накопления энергии, присоединенных к централизованной системе подачи энергии, при этом дополнительно накапливают энергию от централизованной системы подачи энергии в указанных одной или более системах накопления энергии и подают дополнительную энергию от указанных одной или более систем накопления энергии к указанному множеству приводных систем для бурения во время пиковой нагрузки.