Система управления для работающего на со2 устройства гидравлического разрыва пласта и относящиеся к ней устройство и способ
Группа изобретений относится к работающим на СО2 устройствам гидравлического разрыва пласта (ГРП-устройствам), а более конкретно к системам управления и способам регулирования работающих на СО2 ГРП-устройств. Система управления включает фазовый детектор, регулирующий клапан и блок управления. Фазовый детектор размещен вблизи по меньшей мере одного из впускного трубопровода и выпускного трубопровода компонента гидравлического разрыва пласта (ГРП-компонента). Регулирующий клапан соединен по текучей среде с впускным трубопроводом. Блок управления соединен, с возможностью связи, с фазовым детектором, регулирующим клапаном и ГРП-компонентом. Фазовый детектор выполнен с возможностью определения фазы СО2 по меньшей мере в одном из потока СО2, поступающего в ГРП-компонент, и потока СО2, выходящего из ГРП-компонента, а также с возможностью генерировать входной сигнал на основе данных о фазе. Блок управления выполнен с возможностью регулировать, на основе входного сигнала, полученного от фазового детектора, один или оба из следующих параметров: поток СО2, поступающий в ГРП-компонент через регулирующий клапан, и условия работы ГРП-компонента. Также предложен способ регулирования работающего на СО2 ГРП-устройства и работающее на СО2 ГРП-устройство. Технический результат заключается в повышении безопасности и улучшении работы устройств и усовершенствовании контроля за работающим на СО2 ГРП-устройством. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 3 ил.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данное патентное описание относится к работающим на СО2 устройствам гидравлического разрыва пласта (ГРП-устройствам), а более конкретно к системам управления и способам регулирования работающих на СО2 ГРП-устройств.
Устройства гидравлического разрыва пласта, такие как работающие на СО2 ГРП-устройства, обычно предусматривают подачу в геологические формации потока сжатого СО2, чтобы приложить усилие и извлечь нефть или газ из таких геологических формаций. В ходе работы может быть желательно знать, какие фазы присутствуют в потоке СО2, протекающем в работающем на CO2 ГРП-устройстве, поскольку нежелательная фаза в потоке СО2 может влиять на общее поведение работающего на СО2 ГРП-устройства. Обычное работающее на СО2 ГРП-устройство включает перепускные клапаны, выполненные с возможностью выпускать струи потока СО2 в ходе одной или более одной рабочих стадий ГРП-устройства, работающего на СО2. В настоящее время фазу, существующую в потоке СО2, отслеживают вручную, наблюдая струи СО2, выпускаемые из перепускных клапанов. При обнаружении нежелательной фазы в потоке СО2 в ходе какой-то конкретной рабочей стадии работающего на СО2 ГРП-устройства один или большее количество клапанов, размещенных в работающих на СО2 ГРП-устройствах, закрывают или открывают вручную, чтобы регулировать течение потока СО2. Обычно такие условия труда являются по своей природе опасными, так как они наносят вред здоровью операторов, в обязанности которых входит ручное приведение клапанов в действие. Кроме того, такое обычное работающее на СО2 ГРП-устройство может приводить к потере потока СО2 за счет струй, выпускаемых из перепускных клапанов.
Соответственно, имеется потребность в усовершенствованной системе управления для работающего на СО2 ГРП-устройства и в связанном с ней способе отслеживания фазы потока СО2, таким образом осуществляя контроль за работающим на СО2 ГРП-устройством.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно одному из аспектов данного изобретения, предложена система управления для работающего на СО2 ГРП-устройства. Работающее на СО2 ГРП-устройство включает ГРП-компонент. Система управления включает фазовый детектор, регулирующий клапан и блок управления. Фазовый детектор расположен вблизи по меньшей мере одного из впускного трубопровода и выпускного трубопровода ГРП-компонента. Регулирующий клапан соединен по текучей среде с впускным трубопроводом ГРП-компонента. Блок управления соединен с возможностью связи с фазовым детектором, регулирующим клапаном и ГРП-компонентом. Фазовый детектор выполнен с возможностью определения фазы СО2 по меньшей мере в одном из потока СО2, поступающего в ГРП-компонент, и потока СО2, выходящего из ГРП-компонента, а также с возможностью генерировать входной сигнал на основе определенной фазы. Блок управления выполнен с возможностью регулировать, на основе входного сигнала, полученного от фазового детектора, один или оба из следующих параметров: i) поток СО2, поступающий в ГРП-компонент через регулирующий клапан, или и) рабочие условия ГРП-компонента.
В соответствии с другим аспектом данного изобретения, предложено работающее на СО2 ГРП-устройство. Работающее на СО2 ГРП-устройство включает емкость для хранения, подпиточный насос, ГРП-насос и систему управления. Емкость для хранения соединена по текучей среде с источником СО2, посредством первого трубопровода. Подпиточный насос соединен по текучей среде с емкостью для хранения посредством второго трубопровода. ГРП-насос соединен по текучей среде с подпиточным насосом посредством третьего трубопровода, и с устьем скважины - посредством четвертого трубопровода. Система управления выполнена с возможностью регулирования работающего на СО2 ГРП-устройства. Система управления включает фазовый детектор, регулирующий клапан и блок управления. Фазовый детектор расположен вблизи по меньшей мере одного из впускного трубопровода и выпускного трубопровода ГРП-компонента. Регулирующий клапан соединен по текучей среде с впускным трубопроводом ГРП-компонента. Блок управления соединен с возможностью связи с фазовым детектором, регулирующим клапаном и ГРП-компонентом. Фазовый детектор выполнен с возможностью определения фазы СО2 по меньшей мере в одном из потока СО2, поступающего в ГРП-компонент, и потока СО2, выходящего из ГРП-компонента, а также с возможностью генерировать входной сигнал на основе определенной фазы. Блок управления выполнен с возможностью регулировать, на основе входного сигнала, полученного от фазового детектора, один или оба из следующих параметров: i) поток СО2, поступающий в ГРП-компонент через регулирующий клапан, и ii) рабочие условия ГРП-компонента.
В соответствии с еще одним аспектом данного изобретения, предложен способ регулирования работающего на СО2 ГРП-устройства, включающего ГРП-компонент. Способ включает определение фазы СО2 по меньшей мере в одном из потока СО2, поступающего в ГРП-компонент работающего на СО2 ГРП-устройства, и потока СО2, выходящего из ГРП-компонента. Способ дополнительно включает генерирование входного сигнала, характеризующего фазу СО2, при этом стадии определения и генерирования проводят с помощью фазового детектора, расположенного вблизи по меньшей мере одного из впускного трубопровода и выпускного трубопровода ГРП-компонента. Кроме того, способ включает регулирование, на основе входного сигнала, полученного от фазового детектора, одного или обоих из следующих параметров: i) потока СО2, поступающего в ГРП-компонент через регулирующий клапан, соединенный по текучей среде с ГРП-компонентом, и ii) условий работы ГРП-компонента; при этом стадию регулирования проводят с помощью блока управления, соединенного с возможностью связи с фазовым детектором, регулирующим клапаном и ГРП-компонентом.
ЧЕРТЕЖИ
Эти и другие признаки и аспекты примеров воплощения данной технологии станут более ясными при чтении последующего подробного описания со ссылкой на сопровождающие чертежи, в которых одинаковые численные позиции обозначают одинаковые детали по всем чертежам, в которых:
Фиг. 1 представляет блок-схему работающего на СО2 ГРП-устройства, включающего систему управления и ГРП-компонент, в соответствии с одним из примеров воплощения.
Фиг. 2 представляет блок-схему работающего на СО2 ГРП-устройства, включающего емкость для хранения, подпиточный насос, ГРП-насос и систему управления, в соответствии с одним из примеров воплощения; и
Фиг. 3 представляет технологическую схему способа регулирования работающего на СО2 ГРП-устройства, включающего ГРП-компонент, в соответствии с одним из примеров воплощения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В последующем описании и формуле изобретения упоминание объекта в форме единственного числа включают в себя определяемые объекты во множественном числе, если только в контексте явно не указано иное. При использовании в тексте данного описания подразумевается, что термин «или» не является исключающим и относится к по меньшей мере одному из указанных определяемых компонентов, а также включает случаи, когда может присутствовать комбинация определяемых компонентов, если только в контексте явно не указано иное.
Для модификации любого количественного представления, которое может допустимо изменяться, не приводя к изменению основной функции, к которой оно относится, можно применять приближенные выражения, применяемые в данном описании и формуле изобретения. Соответственно, величина, модифицированная каким-либо термином или терминами, например, термином «приблизительно», не ограничена точным указанным значением. В некоторых случаях приближенные выражения могут соответствовать точности прибора, применяемого для измерения данной величины.
Если не указано иное, применяемые здесь технические и научные термины имеют то же значение, в котором обычно понимают специалисты в области техники, к которой относится данное патентное описание. Предполагается, что термины «содержащий», «включающий» и «имеющий» имеют инклюзивный характер и означают, что кроме перечисленных элементов могут присутствовать дополнительные элементы. При использовании в тексте данного описания термины «первый», «второй» и т.п. не обозначают какого-либо порядка, количества или важности, но используются просто для того, чтобы отличить один элемент от другого. Далее в описании и в последующей формуле изобретения неопределенные и определенные формы единственного числа включают в себя множественные определяемые объекты, если только в контексте явно не указано иное.
В одном из примеров воплощения представлена система управления для работающего на СО2 ГРП-устройства. В некоторых примерах воплощения работающее на СО2 ГРП-устройство представляет собой верхнее (размещенное в устье скважины) ГРП-устройство, выполненное с возможностью подачи потока сжатого СО2 в геологические формации для извлечения нефти или газа из таких формаций. В некоторых примерах воплощения формации могут включать углеводородный пласт, содержащий по меньшей мере одно из веществ - нефть или газ. Верхнее ГРП-устройство включает по меньшей мере один из следующих компонентов: ГРП-компонент, впускной трубопровод этого ГРП-компонента, выпускной трубопровод этого ГРП-компонента, при этом впускной и выпускной трубопроводы применяют для одной или обоих операций - для сжатия СО2 или для транспортировки сжатого СО2 в геологические формации через устье скважины.
В некоторых примерах воплощения система управления включает фазовый детектор, расположенный вблизи по меньшей мере одного из впускного трубопровода и выпускного трубопровода ГРП-компонента. Система управления дополнительно включает регулирующий клапан, соединенный по текучей среде с впускным трубопроводом ГРП-компонента. Кроме того, система управления включает блок управления, соединенный с возможностью связи с фазовым детектором, регулирующим клапаном и ГРП-компонентом. Фазовый детектор выполнен с возможностью определения фазы СО2 по меньшей мере в одном из потока СО2, поступающего в ГРП-компонент, и потока СО2, выпускаемого из ГРП-компонента, а также генерирования входного сигнала на основе определенной фазы. Термин «фаза», при его использовании в данном контексте, означает одну или большее количество из жидкой фазы СО2, газообразной фазы СО2 и твердой фазы СО2.Блок управления выполнен с возможностью регулировать, на основе входного сигнала, полученного от фазового детектора, один или оба из следующих параметров: i) поток СО2, поступающий в ГРП-компонент через регулирующий клапан, и ii) рабочие условия ГРП-компонента.
Фиг. 1 иллюстрирует блок-схему работающего на СО2 ГРП-устройства 100 по одному из примеров воплощения данного патентного описания.
Работающее на СО2 ГРП-устройство 100 включает ГРП-компонент 102 и систему 104 управления. Работающее на СО2 ГРП-устройство 100 дополнительно включает впускной трубопровод 106, выполненный с возможностью подавать поступающий поток 10 СО2 в ГРП-компонент 102, и выпускной трубопровод 108, выполненный с возможностью выпускать поток 12 СО2 из ГРП-компонента 102. В одном из примеров воплощения поток 10 СО2 включает по меньшей мере одну из газообразной фазы СО2 и жидкой фазы СО2. В некоторых примерах воплощения ГРП-компонент 102 соединен с возможностью связи с блоком 114 управления системы 104 управления и выполнен с возможностью принимать управляющий сигнал от блока управления. Блок 114 управления более подробно описан ниже. В одном из примеров воплощения ГРП-компонент 102 включает по меньшей мере одно устройство, выбранное из емкости для хранения, подпиточного насоса и ГРП-насоса. В некоторых примерах воплощения ГРП-компонент 102 может дополнительно включать газожидкостный сепаратор и смеситель. Конфигурация каждого из этих ГРП-компонентов более подробно обсуждается в примере воплощения, проиллюстрированном на Фиг. 2.
В одном из примеров воплощения ГРП-компонент 102 представляет собой емкость для хранения, которая выполнена с возможностью принимать поток 10 СО2 из источника СО2 (не показан на Фиг. 1). В некоторых примерах воплощения емкость для хранения выполнена с возможностью временного хранения полученного потока 10 СО2, отделения газообразной фазы СО2 от жидкой фазы СО2 и выпуска потока 12 СО2, включающего жидкую или газообразную фазы СО2, в расположенный ниже по ходу потока ГРП-компонент, например подпиточный насос, в зависимости от рабочей стадии работающего на СО2 ГРП-устройства 100. В некоторых примерах воплощения емкость для хранения можно соединить с газожидкостным сепаратором, который может быть выполнен с возможностью отделения газообразной фазы СО2 от жидкой фазы СО2. В таких примерах воплощения подпиточный насос может быть соединен с газожидкостным сепаратором и выполнен с возможностью принимать либо газообразную фазу СО2, либо жидкую фазу СО2, в зависимости от рабочей стадии и условий работы работающего на СО2 ГРП-устройства 100. В некоторых примерах воплощения температура потока 10 СО2 находится в диапазоне примерно от -12°С до -24°С, например, 0°С, а давление потока 10 СО2 находится в диапазоне примерно от 1,38 МПа (200 фунтов/кв. дюйм) до 2,76 МПа (400 фунтов/кв. дюйм), например, примерно 2,07 МПа (300 фунтов/кв. дюйм).
В одном из примеров воплощения ГРП-компонент 102 представляет собой подпиточный насос, который выполнен с возможностью принимать поток 10 СО2, содержащий жидкую фазу СО2, из предшествующего ГРП-компонента, например, из емкости для хранения. В таких примерах воплощения подпиточный насос выполнен с возможностью увеличивать давление получаемого потока 10 СО2 для поддержания давления около 2,07 МПа (300 фунтов/кв. дюйм) и выпускать поток 12 СО2 в расположенный ниже по ходу потока ГРП-компонент, например, в ГРП-насос. В некоторых других примерах воплощения подпиточный насос может быть выполнен с возможностью принимать поток 10 СО2, содержащий газообразную фазу СО2, в зависимости от рабочей стадии работающего на СО2 ГРП-устройства 100. В некоторых примерах воплощения подпиточный насос может быть соединен со смесителем, который может быть выполнен с возможностью: i) принимать жидкую фазу СО2 и расклинивающий агент, и ii) смешивать жидкую фазу СО2 с расклинивающим агентом для получения смеси жидкого СО2 и расклинивающего агента. В таких примерах воплощения расклинивающий агент можно получать из источника расклинивающего агента. В некоторых примерах воплощения расклинивающий агент можно добавлять вместе с другими химикатами или добавками для улучшения транспортирования расклинивающего агента, увеличения вязкости СО2, снижения трения в текучей среде, предотвращения образования отложений и решения вопросов, связанных с поведением устья скважины и нисходящей скважины. В таких примерах воплощения смеситель может поддерживать давление смеси жидкого СО2 и расклинивающего агента в диапазоне примерно от 1,38 МПа (200 фунтов/кв.дюйм) до 1,72 МПа (250 фунтов/кв.дюйм).
В одном из примеров воплощения ГРП-компонент 102 представляет собой ГРП-насос, который выполнен с возможностью принимать поток 10 СО2, содержащий жидкую фазу СО2, из предшествующего ГРП-компонента, например, подпиточного насоса. В таких примерах воплощения ГРП-насос выполнен с возможностью повышать давление потока 10 СО2 в диапазоне от 55,16 МПа (8000 фунтов/кв.дюйм) примерно до 82,74 МПа (12000 фунтов/кв.дюйм), например, 68,95 МПа (10000 фунтов/кв.дюйм), и выпускать находящийся под давлением поток 12 СО2 в устье скважины (не показано на Фиг. 1). В некоторых других примерах воплощения ГРП-насос может быть выполнен с возможностью принимать поток 10 СО2, содержащий газообразную фазу СО2, в зависимости от рабочей стадии работающего на СО2 ГРП-устройства 100. В некоторых примерах воплощения ГРП-насос может дополнительно быть соединен со смесителем и выполнен с возможностью принимать смесь жидкого СО2 и расклинивающего агента и увеличивать давление смеси в диапазоне от 55,16 МПа (8000 фунтов/кв.дюйм) примерно до 82,74 МПа (12000 фунтов/кв.дюйм), например, 68,95 МПа (10000 фунтов/кв.дюйм), и выпускать находящуюся под давлением смесь в устье скважины (не показано на Фиг. 1).
Система 104 управления включает фазовый детектор 110, регулирующий клапан 112 и блок 114 управления, как показано на Фиг. 1. В одном из примеров воплощения фазовый детектор 110 размещен вблизи по меньшей мере одного из впускного трубопровода 106 и выпускного трубопровода 108 ГРП-компонента 102. В некоторых примерах воплощения фазовый детектор 110 включает первый фазовый детектор 110а, размещенный вблизи впускного трубопровода 106, и второй фазовый детектор 110b, размещенный вблизи выпускного трубопровода 108. Термин «вблизи», при его использовании в данном контексте, означает, что фазовый детектор размещен или в непосредственном контакте, или очень близко к части впускного трубопровода 106, расположенной около входа в ГРП-компонент 102, или к части выпускного трубопровода 108, расположенной около выхода из ГРП-компонента 102. В некоторых примерах воплощения термин «вблизи», при его использовании в данном контексте, означает, что фазовый детектор неинтрузивным образом размещен около впускного или выпускного трубопроводов 106, 108 ГРП-компонента 102.
В некоторых примерах воплощения фазовый детектор 110 может быть неинтрузивным фазовым детектором, размещенным вблизи одного или обоих из впускного и выпускного трубопроводов 106, 108. В некоторых других примерах воплощения фазовый детектор 110 может быть интрузивным фазовым детектором, размещенным на одном или на обоих из впускного и выпускного трубопроводов 106, 108. В некоторых примерах воплощения фазовый детектор 110 включает по меньшей мере одно устройство из ультразвукового приемопередатчика, микроволнового детектора, инфракрасного детектора, детектора Кориолиса и радиочастотного детектора.
В некоторых примерах воплощения фазовый детектор 110 представляет собой ультразвуковой приемопередатчик, включающий передатчик и приемник. Фазовый детектор 110 выполнен с возможностью определения фазы СО2 по меньшей мере в одном из потока 10 СО2, поступающего в ГРП-компонент 102, и потока 12 СО2, выходящего из ГРП-компонента 102, а также с возможностью генерирования входного сигнала 116, характеризующего определенную фазу СО2. В некоторых примерах воплощения первый фазовый детектор 110а генерирует первый входной сигнал 116а, характеризующий фазу СО2 в потоке 10 СО2, поступающем в ГРП-компонент 102. Подобным образом, второй фазовый детектор 110b генерирует второй входной сигнал 116b, характеризующий фазу СО2 в потоке 12 СО2, выходящем из ГРП-компонента 102. Первый и второй входные сигналы 116а, 116b впоследствии передают на блок 114 управления. В некоторых примерах воплощения сигнал, испускаемый и принимаемый ультразвуковым приемопередатчиком, может иметь интенсивность сигнала в диапазоне примерно от 4 мА до 20 мА.
Регулирующий клапан 112 соединен по текучей среде с впускным трубопроводом 106 ГРП-компонента 102. В некоторых примерах воплощения первый фазовый детектор 110а размещен между регулирующим клапаном 112 и ГРП-компонентом 102. Регулирующий клапан 112 выполнен с возможностью регулировать поток 10 СО2, поступающий в ГРП-компонент 102. Регулирующий клапан 112 дополнительно соединен, с возможностью связи, с блоком 114 управления и выполнен с возможностью принимать управляющий сигнал от блока 114 управления.
Блок 114 управления соединен с возможностью связи с фазовым детектором 110, регулирующим клапаном 112 и ГРП-компонентом 102. В некоторых примерах воплощения блок 114 управления выполнен с возможностью регулировать, на основе входного сигнала 116, полученного от фазового детектора 110, один или оба из следующих параметров: i) поток 10 СО2, поступающий в ГРП-компонент 102 через регулирующий клапан 112 и ii) работы ГРП-компонента 102. В некоторых примерах воплощения условия работы работающего на СО2 ГРП-устройства 100 включают состояние пуска или состояние останова ГРП-компонента 102.
В некоторых примерах воплощения блок 114 управления выполнен с возможностью принимать входной сигнал 116 от фазового детектора 110 и обрабатывать этот входной сигнал 116, чтобы генерировать управляющий сигнал 118 для регулирования одного или обоих из следующих параметров: i) потока 10 СО2, поступающего в ГРП-компонент 102 через регулирующий клапан 112, и ii) условий работы ГРП-компонента 102. В некоторых примерах воплощения блок 114 управления выполнен с возможностью получения первого и второго входных сигналов 116а, 116b, и обработки принятых сигналов 116а, 116b с получением первого управляющего сигнала 118а и второго управляющего сигнала 118b.
В некоторых примерах воплощения обработка входных сигналов 116а, 116b блоком 114 управления включает составление схемы распределения полученных входных сигналов 116а, 116b, причем совокупность значений сигнала хранят в иллюстративной таблице поиска (как показано в Таблице 1, приведенной ниже), для определения фазы потока СО2 по меньшей мере в одном из потока 10 СО2, поступающего в ГРП-компонент 102, и потока 12 СО2, выходящего из ГРП-компонента 102.
В некоторых других примерах воплощения блок 114 управления может использовать компьютерную модель для обработки первого и второго входных сигналов 116а, 116b с целью определения фазы потоков 10, 12 СО2. В таких примерах воплощения компьютерную модель можно хранить в памяти блока 114 управления, и ее может осуществлять процессор, размещенный в блоке 114 управления. В некоторых других примерах воплощения для обработки входных сигналов 116а, 116b с целью определения фазы потоков 10, 12 СО2 можно использовать экспериментальные данные, экспериментальные модели или и то и другое.
В некоторых примерах воплощения блок 114 управления включает по меньшей мере одно арифметическое логическое устройство, микропроцессор, контроллер общего назначения или совокупность процессоров для проведения необходимых расчетов или выполнения компьютерной программы. Кроме того, блок 114 управления может включать память, которая выполнена с возможностью доступа к ней процессора, хранения одной или большего количества таблиц поиска, например, Таблицы 1, и входных сигналов 116а, 116b, полученных от фазового детектора 110. В некоторых примерах воплощения память может представлять собой непереходный носитель информации, например динамическое оперативное запоминающее устройство (dynamic random-access memory, DRAM), статическое оперативное запоминающее устройство (static random-access memory, SRAM), флэш-память и т.п. В некоторых примерах воплощения непереходный машиночитаемый носитель (не показан) может быть закодирован компьютерной программой, позволяющей предписывать блоку 114 управления последовательность обработки полученных входных сигналов 116а, 116b и определения фазы потоков 10, 12 СО2. В некоторых примерах воплощения блок 114 управления представляет собой электронный блок управления (electronic control unit, ECU).
В некоторых примерах воплощения блок 114 управления выполнен с возможностью генерировать управляющий сигнал 118 на основе фазы СО2, определенной в потоках 10, 12 СО2, для регулирования по меньшей мере одного регулирующего клапана 112 и ГРП-компонента 102. В некоторых примерах воплощения блок 114 управления генерирует первый управляющий сигнал 118а, чтобы регулировать регулирующий клапан 112, и второй управляющий сигнал 118b, чтобы регулировать ГРП-компонент 102.
Как упомянуто ранее, в одном из примеров воплощения ГРП-устройство 100 представляет собой верхнее ГРП-устройство, выполненное с возможностью подавать сжатый СО2 в геологические формации (не показанные на Фиг. 1), для извлечения из таких геологических формаций нефти или газа. В некоторых примерах воплощения работающее на СО2 ГРП-устройство 100 действует в периодическом процессе, включающем одну или большее количество технологических стадий, например i) стадию предварительного охлаждения газа, ii) стадию заполнения жидкостью, iii) рабочую стадию, и iv) стадию отключения. Стадия предварительного охлаждения газа включает подачу газообразной фазы СО2 из потока 10 СО2 в ГРП-компонент 102 для обнаружения любых утечек в работающем на СО2 ГРП-устройстве 100. Стадия заполнения жидкостью включает подачу жидкой фазы СО2 из потока 10 в ГРП-компонент для удаления газообразной фазы СО2 из работающего на СО2 ГРП-устройства 100. Рабочая стадия включает продолжение подачи жидкой фазы СО2 в ГРП-компонент и изменение рабочих условий ГРП-компонента на состояние пуска, тем самым увеличивая давление потока СО2, который подают в ГРП-компонент. Стадия отключения включает изменение условий работы ГРП-компонента с состояния пуска на состояние останова и переключение фазы СО2, подаваемой в работающее на СО2 ГРП-устройство, с жидкой фазы на газообразную фазу для удаления жидкой фазы СО2 из работающего на СО2 ГРП-устройства 100.
В некоторых примерах воплощения в ходе стадии заполнения жидкостью фазовый детектор 110 может определять присутствие газообразной фазы СО2 по меньшей мере в одном из потока 10 СО2, поступающего в ГРП-компонент 102, и потока 12 СО2, выходящего из ГРП-компонента 102, а также генерировать входной сигнал 116, характеризующий газообразную фазу СО2. В некоторых таких примерах воплощения первый фазовый детектор 110а выполнен с возможностью генерировать первый входной сигнал 116а, а второй фазовый детектор 110b выполнен с возможностью генерировать второй входной сигнал 116b, и передавать первый и второй входные сигналы 116а, 116b на блок 114 управления. Блок 114 управления выполнен с возможностью обрабатывать первый и второй входные сигналы 116а, 116b и генерировать первый и второй управляющие сигналы 118а, 118b. В одном из примеров воплощения стадия обработки в блоке 114 управления для определения наличия газообразной фазы СО2 включает составление схемы распределения первого и второго входных сигналов 116а, 116b, при этом совокупность значений сигналов хранят в таблице поиска (как показано в Таблице 1), для определения наличия газовой фазы СО2.
В некоторых примерах воплощения при определении наличия газообразной фазы СО2 блок 114 управления выполнен с возможностью генерировать первый и второй управляющий сигналы 118а, 118b, чтобы управлять по меньшей мере одним устройством из регулирующего клапана 112 и ГРП-компонента 102. В одном примере воплощения блок 114 управления выполнен с возможностью осуществления, на основе входного сигнала 116, полученного от фазового детектора 110, одной или большего числа операций из (i) продолжения подачи жидкой фазы СО2 в ГРП-компонент 102 посредством поступающего потока 10 СО2, (ii) переключения на рабочую стадию работающего на СО2 ГРП-устройства и (iii) определения, следует ли соединить ГРП-компонент 102 с альтернативным источником жидкого СО2 (не показан на Фиг. 1).
В некоторых примерах воплощения блок 114 управления выполнен с возможностью осуществления одной или большего числа операций из (i) передачи первого управляющего сигнала 118а на регулирующий клапан 112 для продолжения подачи жидкой фазы СО2 в ГРП-компонент 102 посредством поступающего потока 10 СО2, (ii) передачи второго управляющего сигнала 118b на ГРП-компонент 102 для сохранения условий работы ГРП-компонента 102 в состоянии останова, и (iii) определения, следует ли соединить ГРП-компонент 102 с альтернативным источником жидкого СО2, и передачи первого управляющего сигнала 118а на регулирующий клапан 112 для соединения ГРП-компонента 102 с альтернативным источником жидкого СО2, если такое определение произведено.
В некоторых других примерах воплощения в ходе стадии заполнения жидкостью фазовый детектор 110 может дополнительно определять присутствие жидкой фазы СО2 по меньшей мере в одном из потока 10 СО2, поступающего в ГРП-компонент 102, и потока 12 СО2, выходящего из ГРП-компонента 102, и генерировать входной сигнал 116, характеризующий жидкую фазу СО2. В некоторых таких примерах воплощения при определении жидкой фазы СО2 блок 114 управления выполнен с возможностью передавать второй управляющий сигнал 118b на ГРП-компонент 102, тем самым переключая условия работы работающего на СО2 ГРП-компонента 102 из состояния останова в состояние запуска и приступая к рабочей стадии работающего на СО2 ГРП-устройства 100.
В некоторых примерах воплощения в ходе рабочей стадии фазовый детектор 110 может определять концентрацию газообразной фазы СО2 по меньшей мере в одном из потока 10 СО2, поступающего в ГРП-компонент 102, и потока 12 СО2, выходящего из ГРП-компонента 102, и генерировать входной сигнал 116, характеризующий газовую фазу СО2. В некоторых из таких примеров воплощения первый фазовый детектор 110а выполнен с возможностью генерировать первый входной сигнал 116а, а второй фазовый детектор 110b выполнен с возможностью генерировать второй входной сигнал 116b, и передавать первый и второй входные сигналы 116а, 116b на блок 114 управления.
В некоторых примерах воплощения блок 114 управления выполнен с возможностью обрабатывать первый и второй входные сигналы 116а, 116b и генерировать первый и второй управляющие сигналы 118а, 118b. В одном из примеров воплощения стадия обработки в блоке 114 управления для определения наличия газообразной фазы СО2 включает составление схемы распределения первого и второго входных сигналов 116а, 116b, и совокупность значений сигналов хранят в таблице поиска (как показано в Таблице 1).
В некоторых примерах воплощения при определении газовой фазы СО2 блок 114 управления выполнен с возможностью генерирования первого и второго управляющих сигналов 118а, 118b для управления по меньшей мере одним из регулирующего клапана 112 и ГРП-компонента 102. В одном из примеров воплощения блок 114 управления выполнен с возможностью осуществления, на основе входного сигнала 116, полученного от фазового детектора 110, одной или обеих из операций: i) переключение условий работы ГРП-компонента 102 из состояния запуска в состояние останова и ii) определение того, следует ли соединить ГРП-компонент 102 с альтернативным источником жидкого СО2.
В некоторых примерах воплощения блок 114 управления выполнен с возможностью осуществления одной или обеих из следующих операций: i) передачу второго управляющего сигнала 118b на ГРП-компонент 102, чтобы переключить условия работы ГРП-компонента 102 с состояния запуска на состояние останова, и ii) определение того, следует ли соединить ГРП-компонент 102 с альтернативным источником жидкого СО2, и, если такое определение проведено, передачу первого управляющего сигнала 118а на управляющий клапан 112 для соединения ГРП-компонента 102 с альтернативным источником жидкого СО2.
В некоторых примерах воплощения в ходе стадии отключения фазовый детектор 110 может определять концентрацию жидкой фазы СО2 по меньшей мере в одном из потока 10 СО2, поступающего в ГРП-компонент 102, и потока 12 СО2, выходящего из ГРП-компонента 102, и генерировать входной сигнал 116, характеризующий жидкую фазу СО2. В таких примерах воплощения первый фазовый детектор 110а выполнен с возможностью генерировать первый входной сигнал 116а, а второй фазовый детектор 110b выполнен с возможностью генерировать второй входной сигнал 116b, и передавать первый и второй входные сигналы 116а, 116b на блок 114 управления.
Блок 114 управления выполнен с возможностью обрабатывать первый и второй входные сигналы 116а, 116b и генерировать первый и второй управляющие сигналы 118а, 118b. В одном из примеров воплощения стадия обработки в блоке 114 управления включает соотнесение первого и второго входных сигналов 116а, 116b с совокупностью значений сигналов, хранящихся в таблице поиска (как показано в Таблице 1), для определения жидкой фазы СО2.
В некоторых примерах воплощения при обнаружении наличия жидкой фазы СО2, блок 114 управления выполнен с возможностью генерировать первый и второй входные сигналы 118а, 118b для управления по меньшей мере одним устройством из регулирующего клапана 112 и ГРП-компонента 102. В одном из примеров воплощения блок 114 управления выполнен с возможностью осуществления одной или обеих из следующих операций: i) продолжать подачу газообразной фазы СО2 в ГРП-компонент 102 посредством поступающего потока 10 СО2 и ii) определять, следует ли соединить ГРП-компонент 102 с альтернативным источником газообразного СО2, на основе входного сигнала 116, полученного от фазового детектора 110.
В некоторых примерах воплощения блок 114 управления выполнен с возможностью осуществления одной или обеих из следующих операций: i) передачи первого управляющего сигнала 118а на регулирующий клапан 112 для подачи газообразного СО2 в ГРП-компонент 102 посредством поступающего потока 10 СО2 и ii) определения, следует ли соединить ГРП-компонент 102 с альтернативным источником газообразного СО2 (не показанным на Фиг. 1), и передачи первого управляющего сигнала 118а на регулирующий клапан 112 для соединения ГРП-компонента 102 с альтернативным источником газообразного СО2. Блок 114 управления может дополнительно передавать второй управляющий сигнал 118b на ГРП-компонент 102, чтобы переключить условия работы ГРП-компонента 102 с состояния запуска в состояние останова.
В одном из примеров воплощения представлено работающее на СО2 ГРП-устройство. Работающее на СО2 ГРП-устройство включает емкость для хранения, подпиточный насос, ГРП-насос и систему управления. Емкость для хранения соединена по текучей среде с источником СО2, посредством первого трубопровода. Подпиточный насос соединен по текучей среде с емкостью для хранения посредством второго трубопровода. ГРП-насос соединен по текучей среде с подпиточным насосом посредством третьего трубопровода и с устьем скважины - посредством четвертого трубопровода. Система управления выполнена с возможностью регулировать работающее на СО2 ГРП-устройство. Система управления включает фазовый детектор, регулирующий клапан и блок управления. Фазовый детектор размещен вблизи по меньшей мере одного из впускного трубопровода и выпускного трубопровода ГРП-компонента. Регулирующий клапан соединен по текучей среде с впускным трубопроводом ГРП-компонента. Блок управления соединен с возможностью связи с фазовым детектором, регулирующим клапаном и ГРП-компонентом. Фазовый детектор может быть выполнен с возможностью определения фазы СО2 по меньшей мере в одном из потока СО2, поступающего в ГРП-компонент, и потока СО2, выходящего из ГРП-компонента, а также генерировать входной сигнал на основе определяемой фазы. Блок управления выполнен с возможностью регулировать, на основе входного сигнала, полученного от фазового детектора, один или оба из следующих параметров: i) поток СО2, поступающий в ГРП-компонент через регулирующий клапан, и ii) условия работы ГРП компонента.
Фиг. 2 представляет блок-схему работающего на СО2 ГРП-устройства 200 по одному из примеров воплощения данного изобретения. В одном из примеров воплощения работающее на СО2 ГРП-устройство 200 включает несколько источников 202 СО2, емкость 204 для хранения, подпиточный насос 206, несколько ГРП-насосов 208 и систему 210 управления. Работающее на СО2 ГРП-устройство 200 может дополнительно включать одну или большее количество технологических стадий, например, i) стадию предварительного охлаждения газа, ii) стадию заполнения жидкостью, iii) рабочую стадию и iv) стадию отключения.
В некоторых примерах воплощения с емкостью 204 для хранения соединены по текучей среде посредством первого трубопровода 212 множество источников 202 СО2, например, какой-либо источник СО2. По меньшей мере некоторые из источников 202 СО2 могут содержать СО2 18, который находится по меньшей мере в одной из фаз - жидкой и газообразной. В некоторых примерах воплощения эти несколько источников 202 СО2 могут представлять собой нефтеперерабатывающие предприятия и энергетические установки. В некоторых таких примерах воплощения СО218 может находиться в газообразной фазе, которую перед направлением в емкость 204 для хранения можно подвергнуть воздействию ряда операций, таких как удаление примесей и конденсация. В одном или большем количестве примеров воплощения, СО2 18 можно получать путем переработки каких-либо видов топлива, например, природного газа, биомассы, бензина, дизельного топлива, угля, горючего сланца, топливной нефти, битуминозных песков и их комбинаций. В проиллюстрированном примере воплощения ряд источников 202 СО2 включает три источника 202 СО2, однако количество и конфигурация источников могут изменяться в зависимости от критериев применения и конструкции. В некоторых примерах воплощения по меньшей мере некоторые из источников 202 СО2 могут представлять собой емкость, предназначенную для работы под давлением, выполненную с возможностью хранения СО2 18 под давлением. В некоторых примерах воплощения каждый источник 202 СО2 может включать предохранительный клапан, выполненный с возможностью регулировать или ограничивать давление СО2 18 в соответствующем источнике 202 СО2.
Емкость 204 для хранения может представлять собой емкость, предназначенную для работы под давлением, выполненную с возможностью принимать поток 20 СО2 из ряда источников 202 СО2, посредством первых трубопроводов 212. Емкость 204 для хранения может включать газожидкостный сепаратор (не показан на Фиг. 2), выполненный с возможностью отделения жидкой фазы СО2 от газообразной фазы СО2. В некоторых таких примерах воплощения жидкая фаза СО2 может собираться на дне емкости 204 для хранения, а газообразная фаза СО2 может собираться в верхней части емкости 204 для хранения. В некоторых примерах воплощения емкость 204 для хранения может быть соединена с газожидкостным сепаратором (не показан на Фиг. 2), который может быть выполнен с возможностью отделения газообразной фазы СО2 от жидкой фазы СО2. В таких примерах воплощения подпиточный насос 206 может быть соединен с газожидкостным сепаратором и может быть выполнен с возможностью принимать либо газообразную фазу СО2, либо жидкую фазу СО2, в зависимости от технологической стадии и условий работы работающего на СО2 ГРП-устройства 200.
В некоторых примерах воплощения, как показано на Фиг. 2, подпиточный насос соединен по текучей среде с емкостью 204 для хранения посредством второго трубопровода 214. Подпиточный насос 206 выполнен с возможностью принимать поток 30 СО2 из емкости 204 для хранения по второму трубопроводу 214. Поток 30 СО2, поступающий в подпиточный насос 206, может включать газообразную фазу СО2 или жидкую фазу СО2, в зависимости от рабочего состояния работающего на СО2 ГРП-устройства 200.
В некоторых примерах воплощения поток 30 СО2, включающий жидкую фазу СО2, подают в подпиточный насос 206 в ходе стадии заполнения жидкостью и рабочей стадии работающего на СО2 ГРП-устройства 200. В ходе рабочей стадии подпиточный насос находится в состоянии запуска и предназначен для повышения или поддержания давления потока 30 СО2 примерно до 2,07 МПа (300 фунтов/кв. дюйм), с последующей подачей первого потока 40 СО2 в расположенный ниже по ходу потока компонент, например, по меньшей мере в один ГРП-насос из множества ГРП-насосов 208. Подобным же образом, в ходе стадии заполнения жидкостью подпиточный насос 206 находится в состоянии останова и выполнен с возможностью обеспечения протекания жидкой фазы СО2 из первого потока 40 СО2 по меньшей мере к одному ГРП-насосу из множества ГРП-насосов 208 посредством множества третьих трубопроводов 216. В некоторых примерах воплощения работающее на СО2 ГРП-устройство 200 может включать множество подпиточных насосов 206, соединенных по текучей среде с соответствующей емкостью 204 для хранения. В таких примерах воплощения каждый подпиточный насос 206 выполнен с возможностью повышать или поддерживать давление потока 30 СО2 примерно до 2,07 МПа (300 фунтов/кв.дюйм), с последующей подачей первого потока 40 СО2 на расположенный ниже по ходу потока компонент, например, по меньшей мере на один ГРП-насос из множества ГРП-насосов 208.
В некоторых примерах воплощения поток 30 СО2, включающий газообразную фазу СО2, направляют к подпиточному насосу 206 в ходе стадии отключения и стадии предварительного охлаждения газа работающего на СО2 ГРП-устройства 200. В некоторых таких примерах воплощения подпиточный насос 206 находится в стадии останова и выполнен с обеспечением возможности протекания газообразной фазы СО2 потока 30 СО2 по меньшей мере в один ГРП-насос из множества ГРП-насосов 208 посредством множества третьих трубопроводов 216.
В некоторых примерах воплощения множество ГРП-насосов 208 соединены по текучей среде с подпиточным насосом 206 посредством множества третьих трубопроводов 216 и с устьем 218 скважины - посредством по меньшей мере одного четвертого трубопровода из множества четвертых трубопроводов 220. В некоторых примерах воплощения по меньшей мере один третий трубопровод из множества третьих трубопроводов 216 может включать расходомер, предназначенный для измерения количества первого потока 40 СО2, подаваемого в расположенный ниже по ходу потока компонент. Кроме того, по меньшей мере один третий трубопровод 216 может включать промежуточный коллектор, расположенный ниже по ходу потока относительно расходомера и выполненный с возможностью временно собирать первый поток 40 СО2 перед подачей первого потока 40 СО2 в множество ГРП-насосов 208. В некоторых примерах воплощения промежуточный коллектор может быть выполнен с возможностью приема первого потока 40 СО2 из множества подпиточных насосов (не показаны на Фиг. 2), и дополнительно - с возможностью стабилизации давления первого потока 40 СО2 перед подачей этого первого потока 40 СО2 в множество ГРП-насосов 208. В некоторых примерах воплощения подпиточный насос 206 может быть соединен со смесителем (не показан на Фиг. 2), который может быть выполнен с возможностью: i) принимать жидкую фазу СО2 и расклинивающего наполнителя (не показан на Фиг. 2) и ii) смешивать жидкую фазу СО2 с расклинивающим наполнителем с получением смеси жидкого СО2 и расклинивающего наполнителя. В таких примерах воплощения расклинивающий наполнитель может быть получен из источника расклинивающего наполнителя (не показанного на Фиг. 2). В некоторых примерах воплощения расклинивающий наполнитель можно добавлять вместе с другими химикатами или добавками, чтобы улучшить перенос расклинивающего наполнителя, увеличить вязкость СО2, снизить трение в текучей среде, предотвратить образование отложений и оказать воздействие на поведение устья скважины и нисходящей скважины. В таких примерах воплощения смеситель может поддерживать давление смеси жидкого СО2 и расклинивающего наполнителя в диапазоне примерно от 1,38 МПа до 1,72 МПа (от 200 фунтов/кв.дюйм до 250 фунтов/кв.дюйм).
В некоторых примерах воплощения множество ГРП-насосов 208 выполнены с возможностью принимать первый поток 40 СО2 из подпиточного насоса 206 посредством множества третьих трубопроводов 216. Первый поток 40 СО2, подаваемый в множество ГРП-насосов 208, может включать газообразную фазу СО2 или жидкую фазу СО2, в зависимости от режима работы работающего на СО2 ГРП-устройства 200.
В некоторых примерах воплощения первый поток 40 СО2, включающий жидкую фазу СО2, подают по меньшей мере в некоторые из множества ГРП-насосов 208 в ходе стадии заполнения жидкостью и в ходе рабочей стадии работающего на СО2 ГРП-устройства 200. В ходе рабочей стадии по меньшей мере некоторые ГРП-насосы из множества ГРП-насосов 208 находятся в состоянии запуска и выполнены с возможностью увеличивать давление первого потока 40 СО2 примерно до 68,95 МПа (10000 фунтов/кв.дюйм), с последующей подачей второго потока 50 СО2 в расположенный ниже по ходу потока компонент, например, в устье 218 скважины. В некоторых примерах воплощения множество ГРП-насосов 208 могут быть дополнительно соединены со смесителем и выполнены с возможностью получения смеси жидкого СО2 и расклинивающего наполнителя и увеличения давления этой смеси в диапазоне от 55,16 МПа (8000 фунтов/кв.дюйм) примерно до 82,74 МПа (12000 фунтов/кв.дюйм), например, 68,95 МПа (10000 фунтов/кв.дюйм), и последующей подачи находящейся под давлением смеси в расположенный ниже по ходу потока компонент, например, в устье 218 скважины. В ходе стадии заполнения жидкостью по меньшей мере некоторые из множества ГРП-насосов 208 находятся в состоянии останова и выполнены с обеспечением возможности протекания жидкой фазы СО2 второго потока 50 СО2 к устью 218 скважины посредством по меньшей мере одного из множества четвертых трубопроводов 220.
В некоторых примерах воплощения первый поток 40 СО2, включающий газообразную фазу СО2, подают в множество ГРП-насосов 208 в ходе стадии отключения и стадии предварительного охлаждения газа работающего на СО2 ГРП-устройства 200. В некоторых из таких примеров воплощения по меньшей мере некоторые ГРП-насосы из множества ГРП-насосов 208 находятся в состоянии останова и выполнены с возможностью обеспечивать протекание газообразной фазы СО2 первого потока 40 СО2 в устье 218 скважины посредством по меньшей мере одного четвертого трубопровода из множества четвертых трубопроводов 220.
В ходе рабочей стадии через устье 218 скважины можно подавать второй поток 50 СО2 (например, поток СО2 под давлением) в геологические формации (не показаны на Фиг. 2) для извлечения нефти или газа из таких геологических формаций. В то время как на других стадиях, например на стадии предварительного охлаждения газа, стадии заполнения жидкостью и стадии останова работающего на СО2 ГРП-устройства 200 второй поток 50 СО2 (например, умеренно сжатый поток СО2) можно рециркулировать из по меньшей мере некоторых из множества ГРП-насосов 208 в промежуточную емкость для хранения (не показана на чертежах), для предварительного доведения до нужного состояния рециркулируемого потока СО2 перед повторным использованием его по меньшей мере в некоторых ГРП-насосах работающего на СО2 ГРП-устройства 200.
Как было упомянуто ранее, система 210 управления включает множество фазовых детекторов 228, множество регулирующих клапанов 230 и блок 232 управления. В некоторых примерах воплощения блок 232 управления выполнен с возможностью регулировать работающее на СО2 ГРП-устройство 200 в ходе одной или большего количества технологических стадий работающего на СО2 ГРП-устройства 200, которые включают: i) стадию предварительного охлаждения газа, ii) стадию заполнения жидкостью, iii) рабочую стадию и iv) стадию отключения. В некоторых примерах воплощения система 210 управления выполнена с возможностью регулировать работу множества регулирующих клапанов 230 и работающего на СО2 ГРП-устройства 200 в ходе каждой из вышеупомянутых технологических стадий работающего на СО2 ГРП-устройства 200.
В некоторых примерах воплощения множество фазовых детекторов 228 могут включать по меньшей мере одно из следующих устройств: ультразвуковой приемопередатчик, микроволновый детектор, инфракрасный детектор, детектор Кориолиса и радиочастотный детектор. В некоторых примерах воплощения по меньшей мере некоторые фазовые детекторы из множества фазовых детекторов 228 представляют собой ультразвуковой приемопередатчик. Множество фазовых детекторов 228 могут быть выполнены с возможностью определения фазы СО2 по меньшей мере в одном из потока СО2, поступающего по меньшей мере в одно из следующих устройств: емкость 204 для хранения, подпиточный насос 206 и ГРП-насос 208, и потока СО2, выходящего по меньшей мере из одного из следующих устройств: емкости 204 для хранения, подпиточного насоса 206 и ГРП-насоса 208; а также с возможностью генерирования ряда входных сигналов 234 на основе определяемой фазы. Термин «фаза», при его использовании в данном контексте, означает одну или более из жидкого СО2, газообразного СО2 и твердого СО2.
В примере воплощения, проиллюстрированном на Фиг. 2, несколько фазовых детекторов 228 размещены вблизи по меньшей мере одного из первого, второго, третьего и четвертого трубопроводов 212, 214, 216 и 220. В одном из примеров воплощения несколько фазовых детекторов 228 представляют собой несколько ультразвуковых приемопередатчиков, при этом каждый приемопередатчик включает передатчик и приемник. В некоторых примерах воплощения множество фазовых детекторов 228 включают первый комплект фазовых детекторов 228а, первый фазовый детектор 228b, второй фазовый детектор 228 с, а также второй комплект фазовых детекторов 228d. В некоторых таких примерах воплощения первый комплект фазовых детекторов 228а размещен выше по ходу потока относительно емкости 204 для хранения и выполнен с возможностью генерировать первый комплект входных сигналов 234а; первый фазовый детектор 228b размещен выше по ходу потока относительно подпиточного насоса 206 и выполнен с возможностью генерировать первый входной сигнал 234b; второй фазовый детектор 228 с размещен выше по ходу потока относительно множества ГРП-насосов 208 и выполнен с возможностью генерировать третий входной сигнал 234с; и второй комплект фазовых детекторов 228d размещен ниже по ходу потока относительно множества ГРП-насосов 208 и выполнен с возможностью генерировать второй комплект входных сигналов 234d на основе определяемой фазы.
В ходе стадии заполнения жидкостью множество фазовых детекторов 228 могут быть выполнены с возможностью определения фазы СО2 и передачи множества входных сигналов 234 на блок 232 управления. В ходе рабочей стадии множество фазовых детекторов 228 могут быть выполнены с возможностью определения концентрации газообразной фазы СО2 и генерирования множества входных сигналов 234, характеризующих газообразную фазу СО2, на блок 232 управления. В ходе стадии отключения множество фазовых детекторов 228 могут быть выполнены с возможностью определения концентрации жидкой фазы СО2 и генерирования множества входных сигналов 234, характеризующих жидкую фазу СО2, на блок 232 управления.
В некоторых примерах воплощения по меньшей мере к одному из первого, второго и третьего трубопроводов 212, 214, 216 присоединены по текучей среде множество регулирующих клапанов 230. В некоторых примерах воплощения множество регулирующих клапанов 230 включают первый комплект регулирующих клапанов 230а, первый регулирующий клапан 230b и второй комплект регулирующих клапанов 230с. Первый комплект регулирующих клапанов 230а размещен ниже по ходу потока относительно первого комплекта фазовых детекторов 228а и выше по ходу потока относительно емкости 204 для хранения; первый регулирующий клапан 230b размещен ниже по ходу потока относительно первого фазового детектора 228b и выше по ходу потока относительно подпиточного насоса 206; и второй комплект регулирующих клапанов 230 с размещен ниже по ходу потока относительно второго фазового детектора 228 с и выше по ходу потока относительно нескольких ГРП-насосов 208.
В некоторых примерах воплощения блок 232 управления соединен с возможностью связи с множеством фазовых детекторов 228, множеством регулирующих клапанов 230, подпиточным насосом 206 и множеством ГРП-насосами 208. В некоторых примерах воплощения блок 232 управления выполнен с возможностью регулировать, на основе совокупности входных сигналов 234, полученных от нескольких фазовых детекторов 228, один или оба из следующих параметров: i) поток СО2, поступающий через множество регулирующих клапанов 230 по меньшей мере в одно устройство из следующих: емкость 204 для хранения, подпиточный насос 206 и по меньшей мере один ГРП-насос из множества ГРП-насосов 208, и ii) условия работы по меньшей мере одного устройства из следующих: подпиточного насоса 206 и по меньшей мере одного ГРП-насоса из множества ГРП-насосов 208.
В некоторых примерах воплощения блок 232 управления выполнен с возможностью обрабатывать множество входных сигналов 234, чтобы генерировать множество управляющих сигналов 236 для управления множеством регулирующих клапанов 230, подпиточным насосом 206 и по меньшей мере некоторыми ГРП-насосами из множества ГРП-насосов 208 на основе определяемой фазы СО2. Обработка множества входных сигналов 234 может быть сходной с обработкой входного сигнала 116, как обсуждалось в примере воплощения Фиг. 1.
Блок 232 управления выполнен с возможностью генерировать, на основе определяемой фазы СО2, один или более одного из следующих: первого комплекта управляющих сигналов 236а, для управления первым комплектом регулирующих клапанов 230а, первого управляющего сигнала 236b для управления первым регулирующим клапаном 230b, второго управляющего сигнала 236с для управления подпиточным насосом 206, второго комплекта управляющих сигналов 236d для управления вторым комплектом регулирующих клапанов 230с, и третьего комплекта управляющих сигналов 236е для управления по меньшей мере некоторыми из множества ГРП-насосов 208.
В некоторых примерах воплощения в ходе стадии заполнения жидкостью блок 232 управления выполнен с возможностью осуществлять одно или более из следующих действий: i) подавать первый комплект управляющих сигналов 236а на первый комплект регулирующих клапанов 230а, первый управляющий сигнал 236b - на первый регулирующий клапан 230b, и второй комплект управляющих сигналов 236d - на второй комплект регулирующих клапанов 230с, чтобы продолжать подачу жидкого СО2 в емкость 204 для хранения, к подпиточному насосу 206 и к множеству ГРП-насосам 208, соответственно; ii) подавать второй управляющий сигнал 236 с на подпиточный насос 206, и/или третий комплект управляющих сигналов 236с - на множество ГРП-насосов 208, чтобы переключить условия работы из состояния останова на состояние запуска, и iii) определять, следует ли соединить емкость 204 для хранения с альтернативным источником жидкого СО2, и подавать первый комплект управляющих сигналов 236а на один или большее количество клапанов в первом комплекте регулирующих клапанов 230а, чтобы соединить емкость 204 для хранения с альтернативным источником жидкого СО2.
В некоторых примерах воплощения в ходе рабочей стадии блок 232 управления выполнен с возможностью осуществления одного или более из следующих действий: i) подавать по меньшей мере один из второго управляющего сигнала 236с на подпиточный насос 206 и третьего комплекта управляющих сигналов 236е на один или большее количество ГРП-насосов 208, чтобы переключить условия работы подпиточного насоса 206 и по меньшей мере одного ГРП-насоса из множества ГРП-насосов 208 из состояния запуска в состояние останова; ii) определять, следует ли соединить подпиточный насос 206 или по меньшей мере некоторые из ГРП-насосов множества ГРП-насосов 208 с альтернативным источником жидкого СО2 и подавать первый комплект управляющих сигналов 236а на один или большее количество клапанов из первого комплекта регулирующих клапанов 230а, чтобы соединить емкость 204 для хранения с альтернативным источником жидкого СО2.
В некоторых примерах воплощения в ходе стадии отключения блок 232 управления выполнен с возможностью осуществления одной или более из следующих операций: i) генерировать первый комплект управляющих сигналов 236а для первого комплекта регулирующих клапанов 230а, первый управляющий сигнал 236b - для первого регулирующего клапана 230b, и второй комплект управляющих сигналов 236d - для второго комплекта регулирующих клапанов 230с, чтобы продолжать подачу газообразного СО2 к емкости 204 для хранения, к подпиточному насосу 206 и к множеству ГРП-насосов 208, соответственно; и ii) определять, следует ли соединить емкость 204 для хранения с альтернативным источником газообразного СО2, например, из нескольких источников 202 СО2, и генерировать первый комплект управляющих сигналов 236а для одного или большего количества клапанов из первого комплекта регулирующих клапанов 230а, чтобы соединить емкость 204 для хранения с альтернативным источником газообразного СО2.
В одном из примеров воплощения представлен способ регулирования работающего на СО2 ГРП-устройства. Способ включает определение фазы СО2 по меньшей мере в одном из потока СО2, поступающего в ГРП-компонент работающего на СО2 ГРП-устройства, и потока СО2, выходящего из ГРП-компонента. Способ дополнительно включает генерирование входного сигнала, характеризующего фазу СО2, при этом стадии определения и генерирования проводят с помощью фазового детектора, размещенного вблизи по меньшей мере одного из впускного трубопровода и выпускного трубопровода ГРП-компонента. Кроме того, способ включает регулирование, на основе входного сигнала, полученного от фазового детектора, одного или обоих из следующих параметров: i) потока СО2, поступающего в ГРП-компонент через регулирующий клапан, соединенный по текучей среде с ГРП-компонентом, и ii) условий работы ГРП-компонента; при этом стадию регулирования проводят с помощью блока управления, соединенного с возможностью связи с фазовым детектором, регулирующим клапаном и ГРП-компонентом.
Фиг. 3 иллюстрирует способ 300 регулирования работающего на СО2 ГРП-устройства (показанного в примерах воплощения Фиг. 1 и 2). В одном из примеров воплощения способ 300 включает, на стадии 302, определение фазового состава СО2 по меньшей мере в одном из потока 10 СО2, поступающего в ГРП-компонент 102 работающего на СО2 ГРП-устройства 100, и потока 12 СО2, выходящего из ГРП-компонента 102. Термин «фаза», при его использовании в данном контексте, означает одну или более из жидкой фазы СО2, газообразной фазы СО2 и твердой фазы СО2.
В одном из примеров воплощения способ 300 дополнительно включает, на стадии 304, генерирование входного сигнала 116, характеризующего фазу СО2. В таком примере воплощения стадии 302, 304 определения и генерирования проводят с помощью фазового детектора 110, размещенного вблизи по меньшей мере одного из впускного трубопровода 106 и выпускного трубопровода 108 ГРП-компонента 102. В некоторых таких примерах воплощения ГРП-компонент включает по меньшей мере одно устройство из емкости для хранения, подпиточного насоса и ГРП-насоса. Способ дополнительно включает стадию 306, регулирующую, на основе входного сигнала 116, полученного от фазового детектора 110, один или оба из следующих параметров: i) поток 10 СО2, поступающий в ГРП-компонент 102 через регулирующий клапан 112, соединенный по текучей среде с ГРП-компонентом 102, и ii) условия работы ГРП-компонента 102. В некоторых таких примерах воплощения стадию 306 регулирования проводят с помощью блока 114 управления, соединенного с возможностью связи с фазовым детектором 110, регулирующим клапаном 112 и ГРП-компонентом 102.
В некоторых примерах воплощения стадия 302 определения включает определение фазового состава СО2 по меньшей мере в одном из потока 10 СО2, поступающего в ГРП-компонент 102, и потока 12 СО2, выходящего из ГРП-компонента 102, в ходе стадии заполнения жидкостью работающего на СО2 ГРП-устройства 100, и генерирование входного сигнала 116, характеризующего фазу СО2.В некоторых из таких примеров воплощения стадия 306 регулирования включает проведение, на основе входного сигнала 116, полученного от фазового детектора 110, одной или более из следующих операций: (i) продолжения подачи жидкого СО2 в ГРП-компонент 102 посредством поступающего потока 10 СО2, (ii) переключения на рабочую стадию работающего на СО2 ГРП-устройства 100, и (iii) определения, следует ли соединить ГРП-компонент 102 с альтернативным источником жидкого СО2.
В некоторых примерах воплощения стадия 302 определения включает определение концентрации газообразной фазы СО2 по меньшей мере в одном из потока 10 СО2, поступающего в ГРП-компонент 102, и потока 12 СО2, выходящего из ГРП-компонента 102, в ходе рабочей стадии работающего на СО2 ГРП-устройства 100, и генерирование входного сигнала 116, характеризующего газообразную фазу СО2. В некоторых из таких примеров воплощения стадия 306 регулирования включает проведение, на основе входного сигнала 116, полученного от фазового детектора 110, одной или обеих из следующих операций: i) переключения условий работы ГРП-компонента 102 из состояния запуска в состояние останова, и ii) определения, следует ли соединить ГРП-компонент 102 с альтернативным источником жидкого СО2.
В некоторых других примерах воплощения стадия 302 определения включает определение концентрации жидкой фазы СО2 по меньшей мере в одном из потока 10 СО2, поступающего в ГРП-компонент 102, и потока 12 СО2, выходящего из ГРП-компонента 102, в ходе стадии отключения работающего на СО2 ГРП-устройства 100, и генерирование входного сигнала 116, характеризующего жидкую фазу СО2. В некоторых таких примерах воплощения стадия 306 регулирования включает проведение, на основе входного сигнала 116, полученного от фазового детектора 110, одной или обеих из следующих операций: i) продолжения подачи газообразного СО2 в ГРП-компонент 102 посредством поступающего потока 10 СО2 и ii) определения, следует ли соединить ГРП-компонент 102 с альтернативным источником газообразного СО2.
В соответствии с некоторыми обсуждаемыми здесь примерами воплощения, система управления работающего на СО2 ГРП-устройства обеспечивает, на основе определенной фазы СО2, автоматизированный процесс, состоящий из: i) определения фазы СО2 в потоке СО2, и ii) регулирования потока СО2 и условий работы ГРП-компонента работающего на СО2 ГРП-устройства. В некоторых примерах воплощения система управления может помочь, на основе определенной фазы СО2, автоматически провести работающее на СО2 ГРП-устройство через одну или большее количество рабочих стадий. Кроме того, данная система управления может устранить необходимость иметь в работающем на СО2 ГРП-устройстве перепускные клапаны для определения фазы СО2 в ручном режиме путем наблюдения за струями, выходящими из таких предохранительных клапанов, тем самым предотвращая потерю потока СО2 с этими струями и, возможно, предотвращая нанесение вреда здоровью операторов и окружающей среде.
В то время как здесь были проиллюстрированы и описаны только некоторые признаки примеров воплощения, специалисты могут осуществить многие модификации и изменения. Таким образом, следует понимать, что прилагаемая формула изобретения предполагает включение всех таких модификаций и изменений как находящихся в пределах сущности данного изобретения.
1. Система управления для работающего на СО2 устройства гидравлического разрыва пласта (ГРП-устройства), включающего компонент гидравлического разрыва пласта (ГРП-компонент), где система управления включает:
- фазовый детектор, расположенный вблизи по меньшей мере одного из впускного трубопровода и выпускного трубопровода ГРП-компонента,
- регулирующий клапан, соединенный по текучей среде с впускным трубопроводом ГРП-компонента, и
- блок управления, соединенный, с возможностью связи, с фазовым детектором, регулирующим клапаном и ГРП-компонентом;
в которой фазовый детектор выполнен с возможностью определения фазы СО2 по меньшей мере в одном из потока СО2, поступающего в ГРП-компонент, и потока СО2, выходящего из ГРП-компонента, и генерирования входного сигнала на основе определяемой фазы, и
в которой блок управления выполнен с возможностью регулирования, на основе входного сигнала, полученного от фазового детектора, одного или обоих из следующих параметров: i) поток СО2, поступающий в ГРП-компонент через регулирующий клапан, и ii) условия работы ГРП-компонента.
2. Система управления по п. 1, в которой ГРП-компонент включает по меньшей мере одно из следующих устройств: емкость для хранения, подпиточный насос и ГРП-насос.
3. Система управления по п. 1, в которой фазовый детектор выполнен с возможностью определения фазы СО2 по меньшей мере в одном из потока СО2, поступающего в ГРП-компонент, и потока СО2, выходящего из ГРП-компонента, в ходе стадии заполнения жидкостью работающего на СО2 ГРП-устройства, и с возможностью генерирования входного сигнала, характеризующего фазу СО2.
4. Система управления по п. 3, в которой блок управления выполнен с возможностью осуществления, на основе входного сигнала, полученного от фазового детектора, одной или более из следующих операций: (i) продолжения подачи жидкого CO2 в ГРП-компонент посредством поступающего потока СО2; (ii) переключения работающего на СО2 ГРП-устройства в стадию работы; и (iii) определения того, следует ли соединить ГРП-компонент с альтернативным источником жидкого CO2.
5. Система управления по п. 1, в которой фазовый детектор выполнен с возможностью определения концентрации газообразной фазы CO2 по меньшей мере в одном из потока СО2, поступающего в ГРП-компонент, и потока СО2, выходящего из ГРП-компонента, в ходе стадии работы работающего на СО2 ГРП-устройства, и с возможностью генерирования входного сигнала, характеризующего газообразную фазу СО2.
6. Система управления по п. 5, в которой блок управления выполнен с возможностью осуществления, на основе входного сигнала, полученного от фазового детектора, одной или обеих из следующих операций: i) переключения условий работы ГРП-компонента из состояния пуска в состояние останова, и ii) определения того, следует ли соединить ГРП-компонент с альтернативным источником жидкого СО2.
7. Система управления по п. 1, в которой фазовый детектор выполнен с возможностью определения концентрации жидкой фазы СО2 по меньшей мере в одном из потока СО2, поступающего в ГРП-компонент, и потока СО2, выходящего из ГРП-компонента, в ходе стадии отключения работающего на СО2 ГРП-устройства, и с возможностью генерирования входного сигнала, характеризующего жидкую фазу CO2.
8. Система управления по п. 7, в которой блок управления выполнен с возможностью выполнения, на основе входного сигнала, полученного от фазового детектора, одной или обеих из следующих операций: i) продолжения подачи газообразного CO2 в ГРП-компонент посредством поступающего потока СО2 и ii) определения того, следует ли соединить ГРП-компонент с альтернативным источником газообразного СО2.
9. Система управления по п. 1, в которой фазовый детектор включает по меньшей мере одно устройство из ультразвукового приемопередатчика, микроволнового детектора, инфракрасного детектора, детектора Кориолиса и радиочастотного детектора.
10. Система управления по п. 1, в которой фазовый детектор включает ультразвуковой приемопередатчик.
11. Работающее на СО2 ГРП-устройство, включающее:
емкость для хранения, соединенную по текучей среде с источником СО2 посредством первого трубопровода;
подпиточный насос, соединенный по текучей среде с емкостью для хранения посредством второго трубопровода;
ГРП-насос, соединенный по текучей среде с подпиточным насосом посредством третьего трубопровода, и с устьем скважины - посредством четвертого трубопровода; и
систему управления, выполненную с возможностью регулировать работающее на СО2 ГРП-устройство, при этом система управления включает:
фазовый детектор, расположенный вблизи по меньшей мере одного из первого, второго, третьего и четвертого трубопроводов;
регулирующий клапан, соединенный по текучей среде по меньшей мере с одним из первого, второго и третьего трубопроводов; и
блок управления, соединенный с возможностью связи с фазовым детектором, регулирующим клапаном, подпиточным насосом и ГРП-насосом,
где фазовый детектор выполнен с возможностью определения фазы СО2 по меньшей мере в одном из потока СО2, поступающего по меньшей мере в одно устройство из емкости для хранения, подпиточного насоса и ГРП-насоса, и потока СО2, выходящего по меньшей мере из одного устройства из емкости для хранения, подпиточного насоса и ГРП-насоса, и с возможностью генерировать входной сигнал на основе определенной фазы, и
где блок управления выполнен с возможностью регулировать, на основе входного сигнала, полученного от фазового детектора, один или оба из следующих параметров: i) поток СО2, поступающий через регулирующий клапан по меньшей мере в одно устройство из емкости для хранения, подпиточного насоса и ГРП-насоса, и ii) условия работы по меньшей мере одного из устройств: подпиточного насоса и ГРП-насоса.
12. Работающее на СО2 ГРП-устройство по п. 11, в котором блок управления выполнен с возможностью регулировать работающее на СО2 ГРП-устройство в ходе по меньшей мере одной или более из рабочих стадий работающего на СО2 ГРП-устройства, включающих i) стадию предварительного охлаждения газа, ii) стадию заполнения жидкостью, iii) стадию работы и iv) стадию отключения.
13. Работающее на CO2 ГРП-устройство по п. 11, в котором фазовый детектор включает ультразвуковой приемопередатчик.
14. Работающее на СО2 ГРП-устройство по п. 11, в котором фазовый детектор включает по меньшей мере одно устройство из ультразвукового приемопередатчика, микроволнового детектора, инфракрасного детектора, детектора Кориолиса и радиочастотного детектора.
15. Способ регулирования работающего на СО2 ГРП-устройства, включающего ГРП- компонент, включающий:
определение фазы СО2 по меньшей мере в одном из потока СО2, поступающего в ГРП-компонент работающего на СО2 ГРП-устройства, и потока СО2, выходящего из ГРП-компонента;
генерирование входного сигнала, характеризующего фазу СО2, при этом стадии определения и генерирования проводят с помощью фазового детектора, размещенного вблизи по меньшей мере одного из впускного трубопровода и выпускного трубопровода ГРП-компонента; и
регулирование, на основе входного сигнала, полученного от фазового детектора, одного или обоих из следующих параметров: i) потока СО2, поступающего в ГРП-компонент через регулирующий клапан, соединенный по текучей среде с ГРП-компонентом, и ii) условий работы ГРП-компонента, при этом стадию регулирования осуществляют посредством блока управления, соединенного с возможностью связи с фазовым детектором, регулирующим клапаном и ГРП-компонентом.
16. Способ по п. 15, в котором ГРП-компонент включает по меньшей мере одно устройство из емкости для хранения, подпиточного насоса и ГРП-насоса.
17. Способ по п. 15, в котором стадия определения включает определение фазы СО2 по меньшей мере в одном из потока СО2, поступающего в ГРП-компонент, и потока СО2, выходящего из ГРП-компонента, в ходе стадии заполнения жидкостью работающего на СО2 ГРП-устройства, и генерирование входного сигнала, характеризующего фазу СО2.
18. Способ по п. 17, в котором стадия регулирования включает осуществление, на основе входного сигнала, полученного от фазового детектора, одной или более из следующих операций: (i) продолжения подачи жидкого CO2 в ГРП-компонент посредством поступающего потока СО2, (ii) переключения работающего на CO2 ГРП-устройства на стадию работы, и (iii) определения того, следует ли соединить ГРП-компонент с альтернативным источником жидкого CO2.
19. Способ по п. 15, в котором стадия определения включает определение концентрации газообразной фазы CO2 по меньшей мере в одном из потока CO2, поступающего в ГРП-компонент, и потока CO2, выходящего из ГРП-компонента, в ходе стадии работы работающего на CO2 ГРП-устройства, и генерирование входного сигнала, характеризующего газообразную фазу CO2.
20. Способ по п. 19, в котором стадия регулирования включает осуществление, на основе входного сигнала, полученного от фазового детектора, одной или обеих из следующих операций: i) переключения условий работы ГРП-компонента из состояния пуска в состояние останова, и ii) определения того, следует ли соединить ГРП-компонент с альтернативным источником жидкого CO2.
21. Способ по п. 15, в котором стадия определения включает определение концентрации жидкой фазы CO2 по меньшей мере в одном из потока CO2, поступающего в ГРП-компонент, и потока CO2, выходящего из ГРП-компонента, в ходе стадии отключения работающего на CO2 ГРП-устройства, и генерирование входного сигнала, характеризующего жидкую фазу CO2.
22. Способ по п. 21, в котором стадия регулирования включает осуществление, на основании входного сигнала, полученного от фазового детектора, одной или обеих из следующих операций: i) продолжения подачи газообразного CO2 в ГРП-компонент посредством поступающего потока CO2 и ii) определения того, следует ли соединить ГРП-компонент с альтернативным источником газообразного CO2.
