СПОСОБ УСТАНОВКИ ГРУЗА И СМЕСИТЕЛЯ ДЛЯ ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА НА ТРАНСПОРТНОМ СРЕДСТВЕ
METHOD OF HYDRAULIC FRACTURING LOAD AND MIXER INSTALLATION ON TRANSPORTING DEVICE

Настоящее изобретение относится к способу установки тяжелых грузов на транспортном средстве с возможностью их перемещения между транспортным положением и рабочим положением по вертикальной траектории и, в частности, к способу для установки смесителя для гидроразрыва пласта.
Предшествующий уровень техники
Гидроразрыв пласта для повышения дебита малодебитных скважин стал применяться в конце 1940-х годов. Затем наблюдался взрывообразный рост этого метода в середине 1950-х и дальнейший рост в середине 1980-х, когда гидроразрыв пласта стал доминирующей технологией стимулирования добычи, главным образом на североамериканских месторождениях с низкой проницаемостью. К середине 1990-х сорок процентов новых нефтяных и семьдесят процентов газовых скважин в США подвергались гидроразрыву. С повышением возможностей средств, использовавшихся для гидроразрыва, и с изобретением гидроразрыва с высокой проницаемостью эта практика приобрела еще более широкое распространение и стала обычной практикой при вскрытии пласта на скважинах всех типов в США, и особенно на газовых скважинах. Огромные преимущества, которые дает гидроразрыв на большинстве скважин, теперь общепризнанны. Считается, что гидроразрыв может дать несколько сотен тысяч баррелей в день на существующих скважинах во всем мире.
При гидроразрыве в поземный пласт закачивают текучие среды под давлением, достаточным для начала разрушения пласта. В созданную трещину для получения раствора закачивают гранулированные материалы, которые называют "расклинивающий наполнитель" и в качестве которых используют различные материалы от песка до синтетических материалов. Такие расклинивающие наполнители удерживают созданную трещину в открытом состоянии после того как давление нагнетания будет сброшено. Трещина, заполненная расклинивающим наполнителем, создает узкий, но проницаемый проток к стволу скважины.
Для облегчения гидроразрыва на существующих скважинах используют специальное оборудование, куда входит транспортируемый смеситель для получения раствора на буровой площадке. Обычно такие транспортируемые смесители крепят на полуприцепах или грузовиках, или на подобных транспортных средствах. Типичный смеситель весит несколько тонн. Во время работы его необходимо переместить в рабочее положение и установить на уровне поверхности земли или около нее.
Известные транспортируемые смесители смонтированы в задней части транспортного средства и перемещаются из поднятого или транспортного положения в опущенное рабочее положение на месте проведения работ. Обычно смеситель крепят на шарнирном подъемном механизме и перемещают по дуге вокруг центра шарнира для поворота смесителя из верхнего транспортного положения в опущенное рабочее положение. Такая система крепления в лучшем случае является неудобной и создает огромные нагрузки на систему шарниров и на систему привода перемещения смесителя между двумя положениями.
Кроме того, такие массивные устройства трудно удерживать в равновесии при перемещении между двумя положениями даже в самых благоприятных условиях, что создает опасную возможность опрокидывания. В полевых условиях, где часто присутствует неровная поверхность и разнообразные условия окружающей среды, трудно поддерживать равновесие и возникающие при этом напряжения могут привести к ускоренному износу и частым поломкам.
Целью настоящего изобретения является создание надежного способа крепления и транспортировки смесителей для гидроразрыва.
Согласно изобретению создан способ установки груза на транспортном средстве с возможностью его перемещения между верхним транспортным положением и нижним рабочим положением вдоль по существу вертикальной линейной траектории, при котором крепят к транспортному средству опорную раму, устанавливают в подъемной раме пару направляющих, проходящих по всему ее вертикальному размеру, устанавливают каретку на каждой направляющей с возможностью перемещения по ней вдоль по существу вертикальной траектории, устанавливают подвижную платформу на каретках с возможностью перемещения с каретками в опорной раме вдоль по существу вертикальной траектории для обеспечения перемещения груза, поддерживаемого платформой, между транспортным положением и рабочим положением вдоль по существу вертикальной траектории, обеспечивают пару ходовых винтов для перемещения кареток, платформы и груза между транспортным положением и рабочим положением, обеспечивают передающий брус, который зацепляет каретки, перекрывает пространство между направляющими и принимает пару ходовых винтов, и устанавливают передающий брус на каретках, обеспечивая перемещение передающего бруса на ограниченное расстояние.
В способе можно обеспечивать верхний кронштейн на опорной раме, и при установке направляющих в опорной раме устанавливать верхний конец каждой направляющей на верхнем кронштейне, устанавливать пару блоков винтового домкрата на передающем брусе, устанавливать один конец ходовых винтов на верхнем кронштейне и проводить ходовые винты через блоки винтового домкрата.
При осуществлении способа можно дополнительно обеспечивать нижний кронштейн на подъемной раме и при установки направляющих в опорной раме устанавливать нижний конец каждой направляющей на нижнем кронштейне.
Согласно изобретению создан также способ установки смесителя для гидроразрыва пласта на транспортном средстве с возможностью его перемещения между верхним транспортным положением и нижним рабочим положением вдоль по существу вертикальной линейной траектории, при котором крепят к транспортному средству опорную раму, устанавливают в опорной раме пару направляющих, проходящих по всему ее вертикальному размеру, устанавливают каретку на каждой направляющей с возможностью перемещения по ней вдоль по существу вертикальной траектории, устанавливают подвижную платформу на каретках с возможностью перемещения с каретками в опорной раме вдоль по существу вертикальной траектории для обеспечения перемещения смесителя для гидроразрыва пласта, поддерживаемого платформой, между транспортным положением и рабочим положением вдоль по существу вертикальной траектории, обеспечивают пару ходовых винтов для перемещения кареток, платформы и смесителя для гидроразрыва пласта между транспортным положением и рабочим положением, обеспечивают передающий брус, который зацепляет каретки, перекрывает пространство между направляющими и принимает ходовые винты, устанавливают передающий брус на каретках, обеспечивая перемещение передающего бруса на ограниченное расстояние.
При осуществлении способа можно обеспечивать верхний кронштейн к опорной раме, и при установке направляющих в опорной раме устанавливать верхний конец каждой направляющей на верхнем кронштейне, устанавливать пару блоков винтового домкрата на передающем брусе, устанавливать один конец ходовых винтов на верхнем кронштейне и проводить ходовые винты через блоки винтового домкрата.
Согласно изобретению создан также способ установки смесителя для гидроразрыва пласта на транспортном средстве с возможностью его перемещения между верхним транспортным положением и нижним рабочим положением вдоль по существу вертикальной линейной траектории, при котором крепят к транспортному средству опорную раму, содержащую верхний и нижний кронштейны, устанавливают в опорной раме пару направляющих так, что они проходит между верхним и нижним кронштейнами, устанавливают каретку на каждой направляющей с возможностью перемещения по ней вдоль по существу вертикальной траектории, устанавливают подвижную платформу на каретках с возможностью перемещения с каретками в опорной раме вдоль по существу вертикальной траектории для обеспечения перемещения смесителя для гидроразрыва пласта, поддерживаемого платформой, между транспортным положением и рабочим положением вдоль по существу вертикальной траектории, обеспечивают пару ходовых винтов для перемещения кареток, платформы и смесителя для гидроразрыва пласта между транспортным положением и рабочим положением, обеспечивают передающий брус, который зацепляет каретки, перекрывает пространство между направляющими и принимает ходовые винты, обеспечивая перемещение передающего бруса на ограниченное расстояние.
При осуществлении способа можно устанавливать верхний конец направляющих на верхнем кронштейне опорной рамы, устанавливать пару блоков винтового домкрата на передающем брусе, устанавливать один конец ходовых винтов на верхнем кронштейне опорной рамы и проводить ходовые винты через блоки винтового домкрата.
Ниже следует более подробное описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:
фиг.1 иллюстрирует смеситель для гидроразрыва пласта согласно настоящему изобретению, установленный на шасси грузовика;
фиг.2 - увеличенный вид сбоку смесителя в той же ориентации, что и на фиг.1;
фиг.3 - вид смесителя в перспективе;
фиг.4 - вид опорной рамы в перспективе;
фиг.5 - вид сзади опорной рамы в перспективе;
фиг.6 - вид спереди опорной рамы;
фиг.7 - вид сбоку опорной рамы;
фиг.8 - вид в разрезе опорной рамы в том же направлении, что и на фиг.6;
фиг.9 - сечение по линии 9-9 на фиг.7;
фиг.10 - вид в перспективе узла перемещающей клети и опорной рамы;
фиг.11 - вид в перспективе перемещающего бруса;
фиг.12 - разнесенный вид в перспективе механизма винтового домкрата, перемещающего бруса и узла втулки и направляющей;
фиг.13 - вид в перспективе узла корпуса втулки;
фиг.14 - увеличенный частичный вид в перспективе узла скольжения.
Смесительная система 20 для гидроразрыва пласта согласно предпочтительному варианту изобретения показана на фигуре 1, установленной на грузовике 22. Главными компонентами системы являются подъемная рама 24, клеть или платформа 26 и смеситель 28. Силовая передача 20 приводится в действие гидравлическими двигателями, установленными на шасси грузовика. Вся смесительная система по настоящему изобретению установлена на клети 26, которая в свою очередь установлена на опорной раме 24. Опорная рама 24 установлена на шасси грузовика. Смеситель 28 и клеть 26 выполнены с возможностью перемещения по вертикальной линейной прямой траектории, показанной линией А, для перемещения смесителя между поднятым транспортным положением, показанным на фиг.1, и опущенным рабочим положением.
На фиг.2 и 3 смесительная система 20 показана более подробно. Смеситель 28 имеет относительно типичную конструкцию и содержит пару приемных отверстий 30, 32 для подачи сухих материалов для смешивания. Присадка и расклинивающий наполнитель поступают в бункер 34, где они образуют раствор, который поступает в мешалку 36. По завершении цикла смешивания смешанный раствор выпускается через отверстие 38.
Весь узел смесителя установлен на клети или платформе 26. Клеть более подробно показана на фиг.10 и содержит основание или ступень 40, имеющую два участка 42 и 44 для установки смесителя 28. Угловые связи 46 и 48 и поперечная связь 50 обеспечивают жесткость конструкции и установлены так, чтобы охватывать и прочно удерживать смеситель. Для крепления клети 26 к опорной раме 24 имеются монтажные плиты 52 и 54.
Главной частью настоящего изобретения является узел опорной рамы. На фиг.4 и 5 показаны перспективные виды спереди и сзади основных компонентов опорной рамы 24. Фиг.6 - вид спереди опорной рамы, фиг.7 - ее вид сзади. Подъемная рама 24 содержит внешнюю опорную раму 60, имеющую монтажные кронштейны 62, 64 для установки всего узла на транспортный грузовик, как показано на фиг.1. Могут использоваться и дополнительные монтажные кронштейны 66 и 68, как показано на фиг.1. Рама 60 поддерживает подъемный узел 70, смонтированный в ней.
Подъемный узел 70 лучше всего показан на фиг.8 и 9. Как показано на фиг.9, подъемный узел 70 содержит пару жестких направляющих 72, 74, проходящих по всему вертикальному размеру рамы 60 и имеющих верхние концы 76, закрепленные в верхнем кронштейне или пластине 78 рамы 60, и нижние концы 80, закрепленные в нижнем кронштейне или пластине 82 рамы 60. На каждой из направляющих 72, 74 соответственно установлены каретки/втулки 84 и 86.
Узел втулки лучше всего показан на фиг.13. Втулка 84 содержит внутренний скользящий элемент 88, выполненный с возможностью скольжения по направляющей 74. Пара противоположных держателей 90 и 92 окружает скользящий элемент 88 и расположена между верхней пластиной 95 и нижней пластиной 96. Верхний конец каждого кронштейна содержит брус или выступ 98, в полностью собранном состоянии выступающий наружу за внешнюю грань монтажных пластин 100 и 102. Каждая полностью собранная втулка 84, 86 установлена с возможностью скольжения на соответствующей направляющей 72, 74, как показано на фиг.8 и 9.
Передающий брус 104 перекрывает обе втулки 84 и 8 6, как лучше всего видно на фиг.8, 11 и 12. Передающий брус перекрывает направляющие 72 и 74, и его внешние концы 105 и 107 введены в канал 99, определенный выступом 98 и нижней кромкой 103 монтажной пластины 102 и выступом 98 каждой каретки/втулки 84 и 98 соответственно.
Как показано на фиг.14, когда узел поднят (показано транспортное положение), передающий брус 104 зацепляет и поднимает каретки/втулки 84 и 86, зацепляясь с кромкой 103 пластины 102. В опущенном рабочем положении передающий брус 104 зацепляется с выступом 98 для фиксации узла в рабочем положении. Между внешними концами 105 и 107 бруса 104 и кромкой 103 пластины и выступом 98 имеется зазор G для обеспечения возможности скольжения. Это позволяет брусу 104 свободно перемещаться в зазоре на регулируемое ограниченное расстояние и сводит к минимуму любые тенденции системы к заклиниванию или к созданию любых изгибающих нагрузок на ходовых винтах 106 и 108, когда передающий брус, втулки/каретки и смеситель перемещаются между нижним рабочим положением и верхним транспортным положением.
Каждый ходовой винт 106, 108 имеет верхний конец 113, прикрепленный к верхней пластине или кронштейну 78 опорной рамы 60, и нижний конец 114, прикрепленный к монтажному кронштейну 115. В предпочтительном варианте крепежный блок крепится непосредственно к шасси транспортного средства. Однако следует понимать, что может использоваться любая крепежная система, жестко соединяющая и фиксирующая винты в положении относительно шасси и внешней рамы. Передающий брус 104 содержит пару ответных блоков 110 и 112 винтового домкрата для приема ходовых винтов 106 и 108 соответственно. Винтовые домкраты приводятся в действие гидравлическим двигателем (не показан), обычно устанавливаемым на шасси и вращающимся для подъема и опускания перемещающего бруса 104 и груза по вертикальной прямой траектории, определяемой винтами 106 и 108.
Передающий брус 104 лучше всего показан на фиг.11 и 12. В иллюстрируемом варианте передающий брус содержит пару боковых брусьев 116 и 118, закрепленных множеством промежуточных кронштейнов 120, 122, 124, 126. Каждая пара кронштейнов 120, 122, 124 и 126, разнесенных вдоль брусьев 116 и 118, образует отверстие 128 для размещения соответствующего узла каретки/втулки, чтобы передающий брус располагался на выступах 98. Блоки 110 и 112 винтовых домкратов смонтированы на пластинах 130 и 132, соответственно, которые также установлены на брусьях 116 и 118.
Как показано на фиг.6, 10 и 12, в каждой из кареток/втулок 84 и 86 выполнено множество крепежных отверстий 134, которые совпадают с крепежными отверстиями 136 на монтажных кронштейнах 52 и 56 клети 26 для установки клети на опорной раме. Смеситель монтируется на клети соответствующим образом.
Этот узел позволяет перемещать смеситель между поднятым транспортным положением и опущенным рабочим положением по прямой вертикальной траектории. В нем также имеется узел ходового винта для перемещения опорной рамы между крайним верхним транспортным положением и крайним нижним рабочим положением без приложения подклинивающих напряжений к винтам, поскольку передающий брус в системе установлен свободно. Далее, конструкция втулки/направляющей передает все консольные нагрузки от клети и смесителя на направляющие, минимизируя любые радиальные нагрузки на винты.
Система по настоящему изобретению существенно отличается от известных, поскольку обеспечивает линейное перемещение смесителя между поднятым и опущенным положением, в отличие от движения по дуге, при котором возникает большой изгибающий момент с большими нагрузками. Кроме того, система по настоящему изобретению обеспечивает вертикальную линейную поддержку смесителя на значительной площади, не ограничивая его перемещение между поднятым и опущенным положением, и не допускает возникновения изгибающих нагрузок на приводной механизм. Система, кроме того, позволяет сдвинуть груз ближе к шасси транспортного средства, сокращая риск опрокидывания.
Несмотря на то, что показанная система предназначена для поддержки смесителя на транспортном средстве, следует понимать, что клеть может быть легко приспособлена для поддержки других видов тяжелого оборудования, которое необходимо перевозить на место работы и перемещать из транспортного в рабочее положение. Хотя выше были подробно описаны лишь некоторые признаки и варианты настоящего изобретения, следует понимать, что настоящее изобретение охватывает все модификации и улучшения, которые подпадают под объем и идей прилагаемой формулы изобретения.