地下地層の液圧破砕のための移動式発電

(関連出願の参照) この出願は、Jeffrey G. Morris et al.によって2014年12月19日に出願された「地下地層の移動式発電及び電動液圧破砕」という名称の米国仮特許出願第62/094,773号の利益を主張し、その全文を本明細書中に参照として援用する。

液圧破砕は、石油及び/又はガス井のような炭化水素井の製造を促進するために石油及びガス産業によって一般的に使用されている。「フレーシング」(“fracing”)又は「フラッキング」(”fracking”)と呼ばれることがある液圧破砕は、典型的に、水、砂、及び化学物質の混合物である破砕流体を地中に注入して、地下地層を破砕し、さもなければカプセル化される炭化水素留分(reserves)を解放するプロセスである。破砕流体は、典型的に、地下地層内の亀裂を引き起こすのに十分な比較的高い圧力で坑口(wellbore)内に圧送される。具体的には、ひとたび坑口内に入ると、加圧された破砕流体は圧力下で圧送され、次に、地下地層内に押し出されて、地下地層を破砕する。水、様々な化学添加物、及びプロパント(例えば、砂又はセラミック材料)を含むことがある、流体混合物は、石油及び/又はガスのような炭化水素留分の破砕して、それらの抽出を促進するために、地下地層内に圧送され得る。例えば、破砕流体は、液体石油ガス、直鎖ゲル化水、ゲル化水、ゲル化油、滑らかな水、滑らかな油、ポリエマルジョン、フォーム/エマルジョン、液体二酸化炭素(CO₂)、窒素ガス(N₂)及び/又はバイナリー流体及び酸を含んでよい。

坑井現場で大規模な破砕作業を実施することは、典型的に、機器、労力、及び燃料への多額の投資を必要とする。例えば、典型的な破砕作業は、様々な破砕機器、破砕装置を操作し且つ維持するための多数の人員、破砕作業に動力供給するための比較的多量の燃料、及び比較的大量の破砕流体を使用する。よって、破砕作業の計画はしばしば複雑であり、破砕作業の現場領域又は「フットプリント」の最小化、破砕作業に継続的に動力を供給する十分な動力及び/又は燃料の供給、液圧破砕機器の効率の増大、並びに破砕作業に起因するあらゆる環境への影響の削減を含む、様々な物流上の挑戦を内包する。よって、今日の破砕作業において直面する様々な複合的及び物流上の挑戦に対処するために、既存の破砕技術の数多くの革新及び改良が必要とされている。

以下は、本明細書に開示される主題の幾つかの特徴の基本的な理解をもたらすために、開示される主題の簡略化された概要を提示する。この概要は、本明細書で開示される技術の網羅的な概要ではない。本発明の鍵となる要素又は重要な要素を特定すること、或いは本発明の範囲を境界付けることを意図するものでない。その唯一の目的は、後に議論するより詳細な記述の前置きとして、幾つかの概念を簡略化された形態において提示することである。

1つの実施態様では、移動式電力を提供するシステムが、入口プレナムと、排気コレクタとを含む、ガスタービン発電機輸送装置と、ガスタービン発電輸送装置に連結され、空気入口フィルタハウジングと、排気スタックとを含む、入口及び排気輸送装置とを含み、入口及び排気輸送装置は、入口プレナム及び排気コレクタがガスタービン発電機輸送装置の上側で空気入口フィルタハウジング及び排気スタックに接続されないように、ガスタービン発電機輸送装置の少なくとも1つの側面に連結させられる。

他の実施態様では、移動式電力を提供する装置が、炭化水素燃料を電気に変換するように構成される発電輸送装置と、ガスタービン発電機に連結される入口及び排気輸送装置とを含み、入口及び排気輸送装置は、通気及びフィルタリングされた燃焼空気を発電輸送装置に提供し、発電輸送装置から排気を収集するように構成され、発電輸送装置並びに入口及び排気輸送装置は、入口及び排気輸送装置が電輸送装置の上側に接続されないように、発電輸送装置の少なくとも1つの側面に連結する。

他の実施態様では、移動式電力を提供する方法が、発電輸送装置と入口及び排気輸送装置とを含む移動式電気供給源を輸送モードから作業モードに変換すること、1つ又はそれよりも多くの延長接続部を用いて、電源輸送装置を入口及び排気輸送装置と連結させること、並びに移動式電気供給源を用いて電気を生成して、1つ又はそれよりも多くの坑井現場のための破砕作業に電力供給することを含み、発電輸送装置並びに入口及び排気輸送装置は、入口及び排気輸送装置が発電輸送装置の上側に接続されないように、発電輸送装置の少なくとも1つの側面に連結される。

他の実施態様では、破砕流体を注入し且つ加圧するシステムが、電力源と、動力源に連結すれる破砕ポンプ輸送装置とを含み、動力源は、二重シャフト電気原動機を含み、二重シャフト電気原動機は、二重シャフト電気原動機の両側で突出するシャフトと、シャフトの第1の端に連結される第1のポンプと、シャフトの第2の端に連結される第2のポンプとを含む。

他の実施態様では、破砕ポンプ輸送装置が、破砕流体を加圧し且つ注入するように構成される第1のポンプと、破砕流体を加圧し且つ注入するように構成される第2のポンプと、二重シャフト電気モータとを含み、二重シャフト電気モータは、シャフトを含み、電源から電力を受け取って、第1のポンプ及び第2のポンプの両方をシャフトで並列に駆動するように、構成される。

他の実施態様では、破砕流体を注入し且つ加圧する方法が、破砕ポンプ輸送装置で二重シャフト電気原動機に電力供給する電力を受け取ること、1つ又はそれよりも多くの電気ブレンダから破砕ポンプ輸送装置で破砕流体を受け取ること、二重電気原動機を用いて破砕ポンプ輸送装置の複数のポンプを並列に駆動させて破砕流体を加圧すること、及び破砕ポンプ輸送装置から坑口装置内に加圧流体を注入することを含む。

この開示をより完全に理解するために、添付の図面及び詳細な説明に関連して理解される以下の簡単な説明を参照する。同等の参照番号は、同等の部分を表している。

様々な実施態様が作動することがある坑井現場の実施態様の概略図である。

移動式破砕システムのための3つの輸送装置を含む移動式電気供給源を含む坑井現場の実施態様の概略図である。

2つの坑口装置と2つのデータバンとを含む坑井現場の実施態様の概略図である。

ガスタービン発電機輸送装置の実施態様の概略図である。

ガスタービン発電機輸送装置の実施態様の概略図である。

入口及び排気輸送装置の実施態様の概略図である。

入口及び排気輸送装置の実施態様の概略図である。

破砕ポンプトレーラの実施態様の概略的な頂面図である。

破砕ポンプトレーラの実施態様の概略的な側面プロファイル図である

作業モードにあるときの2つの輸送装置移動式電力源の実施態様の概略図である。

移動式電気供給源によって電力供給される破砕ポンプ輸送装置の実施態様の概略図である。

移動式電気供給源によって電力供給される破砕ポンプ輸送装置の実施態様の概略図である。

電気ブレンダを含むブレンダ輸送装置の実施態様の概略図である。

電気ブレンダを含むブレンダ輸送装置の実施態様の概略図である。

密閉式ミキサホッパを備える電気ブレンダを含むブレンダ輸送装置の実施態様である。

密閉式ミキサホッパを備える電気ブレンダを含むブレンダ輸送装置の実施態様である。

1つ又はそれよりも多くの坑井現場に配置される様々な制御装置をモニタリングし、制御し、そのような制御装置と通信するために用いられる、制御ネットワークシステムの実施態様の概略図である。

破砕作業のために移動式電気供給源を提供する方法の実施態様のフローチャートである。

破砕流体を坑口装置内に注入する方法の実施態様のフローチャートである。

本明細書に示す例示的な実施形態に関連して特定の実施態様を説明するが、本発明はそれらの実施態様に限定されない。反対に、すべての代替、修正、及び均等物が、請求項によって定められる本発明の精神及び範囲内に含まれる。原寸通りに描かれていない図面では、同じ構造を有するコンポーネント及び要素については、本明細書を通じて並びに図面中で同じ参照符号が使用されており、ダッシュ記号の付いていない同一の参照番号を有するコンポーネント及び要素と類似する機能及び構成を有するコンポーネント及び要素については、ダッシュ記号の付いた参照番号が用いられている。

本明細書において使用するとき、「輸送装置」(“transport”)という用語は、破砕機器のような比較的重い構造物を輸送するために使用されるトレーラ、トラック、スキッド及び/又はバージを非限定的に含む、あらゆる輸送アセンブリを指す。

本明細書において使用するとき、「トレーラ」(“trailer”)という用語は、トレーラを引っ張ったり移動させたりするために使用される輸送車両に取り付け可能であり且つ/或いはそのような輸送車両から取り外し可能である破砕機器のような、比較的重い構造物を輸送するために使用される輸送アセンブリを指す。1つの実施態様において、トレーラは、トレーラを破砕システム又はフリート内の他の破砕機器に接続するマウント及びマニホルドシステムを含んでよい。

本明細書において使用するとき、「レイダウントレーラ」(“lay-down trailer”)という用語は、異なる垂直高さを備える2つの区画(セクション)を含むトレーラを指す。区画のうちの1つ又は上部区画は、トレーラ車軸に又はその上に位置付けられ、他の区画又は下部区画は、トレーラ車軸に又はその下に配位置付けられる。1つの実施態様において、レイダウントレーラの主要なトレーラビームは、動作モードにあるときに及び/又はトラクタのような輸送車両から切り離されるときに、地面に載っていてよい

本明細書において使用するとき、「ガスタービン発電機」(“gas turbine generator”)という用語は、ガスタービン発電機輸送のガスタービン及び発電機区画の両方を指す。ガスタービン発電機は、天然ガスのような炭化水素燃料を受け取り、炭化水素燃料を電気に変換する。

本明細書において使用するとき、「入口プレナム」(“inlet plenum”)という用語は、この開示を通じて交換されてよく、「入口」(“inlet”)、「空気取入れ口」(“air intake”)及び「吸気プレナム」(“intake plenum”)と一般的に呼ばれることがある。加えて、「排気コレクタ」(“exhaust collector”)という用語は、この開示を通じて交換されてよく、「排気ディフューザ」(“exhaust diffuser”)及び「排気プレナム」(“exhaust plenum”)と一般的に呼ばれることがある。

本明細書において使用するとき、「ガスタービン入口フィルタ」(“gas turbine inlet filter”)という用語は交換されてよく、「入口フィルタ」(“inlet filter”)及び「入口フィルタアセンブリ」(“inlet filter assembly”)と一般的に呼ばれることがある。「空気吸入フィルタハウジング」(“inlet filter housing”)という用語も本開示を通じて交換されてよく、「フィルタハウジング」(“filter housing”)及び「空気フィルタアセンブリハウジング」(“air filter assembly housing”)と一般的に呼ばれることがある。その上、「排気スタック」(“exhaust stack”)という用語も本開示を通して交換されてよく、「タービン排気スタック」(“turbine exhaust stack”)と一般的に呼ばれることがある。

1つ又はそれよりも多くの坑井現場(well sites)のために移動式電気破砕作業(mobile electric fracturing operations)を提供する、様々な例示的な実施態様を本明細書中に開示する。破砕作業を提供するために、移動式電気供給源(mobile source of electricity)が、坑井現場に位置付けられる様々な破砕機器(fracturing equipment)に電力を提供するように構成されてよい。少なくとも2つの輸送装置(transports)を用いて移動式電気供給源を実装して現場での「フットプリント」を削減してよい。1つの輸送装置(transport)、即ち、発電輸送装置(power generation transport)は、坑井現場に電力を供給する補助機器(ancillary equipment)と共にガスタービン及び発電機を含んでよい。例えば、発電輸送装置は、単一の坑井現場に電力を供給するとき、約15〜35メガワット(MW)の範囲内の電力を生成することがある。第2の輸送装置、即ち、入口及び排気輸送装置(inlet and exhaust transport)は、1つ又はそれよりも多くのガスタービン入口空気フィルタ(gas turbine inlet air filters)及びガスタービン排気スタック(gas turbine exhaust stack)を含んでよい。発電輸送装置並びに入口及び排気輸送装置は、入口及び排気が、ガスタービン囲壁(gas turbine enclosure)の上部を通じてよりもむしろ、ガスタービン囲壁の側面で接続されるように、構成されてよい。1つの実施態様において、移動式電気供給源は、発電輸送装置を点火し、始動させ、或いは電力供給する電力を供給する、且つ/或いはピーク電力要求がガスタービン発電機輸送装置の電力出力を超える場合に補助電力を提供する、第3の補助輸送装置、即ち、補助ガスタービン発電機輸送装置(auxiliary gas turbine generator transport)を含んでよい。補助ガス輸送発電機輸装置は、発電輸送装置において用いられるものよりも小さい(例えば、約1〜8MWの電力を提供する)ガスタービン発電機を含んでよい。

本明細書中に更に開示するのは、少なくとも2つのポンプを駆動するように構成された二重シャフト電気モータを含む破砕ポンプ輸送装置(fracturing pump transport)を使用して移動式破砕作業を実施する様々な例示的な実施態様である。二重シャフト電気モータは、約1,500馬力(HP)〜約10,000HPのような所望の機械的出力範囲内で作動するように構成される電動モータであってよい。各ポンプは、比較的高い圧力(例えば、平方インチ当たり約10,000ポンド(PSI)))で破砕流体を排出するよう、約1,500HP〜約5,000HPのような所望の機械的出力範囲内で作動するように構成されてよい。1つの実施態様において、ポンプは、高圧破砕流体を生成する1つ又はそれよりも多くのプランジャを含むプランジャ式ポンプであってよい。ポンプ及び/又は二重シャフト電気モータを隔離し、作業者が、破砕ポンプ輸送装置を移動式破砕システムから分離せずに、ポンプ及び/又は二重シャフト電気モータを個別に取り外すのを可能にする、サブアセンブリを使用して、破砕ポンプ輸送装置は、二重シャフト電気モータをポンプに取り付けて連結してよい。

本開示は、1つ又はそれよりも多くの液圧破砕機器を遠隔にモニタリングし且つ制御する制御ネットワークシステムの様々な例示的な実施態様も含む。ブレンダ、水和ユニット、砂処理機器、化学添加剤システム、及び移動式電気供給源を非限定的に含む、異なる破砕機器は、イーサネット(登録商標)リングトポロジーネットワークのようなネットワークトポロジーを用いて遠隔に作動するように構成されてよい。制御ネットワークシステムは、破砕機器の上に及び/又は破砕機器に近接近して配置される実施制御ステーションを除去してよい。代わりに、破砕機器の近傍から離れた遠隔場所及び/又はデータバン(data van)のような指定される場所が、液圧破砕機器を遠隔に制御してよい。

図1は、坑口装置101(wellhead)と、移動式破砕システム103とを含む、坑井現場100の実施態様の概略図である。一般的に、移動式破砕システム103は、破砕作業を行って坑井を完成してよく、且つ/或いは掘削した坑井を生産坑井に転換してよい。例えば、坑井現場100は、作業者が坑井を掘削して坑井を完成させるプロセスにある場所であってよい。作業者は、垂直掘削、生産ケーシング(production casing)の実行、及び坑口内のセメント処理で、坑井完了プロセスを開始してよい。作業者は、様々な下げ孔工具(downhole tools)を坑口内に挿入してもよく、且つ/或いは坑口を掘削するために用いられる工具ストリングの部分として挿入してもよい。作業者が特定の深さまで坑井を掘削した後、坑井の水平部分を掘削して、引き続き、坑井の水平部分をセメント内に包み込んでよい。作業者は、次に、リグを梱包し、可動式破砕システム103を坑井現場100に移動させて、比較的高圧の破砕流体を坑口装置101を通じて地下地層内に押し込んで、岩石内に亀裂(fissures)及び裂け目(cracks)を生じさせる、破砕作業を行ってよい。作業者がひとたび破砕作業を完了すると、破砕システム103を坑井現場100から移動させてよい。典型的には、坑井現場100の破砕作業は数日続くことがある。

環境的により清浄でより輸送可能な破砕艦隊に提供するために、移動式破砕システム103は、移動式電気供給源102を含んでよく、移動式電気供給源102は、坑井現場100にある1つ又はそれよりも多くの他の供給源(例えば、生産坑口装置)から、遠隔オフサイト場所から、及び/又は移動式電気供給源102付近の他の比較的便利な場所から得られる、天然ガスのような炭化水素燃料を変換することによって、電気を生成するように構成される。坑井現場での破砕作業は、典型的に、数日に亘って続き、次に、破砕機器は、破砕作業の完了後に坑井現場から取り除かれるので、移動式破砕システム103の可動性を改良することは有益なことがある。空気品質に有意に影響を及ぼす燃料を電源として用いること及び/又は(例えば、坑井現場又はオフサイトに位置する)グリッド若しくは他のタイプの静止発電施設から電力を受け取ることよりもむしろ、移動式破砕システム103は、移動式電気供給源102を、他の破砕機器と共に輸送可能でありながら、より清浄に燃焼する電源として利用する。移動式電気供給源102から生成される電気を破砕機器に供給して、1つ又はそれよりも多くの坑井現場での破砕作業に電力供給してよい。図1に示すように、坑井現場フットプリント及び操作者が移動式電気供給源102を異なる坑井現場及び/又は異なる破砕業務に移動させる能力を減少させるために、移動式電気供給源102は2つの輸送装置を用いて実施されてよい。移動式電気供給源102を実施することに関する詳細は、図4A乃至6においてより詳細に議論する。

移動式電気供給源102は、少なくとも1つのスイッチギア輸送装置112(switch gear transport)、複数の駆動電力輸送装置104(drive power transports)、少なくとも1つの補助電力輸送装置106(auxiliary power transport)、少なくとも1つのブレンダ輸送装置110(blender transport)、少なくとも1つのデータバン114、及び坑口を通じて地下地層に破砕流体を給送する複数の破砕ポンプ輸送装置108(fracturing pump transports)を非限定的に含んでよい、移動式破砕システム103内の破砕機器に、電力を供給してよい。スイッチギア輸送装置112は、1つ又はそれよりも多くの電気接続部を介して移動式電気供給源102から生成される電気を受け取ってよい。1つの実施態様において、スイッチギア輸送装置112は、13.8キロボルト(KV)の電気接続部を用いて、移動式電気供給源102から電力を受け取ってよい。スイッチギア輸送装置112は、複数の電気切断されるスイッチ、ヒューズ、変圧器、及び/又は破砕機器を保護する回路プロテクタを含んでよい。スイッチギア輸送装置112は、移動式電気供給源102から受け取る電気を駆動電力輸送装置104及び補助電力輸送装置106に移動させてよい。

補助電力輸送装置106は、変圧器と、電気的に接続される破砕器具を制御し、モニタリングし、電気的に接続される破砕器具に電力を提供する、制御システムとを含んでよい。1つの実施態様において、補助電力輸送装置106は、13.8KVの電気接続部を受け取り、破砕ポンプ輸送装置108、ブレンダ輸送装置110、砂貯蔵装置及びコンベヤ、化学機器、データバン114、照明機器、及び破砕作業のために用いられるあらゆる追加的な補助機器のような、他の破砕機器に提供される、電圧を4.8KVまで下げてよい。補助電力輸送装置106は、電気接続のためのケーブルの大きさ及び移動式破砕システム103を接続するために用いられるケーブル布線の量を減少させるために、600Vのような他の電圧レベルよりもむしろ、4.8KVまで電圧を下げてよい。制御システムは、補助電力輸送装置106がデータバン114又は何らかの他の種類の制御センターのような遠隔場所からモニタリングされ且つ/或いは制御されてよいよう、制御ネットワークシステムに繋がるように構成されてよい。

駆動電力輸送装置104は、電気接続部(例えば、銅ワイヤ)、光ファイバ、無線、及び/又はこれらの組み合わせのような、複数の接続部を介して、破砕ポンプ輸送装置108上に位置する1つ又はそれよりも多くのモータをモニタリングし且つ制御するように構成されてよい。図面の明瞭性のために、接続部は図1から省略されている。駆動電力輸送装置104は、制御ネットワークシステムの部分であってよく、駆動電力輸送装置104の各々は、破砕ポンプ輸送装置108上の原動機(prime movers)をモニタリングし且つ/或いは制御するために用いられる、1つ又はそれよりも多くの可変周波数駆動装置(VFDs)を含む。VFDsは、原動機への入力周波数及び電圧を変化させることによって原動機の速さ及びトルクを制御するように構成されてよい。図1を例として用いると、駆動電力輸送装置104の各々は、複数の破砕ポンプ輸送装置108を駆動させるように構成されてよい。他の破砕ポンプ輸送装置に対する駆動電力輸送装置の比率が所望に用いられてよい。1つの実施態様において、駆動電力輸送装置104は、空気フィルタと、周囲空気を取り入れてVFDsを冷却するブロアとを含んでよい。駆動電力輸送装置104の他の実施態様は、空調ユニット及び/又は水冷を用いて、VFDsの温度を調整してよい。

破砕ポンプ輸送装置108は、駆動電力輸送装置104から受け取られる電力を受け取って、原動機に電力供給してよい。原動機は、電力を、1つ又はそれよりも多くのポンプを駆動させる機械的動力に変換する。1つの実施態様において、原動機は、2つの異なるポンプを駆動する二重シャフト電気モータ(dual shaft electric motor)であってよい。破砕ポンプ輸送装置108は、1つのポンプが二重シャフト電気モータの両端に連結されて、ポンプを直列に連結することを避けるように、構成されてよい。ポンプを直列に連結するのを避けることによって、破砕ポンプ輸送装置108は、ポンプのいずれか1つが故障するときに又は破砕ポンプ輸送装置108から取り外されたときに、作動し続けることがある。加えて、ポンプに対する修理は、破砕ポンプ輸送装置108を移動式破砕システム103及び坑口101内の他の破砕機器に接続するシステムマニホルドを切断することなく、行われてよい。破砕ポンプ輸送装置108を実施することに関する詳細は、図7A乃至7Bにおいてより詳細に議論する。

ブレンダ輸送装置110は、補助電力輸送装置106を通じて送られる電力を受け取って、複数の電気ブレンダに電力供給してよい。複数の原動機が、1つ又はそれよりも多くのポンプを駆動してよく、ポンプは、ポンプソース流体及びブレンダ添加物(例えば、砂)を混合タブ内に注入し、ソース流体及びブレンダ添加物を共に混合して、破砕流体を形成し、そして、破砕流体を破砕ポンプ輸送装置108に排出する。1つの実施態様において、電気ブレンダは、単一の輸送装置に位置する回転する機械類のための電気モータを含む二重構成ブレンダであってよく、それはTodd Coli et al.によって2012年4月6日に出願された「Mobile, Modular, Electrically Powered System for use in Fracturing Underground Formations」という名称の米国特許出願公開第2012/0255734により詳細に記載されており、その全文を本明細書中に参照として援用する。他の実施態様では、複数の密閉されたミキサホッパを用いて、プロパント及び添加剤を複数の混合タブ内に供給してよい。密閉されたミキサホッパを含む電気ブレンダを図9A及び9Bにおいてより詳細に議論する。

データバン114は、制御ネットワークシステムの部分であってよく、データバン114は、ブレンダ輸送装置110、移動式電気供給源102、破砕ポンプ輸送装置108、及び/又は移動式破砕システム103内の他の破砕機器を遠隔操作するために、動作指令をモニタリングし且つ提供するように構成される、制御センターとして作用する。例えば、データバン114は、制御ネットワークシステムを介して、破砕ポンプ輸送装置108上のポンプを駆動するために用いられる電気モータを作動させ且つその健康をモニタリングする駆動電力輸送装置104内に位置付けられるVFDsと通信してよい。1つの実施態様において、データバン114は、リングトポロジーを有する制御ネットワークシステムを用いて様々な破砕機器と通信してよい。リングトポロジーは、破砕作業のために用いられる制御ケーブル布線の量を減少させ、データ移転及び通信の容量及び速さを増大させることがある。制御ネットワークシステムを実施することに関する詳細を図10においてより詳細に議論する。

ガス調整輸送装置(gas conditioning transport)、水タンク(water tank)、化学薬品添加物の化学薬品貯蔵庫(chemical storage)、水和ユニット(hydration unit)、砂コンベヤ(sand conveyor)、及び砂箱貯蔵庫(sandbox storage)のような、図1に示す他の破砕機器は、当業者によって知られており、従って、更に詳細に議論されない。移動式破砕システム103の1つ又はそれよりも多くの実施態様において、図1に示す他の破砕器具のうちの1つ又はそれよりも多くは、移動式電気供給源102から生成される電力を受け取るように構成されてよい。加えて、図1に示すように、移動式破砕システム103の1つ又はそれよりも多くの実施態様は、低圧流体を受け取って高圧流体を坑口装置101に向かって放出する、ミサイルの使用を含まなくてよい。移動式破砕システム103のための制御ネットワークシステムは、破砕ポンプ輸送装置108の電気モータで、ブレンダ輸送装置110の電気ブレンダを遠隔に同期させ且つ/或いはスレーブ化してよい。従来的なディーゼルを動力源とするブレンダと異なり、電気ブレンダは、破砕ポンプ輸送装置108上に取り付けられるポンプ速度変化に速度変化を行ってよい。換言すると、破砕ポンプ輸送装置108内のポンプが速度変化増大を行うならば、ブレンダ輸送装置110内の電気ブレンダは、その速度及び砂コンベヤのような補助機器を自動的に補償して、速度変化に順応してよい。操作者からの手作業の命令は、速度変化を行うために用いられなくてよい。

図2は、移動式破砕システム202のための3つの輸送装置を含む移動式電気供給源204を含む坑井現場200の実施態様の概略図である。移動式破砕システム202は、移動式破砕システムが補助ガスタービン発電機輸送装置206を含む点を除き、移動式破砕システム103と実質的に類似する。補助ガスタービン発電機輸送装置206は、移動式電気供給源204を点火し、始動させ、電力供給する電力を提供し、且つ/或いはピーク電力要求がガスタービン発電機輸送装置の電力出力を超える場合に補助電力を提供するように、構成されてよい。補助ガスタービン発電機輸送装置は、ガスタービン発電機輸送装置において用いられるものよりも少ない電力を生成する(例えば、約1〜8MWの電力を提供する)、より小さなガスタービン又はディーゼル発電機を含んでよい。追加的に又は代替的に、補助ガスタービン発電機輸送装置206は、移動式破砕システム202のために、試験(testing)、待機(standby)、ピーキング(peaking)、及び/又は他の緊急バックアップ電力機能性を提供してよい。

図2は、移動式破砕システム202が、スイッチギア輸送装置112及び破砕ポンプ輸送装置108と略平行な向きにおいて駆動電力輸送装置104及び補助電力輸送装置106を配置し且つ位置付ける。駆動電力輸送装置104及び補助電力輸送装置106を、図1に示すような略垂直な向きではなく、平行な向きに位置付けることは、有益なことがあり、例えば、移動式破砕システム202のフットプリントを減少させる。その上、図2は、産出している坑口装置からの天然ガスのような、燃料源208が、坑井現場に配置されてよく、そして、移動式電気供給源204によって用いられて、電気を生成してよいことも、例示している。

図1及び図2は、坑井現場100での移動式破砕システム103についての特定の構成を例示しているが、本開示は、図1及び2に例示する特定の実施態様及び/又は用途に限定されない。例えば、本開示の実施態様は、複数の坑口装置101、複数のブレンダ輸送装置110、及び複数の補助電力輸送装置106を含んでよい。加えて、移動式電気供給源102は、破砕作業における使用に限定されず、破砕作業では典型的に用いられない他の種類の機器及びデバイスに電力供給するために適用可能であってよい。図1及び図2の使用及び議論は、記述及び説明の容易さを促進する一例に過ぎない。

図3は、2つの坑口装置101と、2つのデータバン114とを含む、坑井現場300の実施態様の概略図である。2つのデータバン114は、同時にモニタリングして、動作指令を2つの異なる坑口装置101に提供する、制御ネットワークシステムの部分であってよい。追加的なブレンダ輸送装置110を加えて、第2の坑口装置101より下の地下地層を破砕するために用いられる破砕ポンプ輸送装置に破砕流体を提供してよい。図3は両方の坑口装置101が同じ坑井現場300に配置されることを例示しているが、他の実施態様は異なる坑井現場に配置される坑口装置101を有してよい。

移動式電気供給源

移動式電気供給源は、図1乃至3に記載するような坑井現場で用いられる移動式破砕システムの部分であってよい。換言すると、移動式電気供給源は、移動式破砕システムの部分であり、破砕作業の完了後に残されなくてよい、他の破砕機器(例えば、破砕ポンプ輸送装置)と一緒に、異なる場所(例えば、異なる坑井場所)に輸送可能であるように、構成されてよい。移動式電気供給源は、可動化(mobilization)及び非可動化(de-mobilization)プロセスのための作業を簡略化及び最小限化することによって、専用電力の移動性(mobility)を向上させる、少なくとも2つの異なる輸送装置を含んでよい。例えば、移動式電気供給源は、約24時間の可動化及び非可動化時間期間を可能にすることによって移動性を向上させてよい。移動式電気供給源は、同じ2つの輸送システムが輸送モード及び作業モードのために用いられてよい、2つの輸送装置フットプリントを含んでもよい。図4A乃至6は2つの異なる輸送装置を用いて移動式電気供給源を実施する実施態様を例示しているが、移動式電気供給源の他の実施態様は、ガスタービン発電機、空気入口フィルタハウジング、ガスタービン排気スタック、及び図4A乃至6に示す他のコンポーネントを、異なる数の輸送装置に取り付けてよい(例えば、全てを1つの又は2つよりも多くの輸送装置に取り付けてよい)。1つ又はそれよりも多くの場所(例えば、坑井現場)での破砕作業のための電力を提供するために、移動式電気供給源は、天然ガスのような炭化水素燃料を電気に変換するように構成されるガスタービン及び発電機を利用し且つ可動化するように設計される。

図4A及び図4Bは、ガスタービン発電機輸送装置400の実施態様の概略図である。図4Aは、タービン囲壁402を備えるガスタービン発電機輸送装置400の側面プロファイル図を例示しており、タービン囲壁402は、ガスタービン発電機輸送装置400内のコンポーネントを取り囲み、入口プレナム404、排気コレクタ406、及び囲壁通気入口418のための空洞を含む。図4Bは、タービン囲壁402内のコンポーネントを描写するガスタービン発電機輸送装置400の側面プロファイル図を例示している。図4Bに示すように、ガスタービン発電機輸送装置400は、以下の機器、即ち、(1)入口プレナム404、(2)ガスタービン407(例えば、ジェネラルエレクトリック(GE)2500)、(3)排気コレクタ406、(4)発電機408、(5)発電機ブレーカ410、及び(6)制御システム412を含んでよい。図4Bに示していないが、ガスタービン発電機輸送装置400の上に配置されることがある、他のコンポーネントは、タービン潤滑油システム、火災抑制システム、及び発電機潤滑油システムを含む。

ガスタービン発電機輸送装置400は、天然ガス、液化天然ガス、コンデンセート、及び/又は他の液体燃料のような、炭化水素燃料源から、機械的エネルギ(即ち、シャフトの回転)を生成する、ガスタービン407を含む。図4Bに示すように、ガスタービンシャフトは、発電機408がシャフトの回転から供給される機械的エネルギを変換して電力を生産するように、発電機408に接続される。ガスタービン407は、GE LM2500ファミリのガスタービン、Pratt and Whitney FT8ガスタービン、又は発電機408が1つ又はそれよりも多くの坑井現場での破砕作業に電力供給するのに十分な機械的電力を生成する任意の他のガスタービンのような、ガスタービンであってよい。発電機408は、Brush BDAX 62-170ER発電機又は1つ又はそれよりも多くの坑井現場での破砕作業のための電力を生成するように構成される任意の他の発電機であってよい。例えば、ガスタービン発電機輸送装置400内のガスタービン407及び発電機408の組み合わせは、少なくとも約15メガワット(MW)〜約35MWの範囲内からの電力を生成することがある。坑井現場で必要とされる電力の量に依存して、約35MWよりも大きい又は15MWよりも少ない電力範囲を伴う他の種類のガスタービン発電機が用いられてもよい。1つの実施態様では、ガスタービン発電機輸送装置400の可動性を増大させるために、ガスタービン407は、約14.5フィートの長さ及び約4フィートの直径の寸法内に適合するように構成されてよく、且つ/或いは、発電機408は、約18フィートの長さ及び約7フィートの幅の寸法内に適合するように構成されてよい。

発電機408は、発電機408の正面及び/又は背面に配置される空気入口内に空気を引き込み、空気出口414を介して側面から空気を排気する、発電機408の内部にある通気ファンを含む、ガスタービン囲壁402内に収容されてよい。他の実施態様は、発電機408のために囲壁の異なる場所に位置付けられる空気出口を有してよい。1つの実施態様において、空気入口は、入口ルーバであってよく、空気出口は、発電機を気候要素から保護する出口ルーバであってよい。別個の発電機通気スタックユニットが、ガスタービン発電機輸送装置400の上に取り付けられてよい。

タービン囲壁402は、1つ又はそれよりも多くの入口プレナム404を介して通気空気(ventilation air)及び燃焼空気(combustion air)をガスタービン407に提供するように構成される(複数の)ガスタービンフィルタも含んでよい。加えて、囲壁通気入口418を追加して通気空気の量を増やしてよい。通気空気は、ガスタービン407を冷却し且つガスタービン囲壁402を通気するために用いられる空気であってよい。燃焼空気は、機械的エネルギの生産を助けるようガスタービン407に供給される空気であってよい。入口プレナム404は、ガスタービン入口フィルタから吸気(intake air)を集めて、吸気をガスタービンに供給するように、構成されてよい。排気コレクタ406は、ガスタービンから排気される空気を集めて、排気をガスタービン排気スタックに供給するように、構成されてよい。

ガスタービン発電機輸送装置400の移動性を改良するために、空気入口フィルタハウジング及びガスタービン排気スタックは、タービン囲壁402の上で空気入口フィルタハウジング及びガスタービン排気スタックの両方を接続すること又は空気入口フィルタハウジングをガスタービン発電機輸送装置400の一端で接続し且つ排気コレクタをタービン囲壁402の側方から接続することは対照的に、タービン囲壁402の側面のうちの少なくとも1つから接続されるように構成される。入口及び排気輸送装置からの空気入口フィルタハウジング及びガスタービン排気スタックは、タービン囲壁402の側面に配置される輸送装置の一方又は両方から延びる1つ又はそれよりも多くの延長接続部を用いて、タービン囲壁402と繋がってよい。クレーン、フォークリフト、及び/又は延長接続部を所定の場所に接続し且つ/或いは空気入口フィルタハウジング及びガスタービン排気スタックをタービン囲壁402の側面に接続する任意の他の外部機械的手段を用いずに、タービン囲壁402と空気入口フィルタハウジング及びガスタービン排気スタックとの間の連結をもたらす、任意の形態の接続が用いられてよい。延長接続部は、空気入口フィルタハウジング及びガスタービン排気スタックをタービン囲壁402に接続するダクト及び/又は延長継手を含んでよい。加えて、タービン囲壁402の側面を解する空気入口フィルタハウジング及びガスタービン排気スタックの経路指定(routing)は、入口空気流及び出口排気流を用いてガスタービンネームプレート出力定格(nameplate output rating)を達成する、完全な空気力学的モデリングを提供することがある。入口及び排気輸送装置を図5A及び5Bにおいて後により詳細に議論する。

様々な車道上の移動性を向上させるために、図4A及び図4B中のガスタービン発電機輸送装置400は、約13フィート6インチの最大高さ、約8フィート6インチの最大幅、及び約66フィートの最大長さを有してよい。更に、ガスタービン発電機輸送装置400は、ガスタービン発電機輸送装置400で重量を支え且つ分散させるために用いられる少なくとも3つの車軸を含んでよい。ガスタービン発電機輸送装置400の他の実施態様は、総輸送重量に依存して、3つの車軸を超える輸送装置であってよい。車軸の寸法及び数は、典型的には、特定な高さ、長さ、及び重量制約を義務付ける、車道上の輸送を可能にするように、調節されてよい。

1つの実施態様において、ガスタービン407及び発電機408は、工学設計される輸送フレーム416(engineered transport frame)、サブベース(sub-base)、サブスキッド(sub-skid)、又はガスタービン407及び発電機408の取り付けをサポートするために用いられる任意の他のサブ構造に取り付けられてよい。単一の工学設計される輸送フレームを用いて、ガスタービン407、発電機408、入口プレナム404、及び排気コレクタ406の間の接続を整列させてよく、且つ/或いは単一の工学設計される輸送フレーム416への面一な取付けのために構成することによってガスタービン及び発電機を下げてよい。単一の工学設計される輸送フレーム416は、ガスタービン407及び発電機408のために別個のサブベースを用いることと比べて、ガスタービン407及び発電機408のより容易な整列及び接続を可能にする。ガスタービン発電機輸送装置400の他の実施態様は、複数のサブベースを用いてよく、例えば、1つのサブベースの上にガスタービン407を取付け、他のサブベースの上に発電機408を取り付けてよい。

図4Bは、発電機ブレーカ410及び制御システム412がガスタービン発電機輸送装置400の上に配置されてよいことを例示している。発電機ブレーカ410は、発電機408を電流及び/又は電圧故障状態から保護するように構成される1つ又はそれよりも多くの回路ブレーカを含んでよい。発電機ブレーカ410は、中電圧(MV)回路ブレーカスイッチボード(medium voltage circuit breaker switchboard)であってよい。1つの実施態様において、発電機ブレーカは、3つのパネルであってよく、2つのパネルは発電機のためであり、1つのパネルは回路ブレーカ上の継電器を保護するフィーダのためである。1つの実施態様において、発電機ブレーカ410は、真空回路ブレーカであってよい。制御システム412は、ガスタービン407及び発電機408の電力出力を制御し、モニタリングし、調整し、且つ調節するように、構成されてよい。例えば、制御システム412は、荷重要求と整合する十分な電力を生成することによって、破砕作業によって生成される荷重をモニタリングし且つ平衡させてよい。制御システム412は、(例えば、坑井現場から外れた)遠隔場所に配置されるデータバン又は他のコンピュータシステムが、発電機408の電力出力を制御し、モニタリングし、調整し、且つ調節するのを可能にする制御ネットワークシステムと同期し且つ通信するように、構成されてもよい。図4Bは発電機ブレーカ410及び/又は制御システム412がガスタービン発電機輸送装置400の上に取り付けられてよいことを例示しているが、移動式電気供給源の他の実施態様は、発電機ブレーカ410及び/又は制御システム412を他の場所(例えば、スイッチギア輸送装置)に取り付けてよい。

ガスタービン発電機輸送装置400の上に配置されてよいが、図4A及び図4Bには示されていない他の機器は、タービン潤滑油システム、ガス燃料弁、発電機潤滑油システム、及び火災抑制システムを含む。この開示においてタービン潤滑油システム及び発電機潤滑油システムの両方を概ね指す潤滑油システム又はコンソールは、発電機及びタービン潤滑油フィルタリングシステム及び冷却システムを提供するように構成されてよい。1つの実施態様において、輸送装置のタービン潤滑コンソール領域は、火災抑制システムも含んでよく、火災抑制システムは、スプリンクラー、水ミスト、洗浄剤、フォームスプリンクラー、二酸化炭素、及び/又は火災を抑制し或いはガスタービン407のための火災保護をもたらすために用いられる他の機器を含んでよい。ガスタービン発電機輸送装置400上のタービン潤滑油コンソール及び火災抑制システムの取付けは、ガスタービン発電機輸送装置への、タービン及び発電機潤滑油、フィルタリング、冷却システム及び火災抑制システムのための補助輸送装置及び接続部の必要を排除することによって、この輸送装置のフットプリントを減少させる。タービン及び発電機潤滑油システムは、発電機408の下に又はガスタービン発電機輸送装置400上の任意の他の場所に配置されるスキッド上に取り付けられてよい。

図5A及び図5Bは、入口及び排気輸送装置500の実施態様の概略図である。具体的には、図5Aは、輸送モードにある間の入口及び排気輸送装置500を描写しており、図5Bは、作業モードにある間の入口及び排気輸送装置500を描写している。図5A及び図5Bに示すように、入口及び排気輸送装置500は、空気入口フィルタハウジング502と、ガスタービン排気スタック504とを含む。図5A及び図5Bに示していないが、1つ又はそれよりも多くのガスタービンフィルタ及び通気ファンが空気入口フィルタハウジング302内に配置されてよく或いは収容されてよい。

図5A及び図5Bは、空気入口フィルタハウジング502は固定的な場所入口及び排気輸送装置500上に取り付けられてよいことを例示している。入口及び排気輸送装置500の他の実施態様は、作業モードと輸送モードとの間の移行のときに空気入口フィルタハウジング502が1つ又はそれよりも多くの方向に滑動してよいような構成で、空気入口フィルタハウジング502を載せる。例えば、空気入口フィルタハウジング502は、作業モードのために滑り出てよく、輸送モードのために滑り戻ってよい。空気入口フィルタハウジング502を滑動させることは、空気入口フィルタハウジング502をガスタービン発電機輸送装置上に取り付けられるガスタービン囲壁の入口プレナムと整列させるために用いられてよい。他の実施態様において、空気入口フィルタハウジング502は、ガスタービン発電機輸送装置上に取り付けられるガスタービン囲壁の入口プレナムと係合する能力を備えてターンテーブルの上に取り付けられてよい。空気入口フィルタハウジング502は、騒音を削減する複数の消音器を含んでよい。空気入口フィルタハウジング502を取り付けるための異なる実施態様は、燃焼のためにガスタービンに供給するのが必要とされる空気流動力学及び清浄な空気の量に依存することがある。

ガスタービン排気スタック504は、ガスタービン排気部508と、騒音制御のために構成される排気延長部506と、排気端コネクタ510とを含んでよい。排気延長部506は、入口及び排気輸送装置500からの騒音を削減する複数の消音器を含んでよい。図5Aに示すように、ガスタービン排気スタック504は、初めに、輸送モード中にその側面に位置するように取り付けられてよい。作業モードにおいて、ガスタービン排気スタック504は、ガスタービン排気スタック504がその基部で直立位置において入口及び排気輸送装置500に取り付けられるよう、外部機械的手段を用いないで、回転させられてよい。作業モードにおいて、ガスタービン排気スタック504は、ガスタービン排気スタック504が 図4A及び図4Bに示すガスタービン囲壁の排気コレクタ及び排気端コネクタ510と整列させられ且つ接続するよう、液圧、空圧、及び/又は電気モータを用いて、位置付けられてよい。

排気端コネクタ510は、ガスタービン排気スタック504をガスタービン囲壁の排気コレクタと順応し且つ整列させられてよい。作業モードにおいて、排気端コネクタ510は、ガスタービン囲壁に向かう方向にある側面方向において前方に動いてよい。排気端コネクタ510は、輸送モードに移行するときに、ガスタービン囲壁から離れる方向にある側面方向において後方に動いてよい。ガスタービン排気スタック504の他の実施態様は、輸送モードと作業モードとの間で移行するときに、排気端コネクタ510及びガスタービン排気スタック504が一緒に回転させられるよう、単一のコンポーネントとして接続されるガスタービン排気部508と排気端コネクタ510を有してよい。

他の実施態様では、輸送中、ガスタービン排気スタック504は、第1の区画と第2の区画とに区分されてよい。例えば、第1の区画は、ガスタービン排気部508に対応してよく、第2の区画は、排気延長部506に対応してよい。ガスタービン排気スタック508の第1の区画は、直立位置にあってよく、ガスタービン排気スタック506の第2の区画は、輸送のためにガスタービン排気部の第1の区画に隣接して取り付けられてよい。第1の区画及び第2の区画は、第2の区画が、作動のために第1の区画の上に積み重なるように回転させられるよう、互いに蝶番付けられてよい。他の実施態様において、ガスタービン排気スタック504は、ガスタービン排気スタック504全体が、入口及び排気輸送装置500の上に取り付けられる間に、下降させられ或いは上昇させられるように、構成されてよい。

典型的には、空気入口フィルタハウジング502及びガスタービン排気スタック504は、別個の輸送装置の上に輸送されてよく、次に、作業モード中にクレーンが、ガスタービン囲壁の上に持ち上げられて、ガスタービン発電機輸送装置の上に取り付けられる。空気入口フィルタハウジング502及びガスタービン排気スタック504を支持する別個の輸送装置は、作業モードの間に用いられなくてよい。しかしながら、空気入口フィルタハウジング502及びガスタービン排気スタック504が単一の輸送装置の上に取り付けられて、ガスタービン発電機輸送装置の上に取り付けられるガスタービン囲壁の側面のうちの少なくとも1つに繋がるように適合させることによって、入口及び排気輸送装置は、ガスタービン輸送装置と並んで位置付けられてよく、次に、作業のために空気入口及び排気プレナムを接続してよい。その結果は、比較的素早いリグアップ(rig-up)及び/又はリグダウン(rig-down)を有することであり、それは重い持上げクレーン、フォークリフト、及び/又は作業現場での任意の他の外部機械的手段の使用を排除する。

図6は、作業モードにあるときの2つの輸送装置の移動式電力源600の実施態様の概略図である。図6は、作業モードの間の入口及び排気輸送装置500とガスタービン輸送装置400との間の連結の頂面図を例示している。排気延長接続部602は移動して、入口及び排気輸送装置のガスタービン排気スタックをガスタービン発電機輸送装置の排気コレクタと接続するために外部機械的手段を用いずに(例えば水力学を用いて)排気端コネクタ510に繋がってよい。入口延長接続部604は移動して、入口及び排気輸送装置の空気入口フィルタハウジング及びガスタービン発電機輸送装置の入口プレナムを接続してよい。2つの輸送装置400及び500は、排気延長接続部602及び入口延長接続部604が2つの輸送装置400及び500を接続し得るような所定の向き及び距離で停められてよい。

1つの実施態様では、2つの輸送装置400及び500を接続するために、位置付け、整列、及び距離を調節するよう、輸送装置400及び500の各々は、液圧歩行システム(hydraulic walking system)を含んでよい。例えば、液圧歩行システムは、2つの輸送装置400及び500を輸送車両(例えば、トラクタ又は他の種類の自動車両)に取り付けることなく、輸送装置500を移動させて、所定の位置に整列させてよい。液圧歩行システムは、輸送装置400及び/又は輸送装置500を前後に及び/又は横に動かすために用いられる複数のアウトリガー(outriggers)及び/又は支持脚(support feet)(図6には示されていない)を含んでよい。各アウトリガー及び/又は支持脚で、液圧歩行システムは、輸送装置を持ち上げる第1の液圧シリンダと、指定される向き又は方向において輸送装置を動かす第2の液圧シリンダとを含んでよい。輸送装置上の液圧歩行システムは、2つの輸送装置を互いに隣り合って停めるときに必要とされる精度を減少させることによって移動性を増大させる。

図11は、破砕作業のための移動式電気供給源を提供する方法1100の実施態様のフローチャートである。方法1100は、他の破砕器具を備える移動式電気供給源を非生産坑井を含む坑井現場に輸送することによって、ブロック1102で開始する。方法1100は、次に、ブロック1104に進み、移動式電気供給源を輸送モードから作業モードに変換する。輸送モードから作業モードへの変換中に同じ輸送装置が用いられてよい。換言すると、作業モードのために移動式電気供給源を設定するときに、輸送装置は追加されず且つ/或いは取り除かれない。加えて、方法1100は、フォークリフト、クレーン、及び/又は移動式電気供給源を作業モードに移行させる他の外部的機械手段を用いずに行われる。2つの輸送装置トレーラについての変換プロセスは、図4A乃至6により詳細に記載されている。

方法1100は、次に、ブロック1106に進み、移動式電気供給源を用いて電気を生成して、1つ又はそれよりも多くの坑井現場での破砕作業に電力供給する。1つの実施態様において、方法1100は、ガスタービン発電機を用いて液圧燃料を電気に変換することによって電気を生成してよい。次に、方法1100は、ブロック1108に進み、移動式電気供給源を作業モードから輸送モードに変換する。ブロック1104と同様に、ブロック1108についての変換プロセスは、フォークリフト、クレーン、及び/又は移動式電気供給源を輸送モードに戻す他の外部的機械手段を用いないで、同じ輸送装置を用いてよい。方法1100は、次に、ブロック1110に進み、破砕作業がひとたび完了すると、他の破砕器具と共に移動式電気供給源を坑井現場から取り除く。

破砕ポンプ輸送装置

図7A及び図7Bは、図4A乃至6に記載されるような移動式電気供給源によって電力供給される破砕ポンプ輸送装置700の実施態様の概略図である。破砕ポンプ輸送装置700は、2つの別個のポンプ702A及び702Bに源力供給する原動機704を含んでよい。輸送装置上の2つの別個のポンプ702A及び702Bに取り付けられる単一の原動機704を組み合わせることによって、破砕作業は、ポンプ輸送装置、原動機、可変周波数駆動装置(VFDs)、地面アイロン(ground iron)、吸引ホース、及び/又はマニホルド輸送装置の量を減少させることがある。図7A及び図7Bは、破砕ポンプ輸送装置700が2つの別個のポンプ702A及び702Bに電力供給する単一の原動機704を支持することを例示しているが、破砕ポンプ輸送装置の他の実施態様は、各々がポンプ702A及び702Bに電力供給する複数の原動機704を含んでよい。

「レイダウン」トレーラ710設計は、ポンプの日常的な保守及び操作を行う乗員のための移動性、安全性の向上、及び人間工学の改良をもたらすことがある。何故ならば、主トレーラビームが作業モードのために地面で支えられるときに、「レイダウン」構成はポンプを地面まで下方に位置付けるからである。図7A及び図7Bに示すように、「レイダウン」トレーラ710は、破砕ポンプトレーラ電力及び制御システム708(fracturing pump trailer power and control systems)を保持し或いは取り付け得るトレーラ車軸より上の上方区画を有する。破砕ポンプトレーラ電力及び制御システム708は、1つ又はそれよりも多くの電気駆動装置、変圧器、制御装置(例えば、破砕ポンプ輸送装置700上に配置されるプログラム可能な論理制御装置(PLC))、及び駆動電力トレーラ及び/又は別個の電気ポンプシステムへの接続のためのケーブルを含んでよい。電気駆動装置は、接地される或いは短絡される原動機704への損傷を防止すること及び/又は電気駆動装置内のコンポーネント(例えば、半導体チップ)の過熱を防止することのような、制御、モニタリング、及び信頼性機能を提供してよい。トレーラ車軸より下に位置付けられてよい下方区画は、互いに両側に取り付けられる原動機704並びにポンプ702A及び702Bを保持し或いは取り付けてよい。

1つの実施態様において、原動機704は、電気モータの両側で突出するシャフトを有する二重シャフト電気モータであってよい。二重シャフト電気モータは、所望の種類の交流(AC)又は直流(DC)モータであってよい。1つの実施態様において、二重シャフト電気モータは、誘導モータであってよく、他の実施態様において、二重シャフト電気モータは、永久磁石モータであってよい。原動機704の他の実施態様は、約5,000HP以上をもたらすように構成される他の電気モータを含んでよい。例えば、二重シャフト電気モータは、約1,500HP〜約10,000HPの範囲内の電力をモータに供給してよい。幾つかの実施態様に特異には、二重シャフト電気モータは、約5,000HPの定格電気モータ又は約10,000HPの電気モータであってよい。原動機704は、最大で約5,000HPまで定格される並びに移動式電気供給源から生成される電力を受け取ってよい少なくとも1つの可変周波数駆動装置によって、駆動させられてよい。

図7A及び図7Bに示すように、原動機704の1つの側面は、1つのポンプ702Aを駆動させ、原動機704の反対側の側面は、第2のポンプ702Bを駆動させる。ポンプ702A及び702Bは、原動機704に対して直列構成において構成されていない。換言すると、1つのポンプが故障するならば、それが切断されて、他のポンプが作動し続け得るよう、原動機704は、各ポンプ702A及び702Bを独立して駆動させる。二重シャフト電気モータであり得る原動機704は、ディーゼルエンジン及び伝動装置の使用を排除する。その上、輸送装置上で二重シャフト電気モータを用いることは、電力をポンプに移すときの不調和(dissonance)又はフィードバックを防止することがある。1つの実施態様において、原動機704は、2つのポンプ702A及び702Bの間で分散される少なくとも約5,000HPを供給するように構成されてよい。例えば、二重シャフト電気モータであってよい原動機704は、全部で約5,000HPを供給するために、約2,500HPをポンプのうちの1つ702Aに提供し、約2,500HPを他のポンプ702Bに提供してよい。他の実施態様は、5,000HP未満又は5,000HPより多くを供給する原動機704を有してよい。例えば、原動機704は、約1,500HPをポンプのうちの1つに供給し、約1,500HPを他のポンプに供給することによって、全部で約3,000HPを供給してよい。他の実施態様は、約5,000HPをポンプのうちの1つ702Aに供給し、約5,000HPを他のポンプ702Bに供給することによって、全部で約10,000HPを供給する原動機704を有してよい。具体的には、1つ又はそれよりも多くの実施態様において、原動機704は、約3,000HP、3,500HP、4,000HP、4,500HP、5,000HP、5,200HP、5,400HP、6,000HP、7,000HP、8,000HP、9,000HP、及び/又は10,000HPのHP定格で作動してよい。

破砕ポンプ輸送装置700は、2つのポンプ702A及び702Bを単一の輸送装置上に配置することによって坑井現場にある破砕機器のフットプリントを減少させることがある。より大きなポンプをより大きな馬力で作動する二重シャフトモータに連結して、追加的な機器フットプリント削減をもたらしてよい。1つの実施態様において、ポンプ702A及び702Bの各々は、単一の輸送装置上に配置される定量ポンプ(quintiplex pumps)であってよい。他の実施態様は、三重ポンプ(triplex pumps)のような、他の種類のプランジャ型のポンプを含んでよい。ポンプ702A及び702Bを単一は、それぞれ、約1,500HP〜約5,000HPの範囲内で作動してよい。具体的には、1つ又はそれよりも多くの実施態様において、ポンプ702A及び702Bの各々は、約1,500HP、1,750HP、2,000HP、2,250HP、2,600HP、2,700HP、3,000HP、3,500HP、4,000HP、4,500HP、及び/又は5,000HPのHP定格で作動してよい。ポンプ702A及び702Bは、原動機704が第1のポンプ702Aを駆動させ、第1のポンプ702Aが次に第2のポンプ702Bを駆動させる、直列構成において構成されなくてよい。

原動機704並びに各々のポンプ702A及び702Bは、隔離されるように構成されるサブアセンブリ上に取り付けられてよく、破砕ポンプ輸送部からの個別の除去を可能にしてよい。換言すると、破砕システムを停止せずに或いは破砕システムの他の部分を妥協せずに、原動機704並びに各々のポンプ704A及び702Bをサービスから外して交換し得る。原動機704並びにポンプ702A及び702Bは、破砕ポンプ輸送装置700から取り外されるときに切り離される連結を介して互いに接続されてよい。原動機704が修理のために交換され或いは取り外される必要があるならば、原動機サブアセンブリは、2つのポンプ702A及び702Bを破砕ポンプ輸送装置700から取り外すことなく、破砕ポンプ輸送装置700から取り外されてよい。例えば、ポンプ702Aを破砕ポンプ輸送装置700から隔離し、取り外して、新しいポンプ702Aと交換し得る。原動機704及び/又はポンプ702A,702Bが保守を必要とするならば、操作者は異なるコンポーネントを流体ラインから隔離し、栓を抜き(unplug)、ピンを抜き(un-pin)、原動機704及び/又はポンプ702A,702Bを破砕ポンプ輸送装置から取り外し得る。その上、各ポンプ702A及び702Bサブアセンブリは、他のポンプ及び/又は原動機704の取外しを伴わずに、破砕ポンプ輸送装置から取り外されて、取り除かれてよい。よって、破砕ポンプ輸送装置700は、マニホルドシステムから切断されなくてよく、その場所から追い出されなくてよい。代わりに、交換用原動機704及び/又はポンプ702A,702Bをラインに戻して配置し、破砕ポンプ輸送装置700に再接続してよい。

サブアセンブリの独立した除去を実施するために、2つのポンプ702A及び702Bは、遠隔操作を提供して一方又は両方のポンプ702A及び702Bを原動機704に係合し或いは原動機704から係合解除するように構成される駆動ラインアセンブリ706を用いて、原動機704に連結されてよい。駆動ラインアセンブリ706は、1つ又はそれよりも多くの連結器(couplings)と、駆動シャフトとを含んでよい。例えば、駆動ラインアセンブリ706は、ポンプ702A又は702Bの一方とキー溝付きシャフトとを接続する固定的な連結器を含んでよい。キー溝付きシャフトは、固定的な連結器を、原動機704に取る付けられるスプライン状の歯付き連結器(splined toothed coupling)に相互接続してよい。ポンプ702A及び702Bの一方又は両方を原動機704に係合し或いは原動機704から係合解除するために、スプライン状の歯付き連結器は、スプライン状の滑動スリーブ連結器(splined sliding sleeve coupling)と、モータスリーブ整列をもたらし且つ滑動スリーブモータ及びポンプ連結器の接続及び切断のために動力供給される液圧流体をもたらすモータ連結スキッド(motor coupling skid)とを含んでよい。連結器の他の実施態様は、トルクチューブ、エアクラッチ、電磁クラッチ、液圧クラッチ、及び/又は手動の及び/又は遠隔操作される切断デバイスを有する他のクラッチ及び切断装置(disconnects)を含んでよい。

図12は、破砕流体を坑口装置内に注入する方法1200の実施態様のフローチャートである。方法1200は、ブロック1202で開始し、電力を受け取って少なくとも1つの原動機に電力供給する。原動機は、図7A及び図7Bに示すような破砕ポンプ輸送装置上に配置される二重シャフト電気モータであってよい。方法1200は、次に、ブロック1204に進み、1つ又はそれよりも多くのブレンダから生成される破砕流体を受け取る。1つの実施態様において、ブレンダは、密閉式ミキサホッパを含む電気ブレンダであってよい。

方法1200は、次に、ブロック1206に進み、少なくとも1つの原動機を用いて1つ又はそれよりも多くのポンプを駆動させて破砕流体を加圧する。1つの実施態様において、ポンプは、両側に位置付けられてよく、両方のポンプを駆動させる二重シャフト電気モータからの単一のシャフトによって駆動させられてよい。換言すると、2つのポンプが作動しているとき、方法1200は、2つのポンプを直列構成の代わりに並列構成において駆動させてよい。ポンプのうちの1つが取り外されるならば、方法1200は、残余のポンプを駆動させ続ける。方法1200は、次に、ブロック1208に進み、加圧破砕流体を坑口装置内に注入する。

ブレンダ輸送装置

図8A及び図8Bは、電気ブレンダ806を含むブレンダ輸送装置800の実施態様の概略図である。図8Aは、ブレンダ輸送装置800の頂面図を例示しており、図8Bは、ブレンダ輸送装置800の側面プロファイル図を例示している。ブレンダ輸送装置800は、図1乃至6に記載するような移動式電気供給源によって電力供給されてよい。電気ブレンダ806は、約240bpmの混合能力を備える、米国特許出願公開第2012/0255734号に記載するような、二重構成ブレンダであってよい。二重構成ブレンダは、全ての回転する機械類のための電気モータを含んでよく、単一の輸送装置の上に取り付けられてよい。二重構成ブレンダは、独立しており且つ冗長であるように構成される2つの別個の混合ユニットを有してよい。例えば、混合ユニットの任意の一方又は両方は、混合ユニットの入口マニホルドを介してソース流体を受け取ってよい。ソース流体は、同じ供給源(ソース)又は異なる供給源に由来してよい。ソース流体は、次に、混合タブの任意の一方又は両方によって混合され、次に、混合ユニットの任意の一方又は両方の出口マニホルドから排出されてよい。ブレンダ輸送装置800の他の実施態様は、単一の混合ユニットを含む単一構成ブレンダであってよい。

図8A及び8Bは、移動性を向上させ、電気ブレンダ806の日常的な保守及び操作を行う乗員のための人間工学を向上させる、「レイダウン」トレーラ802設計を例示している。何故ならば、「レイダウン」は、ブレンダタブ、ポンプ及び配管を地面レベルまで下方に位置付け、主トレーラビームは、作業モードのために地面で支えられるからである。

「レイダウン」トレーラ710と同様に、「レイダウン」トレーラ802は、トレーラ車軸より上の上方区画と、トレーラ車軸より下の下方区画とを含んでよい。1つの実施態様において、電気ブレンダ806及びトレーラ上の関連機器は、制御システムネットワークを介して遠隔に制御され且つモニタリングされてよい。図8A及び図8Bに示すように、ブレンダ制御システム804は、ブレンダ輸送装置800の上方区画に取り付けられる1つ又はそれよりも多くの可変周波数駆動装置、変圧器、及びPLCを含む。遠隔制御及びモニタリング機能を提供するために、ネットワークは、PLCとインターフェース接続し且つ通信し(例えば、作業指令を提供し)、次に、PLCは、ブレンダトレーラ上に取り付けられる1つ又はそれよりも多くの可変周波数駆動装置を制御して、ブレンダの1つ又はそれよりも多くの電気モータを駆動させてよい。ブレンダ輸送装置800を遠隔に操作することは、機器操作者が危険な環境に晒されるのを解消し、高濃度の化学物質、シリカダスト、及び回転する機械類への潜在的な露出を回避することがある。例えば、従来的なブレンダ輸送装置は、典型的に、操作者が手作業でブレンダを捜査するステーションを含む。制御ネットワーク及びブレンダ制御システム804を用いて遠隔制御することによって、ステーションはブレンダ輸送装置800から取り除かれてよい。データバンがブレンダ制御システム804に遠隔制御及びモニタリング機能及び指令を提供するハブとして作用することを思い出されたい。

図9A及び図9Bは、密閉式ミキサホッパ904を備える電気ブレンダ902を含むブレンダ輸送装置900の実施態様の概略図である。図9Aは、ブレンダ輸送装置900の頂面図を例示しており、図9Bは、ブレンダ輸送装置900の側面プロファイル図を例示している。電気ブレンダ902は、電気ブレンダ902が密閉式ミキサホッパ904を用いてプロパント及び添加物を混合タブに加える点を除き、電気ブレンダ806と実質的に類似している。図9A及び図9Bは、電気ブレンダ902が2つの電気モータによって電力供給される2つの密閉式ミキサホッパ904を含む二重構成ブレンダであり、電気モータの各々が密閉式ミキサホッパ904を作動させてよいことを例示している。

開放式ホッパ及びオーガを含むブレンダは、典型的に、気候要素に晒されるプロパント(例えば、砂)及び/又は添加物を有する。坑井現場で降水が起こる状況において、操作者は、ドレープ、防水シート、及び/又は降水がプロパント及び/又は添加物を汚染するのを防止する他の覆いで、開放式ホッパ及びオーガを覆うことがある。密閉式ホッパ904は、ブレンダ(例えば、図8A及び図8B中の電気ブレンダ806)に含められる開放式ホッパ及びオーガを密閉式ミキサホッパ904(図9A及び図9B)と交換する。開放式ホッパ及びオーガを密閉式ミキサホッパと交換することによって、ブレンダ輸送装置900は、ダストのない容量プロパント測定を行い、ダストのないプロパント及び添加物の混合を行い、プロパントの輸送を適度にし、正確な容量測定を行い、低い滑りでプロパント輸送効率を増大させ、プロパント梱包が振動するのを防ぎ、安息角と無関係に一貫した容量をもたらし、且つ湿った砂を測って混合するという利点を有することがある。

制御ネットワークシステム

図10は、1つ又はそれよりも多くの坑井現場に配置される様々な制御システムをモニタリングし、制御し、且つそのような制御システムと通信するために用いられる、制御ネットワークシステム1000の実施態様の概略図である。図10は、制御ネットワークシステム1000が、制御センター1002、ブレンダ輸送装置1004、化学物質添加ユニット1006、水和ユニット1008、及び破砕ポンプ輸送装置1012を相互接続する、リングトポロジー内にあってよい。リングトポロジーネットワークは、破砕作業のために用いられる制御ケーブル布線の量を減少させ、データ移転及び通信の容量及び速さを増大させることがある。加えて、リングトポロジーは、制御ネットワークシステム1000に接続される機器についての制御センター1002による双方向通信及び制御を可能にする。例えば、制御センターは、多数の機器が互いに通信するために、制御ネットワークシステム1000に追加されるときに、他の破砕機器1010及び第三者機器1014をモニタリングし且つ制御し得てよい。スタートポロジー又はメッシュトポロジーのような他のネットワークトポロジーにおいて、他の破砕機器1010及び第三者機器1014は、データが破砕機器1010及び/又は第三者機器1014から制御センター1002に送信されるが、逆には送信されない或いは異なる機器の間で送信されない、一方向通信に限定されてよい。

1つの実施態様において、制御ネットワークシステム1000は、破砕器具の各々について個々の制御システムと接続し且つ通信するイーサネットネットワークのような、ネットワークであってよい。制御センター1002は、異なる破砕機器への操作指令をモニタリングし、制御し、且つ提供するように構成されてよい。例えば、制御センター1002は、破砕ポンプ輸送装置108上のポンプを駆動させるために用いられる電気モータを作動させ且つその健康をモニタリングする駆動電力輸送装置104内に配置されるVFDsと通信してよい。1つの実施態様において、制御センター1002は、1つ又はそれよりも多くのデータバンであってよい。破砕作業が2つよりも多くの坑口装置を同時に破砕することを含むときには、より多くのデータバンが用いられてよい。

少なくとも1つの実施態様が開示されており、当業者によってなされる(複数の)実施態様及び/又は実施態様の構成の変形、組み合わせ、及び/又は変更は、本開示の範囲内にある。(複数の)実施形態の構成を組み合わせ、統合し、且つ/或いは省略することに由来する代替の実施形態も、本開示の範囲内にある。数値範囲又は限界が明示的に述べられている場合、そのような明示的な範囲又は限界は、明示的に述べられる範囲又は限界内にある同様の大きさの反復的な範囲又は限界を含むと理解されてよい(例えば、約1〜約10は、2,3,4等を含み、0.10よりも多くは、0.11、0.12、0.13等を含む)。「約」という用語の使用は、別段の記載がない限り、後続の数字の±10%を意味する。

特許請求の範囲の任意の要素に関して、「任意に」という用語の使用は、その要素が必要とされることを意味し、或いは、代替的に、その要素が要求されないことを意味し、両方の代替は、特許請求の範囲内にある。含む(comprises)、含む(includes)、及び有する(having)のようなより広い用語の使用は、〜で構成される、本質的に〜で構成される、及び実質的に〜で構成されるのような、より狭い用語についてのサポートも提供することが理解されてよい。従って、保護の範囲は、上記の記述によって制限されず、後続の特許請求の範囲によって定められ、その範囲は、特許請求の範囲の主題の全ての均等物を含む。ありとあらゆる請求項は、更なる開示として本明細書中に組み込まれ、特許請求の範囲は、本開示の(複数の)実施形態である。

本開示では幾つかの実施態様を提供したが、開示のシステム及び方法は、本開示の精神又は範囲から逸脱することなく、多くの他の特定の形態において具現されてよいことが理解されるべきである。 本実施例は例示的であると考えられるべきであり、限定的であると考えられてならず、その意図は、本明細書中で与えられる詳細に限定されない。例えば、様々な要素又はコンポーネントは、他のシステム内に組み合わせられ或いは統合されてよく、或いは特定の構成が省略されてよく、実装されなくてよい。

加えて、別々又は別個のものとして様々な実施態様中に記載し且つ例示した技術、システム、サブシステム、及び方法は、本開示の範囲から逸脱することなく、他のシステム、モジュール、技法、又は方法と組み合されてよく或いは統合されてよい。互いに連結される或いは直接的に連結される或いは通信するものとして示し或いは論議する他の品目は、電気的であれ、機械的であれ、或いは他の方法においてであれ、何らかのインターフェース、デバイス、又は中間コンポーネントを通じて間接的に連結されてよく或いは通信してよい。