BR112020000128B1 - Dispositivo de divisão de líquido para reforço de pressão de ação dupla, sistema, frota e uso - Google Patents

Abstract

A invenção refere-se a um dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla (2), um sistema compreendendo o dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla (2), uma frota compreendendo o sistema e uso do dispositivo, sistema e frota. O dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla (2) para um volume de circuito hidráulico fechado, o dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla (2) sendo capaz de alimentar e retrair uma grande quantidade de fluido hidráulico sob altas pressões de e para pelo menos uma primeiro dispositivo de transferência de pressão (1') e segundo dispositivo de transferência de pressão (1''), os dispositivos de transferência de pressão (1', 1'') bombeando fluidos com partículas com altos volumes e pressões acima de 500 bar, onde o aumento de pressão de ação dupla o dispositivo de partição líquida (2) é controlável por um fornecimento de fluxo variável através de pelo menos uma primeira porta de fluido de acionamento (24') e uma segunda porta de fluido de acionamento (24''), em que o dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla (2) compreende : - um alojamento de cilindro oco (20) com uma extensão longitudinal, em que o alojamento de cilindro (20) compreende pelo menos (...).

Description

[001] A invenção refere-se a um dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla para um volume de circuito hidráulico fechado, um sistema compreendendo o dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla para um volume de circuito hidráulico fechado, o dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla sendo capaz de alimentar e retrair uma grande quantidade de fluido hidráulico sob altas pressões para e a partir de pelo menos um primeiro e segundo dispositivos de transferência de pressão, os dispositivos de transferência de pressão bombeando fluidos com partículas em altos volumes e pressões acima de 500 bars.

[002] A invenção pode formar parte de um sistema de bombeamento maior compreendendo um ou mais de um dispositivo de transferência de pressão, um dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla e um conjunto de regulação de fluxo (tal como um coletor de válvula).

[003] A invenção é adequada para uso com altas pressões, variando de acima de 500 bars, e é especialmente adequada em fraturamento hidráulico de poços de petróleo/gás onde é difícil bombear fluidos com partículas tais como propantes formam parte do fluido. No entanto, o sistema de bombeamento pode também encontrar uso em outras aplicações de poços, tal como em operações de perfuração para bombeamento de fluidos de perfuração e operações de cimentação, fechamento e abandono, operações de completação ou estimulação, acidificação ou circulação de nitrogénio.

Fundamentos da invenção

[004] Fraturamento hidráulico (também quebra, fracagem, fracamento, hidro-fratura ou hidrodeposição) é uma técnica de estimulação de poços na qual a rocha é fraturada por um fluido pressurizado, na forma de gel, espuma, areia ou água. Os produtos químicos podem ser adicionados à água para aumentar o fluxo de fluido ou melhorar as propriedades específicas da água, sendo que tal água tratada é chamada de slick-water. O processo envolve a injeção de alta pressão de fluido de rastreamento (líquido contendo areia ou outros propantes e produtos químicos) em um furo de poço para criar rachaduras nas formações de rocha profunda, através das quais gás natural, petróleo e salmoura irão fluir mais livremente. Normalmente, bombas mecânicas de pistão são usadas para bombear o fluido de descarga sob altas pressões. Estas bombas mecânicas têm um tempo de operação muito limitado devido ao desgaste mecânico e ao rasgamento nas superfícies deslizantes dentro da bomba causada pela areia e partículas no meio bombeado. Bombas que operam com líquidos de retenção de partículas e/ou líquidos químicos exigentes sob alta pressão têm superfícies de vedação que as partículas e/ou fluidos químicos abrasivos (compostos) danificam durante a operação. Quando as vedações são danificadas, pode haver vazamentos e outros problemas que resultam na bomba reduzir a sua capacidade. Além disso, as bombas mecânicas operam a altas velocidades, o que cria rápidas flutuações de pressão através da unidade inteira (alto número de ciclos), o que, após o tempo, leva a quebras de fadiga. Consequentemente, o ciclo de vida operacional de tais bombas é muito limitado e dependente do tipo de partículas, quantidade de partículas, composição química e concentração química, bem como pressão de trabalho. Em bombas rotativas, os vedadores rotativos (eixo), e elementos de bomba dispendiosos tais como impulsores e rodas de turbina, são rapidamente desgastados. Em bombas de pistão, o pistão é desgastado contra o cilindro, resultando em vazamentos, baixa eficiência e colapso. Um outro problema bem conhecido com bombas de êmbolo é o craqueamento por fadiga das extremidades de fluido. A causa principal disto são as tensões combinadas das flutuações de pressão e da tensão linear mecânica dos êmbolos. Elas também são limitadas por uma carga máxima permissível de haste na extremidade de potência, tornando necessário combinar o tamanho do êmbolo para a distribuição de taxa/pressão desejada.

[005] Em geral, unidades de bomba de êmbolo/êmbolo são utilizadas.

[006] Quando uma pluralidade de bombas é conectada à mesma linha de fluxo para baixo do poço, e estão em linha simultaneamente, há um risco de que eles formem padrões de interferência que coincidam com a frequência de referência da linha de fluxo até o poço. Isto leva a linhas de fluxo a se moverem em torno, o que pode levar a danos do equipamento e pessoal (chamado de "snaking" porque a linha de fluxo se move como uma cobra).

[007] Em operações de fraturamento, quando as bombas são desligadas e a pressão hidráulica não é mais aplicada ao poço, pequenos grãos de propantes de fraturamento hidráulico mantêm as fraturas abertas. Tipicamente, os propantes são feitos de um material sólido, tal como areia. A areia pode ser areia tratada ou sintética ou materiais de ocorrência natural tais como cerâmicas. Em fraturamento em terra, tipicamente uma frota denominada "frack" compreendendo um número de caminhões é transportada e posicionada em localização. Cada caminhão é dotado de uma unidade de bombeamento para bombear fluido de descarga para dentro do poço. Desse modo, existem limitações de peso e físicas sobre o equipamento a ser usado limitado pelas capacidades totais de peso no caminhão sobre a estrada e nas limitações físicas dadas pelos caminhões.

[008] Uma técnica anterior, não adequada para fraturamento, mas que revela um sistema onde fluido hidráulico limpo é separado do líquido a ser bombeado, inclui o documento EP 2913525 referente a uma máquina de bombeamento de diafragma acionada hidraulicamente ("bomba"), em particular para água e materiais difíceis de bombear. O sistema compreende pelo menos duas unidades de bombeamento lado a lado. Cada unidade de bombeamento compreende um cilindro de bomba e um cilindro hidráulico. O cilindro de bomba (sinais de referência relacionados à EP 2913525, 1, 2) tem uma primeira extremidade inferior com uma primeira entrada e saída para líquido a ser bombeado e uma segunda extremidade superior com uma segunda entrada e saída para fluido hidráulico. O cilindro de bomba (1, 2) contém um fole (3,4) fechado em sua extremidade inferior e aberto em sua extremidade superior para comunicação com fluido hidráulico. O exterior do fole (3,4) define um espaço para líquido a ser bombeado. O fole (3,4) do cilindro de bomba (1, 2) é disposto para ser acionado por fluido hidráulico fornecido em sua extremidade superior, em termos de expansão e contração semelhantes para bombear o líquido a ser bombeado adjacente à primeira extremidade inferior do cilindro da bomba (1, 2). O cilindro hidráulico é colocado lado a lado do cilindro de bomba (1, 2). O cilindro hidráulico (figura 10) tem uma primeira extremidade inferior associado com um acionamento hidráulico e uma segunda extremidade superior contendo fluido hidráulico que se comunica com a segunda extremidade superior do cilindro da bomba (1, 2). O acionamento hidráulico termina em sua extremidade superior com um pistão de acionamento (19, 20) montado de forma deslizante no cilindro hidráulico (figura 10). Os acionamentos hidráulicos dos cilindros hidráulicos (9,10) das duas unidades de bombeamento são conectados por uma conexão hidromecânica (25,27) projetada para avançar e retrair os pistões (19, 20) de cada cilindro hidráulico (9, 10).

[009] Entretanto, a solução em EP 2913525 não é aplicável para fraturamento hidráulico em altas pressões (isto é, mais de 500 bars) por causa da câmara de bomba cilíndrica. A forma de cilindro da câmara de bomba não será capaz de suportar as altas pressões experimentadas em combinação com um grande número de ciclos quando usado em fraturamento hidráulico. Além disso, o fole é polímero, resultando em risco de partículas serem espremidas entre a parede cilíndrica e o fole, com a possibilidade de danos ao fole. Além disso, existe um cilindro hidráulico conectado a cada cilindro de bomba. O cilindro hidráulico não é configurado para aumentar as pressões que entram no lado inferior do pistão (19.20) porque a área efetiva é menor no lado inferior do pistão (19.20) do que no lado superior do pistão (19.20). Além disso, sobre o fole de polímero, a falta de controle sobre a direção de expansão leva à possibilidade de o fole entrar em contato com a parede do cilindro. Isto pode levar a rasgamento e propantes que são forçados para o material base.

[010] Consequentemente, os sistemas conhecidos têm desvantagens em relação a prover um dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla que pode prover pressão suficiente no lado de alta pressão da bomba (acima de 500 bars), e que pode operar duas unidades de bomba, sem o risco de balão das câmaras de bomba e possivelmente vazamento através das vedações no dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla. O balão do invólucro, isto é, o alojamento de bomba de fluido de acionamento pode ocorrer como um resultado de diferenças de alta pressão entre o interior da bomba de fluido de acionamento e o exterior da bomba de fluido de acionamento. Se a pressão dentro da bomba de fluido de acionamento for, por exemplo, 1000 bars e a pressão no exterior da bomba de fluido de acionamento for de 1 pressão atmosférica (= 1, 01325 bar = 1, 01325 x 105 Pascal), o alojamento da bomba de fluido de acionamento pode não ser capaz de suportar tais pressões e um balão da câmara pode ocorrer (isto é, o volume dentro da bomba de fluido de acionamento pode aumentar), resultando em vazamentos potenciais sobre as vedações no interior da bomba de fluido de acionamento.

[011] Assim, um objetivo da presente invenção é resolver pelo menos algumas das desvantagens em relação às soluções do estado da técnica.

[012] Mais especificamente, um dos objetivos da invenção é o de prover um sistema para desembarque que possa operar em pressões de até 100 bars e acima, sem risco de vazamento sobre as vedações na bomba.

[013] As conexões hidromecânicas em geral têm algumas desvantagens, incluindo: - não pode sincronizar com múltiplas unidades, - não pode variar em rampa para cima/para baixo, dependendo da pressão e do fluxo (não oferece um controle preciso das características da bomba), - não pode ser um curso parcial, - não pode compensar flutuações de pressão/fluxo no fluxo, - pode nunca ser capaz de se sobrepor e fazer um fluxo laminar, - ele gera uma queda de pressão sobre a válvula de controle, o que leva ao aquecimento do óleo, e perda de eficiência na faixa de 5 -10%.

[014] Existe um problema com as bombas convencionais utilizadas para fraturamento de que as peças no sistema podem se romper após umas poucas horas e devem ser reparadas. Assim, para proporcionar redundância no sistema, as frotas compreendendo uma pluralidade de bombas sobressalentes é normal. Isto aciona o custo tanto em manutenção quanto em hora/homem, pois um homem só pode operar uns poucos caminhões.

[015] Todos os sistemas hidráulicos têm um grau de vazamento interno de fluido hidráulico, isto também ocorrerá no sistema hidráulico de circuito fechado através de um número de ciclos. Este vazamento se acumulará sobre um número de ciclos, adicionando ou retraindo do volume fechado, levando à contração do fole ou se estendendo muito. Não havendo um controle disto, conduzirá a uma falha prematura do fole.

[016] Assim, um objetivo da presente invenção é resolver pelo menos algumas das desvantagens em relação às soluções do estado da técnica e mais especificamente para manter partes móveis (pistões, vedações) em afastamento do fluido de partículas (isto é, meio bombeado) e evitar partículas que danificam partes móveis.

[017] É um objetivo da presente invenção proporcionar um bombeamento suave e livre de choque de grandes fluxos em altas pressões, reduzindo desgaste e rasgo em todos os componentes no laço de fluxo e ao mesmo tempo prover uma unidade capaz de integrar e adaptar ininterruptamente a qualquer demanda de taxa de fluxo de pressão sem a necessidade de reacúmulo mecânico ou mudanças. Além disso, a capacidade da presente invenção para sincronizar com múltiplas unidades minimiza o risco de cobra potencial.

[018] Mais especificamente, um dos objetivos da invenção é o de prover um sistema para desembarque que possa operar em altas pressões com alto fluxo de volume.

[019] Um outro objetivo é o de prover um sistema de bombeamento que tenha peso reduzido, por exemplo, o sistema de bombeamento deverá ser capaz de ser disposto e transportado em caminhões ou reboques padrões que formam parte das assim denominadas frotas de fraturamento em fraturamento hidráulico.

[020] Um outro objetivo é o de proporcionar um controle de velocidade/curso de fole controlado completamente sem funcionamento para evitar picos de pressão, picos de fluxo e flutuações.

[021] Um outro objetivo é criar um sistema de bomba para todas as configurações de pressões e fluxos, normalmente usadas em fraturamento ou outras indústrias de bombeamento de alta pressão, sem a necessidade de uma reconstrução mecânica.

[022] Um outro objetivo da invenção é o de prover um sistema de controle avançado e sincronização de múltiplas unidades, para eliminar os problemas com sistemas convencionais.

[023] Um outro objetivo é fornecer uma solução que possa ser usada em instalações novas e ser conectada a instalações existentes, tal como a retroadaptação de sistemas existentes.

Sumário da invenção

[024] Os objetivos são alcançados pela invenção como apresentado nas reivindicações independentes, onde as modalidades detalhadas da invenção são definidas nas reivindicações dependentes.

[025] A presente invenção proporciona aperfeiçoamentos significativos em relação a soluções conhecidas, a invenção refere-se a um dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla adequado para operar em pressões extremas, isto é, pressões acima de 1.100 bars. O dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla pode ser usado como um intensificador de pressão para acionar um dispositivo de transferência de pressão que novamente pressuriza um meio fluido a ser bombeado. A invenção refere-se a um dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla para um volume de circuito hidráulico fechado, o dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla sendo capaz de alimentar e retrair uma grande quantidade de fluido hidráulico sob altas pressões para e de pelo menos um primeiro dispositivo de transferência de pressão e segundo dispositivo de transferência de pressão, os dispositivos de transferência de pressão bombeando fluidos com partículas em altos volumes e pressões acima de 500 bars, onde o dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla é controlável por um suprimento de fluxo variável através de pelo menos uma primeira porta de fluido de acionamento e uma segunda porta de fluido de acionamento, em que o dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla compreende: - um alojamento de cilindro oco tendo uma extensão longitudinal, em que o alojamento de cilindro compreende pelo menos uma primeira parte e uma segunda parte tendo uma primeira área de seção transversal cruzada (al) e uma terceira parte tendo uma segunda área de seção transversal cruzada (a2) de tamanho diferente da primeira área de seção transversal cruzada (al), - uma haste, a haste tendo uma área de seção transversal correspondente à primeira área de seção transversal cruzada (al), e em que uma primeira parte da haste e a primeira parte do alojamento de cilindro definem uma primeira câmara de êmbolo, e uma segunda parte da haste e a segunda parte do alojamento de cilindro definem uma segunda câmara de êmbolo, a haste compreende ainda uma porção saliente que tem uma área de seção transversal correspondente à segunda área de seção transversal cruzada (al), e a porção saliente e a terceira parte do alojamento de cilindro definem uma primeira câmara externa e uma segunda câmara externa, - parte saliente define uma primeira área do pistão, e a haste que define uma segunda área de pistão diferente da primeira área de pistão e em que, a primeira parte da haste, sobre pelo menos uma parte de seu comprimento, é formada com um primeiro recesso interno que se estende a partir de uma primeira superfície de extremidade da haste, em que o primeiro recesso interno está em comunicação de pressão com a primeira câmara de êmbolo, e a segunda parte da haste, sobre pelo menos uma parte de seu comprimento, é formado com um segundo recesso interno que se estende a partir de uma segunda superfície terminal da haste, em que o segundo recesso interno está em comunicação de pressão com a segunda câmara de êmbolo.

[026] O dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla pode ser qualquer dispositivo capaz de aumentar a pressão em um fluido, tal como intensificador de pressão, reforçador, amplificador, etc.

[027] Em contraste com intensificadores tradicionais ou reforçadores de pressão, o dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla, de acordo com a presente invenção, tem, de preferência, o mesmo volume nas primeira e segunda câmaras de êmbolo como o volume enchimento/entrada de um volume interno de, por exemplo, um fole no dispositivo de transferência de pressão (razão 1 : 1).

[028] O dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla é um dispositivo que é capaz de separar ou dividir duas câmaras umas das outras, desse modo fixando um efeito de reforço. O dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla pode ser um dispositivo de fraturamento de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla.

[029] As espessuras de parede do alojamento de cilindro oco e da haste são escolhidas de modo que a haste oca se expanda proporcionalmente com a expansão do alojamento de cilindro oco em todas as pressões mantendo a folga entre a superfície externa da haste oca e a superfície interna do alojamento de cilindro substancialmente constante em todas as pressões. Em outras palavras, o balão da haste oca se opõe ao balão da carcaça do cilindro oco. Especificamente, a primeira e segunda câmara de êmbolo opcional serão submetidas a pressões extremas. Todas as transições são conformadas para evitar concentrações de tensão. A haste é, portanto, oca a fim de compensar o efeito balão da carcaça de cilindro oco 20 durante um ciclo de pressão. De preferência, o balão da haste oca é proporcional ou marginalmente menor do que o balão da carcaça do cilindro oco para impedir que qualquer folga de extrusão entre a haste oca e a carcaça do cilindro oco exceda os limites admissíveis. Se esta folga for muito grande, haverá vazamento sobre a primeira e segunda vedações, resultando em volumes desiguais de fluidos hidráulicos nas primeira e segunda câmaras de êmbolo. A espessura do alojamento de cilindro oco e as paredes da haste oca, isto é,as paredes que circundam os primeiro e segundo recessos são escolhidas de modo que elas se deformem de forma similar/igualmente na direção radial, e a primeira e segunda vedações opcionais proporcionadas entre a superfície externa da haste oca e a superfície interna da carcaça do cilindro também são protegidas garantindo uma longa vida útil da primeira e segunda vedações.

[030] A porção saliente da haste é do mesmo formato que a terceira parte circundante do alojamento de cilindro oco, por exemplo, se a terceira parte circundante for cilíndrica, a parte saliente é também cilíndrica, ou se a terceira parte for retangular ou poligonal, a parte saliente é retangular ou poligonal.

[031] A haste, incluindo a parte da porção saliente, é de preferência fabricada em uma peça.

[032] Fica claro que todos os sistemas hidráulicos têm um grau de vazamento interno de fluido hidráulico, entretanto, através da descrição e reivindicações, o termo sistema hidráulico de circuito fechado foi usado para tal sistema "fechado" para distinguir os sistemas que não são definidos por um volume definido.

[033] E de preferência volumes iguais em cada uma das primeira e segunda câmaras de êmbolo quando o volume que entra, por exemplo, o fole no dispositivo de transferência de pressão.

[034] Em um aspecto, a primeira porta de fluido de acionamento pode ser disposta na primeira câmara externa e a segunda porta de fluido de acionamento pode ser disposta na segunda câmara externa, e uma primeira porta de êmbolo pode ser disposta na primeira câmara de êmbolo e uma segunda porta de êmbolo pode ser disposta na segunda câmara de êmbolo.

[035] Em um aspecto, durante o uso do dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla, a haste é acionada para trás e para a frente, permitindo que o líquido pressurizado flua para dentro do primeiro orifício de fluido de acionamento e para fora do segundo orifício de fluido de acionamento, então para ser revertido para ir na direção oposta.

[036] Em um aspecto, a primeira área de pistão é maior do que as segundas áreas de pistão em uma relação fixa. Entretanto, a diferença relativa entre a primeira e a segunda áreas de pistão podem ser ainda maior, dependendo do projeto específico. A razão fixa é igual à capacidade de reforço de pressão do dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla.

[037] Em um aspecto, o dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla pode compreender um sensor de posição de dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla para detecção de posição da haste. O sensor de posição de dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla pode possivelmente estar em comunicação com um sistema de controle, tal como uma válvula de sistema de gerenciamento de óleo/sistema de gerenciamento de óleo.

[038] Em um aspecto, a regulação de pressão de ação dupla da divisória líquida pode compreender uma primeira vedação entre a primeira parte e a haste e uma segunda vedação entre a segunda parte e a haste, sendo que a primeira e a segunda vedações são configuradas para serem lubrificadas, ventiladas e resfriadas por um sistema de lubrificação.

[039] Em um aspecto, a primeira câmara de êmbolo e a segunda câmara de êmbolo fazem parte de um sistema hidráulico de circuito fechado, respectivamente.

[040] A invenção refere-se ainda a um sistema que compreende: - dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla como descrito acima, - unidade de bomba hidráulica pressurizando o dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla através de uma primeira porta e uma segunda porta, - pelo menos dois dispositivos de transferência de pressão em comunicação fluida com a primeira porta de êmbolo e a segunda porta de êmbolo, respectivamente, sendo que os primeiro e segundo dispositivos de transferência de pressão são configurados para serem pressurizados e descarregados pelo dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla, e despressurizada e carregada pelo dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla auxiliado por uma bomba de alimentação de pasta/lama durante o carregamento, - um conjunto regulador de fluxo compreendendo um coletor de entrada e um coletor de saída, em que o conjunto regulador de fluxo é configurado para distribuir fluido entre o coletor de entrada, as cavidades de pressão nos dispositivos de transferência de pressão e o coletor de saída.

[041] O sistema pode ser um sistema de fraturamento, tal como um sistema usado em operações de fraturamento.

[042] O fole opcional no primeiro e segundo dispositivos de transferência de pressão pode ser retornado à primeira posição, isto é, o estado comprimido, por auxílio da pressão de alimentação no líquido a ser bombeado a partir de uma bomba de alimentação. O líquido a ser bombeado, isto é, a pressão de alimentação do líquido de bombeamento da bomba de alimentação a ser bombeado, proporciona uma pressão que ajuda na compressão do fole para a primeira posição. Nesta fase de compressão, a pressão no líquido a ser bombeado é igual à pressão do fluido hidráulico no volume interno do fole, e a retração será um resultado do dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla criando um diferencial de pressão em volume, quando da retração. Quando o dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla se retrai, haverá um volume diferencial que o volume de fluido bombeado, fornecido e pressurizado pela bomba de alimentação (misturador) (isto é, a bomba de alimentação está fornecendo fluido de fraturamento para a cavidade de pressão), compensará por compressão do fole. No estado de extensão, isto é, quando o fole começa a estemder-se pelo fluido pressurizado que enche o volume interno, a pressão no fluido hidráulico é igual à pressão no líquido a ser bombeado (isto é, a pressão de alimentação no coletor de entrada e ou o reservatório de líquido a ser bombeado). Quando a pressão na cavidade de pressão exceder a pressão de alimentação de uma primeira válvula fechada, e quando a pressão exceder a pressão na tubulação de descarga, uma segunda válvula abrirá e o fluido fluirá para o interior do poço. Esta compressão e extensão do fole irão ocorrer sequencialmente no dispositivo de transferência de pressão.

[043] O dispositivo de transferência de pressão pode compreender um alojamento de câmara de pressão e pelo menos um orifício de conexão, sendo que pelo menos um orifício de conexão é conectável a um dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla através de um meio de comunicação de fluido, o alojamento de câmara de pressão compreende: - uma cavidade de pressão dentro do alojamento da câmara de pressão, e pelo menos uma primeira porta para entrada e/ou saída de fluido para a cavidade de pressão, - um fole definindo um volume interno dentro da cavidade de pressão, e em que o volume interno está em comunicação fluida com a porta de conexão, em que a cavidade de pressão tem um eixo central (C) com um comprimento axial (L'; L") definido pela distância entre o orifício de conexão e o primeiro orifício e uma área de seção transversal variável sobre pelo menos uma parte do Comprimento axial (L', L"), e em que o fole é configurado para se mover em uma direção substancialmente paralela ao Eixo central (C, C") sobre uma parte do comprimento axial (L' L") da cavidade de pressão.

[044] Em um aspecto do sistema, o dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla pode ser configurado para pressurizar e descarregar sequencialmente, e despressurizar e carregar, pelo menos dois dispositivos de transferência de pressão, de modo que um dispositivo de transferência de pressão seja pressurizado e descarregado enquanto o outro é despressurizado e carregado, e vice-versa. O dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla é controlado por um fluxo variável fornecido pela unidade de bomba hidráulica. Este fluxo pode ser controlado de uma maneira que permita sobreenrolamento dos dispositivos de transferência de pressão quando quatro ou mais estão trabalhando juntos. Isto dá a possibilidade de amortecimento de pulsação e fluxo contínuo. Trata- se de uma das vantagens em comparação com a bomba de pistões comum acionada por um eixo de manivela que tem uma distribuição variável através do ciclo completo, o que fornece as liberações da curva do sinus.

[045] De acordo com um aspecto, o sistema pode compreender quatro dispositivos de transferência de pressão e dois dispositivos de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla, cada um dos dispositivos de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla sendo configurado para pressurizar e descarregar, e despressurizar e carregar, dois dispositivos de transferência de pressão, de modo que dois dos dispositivos de transferência de pressão sejam pressurizados e descarregados, enquanto os outros dois dispositivos de transferência de pressão são despressurizado e carregados, e vice-versa.

[046] De acordo com um aspecto, os dois dispositivos de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla podem ser configurados para serem operados individualmente, de modo que possam pressurizar e descarregar, e despressurizar e carregar, dois dos dispositivos de transferência de pressão sincronicamente ou assincronamente. Os dois dispositivos de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla são acionados de forma assíncrona para permitir a sobreposição e, deste modo, fornecem uma pulsação de características globais livres de pulsação.

[047] De acordo com um aspecto do sistema, cada um dos dois dispositivos de transferência de pressão compreende um fole e uma posição de monitoração de sensor de posição de fole do fole, e um sistema de controle adaptado para receber dados de monitoração do sensor de posição de dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla e o fole comparando a posição da haste e do fole.

[048] Em um aspecto do sistema, o dispositivo de transferência de pressão pode compreender um alojamento de câmara de pressão e pelo menos um orifício de conexão, sendo que pelo menos um orifício de conexão é conectável a um dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla através de um meio de comunicação de fluido, o alojamento de câmara de pressão compreende: - uma cavidade de pressão dentro do alojamento da câmara de pressão, e pelo menos uma primeira porta para entrada e/ou saída de fluido para a cavidade de pressão, - um fole definindo um volume interno dentro da cavidade de pressão, e em que o volume interno está em comunicação fluida com a porta de conexão, em que a cavidade de pressão tem um eixo central com um comprimento axial definido pela distância entre o orifício de conexão e o primeiro orifício e uma área de seção transversal variável sobre pelo menos uma parte do comprimento axial, e em que o fole é configurado para se mover em uma direção substancialmente paralela ao eixo central sobre uma parte do comprimento axial da cavidade de pressão. O fole é de preferência radialmente rígido e axialmente flexível e é disposto para se estender e retrair sobre pelo menos uma porção do comprimento da cavidade de pressão. Assim, a cavidade de pressão tem uma seção transversal diferente, por exemplo, pelo menos duas seções transversais diferentes, em sua direção longitudinal. De preferência, as áreas de transição entre seções transversais diferentes são lisas ou contínuas (sem bordas afiadas). Tais áreas de transição lisas ou contínuas impedem a sedimentação e permite pressões mais altas sem pontos fracos na cavidade de pressão. Isto é, as forças aplicadas à cavidade de pressão vêm como resultado da pressão interna. A geometria é otimizada para tornar essas forças tão uniformes quanto possível.

[049] O orifício de conexão é assim adaptado para a sucção de fluido hidráulico e/ou expelir fluido hidráulico pressurizado para dentro e para fora da cavidade de pressão.

[050] O primeiro orifício é adaptado para entrada/saída de líquido a ser bombeado para dentro e descarregado para fora da cavidade de pressão.

[051] De acordo com um aspecto, o fole pode ser conectado a uma superfície interna da cavidade de pressão. De preferência, o fole é conectado em uma parte superior da cavidade de pressão com meios que proporcionam uma conexão estanque a fluido entre o fole e a superfície interna da cavidade de pressão. Como tal, os fluidos são impedidos de fluir de um volume interno do fole e na cavidade de pressão.

[052] O fole tem uma forma adaptada ao formato da cavidade de pressão tal que o fole, em todas as suas posições operacionais, é restringido de entrar em contato com uma superfície interna do alojamento da câmara de pressão. Isto significa que o fole, em todas as suas posições operacionais, tem uma extensão máxima na direção axial e radial que é menor do que as restrições definidas pela superfície interna do alojamento da câmara de pressão.

[053] A invenção refere-se ainda a uma frota compreendendo pelo menos dois reboques, cada reboque compreendendo pelo menos um sistema conforme descrito acima.

[054] A invenção refere-se ainda ao uso de um dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla como descrito acima, um sistema conforme descrito acima, ou uma frota como descrito acima em extração ou produção de hidrocarbonetos.

[055] A invenção refere-se ainda ao uso de um dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla como descrito acima, um sistema como descrito acima em uma frota como descrito acima em operações de fraturamento hidráulico.

[056] A invenção refere-se ainda ao uso de um dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla como descrito acima, o sistema descrito acima ou uma frota como descrito acima em qualquer uma das seguintes operações: tampão e abandono, operações de perfuração, completação ou estimulação, cimentação, acidificação, circulação de nitrogénio.

[057] A presente invenção fornece melhorias significativas em relação a soluções conhecidas. O sistema de bombeamento e seus componentes associados proporcionam a possibilidade de bombear a pressões de até 1500 bars e acima com alto fluxo de volume. Por exemplo, o formato prevê a possibilidade de bombear 1 m3 a 1000 bar de pressão por minuto ou 2 m3 a 500 bar por minuto e qualquer taxa entre taxa e pressão. A invenção proporciona flexibilidade em relação às taxas e pressões da bomba desejadas, por exemplo taxas de fluxo reduzidas a altas pressões e taxas de fluxo altas a pressões reduzidas, em todas as modalidades com um fluxo substancialmente laminar.

[058] Um sistema de bombeamento onde o sistema de acordo com a presente invenção pode ser usado, pode compreender um ou mais de um dispositivo de transferência de pressão, um dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla e um conjunto regulador de fluxo (tal como um coletor de válvula). Uma unidade de bomba hidráulica, tipicamente, pressuriza o dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla, em que o dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla pressuriza o dispositivo de transferência de pressão. O fole opcional no dispositivo de transferência de pressão funciona como um "pistão" entre o lado de pressão hidráulica, isto é, o dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla e a unidade de bomba hidráulica em um lado, e o meio a ser bombeado para dentro de um poço no outro lado. O fole funciona como uma extensão do pistão (haste) no dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla. O fole no dispositivo de transferência de pressão separa o fluido hidráulico limpo (dentro do fole) do fluido sujo com partículas (fora do fole).

[059] O fole é normalmente uma barreira estanque de fluido que separa o volume interno do fole e o volume entre o exterior do fole e o interior de uma cavidade de pressão no dispositivo de transferência de pressão. Isto é, o fole tem um diâmetro externo fixo, mas é flexível axial, proporcionando uma folga anular (tamanho de folga, por exemplopelo menos correspondendo ao diâmetro de partículas de partículas no fluido de fraturamento) entre a superfície interna do alojamento da câmara de pressão e o fole em todas as posições do fole e em todas as pressões. O fole é, de preferência, fixamente conectado no topo da cavidade de pressão, e o fole é circundado pela cavidade de pressão em todas as direções, isto é, abaixo, radialmente e possivelmente parcialmente em um lado superior das partes que não formam parte do orifício de conexão ao fluido hidráulico que entra e que sai do volume interno do fole. O volume total da cavidade de pressão é constante, enquanto que o volume interno do fole é alterado. Quando o fole se estende e se retrai dentro da cavidade de pressão, o volume restante disponível da cavidade de pressão é alterado. Um volume de fluido hidráulico entra no interior do fole e desloca o volume do fluido a ser bombeado da cavidade de pressão.

[060] O sistema de bombeamento pode ser uma bomba de deslocamento positivo onde variações em volume no dispositivo de transferência de pressão são obtidas utilizando um fole estanque a fluido que é radialmente rígido e axialmente flexível. Esta configuração resulta em um fole que se move substancialmente na direção axial, enquanto que os movimentos na direção radial são proibidos ou limitados. Quando o fole está em uma primeira posição, isto é, um estado comprimido, o volume remanescente na cavidade de pressão é maior, enquanto que quando o fole está em uma segunda posição, isto é, um estado estendido, o volume remanescente na cavidade de pressão é menor. A relação de dimensões da superfície interna da cavidade de pressão e da superfície externa do fole é projetada de modo que se forma uma folga entre a superfície interna da cavidade de pressão e a superfície externa do fole em todas as posições do fole, evitando assim que as partículas sejam presas entre a superfície interna da cavidade de pressão e o fole. Assim, os fluidos de fraturamento envolvem o fole e o vão é formado de tal modo que sua extensão mínima é maior do que o maior tamanho de partícula dos propantes. A rigidez radial do fole garante que o fole não entra em contato com a superfície interna do alojamento da câmara de pressão. O fluido hidráulico que ingressa no volume interno do fole através do orifício de conexão pressuriza a barreira, e devido às propriedades rígidas do fole e/ou da possível guia interna, todo o movimento do fole está na direção axial. O líquido a ser bombeado, por exemplo o fluido de descarga é pressurizado pelo enchimento do volume interno do fole com fluido hidráulico, desse modo aumentando o volume deslocado do fole, o que resulta em menor volume remanescente na cavidade de pressão fora do fole, e um aumento na pressão do líquido a ser bombeado. O líquido a ser bombeado é então passado através do primeiro orifício e ainda para fora através de um conjunto regulador de fluxo tal como um coletor de válvula.

[061] O dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla não tem quaisquer superfícies deslizantes em contato com o líquido a ser bombeado. Assim, o tempo de vida das partes é prolongado porque não há nenhuma parte vulnerável em contato deslizante com qualquer líquido abrasivo a ser bombeado. Nem o dispositivo de transferência de pressão tem quaisquer superfícies deslizantes em contato com o líquido a ser bombeado. O dispositivo de transferência de pressão é preferivelmente compensado por pressão tal que a pressão hidráulica de acionamento é a mesma que a pressão no líquido a ser bombeado, isto é, o fluido de fraturamento, e, como tal, o fole não tem que suportar a pressão diferencial entre a pressão de acionamento hidráulico interna e a pressão no líquido a ser bombeado.

[062] A cavidade de pressão no dispositivo de transferência de pressão pode afunilar no sentido do primeiro orifício, criando assim um funil natural onde os sedimentos/propantes/areia podem sair junto com o fluido. Consequentemente, o primeiro orifício do alojamento da câmara de pressão é formado, de preferência, para impedir o acúmulo de sedimentação (propantes/areia, etc), pela inclinação da cavidade de pressão no sentido do primeiro orifício. O primeiro orifício pode, portanto, ser disposto em uma seção inferior da cavidade de pressão, de modo que os sedimentos possam sair através do primeiro orifício por meio de gravidade.

[063] A cavidade de pressão pode ser alongada, em forma de ovo, elíptica, circular, esférica, em forma de esfera ou oval, ou multi-borbulhada (por exemplo, como o Michelin) ou tem dois lados paralelos e pelo menos uma porção de seção transversal menor do que a seção transversal na porção paralela.

[064] O fole no dispositivo de transferência de pressão pode ter uma extensão radial e axial menor do que uma superfície interna do alojamento da câmara de pressão (isto é, definindo a extensão radial e axial da cavidade de pressão), desse modo formando uma folga entre uma circunferência externa do fole e uma circunferência interna, isto é, a superfície interna do alojamento da câmara de pressão em todas as posições operacionais do fole. Assim, em todas as pressões, o fluido é circundando pelo menos dois lados do fole durante a operação do dispositivo de transferência de pressão.

[065] O fole pode ter uma forma cilíndrica ou forma de concertina. A construção do cilindro de fole proporciona cargas mínimas de fole uma vez que toda a sua superfície está constantemente em um estado hidraulicamente balanceado. O fole pode, assim, compreender uma parede lateral semelhante a concertina, proporcionando flexibilidade axial e uma cobertura de extremidade estanque a fluido conectada à parede lateral do fole. A parede lateral em forma de concertina pode, assim, compreender uma pluralidade de dobras ou convoluções circulares providas em uma relação vizinha.

[066] Dobras ou convoluções vizinhas podem, por exemplo, ser soldadas juntas ou conectadas entre si utilizando outros meios de fixação adequados, tais como cola, conexões mecânicas. As dobras ou convoluções vizinhas podem ser formadas de modo que as partículas no fluido de fraturamento sejam proibidas de serem presas entre dobras ou convoluções vizinhas no fole durante a retração e extração do fole. Isto pode ser obtido mediante a realização da faixa operacional do fole, isto é, a extensão máxima predefinida e retração do fole, de modo que as aberturas entre dobras vizinhas ou entre as dobras e a superfície interna da cavidade de pressão sejam sempre maiores do que o maior tamanho de partícula esperado. Como tal, o risco de partículas retidas é minimizado.

[067] O fole é feito, de preferência, de um material suficientemente rígido: metal, compósito, plástico duro, cerâmica, ou combinações dos mesmos, etc, proporcionando um fole estanque a fluido, que é radialmente rígido e axialmente flexível. O fole se move de preferência substancialmente na direção axial, enquanto que os movimentos na direção radial são proibidos ou limitados. O material do fole é escolhido para suportar grandes variações de pressão e produtos químicos no fluido a ser bombeado, minimizando assim a fadiga e o risco de danos. Se o fole for feito de metal, ele pode ser usado sob temperaturas mais altas do que os foles que são feitos de materiais mais sensíveis à temperatura (isto é, materiais que não podem operar sob temperaturas mais altas).

[068] Fica claro que outras partes que formam parte do sistema global também podem ser feitas de materiais apropriados, dependendo das demandas dos projetos específicos, tais como metal (ferro, aço, aço especial ou exemplos acima). Entretanto, outros materiais também podem ser usados, tais como compósito, plástico duro, cerâmica ou, alternativamente, combinações de metal, compósito, plástico duro, cerâmica.

[069] O fole pode compreender um sistema de guia que coincide com, ou sendo paralelo ao eixo central da cavidade de pressão, e em que o fole se expande e se retrai axialmente em uma direção longitudinal ao longo do eixo central. Em um aspecto, o sistema de guia pode compreender um guia.

[070] O fole pode compreender um sistema de guia que compreende um guia. A guia pode ser conectada a uma parte inferior do fole e pode ser configurada para ser guiada no alojamento da câmara de pressão. A guia no alojamento da câmara de pressão pode então formar parte da entrada e saída de fluido hidráulico para dentro e para fora do volume interno do fole. A guia pode ser coincidente com, ou paralela a, um eixo central da cavidade de pressão, e o fole pode expandir e retrair axialmente em uma direção longitudinal ao longo do eixo central.

[071] O dispositivo de transferência de pressão pode ainda compreender uma posição de monitoração de sensor de posição de fole do fole e ou um sensor de temperatura que monitora a temperatura de um fluido de acionamento no volume fechado de circuito hidráulico. Além disso, sensores de pressão podem ser usados. O sensor de posição do fole pode ser um sensor de posição linear. O sensor de posição de fole pode ser disposto no orifício de conexão e compreende aberturas de passagem axiais para fluxo irrestrito de fluido.

[072] O sensor de posição do fole pode ser um sensor linear, um dispositivo de leitura pode ser conectado de forma fixa ao sensor de posição do fole e um magneto pode ser conectado de forma fixa ao guia, e em que o dispositivo de leitura pode ser um sensor indutivo que pode ler a posição do magneto, de modo que o sensor de posição do fole possa monitorar a posição relativa do magneto indutivamente, e assim o fole.

[073] O sensor indutivo pode ser uma haste indutiva adaptada para ler a posição de um magneto, e assim o fole.

[074] O sensor de posição do fole pode compreender uma haste indutiva adaptada para ler a posição de um magneto ligado ao guia, a fim de que o sensor de posição do fole monitore a posição relativa do magneto indutivamente, e assim o fole.

[075] O sistema pode ainda compreender um sistema de controle para controlar a faixa de trabalho de um fole de bomba e haste, e ser configurado para decidir se o fole e a haste operam dentro de uma faixa de operação de posição predeterminada definida por limitações máximas tais como posição de retração máxima e posição de extensão máxima do fole, o sistema de controle sendo adaptado para comparar a posição por calcular se uma quantidade de volume de fluido hidráulico está fora da faixa de operação de posição predeterminada ou não e/ou pelo monitoramento das posições do fole e do dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla e comparação com a faixa de operação de posição predeterminada. O sistema pode ter a possibilidade de operar uma válvula de sistema de gerenciamento de óleo para, com base na faixa de trabalho, drenar ou reencher fluido hidráulico no volume fechado de circuito hidráulico para manter o sistema em funcionamento em posições predeterminadas, e não se movimentando em falha, aumentando assim a vida útil dos componentes no sistema.

[076] O sistema de controle assim compara os sinais do sensor de posição de fole e do sensor de posição de dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla no dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla para decidir se o sistema opera dentro das faixas de trabalho predefinidas.

[077] Além disso, o sistema pode usar um sistema de controle que, com base na entrada do sensor de temperatura potencial (s), é capaz de decidir quando usar a válvula do sistema de gerenciamento de óleo para mudar (reencher, drenar) o óleo no sistema de circuito hidráulico fechado.

[078] O sistema de controle também permite curso parcial quando trabalhando com grandes propantes e/ou na partida. Isto é crucial em situações em que a unidade tem tido um fechamento não planejado onde o líquido bombeado ainda é uma pasta fluida, permitindo que os propantes caiam fora de suspensão e sedimento. A pressão parcial é então aplicada a fim de resuspender os propantes em uma pasta fluida (suspensa).

[079] A faixa de operação de posição de fole predeterminada pode ser definida por posições de extremidade físicas específicas para o fole, tanto para compressão quanto extensão do fole. Alternativamente, ao invés de posições extremas físicas, as posições finais podem ser posições operadas por software que indicam as posições finais. Um sinal pode então ser transferido para o sistema de controle, indicando que o fole atingiu a posição final (s).As posições físicas ou operadas por software que proporcionam as posições de extremidade podem ser partes integrais do fole, por exemplo, como parte de um sistema de guia ou um sensor de posição de fole, ou separadas do fole. O sistema de controle pode então decidir se o fole alcançou sua posição final. Se o fole não atingir a posição final, o sistema de controle pode decidir que um sinal (esperado) não é lido, e instruir a válvula do sistema de gerenciamento de óleo para drenar ou reabastecer o fluido hidráulico no volume fechado de circuito hidráulico.

[080] O volume que flui para dentro e para fora do volume interno do fole é monitorado utilizando-se o sensor de posição de fole que proporciona uma alta precisão e uma aceleração/desaceleração controlada do fole no ponto de giro do dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla, o que novamente resulta em assentamento reduzido e suave das válvulas, isto é, movimento inclinado para baixo das válvulas no sistema de regulação de fluxo. O movimento lento e controlado das válvulas impede ou minimiza o risco de danificar os assentos de válvula no sistema de regulação de fluxo. Assim, para se conseguir isto, o sistema é capaz de monitorar a posição do dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla utilizando o sensor de posição de dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla, e quando se aproximando da posição de extremidadea velocidade de descarga da unidade é diminuída para amortecer/amortecer a velocidade do elemento de válvula antes de entrar no assento de válvula.

[081] O dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla é preferivelmente duplo atuando onde um lado primário, definido por uma primeira área de pistão, do dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla opera com uma diferença de pressão de 350-400 bars, e no lado secundário, definido por uma segunda área de pistão, pode ter uma pressão múltipla, por exemplo 1050 bars ou mais alta, que será similar à pressão que o dispositivo de transferência de pressão, isto é, o fole e a cavidade de pressão podem operar sob.

[082] O dispositivo de transferência de pressão pode ser operado pela unidade de bomba hidráulica, por exemplo, uma bomba variável central que controla o dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla. A unidade de bomba hidráulica pode ter duas direções de fluxo e um volume de deslocamento ajustável. A unidade de bombeamento hidráulico pode ser acionada por exemplo por qualquer motor operável para operar tais unidades de bomba hidráulica, tais como motores a diesel ou outros motores/motores conhecidos. No entanto, é claro que a unidade de bomba hidráulica descrita pode ser trocada por uma variedade de bombas hidráulicas controladas por um sistema válvula de controle proporcional para pressurização do dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla e cavidade de pressão.

[083] O dispositivo de transferência de pressão é preferivelmente compensado por pressão, significando que o fole é operado hidraulicamente pela guia de uma quantidade de óleo ou outro líquido hidráulico para dentro e para fora do volume interno do fole movendo o fole entre uma primeira posição, isto é, estado comprimido, e uma segunda posição, isto é, estado estendido. Em operação, haverá a mesma pressão nos fluidos hidráulicos no volume interno do fole como no fluido de fraturamento (isto é, meio a ser bombeado) na cavidade de pressão fora do fole. O líquido ou meio a ser bombeado, por exemplo, fluido de fraturamento, sendo disposto abaixo do fole e no espaço formado entre o exterior do fole e a superfície interna do alojamento da câmara de pressão.

[084] Também é possível prover um reboque, recipiente ou deslizador, compreendendo o dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla como definido acima e/ou o sistema definido acima usado em fraturamento hidráulico junto com um motor e guarnição necessária.

[085] Por toda a descrição e reivindicações, pretende-se que o líquido seja bombeado. O termo deve ser entendido como o líquido na cavidade de pressão no exterior do fole, por exemplo, o fluido de descarga hidráulico, fluido de fraturamento, fracamento, hidrofratura ou hidrofuga, ou lama, fluido de estimulação, ácido, cimento, etc

[086] Os intensificadores estão disponíveis no mercado hoje em dia, mas estes intensificadores são baseados na diferença na área em combinação com válvulas, isto é, uma bomba auxiliar de pressão sem controle de volume. Tais intensificadores utilizam uma pluralidade de cursos menores para atingir o volume desejado, o que resulta em perda de pressão e geração de calor, o que novamente reduz o ciclo de vida da bomba. Além disso, não é possível controlar tais bombas conhecidas utilizando bombas hidráulicas e não seria capaz de contribuir para a despressurização e a carga do fole.

[087] Estas e outras características da invenção ficarão claras a partir da seguinte descrição de uma forma preferencial de realização, dada como um exemplo não restritivo, com referência aos desenhos anexos, nos quais:

Breve descrição dos desenhos

[088] A figura 1 mostra uma configuração operacional do sistema que compreende um dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla, de acordo com a presente invenção;

[089] A figura 2 é uma vista ampliada do dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla de acordo com a invenção;

Descrição detalhada de uma modalidade preferida

[090] A figura 1 mostra uma configuração operacional do sistema que compreende um dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla de acordo com a presente invenção.

[091] A Fig. 2 é uma vista ampliada do dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla.

[092] Trata-se de um dispositivo de transferência de pressão de estimulação de poços especificamente projetado para pressão muito alta (500 bars e acima) em altas taxas (por exemplo, 1000 litros/minuto ou mais para o sistema específico apresentado na Figura 1) fluidos de bombeamento, tais como pastas fluidas, contendo altas quantidades de partículas abrasivas. Dois setups idênticos são apresentados na Figura 1, tendo um dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla comum 2, onde os elementos do conjunto no lado esquerdo são denotados com um único apostrofe (') e os elementos na configuração idêntica no lado direito são denotados com um duplo apostrofe (").

[093] Os detalhes do dispositivo de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla 2 de acordo com a invenção são mostrados na Figura 2. É mostrado um dispositivo de transferência de pressão 1', 1'' para bombear fluido a pressões acima de 500 bars, o dispositivo de transferência de pressão 1', 1'' compreendendo um alojamento de câmara de pressão e uma porta de conexão 3', 3'', a porta de conexão 3', 3'' sendo conectável a um dispositivo de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla 2 através de meios de comunicação de fluido na forma de primeira válvula porta 26', 26'' e segunda porta da válvula 27', 27'' e possivelmente através de uma válvula do sistema de gerenciamento de óleo 16', 16''. O alojamento da câmara de pressão compreende uma cavidade de pressão 4', 4'' e uma primeira porta 5', 5'' conectando a cavidade de pressão 4', 4'' a um poço através de um sistema de gerenciamento de fluxo 13. A primeira porta 5' , 5'' atuando como entrada e/ou saída de fluido ou líquido a ser bombeado. É ainda divulgado um fole 6', 6'' disposto dentro da cavidade de pressão 4', 4'' e em que um volume interno 7', 7'' do fole 6', 6'' está em comunicação fluida com o a porta de conexão 3', 3'' e o volume interno 7', 7'' são impedidos de se comunicar com a cavidade de pressão 4', 4''. O comprimento da cavidade de pressão L', L'', estendendo-se em uma direção longitudinal entre a porta de conexão 3', 3'' e a primeira porta 5', 5'', tem uma área de seção transversal variável. Os foles 6', 6''estão configurados para se moverem em uma direção substancialmente na direção longitudinal, que no desenho está coincidindo com o eixo central C', C'' da cavidade de pressão 1', 1''.

[094] O dispositivo de transferência de pressão 1 ', 1'' compreende um fole, exemplificado como um fole estanque a fluidos acionado hidraulicamente 6', 6'' compreendendo uma guia interna 9', 9'' e um sensor de posição de fole 12', 12'' com uma haste indutiva 43 , 43'' adaptada para ler um ímã 10', 10''. O ímã 10 ', 10'' pode ser conectado de forma fixa ao guia 9', 9 ''. A guia 9', 9'' é ela própria guiada no compartimento da câmara de pressão, por exemplo, ao longo da extensão longitudinal da porta de conexão 3', 3''. No exemplo divulgado, a guia 9 ', 9'' está conectada à extremidade inferior dos foles 6', 6'' em uma extremidade e é guiada no compartimento da câmara de pressão na extremidade superior da mesma. O guia 9', 9' 'e, portanto, o ímã 10', 10'', segue o movimento dos foles 6', 6''. O sensor de posição do fole 12', 12'', por exemplo a haste de medição 43', 43'' pode compreender meios para detectar e determinar a posição do ímã 10', 10'' (e, portanto, a guia 9', 9''e foles 6', 6''), por exemplo por detecção indutiva da posição do ímã. Embora a descrição descreva que o ímã 10', 10'' está conectado ao guia 9', 9'' que se move em relação à haste de medição fixa 43', 43', é possível organizar o ímã 10', 10'' estacionário e por exemplo o guia 9', 9'' indutivo para monitorar a posição. Além disso, é possível usar outros sensores além do sensor de posição linear descrito acima, desde que sejam capazes de monitorar a posição exata dos foles 6', 6''.

[095] Os foles 6', 6'' são colocados em uma cavidade de pressão 4', 4'' com uma folga definida para a superfície interna do alojamento da câmara de pressão. O fluido de acionamento é direcionado para dentro e para fora de um volume interno 7 ', 7'' dos foles 6', 6'' através de uma porta de conexão 3', 3'' na parte superior da cavidade de pressão 4', 4'' (ou seja, a parte superior do compartimento da câmara de pressão). Os foles 6', 6'' estão fixamente conectados no topo da cavidade de pressão 4', 4'' à superfície interna do alojamento da câmara de pressão por meios conhecidos do especialista. A porta de conexão 3', 3''está em comunicação com um dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla 2 e possivelmente uma válvula do sistema de gerenciamento de óleo 16', 16'.

[096] O dispositivo de transferência de pressão 1', 1'' pode ainda compreender uma ventilação de ar (não mostrada) para ventilar o ar do fluido a ser bombeado. A ventilação de ar pode ser qualquer ventilação operável para extrair ou ventilar o excesso de ar de um sistema fechado, como quaisquer válvulas apropriadas (afogador) ou similar.

[097] O meio bombeado, por exemplo. fluido de fraturamento com partículas, entra e sai da cavidade de pressão 4', 4'' através de uma primeira porta 5', 5'' no fundo da cavidade de pressão 4', 4'' (ou seja, compartimento da câmara de pressão). A primeira porta 5', 5'' está em comunicação com um dispositivo de regulação de fluxo 13, como um coletor de válvula. O dispositivo de regulação de fluxo 13 é explicado em mais detalhes abaixo.

[098] Conduzida pelo dispositivo de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla 2, a cavidade de pressão 4 ', 4'', em combinação com os foles 6', 6'', bombeia o fluido retraindo e expandindo os foles 6', 6'' entre sua limitação mínima e máxima predefinida. Manter o fole dentro desta limitação mínima e máxima predefinida prolonga a vida útil do fole. Para garantir que os foles 6', 6'' funcionem dentro de sua limitação predefinida, esse movimento é monitorado pelo sensor de posição dos foles 12', 12''. Mover dinamicamente os foles para fora dessas limitações mínimas e máximas predefinidas pode reduzir drasticamente a vida útil dos foles. Sem esse controle, os foles 6', 6'' ao longo do tempo, como resultado de vazamento interno, principalmente no dispositivo de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla 2, serão sobrecarregados por excesso de extensão (eventualmente cairão com a cavidade de pressão 4', 4'' ou super compressa (retrai), causando partículas no fluido deformar ou perfurar o fole 6', 6'' ou gerar pressão delta). Um sistema de guia central 9 ', 9'', exemplificado como guia 9', 9'', garante que os foles 6', 6'' se retraiam e se expandam de maneira linear, garantindo que os foles 6', 6'' não bata nas paredes laterais da cavidade de pressão 4', 4'' e, ao mesmo tempo, assegura leituras precisas de posicionamento do sensor de posição de fole 12', 12''. Assim, a cavidade de pressão 4', 4'' é projetada especificamente para suportar altas pressões e cargas cíclicas ao mesmo tempo em que evita o acúmulo de sedimentação. A distância definida entre a parte externa do fole 6 ', 6'' e a dimensão interna do alojamento da câmara de pressão garante o equilíbrio da pressão interna da pressão do fole 6', 6'' e a pressão média da bomba na cavidade de pressão 4', 4''.

[099] Essa cavidade de pressão é projetada para transportar as cargas cíclicas às quais este sistema será submetido e para abrigar os foles e o sistema de posicionamento dos foles. A porta de conexão 3', 3'' tem uma forma cilíndrica usinada e afiada através do material de base da cavidade de pressão 4', 4 '' “corpo” e serve como parte do sistema de guia abaixo 9 ', 9'' uma configuração de cilindro e pistão. A cavidade de pressão 4 ', 4'' tem o formato ideal para evitar concentrações de estresse. O sistema de guia de foles interno 9', 9''garante um movimento linear dos foles 6', 6'' sem a necessidade de um guia externo.

[0100] O primeiro orifício 5', 5" do fundo na cavidade de pressão 4', 4", é conformado para impedir acúmulo de sedimentação pela inclinação ou conicidade da cavidade de pressão 4', 4" em direção ao primeiro orifício 5', 5". Consequentemente, o acúmulo de sedimentação é evitado porque os sedimentos ou partículas no líquido a serem bombeados naturalmente fluem, isto é, pela ajuda de gravidade, para fora da cavidade de pressão 4', 4" que sai através do primeiro orifício 5', 5". Sem este formato inclinado ou afunilado, o acúmulo de sedimentação pode levar a problemas durante a partida do dispositivo de transferência de pressão e ou os sedimentos podem acumular e eventualmente circundar partes inferiores do lado externo do fole 6', 6".

[0101] O dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla 2 compreende um alojamento de cilindro oco 20 tendo uma extensão longitudinal, em que o alojamento de cilindro compreende uma primeira e uma segunda parte tendo uma primeira área de seção transversal longitudinal al e uma terceira parte tendo uma segunda área de seção transversal a2 de tamanho diferente da primeira e segunda parte. O dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de dupla ação 2 compreende uma haste 19 disposta de forma móvel como um pistão dentro do alojamento de cilindro 20. A haste 19 tem uma área de seção transversal correspondente à primeira área de seção transversal longitudinal al e define uma segunda área de pistão 31', 31", e em que a haste 19, quando disposta dentro do alojamento de cilindro oco 20, define uma segunda área de pistão 3, a primeira câmara de êmbolo 17' e uma segunda câmara de êmbolo 17" na primeira e segunda parte da haste 19 compreende ainda uma porção saliente 30 tendo uma área de seção transversal correspondente à segunda área de seção transversal a2 e a porção saliente definindo uma primeira área de pistão 30', 30" e uma primeira câmara externa 44'e uma segunda câmara externa 44 " na terceira parte. Uma parte da haste definindo a primeira e a segunda câmara de êmbolo 17', 17", sobre pelo menos uma parte de seu comprimento, é formada com um primeiro recesso 40' em comunicação de pressão com a primeira câmara de êmbolo 17' e um segundo recesso 40" em comunicação de pressão com a segunda câmara de êmbolo 17".

[0102] A primeira câmara de êmbolo 17' compreende uma primeira porta de êmbolo 18' que está em comunicação com o volume interno 7' do fole 6', alternativamente através da primeira válvula do sistema de gerenciamento de óleo 16'. Similarmente, a segunda câmara de êmbolo 17" compreende uma segunda porta de êmbolo 18" que está em comunicação com o volume interno 7" do fole 6", alternativa através da segunda válvula de sistema de gerenciamento de óleo 16". Os volumes dentro das primeira e segunda câmaras de êmbolo 17', 17" são variados com a haste 19 sendo extraída e retraída em/fora das respectivas primeira e segunda câmaras de êmbolo 17', 17". A haste 19 pode compreender um sensor de posição de dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla 21. Primeira e segunda vedações 22', 22" podem ser dispostas entre a porção saliente 30 da haste e a primeira câmara de êmbolo 17' e a segunda câmara de êmbolo 17", respectivamente. As ditas primeira e segunda vedações 22', 22" podem ser ventiladas e resfriadas por um sistema de lubrificação separado ou comum 23', 23".

[0103] A haste 19 é acionada para trás e para frente, permitindo que um fluido pressurizado, tal como óleo ou outro fluido hidráulico adequado, flua para o primeiro orifício de entrada/saída 24' e para fora do segundo orifício de entrada/saída 24", então para ser revertido para ir na direção oposta. Primeira e segunda portas de saída de entrada 24', 24" estão em comunicação com uma unidade de bomba hidráulica 11.

[0104] As primeira e segunda válvulas de sistema de gerenciamento de óleo 16', 16" são posicionadas entre o fole 6', 6" e o dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla 2 e são exemplificadas como duas válvulas de três vias que podem compreender um primeiro e segundo atuadores 25', 25" operando as primeira e segunda válvulas de três vias, respectivamente. Os setups das primeira e segunda válvulas do sistema de gerenciamento de óleo 16', 16" e sua conexão com os diferentes dispositivos de transferência de pressão 1" são idênticos. Assim, a seguir, o sistema no lado esquerdo, isto é, o sistema em comunicação com o primeiro orifício de êmbolo 18', será descrito em maiores detalhes. A válvula de sistema de gerenciamento de óleo 16', nos desenhos exemplificado como válvula de três vias, compreende três portas incluindo uma primeira porta de válvula 26' em comunicação com a primeira porta de êmbolo 18', uma segunda porta de válvula 27' em comunicação com a porta de conexão 3' do dispositivo de transferência de pressão e um terceiro orifício de válvula 28' em comunicação com um reservatório de óleo 29'. Similarmente, com referência ao dispositivo de transferência de pressão 1" no lado direito, a válvula de sistema de gerenciamento de óleo 16" em comunicação com o segundo orifício de êmbolo 18" compreende três orifícios incluindo o primeiro orifício de válvula 26" em comunicação com o segundo orifício de êmbolo 18", um segundo orifício de válvula 27" em comunicação com o orifício de conexão 3" do dispositivo de transferência de pressão 1", e um terceiro orifício de válvula 28" em comunicação com um reservatório de óleo 29".

[0105] A unidade de bomba hidráulica 1 pode compreender as bombas de pistão axial central que são controladas pelos dados de posição a partir de ambos os sensores de posição de fole 12', 12 " e o sensor de posição de dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla 21 no dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla 2 e possivelmente de acordo com os dados de entrada da Interface de Máquina Humana (HMI) e/ou do sistema de controle. A unidade de bombeamento hidráulico 1 pode ser acionada por um motor M tal como qualquer motor padrão usado nos campos técnicos específicos.

[0106] O conjunto regulador de fluxo 13, por exemplo, um coletor de válvula, pode ser um conjunto de regulação de fluxo comum para os sistemas idênticos no lado esquerdo e no lado direito da Figura. Em relação ao sistema no lado esquerdo, o conjunto regulador de fluxo 13 pode compreender um orifício de bomba 36' em comunicação com o primeiro orifício 5' do dispositivo de transferência de pressão, um orifício de suprimento 35' em comunicação com o líquido a ser bombeado através de uma tubulação de entrada 14 no conjunto regulador de fluxo 13 e um orifício de descarga 37' em comunicação com o coletor de descarga 15 no conjunto regulador de fluxo 13. Para ser capaz de comutar e operar entre as entradas e saídas diferentes, o conjunto regulador de fluxo pode compreender uma válvula de fornecimento 38' compreendendo uma válvula de retenção que permite o suprimento de fluido de bomba quando a pressão na tubulação de entrada 14 é maior do que a pressão na cavidade de pressão 4' e menor do que a pressão na válvula de descarga 39'. O coletor de entrada 14 está em comunicação com uma bomba de alimentação e liquidificador. O misturador mistura o líquido a ser bombeado, e a bomba de alimentação pressuriza a tubulação de entrada 14 e distribui o fluido misturado para os dispositivos de transferência de pressão 1" (cavidades de pressão 4', 4"). O misturador tipicamente mistura o líquido a ser bombeado com partículas tais como areia e propantes. Tal bomba de alimentação e liquidificador são conhecidos por aqueles versados na técnica e não serão descritos em maiores detalhes aqui.

[0107] Similarmente, para o sistema no lado direito da Figura, o conjunto regulador de fluxo 13 pode compreender um orifício de bomba 36" em comunicação com o primeiro orifício 5" do dispositivo de transferência de pressão 1", um orifício de suprimento 35" em comunicação com o líquido a ser bombeado através de um coletor de entrada 14, e um orifício de descarga 37" em comunicação com o coletor de descarga 15. Além disso, para ser capaz de comutar e operar entre as diferentes entradas e saídas, o conjunto regulador de fluxo pode compreender uma válvula de fornecimento 38" que compreende uma válvula de retenção que permite o suprimento de fluido de bomba quando a pressão na tubulação de entrada 14 for maior do que a pressão na cavidade de pressão 4" e válvula de descarga 39" permitindo que fluido seja descarregado para a tubulação de descarga 15 quando a pressão na cavidade de pressão 4" é maior do que a pressão na tubulação de descarga 15 para bombear fluidos a altas pressões e taxas de fluxo, por exemplo, para dentro de um poço.

[0108] O conjunto regulador de fluxo 13 distribui o líquido bombeado entre a tubulação de entrada 14, a cavidade de pressão 4', 4" e a tubulação de saída 15 pela utilização de duas válvulas de retenção, uma para a entrada e uma para a saída, e a porta de carga/descarga posicionada entre elas. A válvula de fornecimento 38', 38" posicionada entre o orifício de suprimento 35', 35" e o orifício de bomba 36', 36' permitindo que o fluido carregue a cavidade de pressão 4', 4" quando o fole 6', 6" está retraindo, isto é, o líquido a ser bombeado proporciona pressão a partir de baixo, auxiliando na retração/compressão do fole 6', 6". A pressão de auxílio do líquido para o dispositivo de transferência de pressão no coletor de entrada 14 é tipicamente na faixa de 3 a 10 bars que reenchem a cavidade de pressão 4', 4" e preparando para a próxima dosagem de um meio de alta pressão a ser bombeado para o interior do poço. Quando o fole 6', 6" começa a se estender (isto é, fluido pressurizado está enchendo o volume interno 7', 7" do fole 6', 6"). A válvula de fornecimento 38', 38" irá fechar quando a pressão exceder a pressão de alimentação na tubulação de entrada 14 e assim forçar a válvula de descarga 39', 39" para abrir e assim descarregar o conteúdo na cavidade de pressão 4', 4" através do orifício de descarga 37', 37" e em relação à tubulação de descarga 15. Isto ocorrerá sequencialmente na configuração do lado esquerdo da Figura e no lado direito da Figura, respectivamente.

[0109] A unidade de bomba hidráulica 1 utiliza sobre bombas de pistão axiais centrais configuradas em um volume de circuito hidráulico fechado industrialmente definido, também chamado de bombas de prato oscilante. Bombas de placa de lavagem têm um conjunto de cilindros rotativos contendo pistões. Os pistões são conectados à placa oscilante através de uma junta esférica e são empurrados contra a placa oscilante estacionária, que se assenta em um ângulo com relação ao cilindro. Os pistões aspiram em fluido durante a metade de uma revolução e empurram o fluido para fora durante a outra metade. Quanto maior a inclinação, mais os pistões da bomba se movem e mais fluidos são transferidos. Estas bombas têm um deslocamento variável e podem mudar entre a primeira porta de entrada/saída 24' e a segunda porta de entrada/saída 24" assim controlando diretamente o dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla (s) 2

[0110] A válvula do sistema de gerenciamento de óleo 16', 16" é exemplificada como uma válvula de três vias. Entretanto, outros setups podem ser usados, tal como uma disposição de duas ou mais válvulas. A válvula de sistema de gerenciamento de óleo é controlada por um sistema de controle que pode determinar se o volume correto de fluido hidráulico é circulado entre o volume interno 7', 7" do fole 6', 6" e a primeira e a segunda câmaras de êmbolo 17', 17" pela utilização dos sensores de posição no fole e no dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla. Ao mesmo tempo, permite que o sistema substitua o óleo neste volume de circuito hidráulico fechado, se as temperaturas no óleo atingirem limites operacionais. Isto é feito isolando-se o segundo orifício de válvula 27', 27" do dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla e abrindo a comunicação entre o primeiro orifício de válvula 26', 26" e o terceiro orifício de válvula 28', 28", permitindo assim que a haste 19 no dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla 2 se posicione de acordo com o fole 6' posição 6". O sistema de controle que controla a válvula do sistema de gerenciamento de óleo 16', 16" monitora a posição do fole 6', 6" em relação coaxial com a posição do êmbolo 19 e adiciona ou retrai o óleo do sistema quando o sistema alcança um limite de desvio máximo. Isto fará isto, de preferência, automaticamente, parando o fole 6', 6" em uma certa posição e deixar o êmbolo 19 restabelecido para uma “posição de fole”. Uma posição de fole do êmbolo 19 é tipicamente correspondente a uma posição onde os volumes da primeira câmara de êmbolo 17' e da segunda câmara de êmbolo 17" são os mesmos, que na maioria das situações serão uma posição em que o fole 6', 6" está em uma posição intermediária. Assim, o êmbolo 19 é posicionado, de preferência, em relação à posição real do fole 6', 6".

[0111] O dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla 2 é, por exemplo controlável por um suprimento de fluxo variável, por exemplo, da unidade de bomba hidráulica 1, através do primeiro orifício de entrada/saída 24' e do segundo orifício de entrada/saída 24". A porção saliente 30 compreendendo uma primeira extremidade (isto é, através da primeira área de pistão 30') em comunicação fluida com a primeira porta de entrada/saída 24' e uma segunda extremidade (isto é, através da primeira área de pistão 30") em comunicação fluida com a segunda porta de entrada/saída 24". A haste 19 define ainda uma segunda área de pistão 31', 31" menor do que a primeira área de pistão 30', 30". A haste 19 separa a primeira e segunda câmaras de êmbolo 17', 17 "e é operada para variar os volumes das primeira e segunda câmaras de êmbolo 17', 17" pela extração e retração da haste 19 em/fora das primeira e segunda câmaras de êmbolo 17', 17", respectivamente. A haste 19 é parcialmente oca e compreende um primeiro recesso 40'e um segundo recesso 40". Os primeiro e segundo recessos 40', 40" são separados um do outro. Assim, permite-se que o fluido flua entre o primeiro e o segundo recessos 40', 40 ". O primeiro recesso 40' está em comunicação fluida com a primeira câmara de êmbolo 17' e o segundo recesso 40 " está em comunicação fluida com a segunda câmara de êmbolo 17'.

[0112] A função do dispositivo de divisão de líquido para reforço de pressão de ação dupla 2 é garantir que um volume fixo de fluido hidráulico, por exemplo, óleo, esteja carregando/descarregando o fole 6', 6". Ao mesmo tempo, funciona como um amplificador de pressão (reforçador ou intensificador). No dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla ilustrado 2, a pressão é aumentada por ter uma primeira área de pistão 30', 30" maior que a segunda área de pistão 31' na primeira câmara de êmbolo 17' e segunda área de pistão 31" na segunda câmara de êmbolo 17", respectivamente. Existe uma relação fixa entre a primeira área de pistão 30', 30" e a segunda área de pistão 31', 31", dependendo da diferença nas primeira e segunda áreas de pistão. Assim, uma pressão fixa na primeira ou segunda câmara externa 44', 44" dá uma pressão fixa amplificada pela diferença de pressão das primeira e segunda áreas de pistão. Entretanto, a pressão de entrada pode ser variada para obtenção de uma pressão diferente, mas a razão é fixada. A amplificação da pressão é vital para permitir o bombeamento de fluidos bem através da faixa de pressão normal máxima das unidades de bomba hidráulica industrial 11 que está acionando a unidade e é variada para melhorar a necessidade da indústria adequada para pressões.

[0113] O dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla 2 pode compreender um sensor de posição de dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla 21 que se comunica continuamente com o sistema de controle global que pode operar a válvula do sistema de gerenciamento de óleo 16', 16" para reabastecer ou drenar fluido hidráulico do volume fechado de circuito hidráulico com base na entrada do sensor de posição de dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla 21 no dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla 2 e no sensor de posição de fole 12', 12". Nas Figuras, o sensor de posição de dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla 21 é disposto entre a haste 19 e as paredes internas da primeira ou segunda câmara de êmbolo 17', 17 ", de modo que o sensor de posição de dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla 21 é capaz de monitorar continuamente a posição da haste 19 e transmitir sinais para um sistema de controle comparando a posição do fole 6', 6" e o pistão ou haste 19 no dispositivo de partição de líquido 2. Entretanto, é possível dispor o sensor de posição de dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla 21 em outros locais, incluindo fora do dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla 2, desde que possa monitorar a posição da haste 19. Como tal, qualquer vazamento ou sobreenchimento de fluido hidráulico em qualquer uma das primeira ou segunda câmaras de êmbolo 17', 17" pode ser detectado e corrigido (por exemplo, ao utilizar a válvula de sistema de gerenciamento de óleo 16', 16" para reposicionar a posição de desvio de haste para zero de acordo com a posição do fole conforme descrito acima).

[0114] Especificamente, a primeira e segunda câmaras de êmbolo 17', 17' serão submetidas a pressões extremas. Todas as transições são conformadas para evitar concentrações de tensão. A haste 19 no dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla é, de preferência, uma haste oca a fim de compensar o efeito de balão do alojamento de cilindro oco 20 durante um ciclo de pressão. De preferência, o balão da haste oca 19 é proporcional ou marginalmente menor do que o balão de invólucro para impedir que qualquer folga de extrusão entre a haste oca e a carcaça exceda os limites admissíveis. Se esta folga for muito grande, haverá vazamento sobre a primeira e segunda vedações 22', 22", resultando em volumes desiguais de fluidos hidráulicos nas primeira e segunda câmaras de êmbolo 17', 17". A espessura do invólucro e as paredes da haste oca, isto é, as paredes que circundam os primeiro e segundo recessos 40', 40" são escolhidas de modo que elas deformem similarmente/igualmente na direção radial, e a primeira e segunda vedações 22', 22" são também protegidas assegurando uma longa vida útil das primeira e segunda vedações 22', 22".

[0115] O sistema de controle possui três funções principais. A primeira função principal do sistema de controle está controlando as características de saída do dispositivo de transferência de pressão 1', 1": o dispositivo de transferência de pressão 1', 1" é capaz de fornecer fluxo com base em um número de parâmetros como: fluxo, pressão, potência ou combinações destes. Além disso, se dois dispositivos de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla 2 são usados, o dispositivo de transferência de pressão 1', 1" pode distribuir um fluxo livre de pulsação até 50% da taxa teórica máxima, sobrepondo-se os dois dispositivos de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla 2 de uma maneira que se realiza uma redução (inclinação até a velocidade dupla) quando a outra está atingindo sua posição de giro. Assim, obtém-se taxas de fluxo reduzidas a altas pressões e altas taxas de fluxo em pressões reduzidas, em todas as modalidades com um fluxo substancialmente laminar. Isto é obtido por ter uma capacidade excessiva sobre a unidade de bomba hidráulica 1. À Medida que a taxa aumenta, haverá gradualmente menos espaço para a sobreposição e, desse modo, uma quantidade crescente de pulsações. A unidade de bomba hidráulica de deslocamento variável 1 em combinação com sensores de pressão e sensor de posição de fole 12', 12" e sensor de posição de dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla 21 é chave para a flexibilidade de que o sistema oferece. O sistema de controle, que pode ser baseado em computador, também permite a possibilidade de múltiplos sistemas de bombeamento paralelos que agem como um por ligação dos mesmos em conjunto com um barramento de campo. Isto pode ser feito dispondo-se os sistemas de bombeamento em paralelo e utilizar o sistema de controle para forçar ou operar os sistemas de bombeamento individuais assíncronos. Isto minimiza o risco de “snaking” devido à interferência.

[0116] A segunda função principal do sistema de controle é proporcionar um controle completo do movimento do fole 6', 6" através dos ciclos em relação ao dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla 2. Isto é de relevância no sistema fechamento/assentamento das válvulas no conjunto regulador de fluxo 13 (por exemplo, porta de suprimento 35', 35", orifício de bomba 36', 36", orifício de descarga 37', 37", válvula de fornecimento 38', 38", válvula de descarga 39', 39") porque há uma combinação de fatores, que necessita trabalhar em sincronia para que este sistema funcione com estas pressões extremas e taxas de distribuição. Como para uma mola, é importante que o fole 6', 6" opere dentro de seus parâmetros de projeto, isto é, não se estendendo ou sobre a compressão, a fim de ter uma longa vida útil.

[0117] A terceira função principal do sistema de controle é a válvula do sistema de gerenciamento de óleo 16', 16" do sistema de controle que atua quando o sistema de controle encontra uma diferença entre as posições do dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla 2 e do fole 6', 6" ou que a temperatura está fora de limites predefinidos. O dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla 2 tem em geral as mesmas resistências e falhas como um cilindro hidráulico, é robusto e preciso, mas tem um grau de vazamento interno sobre as primeira e segunda vedações 22', 22" que ao longo do tempo se acumularão tanto como um fator de adição ou de retração no volume de circuito hidráulico fechado entre a primeira e a segunda câmaras de êmbolo 17', 17" e o volume interno 7', 7" do fole 6', 6". Para resolver estes problemas, ambos os foles 6', 6"e o dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla 2 são equipados com sensores de posição 12', 12", 21 que monitoram continuamente a posição destas unidades para assegurar que elas sejam sincronizadas de acordo com a filosofia programada por software. Ao longo do tempo, o vazamento interno do sistema irá aumentar, e quando o desvio da posição entre o fole 6', 6" e o dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla 2 alcança o limite máximo permitido, a primeira e/ou segunda válvulas do sistema de gerenciamento de óleo 16', 16" adicionarão ou retraem o volume necessário para re-sincronizar o sistema (e ajustando-se de preferência automaticamente em relação a uma posição conhecida do fole 6', 6"). Além disso, pode haver um problema de que o líquido no volume de circuito hidráulico fechado entre o dispositivo de transferência de pressão 1', 1" e o dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla 2 gera calor através de atrito por fluxo de retorno e para trás. No topo de que a primeira e segunda vedações 22', 22" no dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla 2 também produzirá calor que dissipará no líquido (por exemplo, óleo) no volume de circuito hidráulico fechado. Este problema pode ser endereçado pelo uso do mesmo sistema para compensar o vazamento interno. O volume hidráulico de circuito fechado pode ser substituído pela válvula do sistema de gerenciamento de óleo 16', 16". O sistema de controle detecta um vazamento no sistema de circuito hidráulico e assim opera a primeira e/ou segunda válvula de sistema de gerenciamento de óleo 16', 16" para permitir uma substituição do volume de circuito hidráulico fechado isolando o fole 6', 6" em uma posição comprimida, retraída, posição e permitindo que o dispositivo de divisão de líquido de reforço de pressão de ação dupla 2 descarregue seu volume no reservatório (externo) e recarregando o mesmo com óleo frio do sistema de resfriamento. Para as válvulas no sistema regulador de fluxo 13 (por exemplo, o orifício de suprimento 35', 35", o orifício de bomba 36', 36", o orifício de descarga 37', 37 ", a válvula de suprimento 38', 38", a válvula de descarga 39', 39 ") para ter uma longa vida útil. É desejável que o assentamento das válvulas ou orifícios 35', 35", 36', 36", 37', 37", 38', 38" é suave ou mole, isto é, que os elementos de válvula não são cinzas em seus assentos de válvula desejados. Para atingir este sistema, o sistema monitora a posição do dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla 2 (isto é, o pistão ou haste 19 no dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla), e quando se aproximando da posição de extremidade, a velocidade de descarga da unidade de bomba hidráulica 1 é inclinada para baixo para amortecer a válvula antes de assentar para impedir o forjamento do assento de válvula de retenção.

[0118] Para propósitos de explicação, sistemas e configurações foram estabelecidos a fim de proporcionar uma compreensão completa do sistema e de seus trabalhos. Entretanto, não se pretende que esta descrição seja interpretada em sentido limitativo. Vários modificações e variações das modalidades ilustrativas, bem como outras modalidades do sistema, que são evidentes para pessoas versadas na técnica à qual pertence o assunto reivindicado, são consideradas como estando dentro do escopo da presente invenção. Tabela 1: Lista de Referência:

Claims (13)

1. Dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla (2) para um volume de circuito hidráulico fechado abaixo sob altas pressões variando acima de 500 bar, sendo o dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla (2) capaz de alimentar e retrair uma grande quantidade de fluido hidráulico sob altas pressões de e para pelo menos um primeiro dispositivo de transferência de pressão (1') e um segundo dispositivo de transferência de pressão (1''), em que o dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla (2) é controlável por um fornecimento de fluxo variável através de pelo menos uma primeira porta de fluido de acionamento (24') e uma segunda porta de fluido de acionamento (24''), em que o dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla (2) é caracterizado por compreender: - um alojamento de cilindro oco (20) com uma extensão longitudinal, em que o alojamento de cilindro (20) compreende pelo menos uma primeira parte e uma segunda parte com uma primeira área de seção transversal (a1) e uma terceira parte com uma segunda seção transversal área (a2) de tamanho diferente da primeira área de seção transversal (a1), - uma haste (19), a haste (19) tendo uma área de seção transversal correspondente à primeira área de seção transversal (a1), e em que uma primeira parte da haste e a primeira parte do alojamento do cilindro definem uma primeira câmara de êmbolo (17’) e uma segunda parte da haste e a segunda parte do alojamento do cilindro definem uma segunda câmara de êmbolo (17''), em que uma primeira porta do êmbolo (18') está disposta na primeira câmara do êmbolo (17') e uma segunda porta do êmbolo (18'') está disposta na segunda câmara do êmbolo (17''), a haste (19) compreende ainda uma porção saliente (30) com uma área de seção transversal correspondente à segunda área de seção transversal (a2), e a porção saliente e a terceira parte do alojamento do cilindro (20) definem uma primeira parte externa câmara (44') e uma segunda câmara externa (44''), em que a primeira porta de fluido de acionamento (24') está disposta na primeira câmara externa (17') e a segunda porta de fluido de acionamento (24'') está disposta na segunda câmara externa (17''), a parte saliente define uma primeira área do pistão (30', 30''), e a haste que define uma segunda área do pistão (31', 31'') diferente da primeira área do pistão (30', 30''), em que a primeira área do pistão (30', 30'') é maior que a segunda área de pistão (31', 31'') em uma proporção fixa e em que a primeira parte da haste (19), sobre pelo menos uma parte de seu comprimento, é formada com um primeiro recesso interno (40') que se estende a partir de uma primeira superfície final da haste, em que o primeiro recesso interno (40') está em comunicação de pressão com a primeira câmara do êmbolo (17'), e a segunda parte da haste, sobre pelo menos uma parte de seu comprimento, é formada com um segundo recesso interno (40'') que se estende a partir de uma segunda superfície final da haste, em que o segundo recesso interno (40'') é em comunicação de pressão com a segunda câmara de êmbolo (17'') e separada da primeira câmara de êmbolo (17').

2. Dispositivo de fraturamento de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla (2) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a haste (19), durante o uso ser acionada para frente e para trás, permitindo que o líquido pressurizado em sequência flua para a primeira porta de fluido de acionamento (24') e fora da segunda porta de fluido de acionamento (24'') e depois invertida para ir na direção oposta.

3. Dispositivo de fraturamento de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender um sensor de posição (21) do dispositivo de partição de líquido de reforço de pressão de ação dupla para detecção da posição da haste.

4. Dispositivo de fraturamento de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender uma primeira vedação (22') entre a primeira parte e a haste e uma segunda vedação (22'') entre a segunda parte e a haste, em que o primeiro e o segundo vedantes (22', 22'') são configurados para serem lubrificados, ventilados e resfriados por um sistema de lubrificação (23).

5. Dispositivo de fraturamento de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a primeira câmara de êmbolo (17') e a segunda câmara de êmbolo (17'') fazerem parte de um sistema hidráulico de circuito fechado, respectivamente.

6. Sistema, caracterizado por compreender: - um dispositivo de fraturamento de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores 1-5, - uma unidade de bomba hidráulica (11) pressurizando o dispositivo de fraturamento de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla (2) através da primeira porta (24') e da segunda porta (24''), - pelo menos dois dispositivos de transferência de pressão (1', 1'') em comunicação fluida com a primeira porta do êmbolo (18') e a segunda porta do êmbolo (18''), respectivamente, o primeiro e o segundo dispositivos de transferência de pressão (1', 1'') sendo configurado para ser pressurizado e descarregado pelo dispositivo de fraturamento de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla (2) e despressurizado e carregado pelo dispositivo de fraturamento de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla (2) assistido por uma bomba de alimentação de lama / lodo durante o carregamento, - um conjunto de regulação de fluxo (13) compreendendo um coletor de entrada (14) e um coletor de saída (15), em que o conjunto de regulação de fluxo (13) é configurado para distribuir fluido entre o coletor de entrada (14), cavidades de pressão (4', 4'') nos dispositivos de transferência de pressão (1', 1'') e no coletor de saída (15).

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o dispositivo de fraturamento de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla (2) ser configurado para pressurizar e descarregar sequencialmente e despressurizar e carregar os pelo menos dois dispositivos de transferência de pressão (1', 1''), de modo que um dispositivo de transferência de pressão (1', 1'') seja pressurizado e descarregado enquanto o outro é despressurizado e carregado, e vice-versa.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado por compreender quatro dispositivos de transferência de pressão (1) e dois dispositivos de fraturamento por partição líquida de aumento de pressão de ação dupla (2), sendo cada um dos dispositivos de fraturamento de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla (2) sendo configurado para pressurizar e descarregar sequencialmente e despressurizar e carregar dois dispositivos de transferência de pressão (1), de modo que dois dos dispositivos de transferência de pressão (1) sejam pressurizados e descarregados enquanto os outros dois dispositivos de transferência de pressão (1) são despressurizados e cobrado e vice-versa.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por os dois dispositivos de fraturamento de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla (2) serem configurados para serem operados individualmente, de modo que eles podem pressurizar e descarregar e despressurizar e carregar dois dos dispositivos de transferência de pressão (1', 1'') de forma síncrona ou assíncrona.

10. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores 6-9, caracterizado por os dois dispositivos de transferência de pressão (1', 1'') compreenderem um fole (6, 6'') e um sensor de posição do fole (12', 12'' ) posição de monitoramento dos foles (6 ', 6'') e um sistema de controle adaptado para receber dados de monitoramento do sensor de posição do dispositivo de partição líquida de aumento de pressão de ação dupla (21) e dos foles (6', 6'') comparando a posição da haste (19) e dos foles (6', 6'').

11. Frota caracterizada por compreender pelo menos dois reboques, cada reboque compreendendo pelo menos um sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores 6-10.

12. Uso de um dispositivo de fraturamento de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, um sistema de acordo com as reivindicações 6 a 10 ou uma frota de acordo com a reivindicação 11 caracterizado por ser na extração ou produção de hidrocarbonetos.

13. Utilização de um dispositivo de fraturamento de partição líquida de reforço de pressão de ação dupla, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, um sistema de acordo com as reivindicações 6 a 10 ou uma frota de acordo com a reivindicação 11 caracterizado por ser em operações de fraturamento hidráulico.