用于无水压裂流体的输送的控制系统和设备技术方案

本发明专利技术描述了一种用喷射器（104）将支撑剂混合到液化气流体流（101）中的系统，以产生通过控制阀系统（105）及相关的PLC控制器的使用而被有效地控制的支撑剂浆（107）。该系统确保了系统在各种静态压力下的操作，并且在整个压裂操作期间保持支撑剂完全流体化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
描述了用于喷射器（eductor）-混合器技术的实施的控制系统及相关方法和设备，以用于提供将支撑剂材料注射到在液压压裂（fracturing）操作中使用的无水压裂流体流中的功能。所述系统和设备包括喷射器、提供支撑剂贮存器的封闭容器、设置在喷射器与封闭容器之间的阀、以及用于在压裂操作期间改变封闭的支撑剂容器中的压力的压力控制系统。该控制系统使用控制阀位置与支撑剂贮存器压力的组合来调节和设定支撑剂向喷射器中供给以与无水流体混合的供给速率，并控制压裂流体流中的支撑剂浓度。
技术介绍
使用二氧化碳以增加储层的石油和天然气产量是公知的。与常规的流体例如水相比，基于液化气的压裂是独特的，并且在水敏和低压地层中具有某些优点，包括促进流体回流（即，回收在压裂处理中使用的水/流体），这使得由水导致的地层破坏减至最小。参见美国德克萨斯州休斯敦的EnergyTribunePublishing公司的MichaelJ.Economides在T.M.(2007)的《当代压裂（ModernFracturing）》中著有的《提高天然气产量》（S.Weiss,Ed.）一文。在压裂处理中使用的LCO2一般在井口（wellhead）处被添加到水与支撑剂（一般为各种尺寸和密度的固体，例如沙、聚合物颗粒、示踪剂、砂砾等）的高压流。将水与支撑剂组合并添加单独的加压LCO2流是形成CO2增能压裂流体的最常规的方法。这在很大程度上是适当的，因为在大气压下将支撑剂与水混合并且然后在高于二氧化碳的三相点的压力下（即，高于75.1psia）将支撑剂添加至液态的二氧化碳要简单得多。具有如下设备可用：所述设备能够用于小压裂处理（例如，布置高达大约20吨支撑剂）以将支撑剂直接与基于液态二氧化碳的压裂流体混合）。该设备包括加压容器和集管系统，该集管系统在高压泵之前将支撑剂混合到液态CO2流中。支撑剂被加载到CO2混合器中。混合器被密封，然后被填充CO2。在压裂过程期间，支撑剂通过液压驱动的螺旋钻（auger）被混合到压裂流体中，或者通过重力被供给通过控制阀。参见美国德克萨斯州休斯敦的EnergyTribunePublishing公司的MichaelJ.Economides在T.M.(2007)的《当代压裂（ModernFracturing）》中著有的《提高天然气产量》（S.Weiss,Ed.）一文。一旦一批LCO2和支撑剂被消耗完，压裂处理必须结束或暂停，以便用另外的支撑剂重新填充混合器。如在美国专利No.4,374,545中所描述的，先前的努力提供了产生支撑剂和LCO2压裂浆的批处理。每个单元都能够计量供给高达20吨的单个类型的支撑剂并且通过使用计量式螺旋钻而解决支撑剂供给控制问题。对容器的底部进行的LCO2添加使得可流动且无蒸气的支撑剂浆离开系统并且能够维持容器中的压力。在美国专利No.8,408,289和美国专利No.8,689,876中描述了另一种系统，其描绘了直立式容器，其中支撑剂被计量供给至作为基压裂流体的LPG（液化石油气）中。通过使用重力（通过控制阀）或者通过一个或多个螺旋钻，支撑剂在LPG压裂流体流中的加载发生变化，其中所述一个或多个螺旋钻设置在支撑剂供给源内并且沿着支撑剂供给源的底部设置，或者布置在支撑剂供给源的外部。（氮气形式的）惰性气体在操作期间被泵送至容器中以维持容器压力，从而确保LPG混合物维持液相，以防止回流到容器中。诸如喷射器之类的非机械泵能够用来将支撑剂混合到压裂流体流中。非机械泵具有不含运动部件的优点，通常是低成本的，为简单的设备元件，并且已经在相关的材料引入中普遍地使用。例如，国际公布No.WO2012087388描述了用于将聚合物添加剂引入并混合在压裂流体流中的喷射器系统。用于固体处理和混合的液体喷射器的一般使用严重依赖于引射流（motiveflow）（即，进入喷射器的流体流（在没有添加支撑剂的情况下））与固体夹带物的速率之间的关系来控制固体浓度。当液体经过喷射器的会聚喷嘴时，势能被转换为动能，从而产生高速射流。这种能量变化导致静态压力的局部减小，从而产生了喷射器的本体内的抽吸。该抽吸使得材料能够被吸入到喷射器中并且被流体（LCO2等）夹带。喷射器用于双重目的：进行喷嘴内的混合以及将材料吸入到流体中以确保紧密的混合。通过更多常规的方法，例如使用沙或类似材料的支撑剂以提供水基浆，水的粘性有助于将固体材料吸入到发生抽吸的喷射器本体中。当必须建立相对低粘度的流体（与水相比）例如液态二氧化碳（LCO2）中的颗粒悬浮时，出现了困难。本专利技术通过在井口注射之前将均质的压裂流体输送到高压泵送器中而以更完全地受控的方式解决了将支撑剂添加到这种流体中的需求。在美国专利No.7,735,551中描述的系统和方法用来使氮气与支撑剂混合以压裂地下石油和天然气地层或煤层。支撑剂与天然气的混合在足以压裂地层的压力下发生。在一个实施方式中，使用喷射器将支撑剂引入到蒸气流中，并且喷射器与井口连通。支撑剂材料通过使用控制阀而在重力作用下从支撑剂贮存器被供给到喷射器中，或者通过使用螺旋钻而被调节。所描述的系统提供了使用阀位置或螺旋钻速度来调节支撑剂进入蒸气流中，从而实现指定的支撑剂加载。支撑剂贮存器的顶部空间中的压力在整个增产措施（stimulation）过程中保持在恒定值。为了克服现有技术的缺点，本专利技术的目的是提供一种控制机构，其用于操作将支撑剂输送到液化气例如LCO2中的系统，以用于压裂地下地层。尽管本文论述的液化气是以LCO2作为示例的，但液化气也可以是不混溶流体与非不混溶流体的组合，例如CO2与甲醇的组合，CO2与生物柴油的组合或CO2与水的组合。具体地，所研制的控制机构使用喷射器连同支撑剂控制阀以及支撑剂贮存器中的充填压力（padpressure）（后文论述）以基本均匀的方式将支撑剂加载控制在指定的浓度。本专利技术的另一个目的是提供一种设计成在显著地低于表面处理压力（例如，400PSI或低于400PSI）的压力下使支撑剂与压裂流体混合的系统。本专利技术的又一个目的是提供如下一种系统，其中：喷射器能够与液体一起使用，并且其中，所述系统不使用螺旋钻来对进入压裂流体的支撑剂进行计量。在研究了说明书、附图以及所附权利要求后，本专利技术的其他目的和方面将对本领域技术人员显而易见。
技术实现思路
本专利技术描述了一种系统及相关设备，用于通过使用喷射器来修正支撑剂随液化气或相对低粘度（即在1厘泊（cP）下小于水的粘度）液体（例如二氧化碳）的夹带率。更具体地，该系统使用支撑剂贮存器、阀、喷射器以及压力源来提供压裂流体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制在地下地层的增产措施中使用的压裂流体中的支撑剂浓度的方法，包括：以大约150至400 psig之间的压力将液化气的引射流体流供给至至少一个喷射器，其中液化气与支撑剂或支撑剂浆在所述喷射器中混合以形成压裂流体，其中加压的支撑剂贮存器设置在将支撑剂浆供给至所述至少一个喷射器的位置；将加压的支撑剂贮存器中的充填压力从大约‑30 psi改变至大约40 psi；以及进一步改变设置在所述喷射器与加压的支撑剂贮存器之间的支撑剂控制阀，以将压裂流体中的支撑剂的支撑剂浓度控制在从大约0.1 lbs/gal到大约10 lbs/gal的范围内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.30 US 61/872365;2013.08.30 US 61/872344;201.一种控制在地下地层的增产措施中使用的压裂流体中的支撑剂浓度的方法，包括：
以大约150至400psig之间的压力将液化气的引射流体流供给至至少一个喷射器，其
中液化气与支撑剂或支撑剂浆在所述喷射器中混合以形成压裂流体，其中加压的支撑剂贮
存器设置在将支撑剂浆供给至所述至少一个喷射器的位置；
将加压的支撑剂贮存器中的充填压力从大约-30psi改变至大约40psi；以及
进一步改变设置在所述喷射器与加压的支撑剂贮存器之间的支撑剂控制阀，以将压裂
流体中的支撑剂的支撑剂浓度控制在从大约0.1lbs/gal到大约10lbs/gal的范围内。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，供给至所述喷射器的液化气的压力在大约200
psig至大约300psig之间。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，液化气的引射流体流主要是二氧化碳。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括每分钟大约10桶至80桶范围内的引射流体流率。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括在不使用螺旋钻的情况下对进入引射流体流的
支撑剂进行计量。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括设定所述喷射器的尺寸和设定所述引射流体流
以获得通过所述喷射器的液化气的大约15psi至大约60psi的压降。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括通过所述喷射器下游的旁通线路提供引射流体
流液化气的一部分。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括将液化气提供至支撑剂贮存器的上部以控制充
填压力或者维持高于支撑剂贮存器中的支撑剂介质的液体帽。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括将加压气体提供至支撑剂贮存器的上部以控制
充填压力。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述加压气体包括二氧化碳或氮气。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括通过使用泄压控制阀来降低充填压力。
12.根据权利要求1所述的方法，还包括将液化气提供至支撑剂贮存器的下部以辅助包
含在支撑剂贮存器中的液化气与支撑剂的混合。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，通过设置在所述喷射器的下游的浓度计或密度
计来测量压裂流体中的支撑剂浓度。
14.根据权利要求1所述的方法，还包括提供并联连接的至少两个喷射器以形成压裂流
体。
15.根据权利要求1所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：W沙马赫，D达尔顿，GJ潘努乔，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US