用于连续加热的水流的水加热装置和用于水压致裂的方法制造方法及图纸

一种对产油地层进行压裂的方法包括：提供加热装置，加热装置是可运输的并且具有容纳水的容器。该方法企图将水加热至约200℉(93.3℃)的温度。凉水或冷水水流从水源输送至混合器，凉水水流位于环境温度下。混合器具有入口和出口，入口接收来自水源的凉水或冷水，出口能排放凉水或冷水与热水的混合物。在混合器中混合之后，水呈现出适于与在压裂过程中使用的化学制品混合的温度，诸如40-120℉+(4.4-48.9℃+)的温度。开口将冷水和热水的混合物排放至调节罐或混合罐。在混合罐中，支撑剂和任意选择的化学制品被添加到已经变暖的水中。具有支撑剂和任选的化学制品的水从混合罐被注入到井中用作水压致裂操作的一部分。混合器优选地采用横向配件，横向配件能使被加热的水以锐角进入混合器。混合器还可提供在第一横向配件的上游离开混合器的孔的横向配件，第二横向配件通过诸如软管的导管将水输送至加热器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术人 兰塞姆.马克.赫费雷，美国公民，住址美国俄克拉荷马州埃尔克城Bluestem巷1201 号，邮编736440受让人SUPER HEATERS NORTH DAKOTA LLC(高级加热器北达科他州有限责任公司)(美国，德克萨斯州，有限责任公司)，14904 Gaillardia Dr. ,Oklahoma City,OK 73142-1832，US。相关申请的交叉引用通过引用并入本文的是以前的于2010年7月23日提交的第12/842，738号美国专利申请、于2010年I月21日提交的第61/297,097号美国临时专利申请、于2009年10月22日提交的第61/254，122号美国临时专利申请、以及于2009年9月18日提交的第61/276，950号美国临时专利申请。本文要求这些申请的优先权。关于联邦资助的研究或开发的声明不适用对“微缩胶片附录”的引用不适用
技术介绍
1.专利
本专利技术涉及用于连续制备在水压致裂中使用的加热的水流的方法和装置。2.专利技术的主要背景关于从地质构造开采油和气，这种油和气开采可能因地层在钻探期间(尤其在具有低孔隙度的致密砂岩和含油和气的页岩的地层中)的低渗透率或损坏或堵塞而具有低流速。水压致裂，也称为“压裂”，是在钻出井之后所采用的方法，用于完成井以提高碳氢化合物的开采。水压致裂通过使井眼周围的地层破裂而形成多孔结构。这些裂缝允许油或气更容易地从致密砂岩或页岩流向生产井。在地层中形成裂缝的普通方法是将水、化学制品和沙的混合物泵送到岩石或地层中。当泵送的流体混合物达到足够的压力时，地层将破裂，从而形成释放所拥有的碳氢化合物所需的渗透性。水压致裂通常必须以充分的速率和压力将流体注入到井眼中以克服产生从井眼延伸的破裂或断裂地层的抗张强度。第3，816，151号美国专利、第3，938，549号美国专利和第4，137，182号美国专利(每个专利通过引用并入本文)涉及使用各种压裂流体的水压致裂方法。下面的美国专利文献也是通过引用并入本文2008/0029267、5979549、5586720、5183029,5038853,4518568,4076628,2631017,2486141,2395258,2122900,2065789 ο压裂流体的一个关键要素是水，水是该方法所需的支撑剂(以及任选的合适的化学混合物)的携带流体。支撑剂撑开裂缝并且提供多孔性以允许碳氢化合物流出地层。在压裂流体被注入井之前，水通常被加热至目标温度(例如，40 T至120 T (4.4°C至48. 90C +))，目标温度取决于地质构造和所使用的化学制品，典型地在位于蒙大纳北达科达州和南加拿大的Bakken页岩为65 0F -75 0F (18°C -24°C )，以实现每个具体水压致裂操作所需的合适的化学混合物。在与化学制品混合之前加热水的另一结果是减少水力压裂操作可能需要的化学制品的量。此外，加热的水的较低密度将降低管和连接件上的压力并且因此降低机械故障的风险。在较冷的月份和较冷的环境中，可用的水源的温度通常低于50 T (10°C)(甚至低于冰点)，这种温度通常是不适于压裂过程的低温。在水和压裂流体被泵送到孔之前将可用的水加热至适于压裂过程的温度(例如，40 T至120 T (4.4°C至48.9 V +))是必要的。提供加热的水的常见和已知的方法要求，在压裂过程之前，源水被泵送到多个压裂罐，然后各个单独的压裂罐中的水循环通过加热单元以使压裂罐中的温度上升至压裂的化学混合物所需的预设温度。然而，由于加热(加热通常在压裂操作之前的夜间进行)之间的时间消耗，发生显著的热损失。每个罐必须被加热至比操作所必需的温度高例如 10-50 0F (5. 6°C至 27. 8°C )(常常为 20 T至 30 0F (-11. 1°C至 16. 7°C ))。例如，如果所需的温度为70 0F (210C )，那么每个罐将需要被加热至至少90 0F -120 0F (32°C -48. 9V )。大幅的过热是实质的费用和能量的浪费。将水泵送至压裂罐和使用加热单元加热压裂罐中的水在工业中是已知的。图5为现有技术类型配置的实施例。有很多提供这种服务的商业。压裂罐的数量通常可为20-700罐(Marcellus页岩(位于从南部延伸的田纳西州的西纽约地区)的平均值为500罐)-当前在典型的压裂过程(罐的传送、租赁、清洁和拆卸)中每罐花费约500-2，000美元，所以这些压裂罐是压裂过程中的实质花费。通常，压裂过程中的大量安全问题涉及压裂罐的处理。必须将压裂罐加热至充分高于目标温度以允许加热与使用之间的热损失。因为，通常压裂罐的加热发生在夜间，所以可以是例如10-50 0F (5. 60C -27. 8V )。高于目标温度的温度量取决于当地气候条件。
技术实现思路
本专利技术的装置和方法需要水源、泵和管道，管道能够例如以每分钟约100桶(11. 9kl)(有时高达每分钟150桶(17. 9kl)，有时低达每分钟30-50桶)将水连续输送通过混合器或混合歧管并且到达压裂罐。当水(通常为凉水或冷水)从其源被泵送通过混合歧管时，一部分水量(例如每分钟7桶(O. 83kl))被输送通过歧管处的管道且到达并通过加热单元。这种加热装置优选地为能够加热较少量水的可移动单元，例如通过诸如O. 22亿BTU (232亿焦耳)加热器每分钟加热7桶(在所有气候条件下一致地加热至该容量，而不管环境温度)。加热单元使被输送水的例如7bbl (O. 83kl)的环境水温增加至通常约190-200 0F (87. 8-93. 3°C )(并且在加压管道系统中增加至240 0F (116°C ))。这种加热优选地在连续流(与批量处理相反)的基础上实现，被加热的水被输送通过管道回到混合歧管并且连续混合到环境水流中。过热的水与较冷的水的混合导致(每个加热器单元)水温以例如每分钟100桶(bbl)连续泵送流的速率增加约5 0F -15 0F (2. 8-8. 3°C )。较低的流速(诸如每分钟20bbl(2.4kl))将使温度更加得更快，导致更高的温度上升。甚至可以每分钟150bbl(17.9kl)的速率运行，但是每单元温度上升将会降低。为了实现更高的水温，可使用多个加热单元(例如2-4个或更多)来加热水，所有加热优选在连续流的基础上实现。均匀加热的水的移动水流优选被输送至少量任选的压裂罐，压裂罐可在机械故障或操作问题的情况下用作水流与泵送操作之间的安全缓冲器。具有歧管的加热系统可被设计为优选连续加热多达每分钟100bbl(ll. 9kl)(或者甚至更多)。为了满足在压裂过程中使用的水的所需的(目标)温度(例如，40 0F 至 120 0F +(4. 4 °C 至 48. 9 °C +)，并且常常为 65 °F -75 0F (18 V -24 °C )、或70 T -80 T (21°C _27°C ))，可调整来自环境源水的流速以提供更大或更小的量，并且多个顺序的混合歧管和加热器单元可被添加至该过程。混合歧管包括流入口和流出口，流出口允许源流水通过混合歧管进入压裂罐。在流入口与流出口之间，混合歧管具有至少一个冷水转移口，冷水转移口连接至管道以将一部分冷水流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.09.18 US 61/276,950;2009.10.22 US 61/254,122;1.一种对产油和/或产气地层进行压裂的方法，包括如下步骤 a)提供可运输加热装置以将水加热至至少约40华氏度(4.4摄氏度)的温度； b)将凉水或冷水水流输送至混合器，所述凉水或冷水水流的温度低于预定的目标温度； c)所述混合器具有第一入口和第一出口，所述第一入口从步骤b)的水流接收凉水或冷水，所述第一出口能够对作为凉水或冷水与热水的混合物的基本连续水流进行排放； d)所述混合器具有第二入口，所述第二入口能使被加热水进入所述混合器； e)通过所述第二入口将来自步骤a)的可运输加热装置的被加热水添加到所述混合器中； f)其中步骤b)的水的体积远大于步骤e)的水的体积； g)在步骤f)之后将所选的支撑剂添加到从所述混合器排出的水中；以及 h)将所述水和所述支撑剂输送至产油和/或产气地层，其中在压裂过程期间水从所述第一入口基本连续地流向所述第一出口。2.如权利要求I所述的方法，其中，所述混合器具有管状主体，所述管状主体具有孔。3.如权利要求2所述的方法，其中，所述管状主体的孔具有中心纵轴线，并且在步骤e)中所述被加热水以一个角度进入所述混合器的孔。4.如权利要求2所述的方法，其中，所述管状主体的孔具有中心纵轴线，并且在步骤f)中所述水以一个角度从所述混合器的孔排出。5.如权利要求I所述的方法，其中，所述被加热水与所述凉水或冷水在步骤e)中通过紊流混合。6.如权利要求I所述的方法，其中，所述可运输加热装置为带轮子的交通工具。7.如权利要求I所述的方法，其中，所述凉水或冷水水流的温度位于约33与80华氏度(O. 6与27摄氏度)之间。8.如权利要求I所述的方法，其中，所述凉水水流的温度位于冰点以上。9.如权利要求I所述的方法，其中，在步骤e)中所述被加热水水流的温度位于约40与120华氏度(4. 4与48. 9摄氏度)之间。10.如权利要求I所述的方法，其中，在步骤e)中所述被加热水水流的温度位于约40与150华氏度(4. 4与65. 6摄氏度)之间。11.如权利要求I所述的方法，其中，在步骤e)中所述被加热水水流的温度位于约40与200华氏度(4. 4与93. 3摄氏度)之间。12.如权利要求I所述的方法，其中，从步骤b)到步骤e)，存在以串联方式连接在一起的两个混合器。13.如权利要求I所述的方法，还包括在步骤g)期间向所述水添加化学制品。14.一种对产油和/或产气地层进行压裂的方法，包括如下步骤 a)提供将水加热至至少40华氏度(4.4摄氏度)的温度的可运输加热装置； b)将凉或冷水水流输送至混合器，所述凉水水流的温度低于预定的目标温度； c)所述混合器具有第一入口和第一出口，所述第一入口从步骤b)的源接收凉水或冷水，所述第一出口能够对作为水的混合物的基本连续水流进行排放； d)所述混合器具有第二出口和位于所述第二出口下游的第二入口；e)通过所述第二入口将来自步骤a)的可运输加热装置的被加热水添加到所述混合器中； f)通过所述第二入口将来自所述混合器的水连续输送至步骤a)的加热装置； g)其中步骤b)的水的体积远大于步骤e)的水的体积； h)在步骤f)之后将所选的支撑剂添加到从所述混合器排出的水中；以及 i)将所述水和所述支撑剂输送至产油和/或产气地层，其中在压裂过程期间水从所述第一入口基本连续地流向所述第一出口。15.如权利要求14所述的方法，其中，所述混合器具有管状主体，所述管状主体具有孔。16.如权利要求15所述的方法，其中，所述管状主体的孔具有中心纵轴线，并且在步骤e)中所述被加热水以一个角度进入所述混合器的孔。17.如权利要求15所述的方法，其中，所述管状主体的孔具有中心纵轴线，并且在步骤f)中所述水以一个角度从所述混合器的孔排出。18.如权利要求14所述的方法，其中，所述被加热水与所述凉水或冷水在步骤e)中通过紊流混合。19.如权利要求14所述的方法，其中，所述可运输加热装置为带轮子的交通工具。20.如权利要求14所述的方法，其中，所述凉水或冷水水流的温度位于约33与80华氏度(O. 6与27摄氏度)之间。21.如权利要求14所述的方法，其中，在步骤e)中所述被加热水水流的温度位于约40与200华氏度(4. 4与93. 3摄氏度)之间。22.如权利要求14所述的方法，其中，在步骤e)中所述被加热水水流的温度位于约40与150华氏度(4. 4与65. 6摄氏度)之间。23.如权利要求14所述的方法，其中，在步骤e)中所述被加热水水流的温度位于约40与120华氏度(4. 4与48. 9摄氏度)之间。24.如权利要求14所述的方法，其中，从步骤b)到步骤e)，存在以串联方式连接在一起的两个混合器。25.如权利要求14所述的方法，其中，从步骤b)到步骤e)，存在以并联方式连接在一起的两个混合器。26.如权利要求14所述的方法，还包括在步骤h)期间向所述水添加化学制品。27.一种油井水压致裂系统，包括 a)可运输加热装置，将水加热至至少40华氏度(4.4摄氏度)的温度； b)位于约环境温度下的水源； c)混合器,具有第一入口和第一出口； d)第二入口，能使被加热水进入所述混合器； e)第二出口，能在所述第二入口的上游将水从所述混合器移除； f)第一流送管，在所述加热器与所述第二入口之间输送水； g)第二流送管，在所述第二出口与所述加热器之间输送水，所述第二流送管位于所述第二入口的上游；以及 h)混合罐，接收来自所述混合器的水流，所述罐能使支撑剂与从所述第一出口排出的水混合。28.如权利要求27所述的油井水压致裂系统，其中，所述混合器具有管状主体。29.如权利要求28所述的油井水压致裂系统，其中，所述管状主体具有中心纵轴线，并且所述被加热水通过所述第二入口以一个角度进入所述混合器。30.如权利要求28所述的油井水压致裂系统，其中，所述管状主体具有中心纵轴线，并且水通过所述第二出口以一个角度从所述混合器排出。31.如权利要求27所述的油井水压致裂系统，其中，所述混合器被配置为在第二出口的下游通过紊流将被加热水与环境温度水混合。32.如权利要求27所述的油井水压致裂系统，其中，所述加热装置为带轮子的交通工具。33.如权利要求27所述的油井水压致裂系统，其中，所述水源的温度位于约33与80华氏度(O. 6与27摄氏度)之间。34.如权利要求27所述的油井水压致裂系统，其中，所述第一流送管中的被加热水的温度位于约120与240华氏度(48. 9与116摄氏度)之间。35.如权利要求27所述的油井水压致裂系统，其中，所述混合器与第二混合器串联，使得从所述第一出口排放的水流被输送至所述第二混合器。36.如权利要求27所述的油井水压致裂系统，其中，所述混合罐还能使化学制品与水混合。37.一种水压致裂装置，包括 a)加热装置，将水从加热至至少40华氏度(4.4摄氏度)的温度； b)水源； c)混合器，具有第一入口和第一出口，所述第一入口接收来自所述水源的水，所述第一出口能够排放水的混合物； d)所述混合器具有第二出口和在所述第二出口下游隔开的第二入口； e)第一流送管，通过所述第二入口将水从所述加热装置输送至所述混合器； f)第二流送管，通过所述第二出口将水从所述混合器输送至所述加热装置； g)罐，能使所选的支撑剂与从所述混合器排出的水混合； h)连接所述混合器和所述罐的流送管； i)将来自所述罐的水和支撑剂输送到产油和/或产气地层的流送管。38.如权利要求37所述的水压致裂装置，其中，所述混合器具有管状主体。39.如权利要求38所述的水压致裂装置，其中，所述管状主体具有中心纵轴线，并且被加热水以一个角度进入所述混合器。40.如权利要求38所述的水压致裂装置，其中，所述管状主体具有中心纵轴线，并且水通过所述第二出口相对于所述轴线以锐角从所述混合器排出。41.如权利要求37所述的水压致裂装置，其中，被加热水和来自所述水源的水在所述混合器通过紊流混合。42.如权利要求37所述的水压致裂装置，其中，所述加热装置为带轮子的交通工具。43.如权利要求37所述的水压致裂装置，其中，所述水源的温度位于约33与80华氏度(O. 6与27摄氏度)之间。44.如权利要求37所述的水压致裂装置，其中，所述第一流送管中的水的温度位于约120与240华氏度(48. 9与116摄氏度)之间。45.如权利要求37所述的水压致裂装置，其中，存在以串联方式连接在一起的两个或更多个混合器。46.如权利要求37所述的水压致裂装置，其中，存在以并联方式连接在一起的两个或更多个混合器。47.如权利要求37所述的水压致裂装置，其中，在所述第一流送管中流动的水的体积小于在所述混合器中流动的水的体积。48.如权利要求37所述的水压致裂装置，其中，在所述第一流送管中流动的水的体积小于在所述混合器中流动的水的体积的一半。49.如权利要求37所述的水压致裂装置，其中，在所述第一流送管中流动的水的体积小于在所述第一入口中流动的水的体积的10%。50.如权利要求37所述的水压致裂装置，其中，所述罐还能使化学制品与水混合。51.一种对产油和/或产气地层进行压裂的方法，包括如下步骤a)提供可运输加热装置以将水加热至至少约40华氏度(4.4摄氏度)的温度； b)将凉水或冷水水流输送至混合器，所述凉水或冷水...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰塞姆·马克·赫弗雷，
申请(专利权)人：热能空中飞行公司，
类型：
国别省市：