用于水力压裂作业的添加剂的制备中心和使用该制备中心的水力压裂过程制造技术

本发明专利技术提供了一种紧凑的且可运输的制备中心，能够用于气田或油田的压裂作业，能计量出并溶解两种不同的粉末状聚合物，包括：两个气动装置，分别提供有用于两种独立的聚合物的两个储料斗（1、2）；用于供应和计量的两个装置，用于将分别源自两储料斗的聚合物供应并计量到用于通过研磨而分散的设备（11），也称为PSU；用于聚合物的水化和溶解的两系列罐（12、13），罐连接到分散和研磨设备（11）；两个正位移真空泵（14、15），用于计量各自源自两系列的水化和溶解罐（12、13）的两种溶液且目的是提供混合器（26），混合器本身连接到高压注射泵（20）。提供了使用制备中心的压裂方法。能够计量来自共同中心的多种添加剂。

【技术实现步骤摘要】
用于水力压裂作业的添加剂的制备中心和使用该制备中心的水力压裂过程
本专利技术涉及一种用于水力压裂作业的添加剂的制备中心和使用该制备中心的水力压裂过程。
技术介绍
水力压裂作业首先在美国随后在加拿大有所增加，且将进一步在扩大到其他国家例如中国、波兰、德国和英国。多年以来，这些作业已经变得越来越复杂，被应用到越来越冗长的水平钻孔，以提高单井产量。原则上，水力压裂作业包括通过以非常高的压力（200-600bar）注射水的方式现场压裂岩石，通过注射支撑剂（proppingagent）例如砂或陶瓷堵塞裂缝并从裂缝中提取气体或油。添加剂的开发使这些压裂作业处于一种安全和有效的方式成为可能。在这些添加剂中，可提及的是：-减磨剂，使以较低的注射压力和较低的泵送功率获得井底压力成为可能。这些减磨剂为聚丙烯酰胺（PAMs），在大多数常规形式的情况下为乳液。然而，在今天，需求集中在粉状的聚丙烯酰胺上而且本申请公司已开发出各种材料使它们能有效地用于现场。-增粘剂，用于保存砂处于悬浮状态，在大多数情况下为瓜尔胶。然而，面对瓜尔胶的短缺，其他产品已经被使用或在研发的过程中：黄原胶、聚丙烯酰胺等。天然瓜尔胶在水中溶解非常困难并非常耗时从而有团聚的趋势，因此在很难现场利用。通常，瓜尔胶悬浮在烃中并随后运送到现场，在现场溶解于注射的水中。-交联剂，例如硼酸盐、锆酸盐或钛酸盐用来交联瓜尔胶以使粘度增加并防止砂在低泵送率和停工期间的沉降。按容积计，最重要的成分为瓜尔胶和聚丙烯酰胺，两者都溶解困难。上述问题可通过使用专利US8168871中所描述的称为“PSU”（聚合物切片单元（PolymerSlicingUnit））的溶解单元解决。随后，本申请公司在申请WO2010/010698中描述了一种溶解大量聚丙烯酰胺的移动系统，并考虑了该移动系统能够在两个压裂作业间的尺寸和重量。尽管上述设备是有效的，但都没有考虑到气体和油作业者遇到的越来越多的以下问题。如今，在水力压裂作业中遇到的问题之一是注射的不同产品的数据流管理的复杂性和这样操作的相关盈利能力的结果。各种设备用来运输、溶解、计量、注射这些产品进入提供有非常高的压力喷射泵的混合器。各种设备经常是不同的且必须分别连接到控制中心，该控制中心决定剂量作为测量的压裂参数的函数。因此，本专利技术的目的之一是尽可能减少和集中必要的设备。如今，另一问题是瓜尔胶悬浮在使用表面活性剂的烃中以使瓜尔胶以液体形态被现场运输并且通过剧烈搅拌与水混合而溶解。这种操作导致了配料的使用，这些配料随后在水处理中成为附加的污染物。因此在压裂作业中现场分散和溶解是主要的进步。
技术实现思路
本申请公司研发了一种新的设备，更具体地，是一种用于水力压裂作业的添加剂的制备中心，这可能解决上述问题。更具体地，本专利技术使兼容了地方运输规则的制备中心中的压裂组合物的一些添加剂结合起来成为可能。本专利技术的目的是使计量来自共同中心的多种添加剂成为可能，该共同中心具有共同的运输系统以观察道路转移条件。因此，本专利技术的主题是一种紧凑的可运输的汽车拖车（lorrytrailer）或集装箱型的制备中心，该中心可用于气田或油田的压裂作业，能够计量和溶解两种不同的粉末状的聚合物，所述的制备中心包括：-两个气动装置，该两个气动装置分别提供有用于两种独立的聚合物的两个储料斗（storagehopper），每个气动装置用于连接到独立的油罐车（roadtanker），-用于供应和计量的两个装置，该两个装置用于将分别源自两个储料斗的聚合物供应并计量到用于通过研磨而分散的设备；-用于分散并研磨聚合物的设备，该设备也称为PSU（聚合物切片单元），其包括：·圆锥体，该圆锥体用于润湿粉状聚合物，该圆锥体连接到主进水线路，·在圆锥体的下端：·分散的聚合物研磨和排水室，包括：-电机驱动转子，该电机驱动转子装有刀片，-固定的定子（stator），该固定的定子由装有薄插槽（slots）的圆筒构成，·排水室外围的全部或部分，由二次水路提供的环，所述环与排水室相连以确保加压的水喷溅到定子的外面从而能够使场地释放并在所述定子的表面上溶胀聚合物，-用于聚合物的水化和溶解的两系列的罐，该罐通过独立的管道连接到分散和研磨的设备，所述罐装有搅拌系统；-两个正位移真空泵，该两个正位移真空泵用于计量各自源于两系列的水化和溶解罐的两种溶液且目的是通过独立的管道或通过单一的管道提供本身连接到高压喷射泵的混合器。具体实施方式在具体实施方式中，每个储料斗提供有用于聚合物的气动运输（pneumatictransportation）的气动清淤过滤器（pneumaticdecloggingfilters）。根据本专利技术的另一特征，中心也包括控制室和辅助设备，控制室包括用于管理设备数据流的各种装置和电力发电机，辅助设备用于处理实用程序（utilities）（电、水，等）。粉末状的聚合物是用于水力压裂作业的聚合物。例如，有增稠剂和/或减磨剂，增稠剂是用于保持支撑剂处于悬浮状态。可以提及的是，所述聚合物可来自以下非限制性的名单：丙烯酰胺类聚合物如弱阴离子型或非离子型的共聚物（含有0-10摩尔％的丙烯酸或具有低含量的磺化单体（ATBS，丙烯酰胺叔丁基磺酸盐(acrylamidotertiarybutylsulphonate)））、丙烯酰胺/三甲基氨乙基氯化丙烯酸（acrylamide/dimethylaminoethylacrylatechloride）（90/10摩尔%）共聚物、DADMAC（二甲基二烯丙基氯化铵(diallyldimethylammoniumchloride)）聚合物、NVP（N-乙烯吡咯烷酮）聚合物、瓜尔胶、黄原胶或改性纤维素。根据本专利技术的必要特征，本专利技术的制备中心能仅在一种且相同的作业期间计量并溶解两种聚合物。优选地，两种聚合物为丙烯酰胺类聚合物和瓜尔胶。更具体地，所述拖车或集装箱为标准尺寸且运载能力（净重）为20-24吨。拖车或集装箱排除底盘的尺寸优选为2米40×12米×2.7米高，移动重量为20-22吨，以满足当地需求。根据本专利技术的另一特征，供应并计量聚合物至分散和研磨设备的两个装置，每个都连续包括：-卧式螺杆，该卧式螺杆位于构成储料斗底部的二面体的底部并可允许聚合物移动；-立式螺杆，该立式螺杆提供有中间料斗；-料斗，该料斗提供有计量螺杆；-计量螺杆。计量螺杆的流速为120-2000kg/h，为满足压裂公司的需求可调整到必要的流速。控制室可包括电气安全措施（electricalsafeguards）、可编程控制器（programmablecontroller）和各种使系统的持续作业成为可能的仪器。而且，具有电源供应器、压缩机、水泵和遥测或远程监控设备的中心能自主运行。用于水力压裂作业的液体组分包括：除了作为减磨剂和增粘剂的聚合物，其他添加剂包括交联剂、延迟效应交联剂、表面活性剂、破乳剂、阻垢剂、阻蚀剂、杀菌剂或延迟效应氧化剂。在这些条件下和一种具体的实施方式中，根据本专利技术的制备中心还包括：-用于添加剂的至少一个附加的储罐；-用于泵送和计量这些添加剂的至少一个附加的装置，该装置通过主要或二次水供给系统泵送和计量这些添加剂到用于分散和研磨聚合物的设备，或无论是直接或以一种和/或其他的独立管道或单管泵送和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紧凑的且可运输的制备中心，所述制备中心为汽车拖车（19）或集装箱型的制备中心，所述制备中心能够用于气田或油田的压裂作业，能够计量出并溶解两种不同的粉末状聚合物，所述制备中心包括：?两个气动装置，所述两个气动装置分别提供有用于两种独立的聚合物的两个储料斗（1、2），每个气动装置用于连接到独立的油罐车（17、18），?用于供应和计量的两个装置，所述两个装置用于将分别源自两个储料斗的聚合物供应并计量到用于通过研磨而分散的设备（11）；?用于分散和研磨聚合物的设备，所述设备也称为聚合物切片单元，所述设备包括：·圆锥体，所述圆锥体用于润湿所述粉末状聚合物，所述圆锥体连接到主进水线路，·在所述圆锥体的下端：·分散的聚合物研磨和排水室，所述分散的聚合物研磨和排水室包括：?电机驱动的转子，所述电机驱动的转子装有刀片，?固定的定子，所述固定的定子由装有薄插槽的圆筒构成，·所述排水室外围的全部或部分，由二次水路提供的环，所述环与所述排水室相连以确保加压的水喷溅到所述定子的外面，从而能够使场地释放并在所述定子的表面上溶胀聚合物，?用于聚合物水化和溶解的两系列的罐（12、13），所述罐通过独立的管道连接到分散和研磨设备（11），所述罐装有搅拌系统；?两个正位移真空泵（14、15），所述两个正位移真空泵（14、15）用于计量各自源自两系列的水化和溶解罐（12、13）的两种溶液且目的是通过独立的管道或通过单一的管道提供本身连接到高压注射泵（20）的混合器（26）。...

【技术特征摘要】
2012.08.27 US 61/693,5471.一种紧凑的且可运输的制备中心，所述制备中心为汽车拖车(19)或集装箱型的制备中心，所述制备中心能够用于气田或油田的压裂作业，能够计量出并溶解两种不同的粉末状聚合物，所述制备中心包括：-两个气动装置，所述两个气动装置分别提供有用于两种独立的聚合物的两个储料斗(1、2)，每个气动装置用于连接到独立的油罐车(17、18)，-用于供应和计量的两个装置，所述两个装置用于将分别源自两个储料斗的聚合物供应并计量到用于通过研磨而分散的分散和研磨设备(11)；-用于分散和研磨聚合物的分散和研磨设备(11)，所述设备也称为聚合物切片单元，所述设备包括：●圆锥体，所述圆锥体用于润湿所述粉末状聚合物，所述圆锥体连接到主进水线路，●在所述圆锥体的下端：·分散的聚合物研磨和排水室，所述分散的聚合物研磨和排水室包括：-电机驱动的转子，所述电机驱动的转子装有刀片，-固定的定子，所述固定的定子由装有薄插槽的圆筒构成，·所述排水室外围的全部或部分，由二次水路提供的环，所述环与所述排水室相连以确保加压的水喷溅到所述定子的外面，从而能够使场地释放并在所述定子的表面上溶胀聚合物，-用于聚合物水化和溶解的两系列的水化和溶解罐(12、13)，所述罐通过独立的管道连接到分散和研磨设备(11)，所述罐装有搅拌系统；-两个正位移真空泵(14、15)，所述两个正位移真空泵(14、15)用于计量各自源自两系列的水化和溶解罐(12、13)的两种溶液且目的是通过独立的管道或通过单一的管道提供本身连接到高压注射泵(20)的混合器(26)。2.根据权利要求1所述的制备中心，其中，用于供应和计量聚合物到分散和研磨设备(11)的每个装置都连续包括：-卧式螺杆(3、4)，所述卧式螺杆(3、4)位于构成储料斗(1、2)的底部的二面体的底部，并且所述卧式螺杆(3、4)允许聚合物移动；-立式螺杆(5、6)，所述立式螺杆(5、6)提供有中间料斗；-料斗(7、8)，所述料斗(7、8)提供有计量螺杆(9、10)；-计量螺杆(9、10)。3.根据权利要求1所述的制备中心，其中，拖车(19)或集装箱排除底盘的尺寸为2米40×12米×2.7米高，拖车(19)的重量为20-22吨。4.根据权利要求1所述的制备中心，其中，所述制备中心进一步包括：-用于添加剂的至少一个附加的储罐(16)；-用于泵送和计量这些添加剂的至少一个附加的装置，所述装置通过主要或二次水供给...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·匹驰，P·尼克尔斯，
申请(专利权)人：SPCM公司，
类型：发明
国别省市：