使用超临界氩组合物从基岩回收物质的系统、材料和方法技术方案

一种用于水力压裂的材料，所述材料包含保持为超临界流体的氩和支撑剂。该材料也可以包含各种凝胶、发泡剂和/或气体中的任一种。该材料可用于从基岩回收资源的系统，所述系统包括该压裂材料、至少一个混合器、将该材料注入钻井中的泵和从井中回收资源的回收单元。该材料和系统可用于各种从基岩提取资源的方法，所述方法包括将支撑剂与超临界氩混合以形成混合物，将该混合物泵入钻井，和从该钻井回收资源。另外，所述材料和钻井可以包含用于从基岩提取资源的结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用超临界氩组合物从基岩回收物质的系统、材料和方法
技术介绍
水力压裂(也称作“压裂”)是一种使用泵入钻至基岩中的钻井中的加压材料从基岩中的岩层或区域中取出物质的方法。加压材料(也称作“压裂材料”或“压裂混合物”)扩散至基岩区域中的小开口或裂隙中，并使其扩大为更大的压裂结构。这些更大的压裂处使得地下的物质与原始裂隙未被扩大时相比更容易从基岩取出。然后将从地下源头回收的物质泵入设备中，在这些设备中压裂混合物可以容易地与从基岩回收的物质分离。压裂方法已广泛用于从油页岩回收如天然气和原油等石油相关物质。该技术的另一应用可见于从基岩中的含水区域或岩层回收水。将水力压裂用于水回收可以显示出有利性，特别是在缺乏容易获取的地表水或近地表水以及可找到较深蓄水层的地区。与以此方式获得的石油物质不同，通过压裂手段提取的水必须可供人类、动物饮用或用于农业用途。因此，用于回收水的压裂混合物必须对水的可饮用性具有最小影响。
技术实现思路
在一个实施方式中，用于水力压裂的材料包括含有至少约95%氩的超临界流体和至少一种支撑剂。水力压裂材料的其他实施方式可以包括至少一部分氩-37(37Ar)、气体、凝胶和/或发泡剂。在一个实施方式中，从基岩提取物质的系统包括包含至少约95%氩的超临界流体的源、至少一种支撑剂的源、被构造为将该超临界流体和该支撑剂混合成压裂混合物的混合装置、进入基岩中的钻井、被构造为将该压裂混合物泵入该钻井中的泵和被构造为从基岩回收物质的回收单元。在一个实施方式中，从基岩提取物质的方法包括提供包含至少约95%氩的超临界流体的源，提供至少一种支撑剂的源，将该超临界流体与该支撑剂混合以提供压裂混合物，将该压裂混合物泵入钻井中，和从基岩回收物质。在另一实施方式中，从基岩回收水的方法包括提供从地表延伸至、进入或穿过基岩含水的至少一个区域的钻井，提供包含至少约95%氩的超临界流体的源，提供至少一种支撑剂的源，将该超临界流体与该支撑剂混合以提供压裂混合物，将该压裂混合物泵入钻井，使该压裂混合物在基岩内发展出许多压裂结构，和从该钻井回收水。在另一实施方式中，从基岩回收水的结构体包括从地表延伸至、进入或穿过基岩含水的至少一个区域的钻井，和设置在该钻井内的压裂混合物，所述压裂混合物包含含有至少95%氩的超临界流体和至少一种支撑剂。附图说明图1说明的是根据本公开内容的包含多个区域或岩层的基岩的截面。图2a说明的是根据本公开内容的水力压裂之前的基岩的含水区域，其在该区域中包含多个裂隙。图2b说明的是根据本公开内容的水力压裂之后的基岩的含水区域，其中裂隙已扩大成压裂结构。图2c说明的是根据本公开内容的包含支撑剂颗粒的压裂结构的放大图。图3a说明的是根据本公开内容的从基岩中的区域回收物质的系统的一个实施方式。图3b说明的是根据本公开内容的从基岩中的区域回收物质的系统的另一个实施方式。图4说明的是根据本公开内容的关于进入基岩区域或岩层中的钻井的布置的各种实施方式。图5说明的是根据本公开内容的关于密封件在钻井中的应用的各种实施方式。具体实施方式水力压裂(“压裂”)法最常见与从深基岩结构回收石油相关物质有关。用于该工艺中的压裂材料可以是包含基础流体、支撑剂、凝胶和破乳剂(breakers)以及其他添加剂的复杂混合物。在一些石油相关的压裂程序中，压裂材料成分已包括柴油燃料、异丙醇、盐酸和具有潜在危害性的其他成分。此类压裂材料，如果在回收操作中未被完全除去，则如果其渗入当地地下水中则会导致环境危害。如果地下水被回收，则此类压裂材料的危害性就更加重大，因为可能无法从水中除去所有压裂材料。因此希望开发可以对环境和通过此法回收的水的潜在用户都造成最小危害的压裂材料。本公开内容涉及将超临界氩用作压裂材料的主要成分。氩是惰性气体，并对动物或植物不具有专门鉴定的毒性。超临界态的氩可以用作支撑剂的低粘度运载流体以辅助压裂地下蓄水层中的裂隙，由此可实现基岩中的水或其他物质的改善的回收。图1和2a说明的是基岩组成，其中水力压裂可以提供一种从基岩提取物质的有效方式。在图1中，显示了描绘有多个重叠区域或岩层的基岩的截面。这些区域的一些可能不含可利用压裂工艺提取的物质(120a–d)。表面层(120a)例如可以包含淤泥、碎石或含砾粘土。较深的层可能包含白云岩、页岩和粉砂岩(120b、c、d)。其他区域可能含有可提取的物质，如水。在一个实施方式中，水可能收集在包含砂石的深蓄水层中(140a,140b)。虽然基岩岩层或区域可能彼此完全重叠，如区域(120a)完全重叠于区域(120b)上所示，但区域也可以彼此交叉或侵入。如图所示，含水区域(140a)可以侵入不含水区域(120d)中。另外，多个含水区域可以彼此重叠并由不含水区域隔开，如区域(140a)重叠在(140b)上并由第三区域(120d)隔开所示。虽然水可以是通过水力压裂的提取可获取的一种物质，但应理解，所关注的其他物质可以包括贵金属、天然气或其他非水性物质。图2a说明的是含水区域(200)的一个截面的放大图。具体而言，该区域中的基岩包含裂隙或窄裂纹(210)，其中可以集中所关注的物质，如水。这些裂隙可能过窄而不足以使水或其他物质能够容易地通过地表所钻的钻井提取。但是这些裂隙可以利用压裂材料或压裂混合物来扩大。通过钻井在压力下引入的压裂材料可以将裂隙拓宽或扩大成更宽的压裂结构。图2b说明的是压裂混合物所造成的这些扩大的压裂结构(220a)。如果压裂混合物只包含液体、气体或其他容易从基岩取出的物质，则压裂结构可能坍塌，由此阻止所关注的物质的继续提取。通常，压裂混合物也包含留在压裂结构中以保持压裂结构开放的某些材料(支撑剂)。图2c，即图2b的放大图，说明的是此类支撑剂对于压裂结构的影响。支撑剂颗粒(230a–c)保持在压裂结构(220b)中，使压裂结构保持开放。用于水力压裂的材料(或压裂材料或压裂混合物)可以包含各种材料和组分。在一个实施方式中，压裂材料除包含至少一种支撑剂材料之外，还包含含有至少95%氩的超临界流体。超临界流体是兼具液体和气体性质的材料，并可有效穿透基岩中的窄裂隙。超临界流体的特征在于临界温度和临界压力，它们是超临界流体可保持住的最低温度和压力。对于氩而言，临界温度为约-122℃，并且压力为约50个大气压(5,066KPa)。水力压裂材料的一个实施方式包含保持在约-122℃之上的温度、约50个大气压(5,066KPa)之上的压力下的包含至少95%氩的超临界流体，和至少一种支撑剂。水力压裂材料的另一个实施方式包含保持在约-122℃～约175℃的温度、约50个大气压(5,066KPa)之上的压力下的包含至少95%氩的超临界流体，和至少一种支撑剂。在另一实施方式中，某部分氩可以包含氩-37。可以监控氩-37以确定是否任何残留的压裂材料由其引入位置扩散至环境中的其他区域。在一些实施方式中，作为非限制性实例，支撑剂包括砂粒、树脂覆膜砂、玻璃、高强度矾土陶瓷材料和/或高强度非铝矾土陶瓷材料。在一些实施方式中，作为非限制性实例，支撑剂包括塑料，如Bakelite(酚醛塑料)、三聚氰胺、苯酚、酚醛树脂、环氧树脂、苯乙烯类、丙烯酸类、乙烯基类、苯酚-甲醛、四氟乙烯、脲醛树脂、酚醛清漆(novolac)、聚碳酸酯、lexan、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水力压裂用材料，所述材料包含：包含至少约95%氩的超临界流体；和至少一种支撑剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种水力压裂用材料，所述材料包含：包含至少95％氩的超临界流体；和至少一种支撑剂，其中，所述超临界流体处于-122℃以上的温度，并处于50个大气压以上的压力，并且所述氩包含至少一部分氩-37(37Ar)。2.如权利要求1所述的材料，其中，所述超临界流体处于-122℃以上且175℃以下的温度，并处于50个大气压以上的压力。3.如权利要求1所述的材料，所述材料还包含氪、氙、氮气、二氧化碳气体、水蒸气或其任意组合。4.如权利要求1所述的材料，所述材料还包含凝胶外加剂。5.如权利要求1所述的材料，所述材料还包含无机凝胶外加剂。6.如权利要求4所述的材料，其中，所述凝胶为蜡、低聚物或其组合。7.如权利要求4所述的材料，其中，所述凝胶包含直链聚合物。8.如权利要求4所述的材料，其中，所述凝胶包含支链或交联聚合物。9.如权利要求4所述的材料，其中，包含于所述材料中的凝胶的量经选择而对所述材料赋予所期望的粘度。10.如权利要求1所述的材料，其中，所述支撑剂为砂粒、树脂覆膜砂、玻璃、高强度铝矾土陶瓷材料、高强度非铝矾土陶瓷材料或其组合。11.如权利要求1所述的材料，其中，所述支撑剂包括塑料。12.如权利要求1所述的材料，其中，所述支撑剂具有球形、椭圆形、多边形、锯齿或不均匀形状。13.如权利要求1所述的材料，其中，所述支撑剂具有30nm～3mm的尺寸。14.如权利要求1所述的材料，其中，所述超临界流体具有第一密度，所述支撑剂具有第二密度，并且所述超临界流体保持在其中所述第一密度与所述第二密度相同的-122℃以上且175℃以下的温度和压力。15.如权利要求1所述的材料，所述材料还包含至少一种发泡剂。16.如权利要求15所述的材料，其中，所述发泡剂为陶瓷中空微球、塑料中空微球、椰油酰胺MEA、椰油酰胺丙基甜菜碱、椰油醇聚醚-4、椰油醇聚醚-7、椰油醇乙氧基化物或其组合，并且所述超临界流体具有第一密度，所述发泡剂具有第二密度，并且所述第一密度与所述第二密度相同。17.一种从基岩提取物质的系统，所述系统包括：包含至少95％氩的超临界流体的源，其中，所述超临界流体处于-122℃以上的温度，并处于50个大气压以上的压力；和至少一种支撑剂的源；构造为将所述超临界流体和所述支撑剂混合成压裂混合物的混合装置；进入所述基岩中的钻井；构造为将所述压裂混合物泵入所述钻井中的泵；和构造为从所述基岩回收所述物质的回收单元。18.如权利要求17所述的系统，其中，所述超临界流体处于-122℃以上且175℃以下的温度，并处于50个大气压以上的压力。19.如权利要求17所述的系统，其中，所述氩包含至少一部分氩-37(37Ar)。20.如权利要求17所述的系统，所述系统还包括气体的源，其中：所述气体为氪、氙、氮气、二氧化碳气体、水蒸气或其任意组合；并且所述混合装置被构造为将所述气体混入所述压裂混合物。21.如权利要求17所述的系统，所述系统还包括凝胶的源，并且其中所述混合装置被构造为将所述凝胶混入所述压裂混合物。22.如权利要求17所述的系统，所述系统还包括无机凝胶的源，并且其中所述混合装置被构造为将所述无机凝胶混入所述压裂混合物。23.如权利要求21所述的系统，其中，所述凝胶为蜡、低聚物或其组合。24.如权利要求21所述的系统，其中，所述凝胶包含直链聚合物。25.如权利要求21所述的系统，其中，所述凝胶包含支链或交联聚合物。26.如权利要求21所述的系统，其中，选择包含于所述压裂混合物中的凝胶的量以对所述压裂混合物赋予所期望的粘度。27.如权利要求17所述的系统，其中，所述支撑剂为砂粒、树脂覆膜砂、玻璃、高强度铝矾土陶瓷材料、高强度非铝矾土陶瓷材料或其组合。28.如权利要求17所述的系统，其中，所述支撑剂包括塑料。29.如权利要求17所述的系统，其中，所述支撑剂具有球形、椭圆形、多边形、锯齿或不均匀形状。30.如权利要求17所述的系统，其中，所述支撑剂具有30nm～3mm的尺寸。31.如权利要求17所述的系统，其中，所述超临界流体具有第一密度，所述支撑剂具有第二密度，并且所述超临界流体保持在其中所述第一密度与所述第二密度相同的温度和压力。32.如权利要求17所述的系统，所述系统还包括至少一种发泡剂的源，并且其中所述混合装置被构造为将所述发泡剂混入所述压裂混合物。33.如权利要求32所述的系统，其中，所述发泡剂为陶瓷中空微球、塑料中空微球、椰油酰胺MEA、椰油酰胺丙基甜菜碱、椰油醇聚醚-4、椰油醇聚醚-7、椰油醇乙氧基化物或其组合，并且所述超临界流体具有第一密度，所述发泡剂具有第二密度，并且所述第一密度与所述第二密度相同。34.如权利要求17所述的系统，其中，所述泵包括舱底泵。35.如权利要求17所述的系统，其中，所述泵被构造为将所述压裂混合物以至多15,000psi的压力和至多15.9立方米/秒的速率泵入所述钻井中。36.如权利要求17所述的系统，其中，所述物质包含水或者为水。37.如权利要求17所述的系统，其中，所述物质包含非水性物质或者为非水性物质。38.一种从基岩提取物质的方法，所述方法包括：提供包含至少95％氩的超临界流体的源；提供至少一种支撑剂的源；将所述超临界流体与所述支撑剂混合以提供压裂混合物；将所述压裂混合物泵送入钻井；和从所述基岩回收所述物质，其中，所述超临界流体在所述泵送步骤之前处于-122℃以上的温度，并处于50个大气压以上的压力。39.如权利要求38所述的方法，其中，所述超临界流体在所述泵送步骤之前处于-122℃以上且175℃以下的温度，并处于50个大气压以上的压力。40.如权利要求38所述的方法，其中，所述氩包含至少一部分氩-37(37Ar)。41.如权利要求40所述的方法，所述方法还包括跟踪基岩内的37Ar。42.如权利要求38所述的方法，所述方法还包括将气体混入所述压裂混合物，其中，所述气体为氪、氙、氮气、二氧化碳气体、水蒸气或其任意组合。43.如权利要求38所述的方法，所述方法还包括将凝胶混入所述压裂混合物。44.如权利要求38所述的方法，所述方法还包括将无机凝胶混入所述压裂混合物。45.如权利要求43所述的方法，其中，所述凝胶为蜡、低聚物或其组合。46.如权利要求43所述的方法，其中，所述凝胶包含直链聚合物。47.如权利要求43所述的方法，其中，所述凝胶包含支链或交联聚合物。48.如权利要求43所述的方法，所述方法还包括将一定量的凝胶混入所述压裂混合物，以对所述压裂混合物赋予选定的粘度。49.如权利要求38所述的方法，其中，所述支撑剂为砂粒、树脂覆膜砂、玻璃、高强度铝矾土陶瓷材料、高强度非铝矾土陶瓷材料或其组合。50.如权利要求38所述的方法，其中，所述支撑剂包括塑料。51.如权利要求38所述的方法，其中，所述支撑剂具有球形、椭圆形、多边形、锯齿或不均匀形状。52.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·B·卡尔森，G·D·费伦，
申请(专利权)人：英派尔科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US