液化氣與支撐劑混合物的儲器中的靜壓力的控制方法技術

本發明專利技術涉及用于調節壓裂液中的支撐劑濃度的反饋控制方法，其用于刺激地下地層。

【技術實現步驟摘要】
液化氣與支撐劑混合物的儲器中的靜壓力的控制方法
本專利技術涉及用于控制含有支撐劑的儲器的壓力的方法和相關裝置，其用于改變支撐劑負荷并用于刺激具有液化氣的地下地層。該裝置包括支撐劑儲存容器、使用加壓流體和/或通風口來控制支撐劑儲器內部壓力的裝置（means）、以及用于測量壓裂液的流量和支撐劑負荷的設備，所述支撐劑儲存容器配置成將支撐劑流遞送至壓裂液流。在操作期間，支撐劑儲器壓力的改變用于控制來自該儲器的材料的流量。壓裂液流量和支撐劑濃度用于最優化反饋控制回路的響應，所述響應用于控制支撐劑容器中的壓力。
技術介紹
水力壓裂是一種廣泛使用的用于刺激從地下地層產生石油和天然氣的技術。將井筒鉆入儲油巖（reservoirrock）中之后，以一定方式注入壓裂液(通常是含有懸浮支撐劑的水)，以打開進入暴露的地層的斷口，并將支撐劑放置于新形成的斷口內，以防止斷口完全關閉。該過程增加了攜帶烴的地下地層的傳導性并促進之前捕集的油和氣從儲器產生并進入井筒中。液化氣壓裂(采用像CO2之類的流體)可用來緩解與基于水的壓裂相關的許多問題，例如由于水的捕集而引起的滲透性降低、水敏性粘土的溶脹和遷移、以及表面流體溢出的減少或消除。但是，在商業應用中存在著限制。對于CO2而言，必須在二氧化碳的三相點之上的高壓(即，大于75.1psia)下操作設備，以便維持液態和可泵送狀態。可利用設備進行壓裂處理，以將支撐劑直接與基于液體二氧化碳的壓裂液混合。該設備通常由加壓容器和歧管系統組成，所述歧管系統在高壓泵之前將支撐劑混合到液體CO2流中。將支撐劑裝入CO2混合器中，其中將該設備（unit）密封并隨后用CO2填充。在壓裂過程期間，通過螺旋鉆(auger)、或經由控制閥進入的重力將支撐劑吸入壓裂液中。較早的嘗試，如美國專利No.4,374,545中所描述的，提供了產生支撐劑和LCO2壓裂漿料的分批方法。各設備（unit）能夠計量供給高達20噸的單一類型的支撐劑，并通過使用計量螺旋鉆來致力于對支撐劑供應的控制。向槽中添加LCO2允許可流動且不含蒸汽的支撐劑漿料離開系統以及維持容器中的壓力，以防止CO2從主壓裂液流錯流（misdirectedflow）返回到支撐劑供應中。美國公開專利申請U.S.2015/0060065A1描述了一種控制系統、相關的方法學和裝置，其用于實施噴射器-混合器技術來提供將支撐劑材料注射和計量供給入非水性壓裂液流中的能力。該系統利用運輸固體的液體噴射器而不是常規的螺旋鉆來混合并加速主壓裂液流內的支撐劑。該控制系統利用至少一個閥門來控制支撐劑從一個或更多個加壓支撐劑儲器進入噴射器中的流量；由此使材料與起動流(motivestream)混合。將氣體和/或液體進料至支撐劑儲器的頂部，以控制支撐劑儲器內部的壓力。改變支撐劑儲器內部的壓力的擴大了從儲器進入噴射器中的可實現的支撐劑流量的范圍。因為儲器壓力(以及固體處理閥)的使用是用于操縱來自支撐劑儲器的材料的最終流量，所以確定壓力對于所得支撐劑濃度的影響是貼切的。在不要求使用復雜模型以及在各種處理速率和支撐劑濃度下對設備的完全表征的情況下，這將是難以實現的。若使用密度計來校正支撐劑儲器內部的壓力值，則濃度讀數的滯后和延時可產生超過所需負荷的可能性。可將設備設置為遞增調節儲器壓力，以減小超過濃度值的可能性，但是代價是增加了響應時間。為克服相關技術的缺點，本專利技術的一個目標是提供用于調節支撐劑儲器內部靜壓力的方法，其目的是提供壓裂液中的支撐劑濃度的及時變化，同時減小超過所需支撐劑濃度值的可能性。具體地，所開發的控制機制利用位于主壓裂液流上(在干凈（clean）側或在含支撐劑側)的流量計和支撐劑負荷傳感器來指導支撐劑儲器中的靜壓力變化。一經細察說明書、附圖和在此所附的權利要求書，本專利技術的其它目標和方面對于本領域技術人員將變得明顯。
技術實現思路
本專利技術描述了用于改變支撐劑儲器中的壓力，并由此改善對進入壓裂液流中的支撐劑的調節的方法和相關系統。更具體地，該系統采用對支撐劑儲器、流量計(或其它能夠測定流量的設備)、密度計和壓力源的使用，以提供支撐劑在流動的壓裂液流中的適當濃度，用于刺激新的和現存的油氣井。將容器與大氣隔絕（sealedfrom），以便實現適當的壓力改變并且與主處理液連通。作為實例，支撐劑混合系統(包括支撐劑儲器和補充管道及設備)的操作壓力為大約200至400PSI。將加壓的氣體和/或液體進料至支撐劑儲器的頂部空間，以控制支撐劑儲器內部的壓力。該系統采用對流量計的使用，以測量處理液流量(位于干凈側或漿料（slurry）側)，并采用對密度計的使用，以測量支撐劑在處理液中的濃度。所述流量計和密度計輸出與通過計量器的體積和固體濃度直接相關的電子信號。將該信號發送至處理器，并使用預定的算法將所測量的流量和濃度轉化成壓力梯度，以向操作者展示或將來自處理器的輸出信號引導至用于調節支撐劑儲器內部壓力的壓力控制閥。壓力控制閥用于調節進入支撐劑儲器中的加壓流體的流量，并且另一閥門用于從支撐劑儲器中減輕壓力。以感知在支撐劑儲器的頂部或底部處的儲器壓力的方式來確定壓力傳感器的位置。連接處理器以接收來自壓力傳感器的輸出信號。進一步連接處理器以向兩個壓力控制閥輸出控制信號，以調節進入支撐劑儲器或從支撐劑儲器出來的壓力控制流體的流量。所述裝置還可包含非機械泵，例如運輸固體的液體噴射器，其用于混合和加速主處理液流內的支撐劑，并且位于支撐劑儲器下方。可將處理固體的控制閥布置在支撐劑儲器與主處理液管道或運輸固體的噴射器之間。該控制閥用于控制從加壓的支撐劑儲器進入噴射器或主處理液流中的支撐劑的流量。在本專利技術的一個示例性實施方式中，提供了用于調節壓裂液中的支撐劑濃度的反饋控制方法，其用于刺激地下地層。該控制方法包括將來自密封、加壓的支撐劑儲器的支撐劑或支撐劑漿料供應至壓裂液流；供應液化氣的流體流，并通過流量計測量所述流體的流量，并向計算機提供反饋信號；將支撐劑或支撐劑漿料與液化氣流合并，形成含有支撐劑的壓裂液，并在下游通過濃度計測量所述壓裂液中的支撐劑的濃度，并向計算機提供反饋信號；通過以下方式改變壓裂液的濃度：從計算機發送信號以將加壓的流體送到支撐劑儲器，由此操縱所述支撐劑儲器中的壓力，以達到所需濃度；供應壓力控制系統，用于調節加壓的流體至支撐劑儲器的流量，該系統包含流量調節設備、和與支撐劑儲器中的流體連通的反饋壓力傳感器；以及編制算法程序（programminganalgorithm），用于通過由濃度計和流量計測量的條件來調節壓力控制系統的調整參數（tuningparameters）。附圖說明本專利技術的以上和其它方面、特征和優勢將從以下附圖中更加明顯，其中：圖1是自適應控制回路的框圖，使用支撐劑濃度和流量來調節該回路的調整參數。圖2是所述設備的一個實施方式的示意圖，該設備包括非機械泵和布置在支撐劑儲器和主處理液管道之間的控制閥。該設備以用于控制在支撐劑注入期間支撐劑儲器中的壓力變化速率的方式進行布置。具體實施方式本專利技術涉及用于提供壓裂液的連續或半連續供應的裝置，其中流量和控制流量的方法利用支撐劑儲器壓力的變化。如本文所采用的“壓裂液”(“fracturingfluid”、“fracturingliquid”)或“處本文檔來自技高網...

【技術保護點】
用于調節壓裂液中的支撐劑濃度的反饋控制方法，所述方法用于刺激地下地層，其包括：將來自密封、加壓的支撐劑儲器的支撐劑或支撐劑漿料供應至壓裂液流；供應液化氣的流體流并通過流量計測量所述流體的流量，并向計算機提供反饋信號；將所述支撐劑或支撐劑漿料與所述液化氣流合并，形成含有支撐劑的壓裂液，并在下游通過濃度計測量所述壓裂液中的所述支撐劑的濃度，并向計算機提供反饋信號；和通過以下方式改變所述壓裂液的濃度：從計算機發送信號，以將加壓流體送到所述支撐劑儲器，由此操縱所述支撐劑儲器中的壓力，以達到所需濃度；供應壓力控制系統，用于調節所述加壓流體往返所述支撐劑儲器的流量，所述壓力控制系統包含流量調節設備和與所述支撐劑儲器中的流體連通的反饋壓力傳感器；和編制算法程序，用于通過由所述濃度計和所述流量計測量的條件來調節壓力控制系統的調整參數。

【技術特征摘要】
2015.10.23 US 14/9216361.用于調節壓裂液中的支撐劑濃度的反饋控制方法，所述方法用于刺激地下地層，其包括：將來自密封、加壓的支撐劑儲器的支撐劑或支撐劑漿料供應至壓裂液流；供應液化氣的流體流并通過流量計測量所述流體的流量，并向計算機提供反饋信號；將所述支撐劑或支撐劑漿料與所述液化氣流合并，形成含有支撐劑的壓裂液，并在下游通過濃度計測量所述壓裂液中的所述支撐劑的濃度，并向計算機提供反饋信號；和通過以下方式改變所述壓裂液的濃度：從計算機發送信號，以將加壓流體送到所述支撐劑儲器，由此操縱所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：WJ沙馬赫，G帕努齊奧，
申請(專利權)人：普萊克斯技術有限公司，
類型：發明
國別省市：美國,US