[发明专利]压裂液水再使用系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年7月28日提交的美国临时专利申请No.61/368,425的优先权，在此通过引用将其全文并入本文。

发明背景

发明领域

本申请涉及处理从地下油或气产出过程回收的流体的方法和系统。更具体地，本申请涉及处理返排和/或生产盐水以及制备包含该处理的返排和/或生产盐水的水力压裂流体的方法和系统。

相关技术的描述

水力压裂（也称作“水压裂”）是通常用于从地下岩石地层储藏、特别是页岩储藏移出油气的技术。水力压裂通过提高地层岩石中的压力从而使得形成裂缝而起作用。地层岩石中的裂缝提供了气或油可从中行进到达井眼的路径。横越宽广地下区域形成裂缝还提高了单井眼可利用(access)的储层的面积。岩石地层中缺少裂缝的形成时，岩石的多孔性和可渗透性可能过低从而不允许油气以经济的费率(economic rate)从中回收。典型地具有极低的天然可渗透性的页岩储藏的情况尤其如此。

水力裂缝传统地通过将压裂液以足以将井下压力提高到超过地层岩石的破裂强度值的速率泵入到井眼中而产生。由压裂液的高压泵入引起的提高的压力使地层中形成裂纹。然后压裂液可进入这些裂纹并延伸到地层中更深远的裂缝。在注入停止后，通常数次将固体支撑剂加入到压裂液中以使裂纹保持敞开。

可能需要显著量例如每个井1,000,000加仑以上的压裂液以产生致使产生裂缝所必需的压力。压裂液典型地主要由水组成，所述水可能不可在本地获得。与输送和储存来自其它来源的水有关的费用可极大地影响基于水力压裂的油气采收的经济可行性。

在进行水力压裂的气井的典型操作中，在将气作为产出流体的一部分从井中产出期间，在注入压裂液并随后到达岩石地层后将水从该岩石地层驱出。可以将这种水初始返回到压裂液中，通常称作返排水。然后，产出流体可以转变为地层中存在的由于水力压裂操作而被迫到达地表的主要是天然地层水或原生水的内容物，也称作生产盐水。在地表回收的产出流体可能含有污染物，例如为地下地层一部分的矿物以及作为压裂液一部分注入的化学品。这种产出流体的处理和处置可增加井操作的复杂性和成本，通常需要将该流体进行捕集和运送到处理设施。虽然在过去已探究以生产性方式再使用产出流体的方法，但是工业上仍在不断寻求改进的产出水用途。

概述

在一个非限制性实施方案中，本发明涉及处理从油或气提取操作回收的流体用以在水力压裂液中再使用的方法，该方法包括提供一定量的含有铁和悬浮固体的产出流体组合物以及控制所述组合物的电导率、铁含量、氧化强度(oxidative strength)和pH中的至少一个使得在原位形成芬顿试剂。

在本发明方法的一些非限制性实施方案中，芬顿试剂的反应可致使形成铁和悬浮固体的络合物，这可使悬浮固体凝结和絮凝。

在本发明方法的某些非限制性实施方案中，所述组合物的电导率可以为至少10,000μmhos/cm。可例如通过加入电导率为至少150,000μmhos/cm的生产盐水来控制所述电导率。

在本发明方法的一些非限制性实施方案中，所述组合物的铁含量可以为至少5ppm。可例如通过向所述组合物加入铁盐来控制铁含量。

以举例方式，根据本发明的方法控制所述组合物的氧化强度可通过以下中的一种或多种进行：加入过氧化氢，加入过乙酸，和将所述组合物曝气。

在某些非限制性实例中，将所述组合物的pH控制到5.0-6.5。

所述悬浮固体的非限制性实例包括油母质、沥青质、丙烯酰胺固体和它们的组合。

在某些非限制性实例中，本发明的方法还包括向所述组合物中加入减阻剂，该减阻剂的非限制性实例包括丙烯酸-AMPS-聚丙烯酰胺三元共聚物、盐水分散体AMPS-聚丙烯酰胺共聚物和非离子聚丙烯酰胺聚合物中的至少一种。在一些非限制性实施方案中，可在水溶液中将减阻剂进行预处理以提高其水合作用。

在一些非限制性实施方案中，本发明的方法还包括向所述组合物中加入结垢抑制剂，该结垢抑制剂的非限制性实例是磺化的膦基羧酸共聚物。

在某些非限制性实施方案中，本发明还包括向所述组合物中加入铁分散剂，例如磺化、羧化的非离子三元共聚物。

在一些非限制性实施方案中，可按足以防止产生基于密度的条痕的速率和频率使所述组合物混合。