[发明专利]使用超临界氩组合物从基岩回收物质的系统、材料和方法

说明书

背景技术

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。

发明内容

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。