[发明专利]用于修井的设备和方法

说明书

技术领域

本公开内容大体上涉及将支撑剂混合且计量到待注入到井筒中的压裂流体中的系统、设备或方法。

背景技术

在石油和天然气行业中，地层(即，“储层”)通常经处理(或“增产”)以增强或恢复井的生产率。通常，在处理操作期间在井场处使用大量井相关的车辆和设备。增产处理操作可以包含(例如)掺合单元、泵机组、歧管拖车、注酸单元、支撑剂运送单元以及用于许多潜在程序的其它类型的设备。通常，每种类型的设备或单元安装在其自身的车辆和拖车上或车辆和拖车组上，并且由专用于该特殊类型的设备的组员操作。

井口周围的区域的准备通常由给定项目期望的设备的数目和大小来指定。每一车辆类型和对应组员应在井场处具有足以在井的特定程序期间接近井的空间。在油田操作期间，在等待组员到达以按期望顺序处理特定程序时可在一些操作期间停机。

在水力压裂时，压裂流体注入到井筒中、通过地层且迫使压裂流体在压力下使地层或岩石破裂和裂开。支撑剂放置在压裂流体中且因此放置在裂缝内以形成支撑剂充填层来防止在释放压力时裂缝闭合，从而提供可回收流体，即，油、气体或水的改进流动。水力压裂处理的成功涉及能够使流体从地层流过支撑剂充填层的裂缝传导性。换句话说，支撑剂充填层或基质相对于地层可具有高渗透性以使流体以低阻力流动到井筒。支撑剂基质的渗透性可以通过支撑剂和非支撑剂材料在裂缝内的分布而增加以增加裂缝内的孔隙度。

在注入压裂流体之前，支撑剂和压裂流体的其它组分可以掺合。水力压裂操作可以在井场处每天掺合和泵送三百万磅或130万千克以上的支撑剂或干组分。支撑剂通常在现场存储在贮仓或其它类型的单元中，所述贮仓或其它类型的单元将支撑剂传递到与掺合单元相关联的料斗中。支撑剂随后从料斗计量到混合器中。

干组分(例如，支撑剂)和液体组分(例如，凝胶剂)可以在掺合器中掺合到压裂流体(通常称为浆液)中。例如在第4,453,829号美国专利中描述的掺合器等的掺合器可以具有带有凹入上表面的环形配置的抛动元件。多个直立刀片部件安装在此抛动元件的凹面上且叶轮部件附接到抛动元件的下侧。抛动元件和叶轮被围在外壳内且紧固到通过安装在外壳上方的电机旋转的驱动轴的末端。料斗安装在外壳顶部的入孔上方，用于将沙或其它固体颗粒或干组分引入到外壳中。吸入孔在外壳的底部处，用于将流体或液体组分抽取到外壳中且所得流体-固体混合物通过外壳中的出口端排出。

在上述掺合器的操作中，沙流出料斗且通过外壳中的入孔落到旋转抛动元件上。在叶轮和抛动元件以相同速度旋转的情况下，叶轮的涡流作用产生通过吸入孔将液体抽取到壳体中的吸力。在液体被带入壳体中时，液体通过叶轮加压且与在离心作用下从抛动元件向外抛的沙彻底混合。沙-液体混合物随后在压力下通过出口端不断地排出，所述沙石-液体混合物从所述出口端被运载到泵单元中且被注入到井中。例如上述一种掺合器等的一些掺合器可使干组分内的空气夹带在浆液中。

例如在第4,614,435号美国专利中描述的一种掺合器等的其它掺合器经设计以将干组分与流体组分混合，而不将空气夹带入所得浆液中。干组分包含在安装在外壳部件的入孔上方的料斗中。料斗的出口端设定在入孔上方以在掺合器上的此点处提供外部排气空间。外壳围住抛动元件和紧固到抛动元件的下侧表面的叶轮部件。

叶轮和抛动元件两者紧固到驱动轴的底端，驱动轴通过外壳的入孔向上延伸到使轴旋转的电机。抛动元件具有环形配置以及面朝外壳的顶部的顶侧凹面。抛动元件的下侧表面具有在其中的凹口并且所述凹口限定出抛动元件与叶轮之间的内部排气空间。抛动元件还具有一个或多个内部排气通道，所述内部排气通道从抛动元件与叶轮之间的排气空间向上延伸到抛动元件的顶侧表面。为了获得60PSI至80PSI(每平方英寸的磅数)的期望压力输出，抛动元件和叶轮可以1,200RPM与1,400RPM(每分钟转动圈数)之间的速度旋转。与通过叶轮和抛动元件搅动的支撑剂的摩擦特性结合的高转速会在叶轮和抛动元件构件上引起腐蚀且通常使掺合器磨损，从而迫使频繁的维修和重建。

除提供超过流体静压的加压输出的上述掺合器之外，还使用桶式掺合器。桶式掺合器将混合操作与泵送操作分开。桶式混合器将支撑剂和流体传递到含有搅动机构、例如旋转浆式或水平带式混合器的大桶中。干组分和液体组分在流体静压下由于重力而在此桶中发生混合，并且离心泵随后从桶的底部获取流体且在约80PSI的压力下将流体排放到高压压裂泵或连接到泵的歧管拖车。