[发明专利]液化气与支撑剂混合物的储器中的静压力的控制方法

说明书

本发明涉及用于调节压裂液中的支撑剂浓度的反馈控制方法，其用于刺激地下地层。

技术领域

本发明涉及用于控制含有支撑剂的储器的压力的方法和相关装置，其用于改变支撑剂负荷并用于刺激具有液化气的地下地层。该装置包括支撑剂储存容器、使用加压流体和/或通风口来控制支撑剂储器内部压力的装置（means）、以及用于测量压裂液的流量和支撑剂负荷的设备，所述支撑剂储存容器配置成将支撑剂流递送至压裂液流。在操作期间，支撑剂储器压力的改变用于控制来自该储器的材料的流量。压裂液流量和支撑剂浓度用于最优化反馈控制回路的响应，所述响应用于控制支撑剂容器中的压力。

背景技术

水力压裂是一种广泛使用的用于刺激从地下地层产生石油和天然气的技术。将井筒钻入储油岩（reservoir rock）中之后，以一定方式注入压裂液(通常是含有悬浮支撑剂的水)，以打开进入暴露的地层的断口， 并将支撑剂放置于新形成的断口内，以防止断口完全关闭。该过程增加了携带烃的地下地层的传导性并促进之前捕集的油和气从储器产生并进入井筒中。

液化气压裂(采用像CO₂之类的流体)可用来缓解与基于水的压裂相关的许多问题，例如由于 水的捕集而引起的渗透性降低、水敏性粘土的溶胀和迁移、以及表面流体溢出的减少或消除。但是，在商业应用中存在着限制。对于CO₂而言，必须在二氧化碳的三相点之上的高压(即，大于75.1 psia)下操作设备，以便维持液态和可泵送状态。可利用设备进行压裂处理，以将支撑剂直接与基于液体二氧化碳的压裂液混合。该设备通常由加压容器和歧管系统组成，所述歧管系统在高压泵之前将支撑剂混合到液体CO₂流中。将支撑剂装入CO₂混合器中，其中将该设备（unit）密封并随后用CO₂填充。在压裂过程期间，通过螺旋钻(auger)、或经由控制阀进入的重力将支撑剂吸入压裂液中。

较早的尝试，如美国专利No. 4,374,545中所描述的，提供了产生支撑剂和LCO₂压裂浆料的分批方法。各设备（unit）能够计量供给高达20吨的单一类型的支撑剂，并通过使用计量螺旋钻来致力于对支撑剂供应的控制。向槽中添加LCO₂允许可流动且不含蒸汽的支撑剂浆料离开系统以及维持容器中的压力，以防止CO₂从主压裂液流错流（misdirectedflow）返回到支撑剂供应中。

美国公开专利申请U.S. 2015/0060065 A1描述了一种控制系统、相关的方法学和装置，其用于实施喷射器-混合器技术来提供将支撑剂材料注射和计量供给入非水性压裂液流中的能力。该系统利用运输固体的液体喷射器而不是常规的螺旋钻来混合并加速主压裂液流内的支撑剂。该控制系统利用至少一个阀门来控制支撑剂从一个或更多个加压支撑剂储器进入喷射器中的流量；由此使材料与起动流(motive stream)混合。将气体和/或液体进料至支撑剂储器的顶部，以控制支撑剂储器内部的压力。改变支撑剂储器内部的压力的扩大了从储器进入喷射器中的可实现的支撑剂流量的范围。

因为储器压力(以及固体处理阀)的使用是用于操纵来自支撑剂储器的材料的最终流量，所以确定压力对于所得支撑剂浓度的影响是贴切的。在不要求使用复杂模型以及在各种处理速率和支撑剂浓度下对设备的完全表征的情况下，这将是难以实现的。若使用密度计来校正支撑剂储器内部的压力值，则浓度读数的滞后和延时可产生超过所需负荷的可能性。可将设备设置为递增调节储器压力，以减小超过浓度值的可能性，但是代价是增加了响应时间。为克服相关技术的缺点，本发明的一个目标是提供用于调节支撑剂储器内部静压力的方法，其目的是提供压裂液中的支撑剂浓度的及时变化，同时减小超过所需支撑剂浓度值的可能性。具体地，所开发的控制机制利用位于主压裂液流上(在干净（clean）侧或在含支撑剂侧)的流量计和支撑剂负荷传感器来指导支撑剂储器中的静压力变化。

一经细察说明书、附图和在此所附的权利要求书，本发明的其它目标和方面对于本领域技术人员将变得明显。

发明内容