CO2压裂系统和使用方法

申请号 CN201380071915.5 申请日 2013-11-08 公开(公告)号 CN104937211B 公开(公告)日 2017-06-27
申请人 通用电气公司; 发明人 V.V.利相斯基; S.D.桑博恩; A.J.戈顿;
摘要 一种包括CO2取回系统的用于输送增稠的 流体 混合物的设备和方法。该设备包括 支撑 剂 储存容器(102)和压裂流体储存容器(126),它们对混合设备(124)提供支撑剂材料(106)和压裂流体的连续供应。混合设备(124)构造为对高压 泵 组件(142)输出和输送处于或高于压裂流体掺混压 力 的支撑剂、压裂流体和 增稠剂 的增稠的流体混合物。高压泵组件(142)构造为在注射压力下对一个或更多个下游构件输送高压增稠的流体混合物。设备包括CO2取回系统,CO2取回系统构造为从一个或更多个下游构件和/或其他CO2输出源取回排放流,并对压裂流体储存容器(126)提供提纯和 液化 的CO2流体流。设备构造为用于连续的操作。
权利要求

1.一种用于输送流体混合物的设备,其包括:
加压支撑剂供给组件,所述组件包括:支撑剂储存容器,其构造为在其中包含处于环境压的支撑剂材料;和组件,其联接至所述支撑剂储存容器,所述泵组件构造为输出处于或高于压裂流体掺混压力的支撑剂输出流,其中,所述压裂流体掺混压力大于所述环境压力;
压裂流体储存容器,其构造为在其中包含压裂流体且输出处于或高于所述压裂流体掺混压力的压裂流体输出流;
增稠剂储存容器,其构造为在其中包含增稠剂,所述增稠剂储存容器与所述压裂流体输出流流体地连通;
混合设备,其联接至所述加压支撑剂供给组件和所述压裂流体储存容器,所述混合设备与所述支撑剂输出流和所述压裂流体输出流流体地连通,所述混合设备构造为在其中混合所述支撑剂输出流、所述压裂流体输出流和所述增稠剂,并输出处于或高于所述压裂流体掺混压力的支撑剂和增稠的压裂流体的增稠的流体混合物;
高压泵组件,其联接至所述混合设备并且构造为在注射压力下将其中的所述增稠的流体混合物输送至下游构件,其中,所述注射压力大于所述压裂流体掺混压力;
取回系统,其构造为从以下中的一个或更多个接收输出流:来自所述下游构件的排放流、井回流流、排出的输出流或外部源;和
分离和液化系统,其与所述取回系统和所述压裂流体储存容器流体地连通。
2.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述泵组件构造为接收支撑剂材料的连续供应且输出连续的支撑剂输出流。
3.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述混合设备构造为接收所述支撑剂输出流的连续供应和所述压裂流体输出流的连续供应。
4.根据权利要求3所述的设备,其特征在于,所述混合设备构造为接收所述支撑剂输出流的连续供应和增稠的压裂流体输出流的连续供应。
5.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述增稠剂储存容器构造为对所述混合设备提供所述增稠剂的直接输送。
6.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述增稠剂储存容器构造为在对所述混合设备输送所述压裂流体输出流之前,对所述压裂流体输出流中提供所述增稠剂的直接输送。
7.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述压裂流体掺混压力在150-400psi的范围中。
8.根据权利要求7所述的设备,其特征在于,所述压裂流体掺混压力为大约300psi。
9.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述注射压力在5000-12000psi的范围中或更高。
10.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述支撑剂材料为沙。
11.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述压裂流体为液体CO2。
12.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述取回系统包括井回流流取回系统。
13.一种用于输送流体混合物的设备,其包括:
加压支撑剂供给组件,所述组件包括:支撑剂储存容器,其构造为在其中包含处于环境压力的支撑剂材料;和泵组件,其联接至所述支撑剂储存容器,所述泵组件构造为接收支撑剂材料的连续供应且输出处于或高于压裂流体掺混压力的连续的支撑剂输出流,其中,所述压裂流体掺混压力大于所述环境压力;
CO2压裂流体储存容器,其构造为在其中包含CO2压裂流体且输出处于或高于所述压裂流体掺混压力的CO2压裂流体输出流;
增稠剂储存容器,其构造为在其中包含增稠剂,所述增稠剂储存容器与所述CO2压裂流体输出流流体地连通;
混合设备,其联接至所述加压支撑剂供给组件和所述CO2压裂流体储存容器,所述混合设备与所述支撑剂输出流和所述CO2压裂流体输出流流体地连通,所述混合设备构造为接收和混合所述支撑剂输出流的连续供应和所述压裂流体输出流的连续供应,且输出处于或高于所述压裂流体掺混压力的支撑剂和增稠的CO2压裂流体的增稠的流体混合物;
高压泵组件,其联接至所述混合设备并且构造为在注射压力下将其中的所述增稠的流体混合物输送至下游构件,其中,所述注射压力大于所述压裂流体掺混压力;
CO2取回系统,其构造为从以下中的一个或更多个接收CO2输出流:来自所述下游构件的排放流、井回流流、排出的CO2流或外部源;和
CO2分离和液化系统,其与所述CO2取回系统和所述CO2压裂流体储存容器流体地连通。
14.根据权利要求13所述的设备,其特征在于,所述增稠剂储存容器构造为对所述混合设备提供所述增稠剂的直接输送。
15.根据权利要求13所述的设备,其特征在于,所述增稠剂储存容器构造为在对所述混合设备输送所述CO2压裂流体输出流之前,对所述CO2压裂流体输出流中提供所述增稠剂的直接输送。
16.根据权利要求13所述的设备,其特征在于,所述压裂流体掺混压力在150-400psi的范围中且所述注射压力在5000-12000psi的范围中或更高。
17.根据权利要求13所述的设备,其特征在于,所述支撑剂材料为沙。
18.根据权利要求13所述的设备,其特征在于,还包括井回流流CO2取回系统。
19.一种输送流体混合物的方法,包括:
将处于环境压力的支撑剂材料的输入提供至支撑剂储存容器,所述支撑剂储存容器构造为输出处于环境压力的支撑剂输出流;
将处于或高于压裂流体掺混压力的压裂流体的输入提供至压裂流体储存容器,所述压裂流体储存容器构造为输出处于或高于所述压裂流体掺混压力的压裂流体输出流;
将处于环境压力的所述支撑剂输出流从所述支撑剂储存容器输入泵组件中,其中,将所述支撑剂输出流的压力增大至压裂流体掺混压力;
在混合设备中混合所述支撑剂输出流、所述压裂流体输出流和增稠剂,并输出处于或高于所述压裂流体掺混压力的增稠的流体混合物的流体混合物;
在高压泵中增大该输出的增稠的流体混合物的压力,以输出高压增稠的流体混合物;
对一个或更多个下游构件输送所述高压增稠的流体混合物;
从以下中的一个或更多个取回CO2:所述一个或更多个下游构件的排放流、井回流流、所述一个或更多个下游构件的排出的CO2流、或外部CO2源;
分离和提纯取回的CO2以输出提纯且液化的CO2流;和
将所述提纯且液化的CO2流输送到所述压裂流体储存容器。
20.根据权利要求19所述的方法,其特征在于,所述支撑剂储存容器构造为输出连续的支撑剂输出流,且所述压裂流体储存容器构造为输出连续的压裂流体输出流,从而提供连续的操作。

说明书全文

CO2压裂系统和使用方法

技术领域

[0001] 在本文中公开的实施例大体涉及一种将流体混合物输送入井筒中和输出CO2的取回/回收的设备和方法。

背景技术

[0002] 公知为压裂或仅为压裂的水压裂是一种用来释放石油、天然气或其他物质以用于从地下储集岩层提取的技术。井筒被钻入储集岩层中,并且压工作液体,这导致压裂并允许释放从这些地下天然储集层产生的受困的物质。现有的井口压裂系统利用如下工序,在该工序中,产生压裂流体和支撑剂(例如,沙)的浆液并然后将其在高压下泵入井中。当使用水基压裂流体时,称为水压裂的工艺,支撑剂、水和适当的化学制品可在大气压力下混合并然后泵压直至用于注入井中的更高压力。但是,如果水以外的流体(例如,液体CO2或液体丙烷)被用作压裂流体,那么这些流体必须遍及水力压裂系统被保持在充分的压力下,以避免非期望的蒸发。作为结果,这些流体与支撑剂、化学制品等的掺混也必须在流体被保持在充分高压下时完成。
[0003] CO2压裂,无水压裂技术,避免了与水压裂相关的许多环境问题,例如由顶侧流体溢出引起的土壤污染和清洁的饮用水源的使用。此外,生产可通过对岩层和支撑剂充填层的减小的损坏而得到改善,但若干因素仍限制商业应用。这些因素例如包括:CO2的成本、CO2的可获得性、CO2的外飘和有效的支撑剂传输。作为压裂流体的CO2必须在井位处作为超临界流体注入。典型地,CO2压裂操作规定CO2被从在现场储存的外部源输送,且在压力下与支撑剂掺混。现有的CO2压裂工艺利用加压支撑剂掺混和所需的支撑剂的量的储存,以在压力下完成单个压裂阶段以支撑掺混,这限制了支撑剂和CO2储存能力二者。在井的清洗和回流期间,CO2通常排出/外飘至大气。
[0004] 能够在适当高的压力下将蒸发的压裂流体(诸如CO2)与支撑剂掺混的已知加压掺混器利用加压的支撑剂储存容器布置来将支撑剂供给和计量到加压压裂流体中。这些已知的基于活底料斗(lock hopper)的加压掺混器需要在给出的压裂阶段利用支撑剂的预装填。使用的加压支撑剂储存容器通常具有在大约20-40吨支撑剂(例如,沙)的范围内的容量。支撑剂储存容器系统的有限体积容量允许有限量的支撑剂与CO2压裂流体掺混。此外,这些已知的加压掺混器需要非期望地长的经过的时间,以对它们重新装填支撑剂以用于下一个压裂阶段。在一些情况下,一些加压掺混器操作需要掺混器单元离开原地移动至另一位置,以用于重新装填支撑剂,还需要非期望地长的时间并潜在地增加了与压裂操作相关的货车运输。在许多情况下,有限的容量需要专用的补给和场上(或场外)支撑剂处理装备与基于支撑剂储存容器的加压掺混器一起使用。
[0005] 作为在压力下的支撑剂的有限容量的结果,CO2/支撑剂浆液的输出流的注射速率和体积是有限的,因为掺混器操作必须周期地停止,以允许支撑剂储存的重新填充和/或CO2的供应。操作中的该停止导致损耗的人-时(man-hour),或在井场上的更大数目的掺混器,它们中的任一者均增大成本。
[0006] 由此,存在对改善的CO2压裂系统和用于对井筒中输送压裂流体的方法的需要,该方法将允许本质上不限量的支撑剂和压裂流体的掺混和泵压,以形成流体混合物。输送不限量的能力将允许系统的连续操作,允许压裂计划基于储集层刺激要求而不强加装备约束,并且因此整体提供更有效的系统。发明内容
[0007] 现有技术的这些和其他缺点由本公开解决,其提供了包括CO2系统的用于输送流体混合物的设备。
[0008] 根据实施例,提供了一种用于输送流体混合物的设备,其包括:加压支撑剂供给组件、压裂流体储存容器、增稠剂储存容器、混合设备、高压泵组件、取回系统和分离室。加压支撑剂供给组件包括:支撑剂储存容器,其构造为在其中包含处于环境压力的支撑剂材料;和泵组件,其联接至支撑剂储存容器。泵组件构造为输出处于或高于压裂流体掺混压力的支撑剂输出流,其中,压裂流体掺混压力大于环境压力。压裂流体储存容器构造为在其中包含压裂流体并输出处于或高于压裂流体掺混压力的压裂流体输出流。增稠剂储存容器构造为在其中包含增稠剂。增稠剂储存容器与压裂流体输出流流体地连通。混合设备联接至加压支撑剂供给组件和压裂流体储存容器。混合设备与支撑剂输出流和压裂流体输出流流体地连通。混合设备构造为在其中混合支撑剂输出流、压裂流体输出流和增稠剂,并输出处于或高于压裂流体掺混压力的支撑剂和增稠的压裂流体的增稠的流体混合物。高压泵组件联接至混合室并且构造为在注射压力下将其中的增稠的流体混合物输送至下游构件,其中,注射压力大于压裂流体掺混压力。取回系统构造为从以下中的一个或更多个接收输出流:
来自下游构件的排放流、井回流流、排出的输出流或外部源。分离室与取回系统和压裂流体储存容器流体地连通。
[0009] 根据另一实施例,提供了一种用于输送流体混合物的设备,其包括:加压支撑剂供给组件、CO2压裂流体储存容器、增稠剂储存容器、混合设备、高压泵组件、CO2取回系统和CO2分离室。加压支撑剂供给组件包括:支撑剂储存容器,其构造为在其中包含处于环境压力的支撑剂材料;和泵组件,其联接至支撑剂储存容器。泵组件构造为接收支撑剂材料的连续供应并输出处于或高于压裂流体掺混压力的连续的支撑剂输出流,其中,压裂流体掺混压力大于环境压力。CO2压裂流体储存容器构造为在其中包含CO2压裂流体并输出处于或高于压裂流体掺混压力的CO2压裂流体输出流。增稠剂储存容器构造为在其中包含增稠剂。增稠剂储存容器与CO2压裂流体输出流流体地连通。混合设备联接至加压支撑剂供给组件和CO2压裂流体储存容器。混合设备与支撑剂输出流和CO2压裂流体输出流流体地连通。混合设备构造为接收和混合支撑剂输出流的连续供应和压裂流体输出流的连续供应,并输出处于或高于压裂流体掺混压力的支撑剂和增稠的CO2压裂流体的增稠的流体混合物。高压泵组件联接至混合室并且构造为在注射压力下将其中的增稠的流体混合物输送至下游构件,其中,注射压力大于压裂流体掺混压力。CO2取回系统构造为从以下中的一个或更多个接收CO2输出流:来自下游构件的排放流、井回流流、排出的CO2流或外部源。CO2分离室与CO2取回系统和CO2压裂流体储存容器流体地连通。
[0010] 根据又一实施例,提供了一种输送流体混合物的方法,包括:将处于环境压力的支撑剂材料的输入提供至支撑剂储存容器;将处于或高于压裂流体掺混压力的压裂流体的输入提供至压裂流体储存容器;将处于环境压力的支撑剂输出流从支撑剂储存容器输入泵组件中,其中,支撑剂输出流的压力增大至压裂掺混压力或高于其;在混合设备中混合支撑剂输出流、压裂流体输出流和增稠剂,并输出处于或高于压裂流体掺混压力的增稠的流体混合物的流体混合物;在高压泵中增大输出的增稠流体混合物的压力;对一个或更多个下游构件输送高压增稠的流体混合物;从以下中的一个或更多个取回CO2:该一个或更多个下游构件的排放流、该一个或更多个下游部件的CO2排出流、井回流流、或外部CO2源;分离和提纯取回的CO2,以输出提纯且液化的CO2;和将提纯且液化CO2输送到压裂流体储存容器。支撑剂储存容器构造为输出处于环境压力的支撑剂输出流;将处于或高于压裂流体掺混压力的压裂流体的输入提供至压裂流体储存容器。压裂流体储存容器构造为输出处于或高于压裂流体掺混压力的压裂流体输出流。
[0011] 本公开的其他目的和优点将在参考附图阅读下列详细说明和所附权利要求之后变得显而易见。

附图说明

[0012] 当参照附图阅读下列详细描述时,本发明的上述和其他特征、方面和优点将变得更好理解,其中遍及附图,相同的特征代表相同的部分,在附图中:
[0013] 图1是根据实施例构造的包括CO2取回的用于输送流体混合物的设备的示意图;
[0014] 图2是根据另一实施例的包括CO2取回的用于输送流体混合物的设备的示意图;
[0015] 图3是用于取回和再次使用来自井回流流的CO2的设备的一部分的示意图;
[0016] 图4是根据实施例构成的包括CO2取回的输送流体混合物的方法的示意框图

具体实施方式

[0017] 本发明将仅结合某些实施例出于说明目的而描述;但是,应理解的是,本公开的其他目的和优点将通过根据本公开的附图的下列描述而显而易见。虽然公开了优选的实施例,但是它们不意图限制。相反,在本文中提出的一般原理被认为是仅例示本公开的范围,并且还应理解的是,可进行许多改变而不偏离本公开的范围。
[0018] 本公开的优选实施例在图示中示出,其中,相同的标号用来意指各种图示的相同和相对应的部分。还将理解的是,例如“顶部”、“底部”、“向外”、“向内”的术语等是便利性的文字并且不被理解为限制的术语。将注意到的是,术语“第一”、“第二”等,当在本文中使用时不表示任何顺序、量、或重要性,而是用来将一个元件与另一个区别。术语“一”和“一个”不表示量的限制,而是表示至少一个提及项的存在。与量结合而使用的修饰语“大约”包括声明的值并且具有通过上下文所指示的含义(例如包括与特定量的测量有关的误差度)。
[0019] 如在本文中所使用的,形成流体混合物的工艺包括将流体与粉末状或微粒材料(例如支撑剂、粉末状可溶解或可水合的添加剂)混合(在水合作用之前)。在连续的处理或在井处理的连续部分中,流体作为流体流而被处理。
[0020] 参照附图,其中,如前所述,遍及各种图示相同的标号指代相同的元件,图1以简化的框图绘出了根据实施例的包括CO2取回的用于输送流体混合物100的设备。再次应当理解的是,虽然该设备被描述为包括CO2取回能力,但是可通过本公开而预见到备选的压裂流体和随后的取回,包括但不限制于液体丙烷,或需要加压掺混的任何压裂流体候选,或者将从排出或回流获取、分离、液化等受益的那些。
[0021] 设备100包括加压支撑剂供给组件102,包括:支撑剂储存容器104,其构造为在其中包含处于环境压力的支撑剂材料106;和泵组件108,其联接至支撑剂储存容器104。支撑剂储存容器104在泵组件108的入口端口处联接至泵组件108(例如固体供给组件)。更具体地,支撑剂储存容器104的出口(未显示)构造为与泵组件108的入口(未显示)流动连通。支撑剂储存容器104构造为传统非加压储存类型容器,且包括在其中在大气压力下保持支撑剂材料106的主体110。支撑剂储存容器104还包括支撑剂材料入口(未显示),该支撑剂材料入口联接至支撑剂材料装填装置和支撑剂材料的源(未显示)。在实施例中,支撑剂材料106可包括沙,或通常作为支撑剂用在水力压裂操作中的其他材料。支撑剂储存容器104提供适当的储存和装填能力,以允许支撑剂材料106对泵组件108的持续供应。在与其相同日期提交并指定相同的受让人的具有律师案号264155-1的美国未决专利申请中提供了实例泵组件,通过引用将其全部并入本文中。
[0022] 在操作期间,支撑剂储存容器104可由材料装填装置来装填,例如,螺旋推运器、输送机、或构造为使支撑剂材料106从支撑剂供应源(未显示)(诸如在如今的压裂工艺中通常使用的Sand King®)移动至支撑剂储存容器104的任何其他低压机构。在本文中预见用于对支撑剂储存容器104提供支撑剂材料106的备选机构。
[0023] 泵组件108能够接收处于大气压力的支撑剂输出流118,并提供处于或高于压裂流体掺混压力的支撑剂输出流120,其中,压裂流体掺混压力大于环境压力。在实施例中,压裂流体掺混压力在大约150 psi至400 psi的范围中,且优选地在大约300 psi的压力下。在设备100中包括泵组件108将允许使用常规沙补给和场上处理装备将不限量的支撑剂材料106与压裂流体(之前描述的)掺混。由此,与现有技术活底料斗的半分批操作模式相比,泵组件108能够连续地操作。
[0024] 加压掺混器、或混合设备124构造为经由支撑剂入口122接收支撑剂输出流120。压裂流体储存容器126提供为经由出口128,并且更具体而言经由压裂流体入口130与加压混合设备124流体地连通。压裂流体储存容器126构造用于在所需的温度和储存压力下(并且更具体而言处于或高于压裂掺混压力)储存压裂流体131。在实施例中,压裂流体131是CO2。压裂流体储存容器126还构造为输出处于或高于压裂流体掺混压力的压裂流体输出流132。
[0025] 在例示的实施例中,设备100还包括构造为在其中包含增稠剂136的增稠剂储存容器134。增稠剂储存容器134与压裂流体输出流132流体地连通。在例示的实施例中,增稠剂136与诸如CO2的压裂流体输出流132结合,以用于增大压裂流体的粘度和改善支撑剂传输,因而实现有助于烃生产的压裂宽度。增稠剂136与压裂流体输出流132的添加提供了增稠的压裂流体输出流138。加压混合设备124构造为经由入口130接收处于或高于压裂流体掺混压力的增稠的压裂流体输出流138。
[0026] 在操作期间,支撑剂输出流120和增稠的压裂流体输出流138在加压混合设备124内掺混或混合。在混合之后,输出流作为增稠的流体混合物输出流140被输送至高压泵组件142,该输出流140包括处于或高于压裂流体掺混压力的支撑剂106和增稠的压裂流体138。
增稠的流体混合物输出流140经由加压混合设备124的出口144输送至高压泵组件142的入口146。在备选实施例中,压裂流体增压泵(未显示)可在混合设备124与高压泵组件142之间成一列地提供,或备选地作为混合设备124的功能的一部分而提供。在例示的实施例中,高压泵组件142包括多个高压活塞泵143,高压活塞泵143构造为在注射压力下将接收在其中的增稠的流体混合物输出流140输送至一个或更多个下游构件148,其中,注射压力大于压裂流体掺混压力。更具体而言,在实施例中,高压泵组件142构造为经由高压泵组件142的出口152将高压增稠流体混合物输出流150输送至一个或更多个下游构件148,例如,井口153。
[0027] 设备100还包括用于取回CO2的机构,以便进一步允许设备100的连续操作并且通过将CO2再次用于其他压裂阶段来降低整体成本。更具体地,包括多个管线155或管道的CO2取回系统154提供且构造为从以下中的一个或更多个接收CO2输出流156:来自一个或更多个下游构件148的排放流158、井回流流(如图3所示)、排出的CO2流162或外部源164。在实施例中,CO2取回系统154构造为与CO2分离和液化系统166流体地连通。CO2分离和液化系统166以CO2输出流156的分离和液化的形式提供CO2的提纯。在CO2分离和液化系统166内的处理之后,将CO2的提纯的输出流168引导至压裂流体储存容器126。
[0028] 在备选实施例中,取回的CO2的分离和液化可通过被送至在货车上的井场的外部系统来实现,从而使得CO2分离和液化系统166的包括是可选的。此外,提纯且液化的CO2可泵压至在货车等上包含的一个或更多个CO2储存货柜,因而它们可移动至其他井场,或如所示出的,可对具有高井场密度的区域安装本地CO2管线155。
[0029] 在压裂工序期间,在于井完成之后从天然气或从装备排放流(例如,压裂泵、发电机等)获取CO2的场位置附近提供从气体流(例如在井钻探工序期间来自发电机的排放气体流、排出气体流)取回CO2提供了压裂流体的连续源。压裂流体的该连续源与上述支撑剂的连续源的经由加压支撑剂供给组件的提供结合允许进行连续的压裂工序。
[0030] 现参照图2,示出了根据备选实施例的包括CO2取回系统的用于输送流体混合物的设备。更具体地,例示了备选实施例,由此,与在图1中示出的实施例不同,增稠剂通过到混合设备中的直接供给来提供。图2的实施例解决了增稠剂的直接输送,以增大压裂流体的粘度,例如图1的增稠剂136,以用于加压混合设备124中的加压和与压裂流体输出流132的随后的混合。图2的实施例描述了用于设备100的备选构造,且因此,遍及描述的实施例,相同的标号用来识别相同的元件。由此,为了提供这些实施例的简明描述,可能不进一步描述之前描述的相同的特征和元件。
[0031] 更具体地参照图2,示出了大体标记为200的包括CO2取回的用于输送流体混合物的设备。设备200包括加压支撑剂供给组件102,包括:支撑剂储存容器104,其构造为在其中在环境压力下包含支撑剂材料106并输出支撑剂输出流118。泵组件108提供且联接至支撑剂储存容器104。泵组件108包括与支撑剂容器支撑剂输出流118流动连通的支撑剂入口。当在泵组件108内时,支撑剂材料106受到加压。在排泄时,支撑剂材料输出流120在增大的压力下,且更具体而言在处于或高于比环境压力高的压裂掺混压力的压力下输出。
[0032] 设备200还包括压裂流体储存容器126,其构造为在其中包含压裂流体131和输出处于或高于压裂流体掺混压力的压裂流体输出流132。加压掺混器或混合设备124联接至加压支撑剂供给组件102以从其接收排泄的支撑剂输出流120,联接至压裂流体储存容器126以从其接收排泄的压裂流体输出流132,且联接至构造为在其中储存增稠剂136的增稠剂储存容器132。与关于图1描述的实施例不同,在该具体实施例中,代替在到达混合设备124之前输入到压裂流体输出流132中,增稠剂136经由入口202直接输入到混合设备124中。
[0033] 混合设备124构造为在其中混合支撑剂输出流120、压裂流体输出流132和增稠剂136,并输出处于或高于压裂流体掺混压力的支撑剂和增稠的压裂流体的增稠的流体混合物输出流140。包括多个活塞泵(未显示)的压裂流体增压泵204和高压泵组件142分别串联地联接至混合设备124,并且构造为在注射压力下将其中的高压增稠流体混合物输出流150输送至一个或更多个下游构件148,其中,注射压力大于压裂流体掺混压力。
[0034] 设备200还包括用于取回CO2的机构,以便进一步允许设备200的连续操作。更具体而言,CO2取回系统154提供且构造为从以下中的一个或更多个接收CO2输出流156:来自一个或更多个下游构件148的排放流158、排出的CO2流162或外部源164。此外,如关于图3在下面描述的,系统154可构造为在井口148完成之后,作为对储存容器或外部管线流(如果存在)的CO2输出流来输送井回流流。如在图2中示出的,CO2取回系统154可构造为与CO2分离和液化系统166流体地连通,或与移动式分离和液化系统成一列,例如,如之前所描述的安装在货车的系统。示出的CO2分离和液化系统166提供CO2输出流156的提纯和液化。在CO2分离和液化系统166内的处理之后,将CO2的提纯的输出流168引导至压裂流体储存容器126。在备选实施例中,提纯且液化的CO2可被泵压至在货车等上包含的一个或更多个CO2储存货柜,因而它们可移动至其他井场。
[0035] 更具体地参照图3,示出了作为CO2取回系统154的一部分的井回流流CO2取回系统180的实施例。在示出的实施例中,井回流流CO2取回系统180构造为对分离系统184并且之后对液化系统192、储存容器或外部管线流中的一个或更多个(如果存在)输送井回流流
182。CO2与烃的井回流和获取在井口148完成之后发生。CO2将需要与其他气体即(甲烷和其他烃)分离。在CO2的分离之后,其可以以气态形式或液化形式储存,并且储存/运走或输入回CO2管线中(如果存在)。额外的分离的井回流流成分可根据需要类似地处理。
[0036] 更具体地,如在图3中所示出的,提供了一种井回流流182,其通常包括烃(液体和/或气体)、气态CO2、水和之前困在地面下的潜在的其他气体。井回流流182与回流流分离系统184流体地连通。井回流流分离系统184构造为将井回流流182分离成废弃物流186、烃流188、和气态CO2流190中的一种或更多种。在实施例中,废弃物流186与管线或储存容器中的一者或更多者流体地连通。在实施例中,烃流188与管线或储存容器中的一者或更多者流体地连通。在实施例中,气态CO2流190与管线、储存容器或CO2液化系统192中的一者或更多者流体地连通。CO2液化系统192以气态CO2流190的至少一部分的液化的形式提供CO2的处理。
更具体而言,CO2液化系统192构造为液化输入其中的CO2流,并且输出液化的CO2流动流194。
[0037] 在CO2液化系统192内的处理之后,将液化的CO2流动流194引导至储存容器中的一个或更多个,例如,图1和2的压裂流体储存容器126,或经由货车等运离原地。如之前所指出的,来自井口148的回流流182和包含在其中的CO2与烃的获取在井口148的完成之后发生。
[0038] 图4是在诸如分别根据在本文中公开的实施例的图1和图2的设备100或200的设备中,包括CO2取回系统的输送流体混合物的方法300的示意框图。通常,方法包括在步骤302处从气态、废弃物流源获取CO2输出流。在步骤304处,将CO2输送至分离和液化室,以用于CO2的提纯。在实施例中,从备选的源,例如通过采购而获得的CO2的输入可额外地、或备选地在步骤305处输入。接着,在步骤306处,方法包括提供支撑剂材料对支撑剂储存容器的输入,并且提供对压裂流体储存容器的压裂流体,并且更具体而言提纯且液化的CO2的输入。支撑剂材料在环境压力下储存在支撑剂储存容器中。提纯且液化的CO2在处于或高于流体掺混压力的情况下输送到压裂流体储存容器。接着在步骤308中,来自支撑剂储存容器的处于环境压力的支撑剂输出流输入泵组件中。如前所述,泵组件提供支撑剂输出流到压裂掺混压力或高于其的增大。在第一实施例中,如在步骤310处所例示的,支撑剂输出流和压裂流体输出流,并且更具体而言,提纯且液化的CO2被输入至混合设备。在步骤312处,接着将增稠剂添加至混合设备,以增大提纯且液化的CO2的粘度。如之前所描述的,混合设备构造为在其中混合支撑剂输出流、压裂流体输出流和增稠剂,并输出增稠的流体混合物,包括处于或高于压裂流体掺混压力的支撑剂的增稠的CO2/支撑剂浆液输出流和增稠的压裂流体(CO2)。
[0039] 在备选实施例中,如在步骤314处最佳地示出的,在将压裂流体输送到混合设备之前,将增稠剂引入压裂流体中,并且更具体而言,引入提纯且液化的CO2中。如前所述并在步骤316处例示的,混合设备构造为在其中混合支撑剂输出流、和增稠的压裂流体输出流,并输出增稠的流体混合物,包括处于或高于压裂流体掺混压力的支撑剂的增稠的CO2/支撑剂浆液输出流和增稠的压裂流体(CO2)。
[0040] 在步骤318处,接着在高压泵中增大增稠的流体混合物输出流的压力。随后,在步骤320处,将高压增稠的流体混合物输送至一个或更多个下游构件,并且最终可包括输送至井口。
[0041] 在操作期间,并且如前所述,在步骤322处,输出来自构件排放流、排出CO2流、井回流流、由外部源提供的CO2等中的一者或更多者的CO2。在步骤302处,如由虚线指示的,在工序再次连续地开始时,取回输出的CO2。
[0042] 公开的设备的商业优点涉及在非常规气体开发中面对的当前问题,和对通过借助于取回气态CO2减少废弃物来降低整体CO2的成本、将化学制品和支撑剂(即,沙)与压裂流体(例如,液体CO2、液体丙烷气体)混合/掺混的需要,压裂流体需要它们始终在适当的压裂流体掺混压力下被包含以避免这些压裂流体的蒸发。此外,由于通过如所描述的CO2取回来提供连续的支撑剂源和压裂流体,故公开的设备的商业优点涉及构造为用于连续操作的系统。由此,公开了使用泵组件输送流体混合物和以可在不受已知的基于活底料斗的途径的总体积限制约束的情况下提供连续的支撑剂流方式将支撑剂直接注射到加压混合设备中,和以可在不受已知的基于压裂流体储存容器的方法的总体积限制约束的情况下提供连续的压裂流体流的方式提供排放、排出、井回流、或类似的输出CO2的取回的设备和方法。
[0043] 前面已描述了一种利用到加压混合设备中的支撑剂的直接注射输送流体混合物的设备和方法。虽然已经关于有限数量的实施例描述了本公开,但从本公开受益的本领域技术人员将理解,可设计不脱离如在本文中所描述的本公开的范围的其他实施例。尽管已经参考示范实施例描述了本公开,但是本领域专业人员将理解,可进行各种更改并且等同物可替换它们的元件而不脱离本公开的范畴。此外,可进行许多修改以使具体的条件或材料适应本公开的教导而不脱离它们的基本范畴。因此,意图本公开不限于作为用于实施本公开而构思出的最佳模式公开的具体实施例。因而,应当理解的是,所附权利要求意图覆盖落入本公开的真正精神内的所有这种修改和变化。
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