[發(fā)明專利]非水力壓裂系統(tǒng)、方法和過程

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380016388.8
• 申請日: 2013-01-24
• 公開（公告）號: CN104220695B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 戴維·班多爾
• 申請（專利權(quán)）人: 膨脹能量有限責(zé)任公司
• 主分類號: E21B43/16
• 分類號: E21B43/16;E21B43/12;E21B43/25
• 代理公司: 北京邦信陽專利商標(biāo)代理有限公司11012
• 代理人: 賈博雍

相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求2012年1月26日提交的美國申請No.13/358,820的優(yōu)先權(quán)，在此通過引用將其全部并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開內(nèi)容涉及用于增加地下烴地層的可滲透性，從而提高提取這些烴的能力的非水力壓裂系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

烴資源，如石油和天然氣(“NG”)，常常被發(fā)現(xiàn)于地下的“致密的”地質(zhì)地層(例如砂巖或頁巖)中。這些都需要“非常規(guī)”的鉆井和完井技術(shù)，包括含烴的地質(zhì)層的“壓裂(fracturing)”，以允許那些烴被釋放用于回收、處理、儲存和分配。現(xiàn)有的壓裂方法是水力的，也就是說，它們使用用于壓裂以及用于將支撐劑輸送至壓裂處(fractures)的液體。

然而，水力壓裂方法受很多顯著缺點(diǎn)的影響。目前在標(biāo)準(zhǔn)水力壓裂中使用的液體(例如，在環(huán)境溫度下化學(xué)改性的或處理過的水和/或低溫液氮)產(chǎn)生被污染的液態(tài)水或含氮的氣態(tài)甲烷的廢物流。更具體地，使用水或氮導(dǎo)致了壓裂流體與烴二者的污染(或不期望的混合)，并且使用氮或液態(tài)二氧化碳需要發(fā)泡劑。

所述廢物流和被污染的混合物需要被處理，而充分的清洗以及適當(dāng)?shù)靥幹谩坝眠^的”水力壓裂流體的成本在經(jīng)濟(jì)方面和環(huán)境方面都大大增加了水力壓裂的成本。如果清洗沒有被合適地完成，則水力壓裂對環(huán)境的損害可能是不利的，導(dǎo)致管理者和/或政策制定者為回應(yīng)公眾的擔(dān)憂而限制水力壓裂的使用，正像現(xiàn)在一些地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)的情況。水力壓裂也常常導(dǎo)致顯著的甲烷排放(甲烷是一種比CO₂更加破壞環(huán)境的溫室氣體)，并且可能需要用于減輕這些排放的復(fù)雜設(shè)備。

此外，一些現(xiàn)有的水力壓裂技術(shù)是能源和資本密集型的。例如，使用液氮需要設(shè)置用于空氣分離的設(shè)施，該設(shè)施使用深度制冷以液化環(huán)境空氣，然后使其分解得到氮。使用氮用于壓裂通常需要大量的能量輸入以實(shí)現(xiàn)氮的液體狀態(tài)。此外，當(dāng)?shù)?或更精確地說，液氮)被泵至高壓時，如更深地層的壓裂所需的那樣，則發(fā)生相轉(zhuǎn)變，使N₂從其液體形式轉(zhuǎn)變至其氣體狀態(tài)，而支撐劑在這些條件下的輸送將成為問題。

因此，需要一種不使用液體的有效壓裂方法。還需要更節(jié)能的壓裂過程。進(jìn)一步需要不產(chǎn)生要求艱難的清洗措施的污染廢物流的壓裂方法。還進(jìn)一步需要一種壓裂方法，該方法通過避免使用水(烴不與其相互作用)來增加對來自地下地層的烴的回收。因此，需要非水力壓裂系統(tǒng)和方法，其是不那么能源密集的、不需要用于壓裂和輸送支撐劑的液體、不給壓裂過程增加污染物或廢棄物，并且具有提高烴回收的潛力。

發(fā)明內(nèi)容

通過提供使用異臨界相(metacritical?phase)天然氣(其在下文中可以被稱為“異NG(meta-NG)”)作為壓裂和支撐劑輸送介質(zhì)的非水力壓裂系統(tǒng)、方法和過程，本公開內(nèi)容的實(shí)施例在很大程度上減輕了已知的壓裂方法的缺點(diǎn)。氣體的異臨界相是這樣一組條件，其中所述氣體位于其臨界壓力之上并且比其臨界溫度冷。被泵至高壓的異NG用于在地下地層中形成或延伸裂縫并使這些裂縫保持張開以釋放包含在這些地層中的烴。異NG被泵至高壓、被加熱并用于將合適的支撐劑輸送至地下地層中的裂縫。

示例性實(shí)施例包括壓裂地下地層的方法，該方法包括將異NG泵入地下地層中以在地層中形成或延伸一個或多個裂縫。可現(xiàn)場生產(chǎn)所述異NG。方法還可以包括通過將更多異NG泵入裂縫中來維持或增加地層中的異NG的壓力，以使所述裂縫保持張開。在示例性實(shí)施例中，通過所述異NG將支撐劑輸送至地下地層中。所述支撐劑可以是被潤滑的并經(jīng)由高壓下的熱的壓縮天然氣(“CNG”)輸送。

在示例性實(shí)施例中，通過將所述異NG泵送加壓和加熱來生產(chǎn)高壓的熱CNG。示例性方法還可以包括釋放所述CNG的壓力，使得所述支撐劑獨(dú)自使裂縫保持張開。在示例性實(shí)施例中，所述裂縫在不使用水或其他液體的情況下形成并保持張開，并且所述支撐劑在不使用水或其他液體的情況下輸送。此外，壓裂步驟和支撐劑輸送步驟可在不存在用于減輕液體使用的不利影響的化學(xué)添加劑的情況下進(jìn)行。

非水力壓裂方法的示例性實(shí)施例包括將異NG泵入地下地層中以在地層中形成或延伸一個或多個裂縫，以及將支撐劑輸送至地下地層中。該方法可進(jìn)一步包括維持或增加異NG的壓力以使裂縫保持張開。在示例性實(shí)施例中，所述支撐劑是被潤滑的，并且所述支撐劑可以經(jīng)由對異NG進(jìn)行泵送加壓和加熱而產(chǎn)生的熱CNG輸送。通過使用本文所公開的方法的示例性實(shí)施例，所述裂縫在不使用水或其他液體的情況下形成并保持張開，并且所述支撐劑在不使用水或其他液體的情況下輸送。