海水输送在烃相关工艺中的利用
【专利说明】海水输送在烃相关工艺中的利用
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求美国临时专利申请号为61/821 792，2013年5月10日提交，题为“Transporting Seawater for Utilizat1n in Hydrocarbon-Related Processes，，的优先权，其全部内容被作为参考在此引用。
[0003]本申请要求美国临时专利申请号为61/837 921，2013年6月21日提交，题为“Seawater Transportat1n For Utilizat1n In Hydrocarbon-Related ProcessesIncluding Rail Transportat1n”的优先权，其全部内容被作为参考在此引用。
[0004]本申请要求美国非临时专利申请号为13/972 486，2013年8月21日提交，题为“Transporting Seawater for Utilizat1n in Hydrocarbon-Related Processes，，；和本申请要求美国非临时专利申请号为13/972 589，2013年8月21日提交，题为“Transporting Seawater for Utilizat1n in Hydrocarbon-Related ProcessesIncluding Pipeline Transportat1n”的优先权；其每一个的全部内容被作为参考在此引用。
技术领域
[0005]本发明一般涉及烃提取工艺，尤其涉及在钻井和水力压裂工艺中利用海水的系统和方法。
【背景技术】
[0006]本部分的陈述仅提供与本发明相关的背景信息，并且可以不构成现有技术。
[0007]水力压裂工艺用于，除其它事项外，提取地下油。这些工艺需要显著量的水进行操作。一种单一油或气井可能需要300-1300万加仑的水。陆基水力压裂站点目前都使用当地采购的淡水，对当地的地下水位造成了一种巨大的、无法支撑的损害。
[0008]目前，重要的钻井地区，如得克萨斯州，倾注了不亚于当地淡水使用量的百分之十用于钻井和水力压裂作业中。根据得克萨斯州水资源开发局和得克萨斯州铁路委员会，该州的石油和天然气监管机构，在2011年，得克萨斯州使用的用于石油和天然气压裂的水桶数(约6.32亿)比生产的油桶数(约4.41亿)还多。耗水量预计将随着钻井作业的发展而上升。例如，美国能源情报署预计，到2035年，每年生产的210000亿立方英尺天然气中的近80%将来自“非常规”的来源，如水力压裂页岩。此外，这种工艺加重了干旱、脆弱的生态系统，因为美国大部分石油资源最丰富的地区(鹰福特页岩和二叠纪盆地)是最干燥的。部分地区平均每年不到21英寸的降雨。目前，陆基水力压裂的速度，尽管预期会增长，但是仅使用淡水是无法维持的。
[0009]水力压裂工艺，也被称为“压裂”，用于释放包含在地下岩层的烃等物质，通过压裂流体，如淡水的高压喷射进入所述岩层。
[0010]在最近几年，水力压裂已被广泛用于开采以前无法实现的石油和天然气的沉积物。截至2010年，全球所有新的石油和天然气井中的60%，是使用水力压裂创建的。因为大量以前不可访问的石油和天然气可以使用水力压裂来提取，因此很可能这种工艺的使用在未来将增加。
[0011]压裂流体包括水和低浓度的化学添加剂，这取决于水和被压裂岩层的特性。例如，压裂流体可以包含所谓的减阻水添加剂，其适于减少摩擦，允许压裂流体以较高的速率栗入岩层，如果水单独被使用。减阻水添加剂通常占压裂流体的不到两成的比例，并且必须针对每种岩层或“开采”进行调整。硼酸盐和氯化钾(一种通常用作食盐替代品的金属卤化物盐)也是常见的压裂流体添加剂。
[0012]喷射后，一部分压裂流体返回到表面。这样返回的流体被称为“采出水”。采出水，从水力压裂或石油和天然气井的正常生产中产生，通常具有较高浓度的盐、其它化合物、元素和杂质。采出水可以被重新用于水力压裂工艺中，然而只有40-50 %的最初喷射压裂流体返回到表面。因此，必须不断加入额外的压裂流体，即使采出水被再利用。由于它的重盐度和杂质浓度，采出水必须被除去、清洗或重复使用。大多数情况下，采出水被重新喷射到处置井或重新喷射到喷射井以用于保持贮存器的压力。
[0013]水力压裂已被用来创建海岸油井。例如，大型水力压裂船舶已被用来在北海、阿拉伯海、位于非洲西海岸和美国墨西哥湾沿岸地区开井。起初，海岸水力压裂工艺中使用的压裂流体包括淡水。但是淡水被证明是一个重大的限制，因为它通过油轮有限的货运能力进行运输。后来海岸水力压裂工艺开始利用包括海水的压裂流体。海水被简单地从周围海洋收集，处理，然后喷射到压裂站点，从而避免了在有限的压裂流体供应中生产的瓶颈问题。
[0014]鉴于上述情况，用于从丰富源(例如海洋、咸水湖、咸水源等)输送海水到水力压裂站点的系统和方法是必要的。此外，输送、处理和利用水力压裂工艺中产生的采出水的系统和方法是必要的。输送海水和采出水到用于去盐碱化的资源丰富地区、更多的水力压裂站点、存储地区、处理地区的系统和方法是必要的。
【发明内容】
[0015]本发明提供本概述用于介绍一些概念的选择。这些概念在以下详细描述部分被进一步地说明。本概述不是旨在确定本发明主题的关键特征或必要特征，也并非旨在作为一种确定本发明的主题范围的帮助。
[0016]通过提供从源头输送海水到油田钻井站点和/或水力压裂站点的系统和方法，本发明的各个方面满足上述确定的需求。具体而言，在一个方面，公开了系统和方法，其中，通过管道，海水从海洋的一个海岸线位置被栗送到内陆站点的钻井和水力压裂站点，从而提供了一种用于在例如有和天然气的钻井、水力压裂等作业中使用的一致的、大体积供应的海水。
[0017]在一个方面，一个大直径管道起始于一个提取站，如一个栗站，位于一个海水源(例如，美国墨西哥湾)，使海水从海水源被栗送进入管道。所述管道内陆延伸到邻近载烃岩层的区域，如位于阿肯色州西南部、路易斯安那州西北部和德克萨斯州东部的部分地区的海恩斯维尔页岩地层。输送的海水在位于岩层附近的内陆站点(如钻井或水力压裂站点)被接受，然后用于增强或替换内陆站点的淡水利用率。即，钻井“泥”、水力压裂流体、和/或用于钻井或水力压裂工艺的其它流体可以包括来自海水源如美国墨西哥湾的海水，和淡水。另一方面，这些流体包括来自海的海水，且不包括淡水。
[0018]截至2010年，新的石油和天然气井中的60%使用水密集型水力压裂工艺建成。采用水力压裂建成的每一个新的石油和天然气井可以使用300-1300万加仑的淡水，对当地的地下水位造成了巨大的压力，如奥加拉拉。来自大型供应站如墨西哥湾或其它海水源(如海洋、咸水湖、盐水源等)的海水的使用消除了来自当地、有限地下水位的淡水的使用，从而使石油和天然气的钻井、水力压裂、以及其它相关工艺能够继续或扩大，在不消耗当地的地下水位或以迅速减少资源为代价的情况下。
[0019]在一个方面，现有管道可以适于本发明的利用。即，海水可通过使用现有管道从墨西哥湾、大西洋、太平洋、或类似的海水体，水库，或任何其它位置运输到内陆站点(例如，油田钻井站点、水力压裂站点)。在一些方面中，根据本发明的海水运输系统的一部分被构造成使得海水源与现有管道互连。输送管道可以被构造成使得它起源于现有管道近端向内陆站点的一部分并终止于内陆站点。
[0020]在一个方面，海水运输系统被配置成从海水源输送海水到水力压裂站点。这种海水的利用产生具有更高浓度盐、其它化合物和元素的采出水。采出水必须被再使用或净化处理。管道的一部分可以被用来输送采出水到第二站点。第二站点可以是处置场、脱盐站点、另一个水力压裂站点等等。
[0021]在一个方面，公开了系统和方法，其中，海水从海水的丰富源头(如海洋)栗送到内陆站点，通过海水输送系统，其包括基于轨道的运输。海水可以被装载到罐车并通过轨道到达位于或邻近内陆站点的位置，从而提供一种用于油田钻井作业、水力压裂作业等的一致的，大体积供应的海水。
[0022]包括基于轨道输送的海水输送系统可以进一步包括一个或多个管道以输送海水。
[0023]在一个方面，海水输送系统包括可替代的输送设备，其包括但不限于:航空输送、商用车辆、船舶等。这种输送设备可以在海水的丰富源头和内陆站点之间的全部距离或部分距离中运载海水。
[0024]本发明的进一步特征和优点，以及本发明的结构和各个方面的操作，参考以下附图进行详细说明。
【附图说明】
[0025]结合附图，本发明的特点和优点将更清楚，根据以下给出的详细说明部分，其中，相同的参考数字表示相同或功能相似的元件。
[0026]图1A及图1B是发生水力压裂和天然气钻井的内陆站点的示例图，其可通过本发明的系统和方法来增强。
[0027]图2是遍布48个州的已知的含烃页岩层的位置描述图，根据本发明的一个方面。
[0028]图3是多个内陆站点和海水输送系统的位置描述图，根据本发明的一个方面。
[0029]图4是多个内陆站点和海水输送系统的位置描述图，根据本发明的一个方面。
[0030]图5A及5B分别是德克萨斯州的已知的含烃页岩层的位置描述图和德克萨斯州的货运轨道系统，根据本发明的一个方面。
[0031]图6是多个水力压裂站点和包括轨道的海水输送系统的位置描述图，根据本发明的一个方面。
[0032]图7是多个内陆站点和包括多个输送设备的海水输送系统的位置描述图，根据本发明的一个方面。
[0033]图8是在内陆站点利用收