专利名称：压裂液水再使用系统和方法
技术领域：
本申请涉及处理从地下油或气产出过程回收的流体的方法和系统。更具体地，本申请涉及处理返排和/或生产盐水以及制备包含该处理的返排和/或生产盐水的水力压裂流体的方法和系统。相关技术的描述水力压裂(也称作“水压裂”)是通常用于从地下岩石地层储藏、特别是页岩储藏移出油气的技木。水力压裂通过提高地层岩石中的压カ从而使得形成裂缝而起作用。地层岩石中的裂缝提供了气或油可从中行进到达井眼的路径。横越宽广地下区域形成裂缝还提高了单井眼可利用(access)的储层的面积。岩石地层中缺少裂缝的形成时，岩石的多孔性和可渗透性可能过低从而不允许油气以经济的费率(economic rate)从中回收。典型地具有极低的天然可滲透性的页岩储藏的情况尤其如此。水力裂缝传统地通过将压裂液以足以将井下压カ提高到超过地层岩石的破裂强度值的速率泵入到井眼中而产生。由压裂液的高压泵入引起的提高的压カ使地层中形成裂纹。然后压裂液可进入这些裂纹并延伸到地层中更深远的裂縫。在注入停止后，通常数次将固体支撑剂加入到压裂液中以使裂纹保持敞开。可能需要显著量例如每个井1，000, 000加仑以上的压裂液以产生致使产生裂缝所必需的压力。压裂液典型地主要由水组成，所述水可能不可在本地获得。与输送和储存来自其它来源的水有关的费用可极大地影响基于水力压裂的油气采收的经济可行性。在进行水力压裂的气井的典型操作中，在将气作为产出流体的一部分从井中产出期间，在注入压裂液井随后到达岩石地层后将水从该岩石地层驱出。可以将这种水初始返回到压裂液中，通常称作返排水。然后，产出流体可以转变为地层中存在的由于水力压裂操作而被迫到达地表的主要是天然地层水或原生水的内容物，也称作生产盐水。在地表回收的产出流体可能含有污染物，例如为地下地层一部分的矿物以及作为压裂液一部分注入的化学品。这种产出流体的处理和处置可増加井操作的复杂性和成本，通常需要将该流体进行捕集和运送到处理设施。虽然在过去已探究以生产性方式再使用产出流体的方法，但是エ业上仍在不断寻求改进的产出水用途。概述在一个非限制性实施方案中，本发明涉及处理从油或气提取操作回收的流体用以在水力压裂液中再使用的方法，该方法包括提供一定量的含有铁和悬浮固体的产出流体组合物以及控制所述组合物的电导率、铁含量、氧化强度(oxidative strength)和pH中的至少ー个使得在原位形成芬顿试剂。
在本发明方法的一些非限制性实施方案中，芬顿试剂的反应可致使形成铁和悬浮固体的络合物，这可使悬浮固体凝结和絮凝。在本发明方法的某些非限制性实施方案中，所述组合物的电导率可以为至少10, 000 Ii mhos/cm。可例如通过加入电导率为至少150，000 u mhos/cm的生产盐水来控制所述电导率。在本发明方法的一些非限制性实施方案中，所述组合物的铁含量可以为至少5ppm。可例如通过向所述组合物加入铁盐来控制铁含量。以举例方式，根据本发明的方法控制所述组合物的氧化强度可通过以下中的ー种或多种进行加入过氧化氢，加入过こ酸，和将所述组合物曝气。在某些非限制性实例中，将所述组合物的pH控制到5. 0-6. 5。 所述悬浮固体的非限制性实例包括油母质、浙青质、丙烯酰胺固体和它们的组合。在某些非限制性实例中，本发明的方法还包括向所述组合物中加入减阻剂，该减阻剂的非限制性实例包括丙烯酸-AMPS-聚丙烯酰胺三元共聚物、盐水分散体AMPS-聚丙烯酰胺共聚物和非离子聚丙烯酰胺聚合物中的至少ー种。在一些非限制性实施方案中，可在水溶液中将减阻剂进行预处理以提高其水合作用。在一些非限制性实施方案中，本发明的方法还包括向所述组合物中加入结垢抑制齐U，该结垢抑制剂的非限制性实例是磺化的膦基羧酸共聚物。在某些非限制性实施方案中，本发明还包括向所述组合物中加入铁分散剂，例如磺化、羧化的非离子三元共聚物。在一些非限制性实施方案中，可按足以防止产生基于密度的条痕的速率和频率使所述组合物混合。在另ー个非限制性实施方案中，本发明涉及在水力压裂操作中再使用产出流体的方法，该方法包括从井接收产出流体作为在水力压裂操作中至少ー种水力压裂液的返回部分；提供从油或气提取操作回收的生产盐水，该生产盐水具有至少150，OOOii mhos/cm的电导率；测量所述产出流体的电导率；通过向所述产出流体加入至少所述生产盐水来处理该产出流体以形成其中原位形成芬顿试剂的处理的产出流体，其中所述产出流体的处理包括将所述产出流体的电导率提高到至少10，000 u mhos/cm,将该产出流体的铁含量提高到至少5ppm，以及将该产出流体的氧化-还原电势值提高到至少250mV ;贮存该处理的产出流体足够的时间以允许该处理的产出流体中的悬浮固体絮凝，从而形成从中除去了悬浮固体的澄清的产出流体；以及将所述澄清的产出流体作为水力压裂液的一部分注入到井中。在一些非限制性实施方案中，处理所述产出流体包括将所述产出流体的电导率提高到至少150，000 ii mhos/cm和将所述产出流体的铁含量提高到至少50ppm。处理所述产出流体还可以包括将酸加入到所述产出流体中以将该产出流体的PH水平调节到约5. 0-约6. 50在一些非限制性实施方案中，本发明的方法还可包括将减阻剂加入到所述澄清的产出流体中，其中在将澄清的产出流体注入到井中的步骤之前，将所述减阻剂与该澄清的产出流体或水溶液中的至少ー种混合至少ー个小时用于解开缠绕(unwinding)。在某些非限制性实施方案中，所述方法还包括以足以防止出现基于密度的条痕的速率和频率将澄清的产出流体进行混合。
本发明的另ー个非限制性实施方案是水力压裂液，其包括根据本文所述方法处理的从油或气产出过程回收的流体。在一些非限制性实施方案中，从油或气产出过程回收的流体包括返排水和生产盐水。水力压裂液还可以包括减阻剂、铁分散剂和结垢抑制剂中的ー种或多种。在一个非限制性实施方案中，减阻剂是丙烯酸-AMPS-聚丙烯酰胺三元共聚物、盐水分散体AMPS-聚丙烯酰胺共聚物和非离子聚丙烯酰胺聚合物中的至少ー种。在另ー个非限制性实施方案中，本发明涉及用于制备水力压裂液的系统，该系统包括串联的以下部分用以使流体在其之间流动流体源，该流体源包括根据本文所述方法处理的从油或气产出过程回收的流体，供给减阻剂的减阻剂入口和混合设备。在一些非限制性实施方案中，所述系统还包括在水溶液中将减阻剂预处理的减阻剂容纳罐和/或在所述流体源和所述混合设备之间的在线电导率分析仪。可以将来自该电导率分析仪的数据提供给反馈控制系统用于调节加入到水力压裂液的减阻剂的量和类型。
本发明的潜在优点包括但不限于显著降低与产出流体的再使用或处置有关的成本，降低压裂液化学品的成本，降低与将淡水(fresh water)输送到井位置有关的成本，将井生产率提高10-20%，和降低产出水中导致提高的处理成本的特定离子产生。鉴于下文提供的附图
和详述，可理解本发明的这些和其它优点。附图简要描述附图显示了根据本发明的ー个方面制备水力压裂液的示意性系统。详述除了在实施例中以外，或除非另有指示时，用于本文的表示各成分的量、热条件等的全部数值应当理解为在所有情况下由术语“约”修饰。因此，除非有相反指示，在本文给出的数值參数是近似值，其可以根据寻求通过本发明来得到的所需性能而变化。最起码，以及并非作为限制等同原则应用于权利要求范围的企图，各数值參数应当至少按照所报道的有效数字的数值并采用一般的舍入技术来解释。尽管给出本发明的宽范围的数值范围和參数设定是近似值，但是在特定的实施例中给出的数值尽可能精确地报导。然而，任何数值固有地包含由它们各自的试验测量中所发现的标准偏差必然引起的一定某些误差。此外，应本文给出的不同范围的数值范围时，可设想到使用包括在所列值内的这些值的任意組合。此外，应当理解本文列出的任何数值范围g在包括其中所含的所有子范围。例如，“I至10”的范围g在包括在所列举的最小值I和所列举的最大值10 (包括端值)之间的所有子范围，即具有等于或大于I的最小值和等于或小于10的最大值的范围。提供了用于处理在油和/或气地下提取操作期间产出的流体以及在制备水力压裂液中使用该处理的流体的方法和系统。本文所述的方法和系统不仅提供了处理本来难以处理的水力压裂过程副产品的方式，而且还提供了在将来水力压裂操作中再使用这些副产品的装置。在考虑到本文中的所述论述后，本领域技术人员将变得易于理解本发明的经济和环境益处。就本申请而言，如本领域技术人员所通常理解的，术语“压裂液”或“水力压裂液”意欲是指注入到地下用于实施地下地层的水力压裂的流体。虽然压裂液通常主要由水组成，但是压裂液还包括影响压裂液发挥其预期功能的多种添加剤。这类添加剂的非限制性实例包括减磨剂、结垢抑制剂、抗微生物剂和分散剂例如铁分散剂。
就本申请而言，术语“产出流体”意欲是指作为水力压裂油或气地下提取操作的一部分回收的流体。如本领域技术人员所认识到的，产出流体可包括来自地下地层的水(通常称作“生产盐水”或“生产水”)以及主要由先前注入到井中的废压裂液组成的流体(通常称作“返排水”)。生产盐水的特征典型地在于高度离子性，且因此为导电的水溶液。在某些地区，例如在Marcellus页岩区中，生产盐水的特征还在于具有高的铁含量。返排水一般在颜色上呈黑色，这是归因于大量的悬浮有机固体，包括来自地下地层的天然化合物，例如油母质和浙青质，以及来自水力压裂液的合成化合物，例如残留的丙烯酰胺固体。
在典型的水力压裂油或气提取过程期间，所回收的初始流体主要由返排水组成而生产盐水典型地在压裂操作完成之后从井进行回收并且所述井生产气和/或油。可认为产出流体的组成呈时间依从性，因为所述组成可随着水力压裂过程和随后的气和/或油提取过程而改变。产出流体的组成还至少部分受地下地层中存在的地层水的组分构成、 地下岩石的组成、使其返回到井眼地表的压裂液的组成所支配。例如，在下表I中提供了 Marcellus页岩区中特定地下地层的示例性地球化学分析
表1-地下组合物
权利要求
1.处理从油或气提取操作回收的流体用以在水力压裂液中再使用的方法，该方法包括 提供一定量的含有铁和悬浮固体的产出流体组合物；以及 控制所述组合物的电导率、铁含量、氧化强度和PH中的至少一个使得在原位形成芬顿试剂。
2.权利要求1的方法，其中所述芬顿试剂的反应致使形成铁和悬浮固体的络合物。
3.权利要求2的方法，其中所述络合物的形成使悬浮固体凝结和絮凝。
4.权利要求1的方法,其中所述组合物的电导率为至少10，OOOii mhos/cm。
5.权利要求1的方法,其中通过加入电导率为至少150，000u mhos/cm的生产盐水来控制所述组合物的电导率。
6.权利要求1的方法，其中所述组合物的铁含量为至少5ppm。
7.权利要求1的方法，其中通过向所述组合物加入铁盐来控制铁含量。
8.权利要求1的方法，其中所述组合物的氧化强度通过以下中的一种或多种进行控制加入过氧化氢，加入过乙酸，和将所述组合物曝气。
9.权利要求1的方法，其中所述组合物的pH为5.0-6. 5。
10.在水力压裂操作中再使用产出流体的方法，该方法包括 从井接收产出流体作为在水力压裂操作中至少一种水力压裂液的返回部分； 提供从油或气提取操作回收的生产盐水，该生产盐水具有至少150，OOOii mhos/cm的r4zf Fzl1、各/ 测量所述产出流体的电导率； 通过向所述产出流体加入至少所述生产盐水来处理该产出流体以形成其中原位形成芬顿试剂的经处理的产出流体，其中所述产出流体的处理包括 将该产出流体的电导率提高到至少10，000 u mhos/cm ； 将该产出流体的铁含量提高到至少5ppm ;以及 将该产出流体的氧化-还原电势值提高到至少250mV ； 贮存该经处理的产出流体足够的时间以允许该经处理的产出流体中的悬浮固体絮凝，从而形成已从中除去了悬浮固体的澄清的产出流体；以及 将所述澄清的产出流体作为水力压裂液的一部分注入到井中。
11.根据权利要求10的方法，其中所述处理步骤包括将所述产出流体的电导率提高到至少150，000 V- mhos/cm和将所述产出流体的铁含量提高到至少50ppm。
12.根据权利要求10的方法，其中所述处理步骤还包括将酸加入到所述产出流体中以将该产出流体的PH水平调节到约5. 0-约6. 5。
13.根据权利要求10的方法，该方法还包括将减阻剂加入到所述澄清的产出流体中，其中在将澄清的产出流体注入到井中的步骤之前，将所述减阻剂与该澄清的产出流体或水溶液中的至少一种混合至少一个小时用于解开缠绕。
14.根据权利要求13的方法，该方法还包括在将水力压裂液注入到井中之前，将包含酸和减阻剂的酸组合物注入到所述井中。
15.根据权利要求10的方法，该方法还包括以足以防止出现基于密度的条痕的速率和频率将澄清的产出流体进行混合。
16.用于制备水力压裂液的系统，该系统包括串联的以下部分用以使流体在其之间流动 流体源，该流体源包含按照权利要求1的方法处理过的从油或气提取操作回收的流体； 供给减阻剂的减阻剂入口 ；和 混合设备。
17.权利要求16的系统，该系统还包括用于在水溶液中将减阻剂预处理的减阻剂容纳罐。
18.权利要求16的系统，该系统还包括在流体源和混合设备之间的在线电导率分析仪，其中将来自该电导率分析仪的数据提供给反馈控制系统用于调节加入到水力压裂液的减阻剂的量和类型。
全文摘要
描述了处理从油或气提取操作回收的流体用以在水力压裂液中再使用的方法。该方法包括提供一定量的含有铁和悬浮固体的产出流体组合物以及控制所述组合物的电导率、铁含量、氧化强度和pH中的至少一个使得在原位形成芬顿试剂。还描述了使用从油或气产出过程回收的流体生产并且根据本文所述的方法进行处理的水力压裂流体以及用于制备水力压裂液的系统，所述水力压裂液以根据本文所述方法处理的从油或气产出过程回收的流体作为流体源。
文档编号C09K8/62GK103025845SQ201180036418
公开日2013年4月3日 申请日期2011年7月28日 优先权日2010年7月28日
发明者T·C·斯瓦科兹科普夫, D·R·韦弗三世, J·M·本德, J·J·斯特里克勒 申请人:雪佛龙美国公司