意识到选择用于油页岩地层的各种类型的液压压裂的合适的支撑剂的经济重要性。我们现在知道的用于液压压裂软的矿物页岩的最好的支撑剂不同于当液压压裂硬的矿物页岩时我们需要使用的最好的支撑剂。因此，对于特定的油页岩需要特定的支撑剂。
[0027]因此，本发明的示例的目的是通过使用可能所有的浆料材料提供大范围的合适尺寸和组成的支撑剂，所述浆料材料被带至地面并且被包含在来自气和油地层的液压压裂的回流水流中。
[0028]美国多个不同地区开发的油页岩沉积层的液压压裂的量和程度的快速增长，结果是，出现了大量的生态和环境顾虑，如果石油工业成功地壮大，必须要解决这些顾虑。例如，有毒的化学试剂(比如，戊二醛)被用作生物杀灭剂以杀死、控制或消除用在液压压裂工艺中的水中存在的水生微生物。有一种顾虑是，这样的与压裂水有关的有毒化学试剂可能转移到可饮用的地下含水层。还顾虑的是，减小摩擦的化学试剂(例如，聚丙烯酰胺)或者水垢阻化剂(例如，磷酸盐)自己进入地下含水层并且污染该地下含水层的可能性。洗涤剂混合物以及比如氯化钾的化学试剂常用作减少表面张力的表面活性剂并且可能产生公共卫生问题。当前向处理井中注入被盐水污染的回流水的实践是公众的另一个顾虑。
[0029]在传统的压裂工作的一些示例中，在爆炸性地穿孔水平的井筒后，水混合物在高压下被注入到大量的单个连续压裂区中，每个压裂区在两端被封隔器套筒密封。这允许水混合物在压力下在页岩地层中保持几天，产生通道、裂隙或裂纹，当液压压力被盘绕(coiled)的钻探操作释放时，这些通道、裂隙或裂纹允许烃气态和液态元素具有允许流到地面的通道。对于每个单个的压裂区，水混合物中的压力连续地减少，从而被降压的水水平地流回井孔中并且然后在竖直的水泥井区段中继续向上到地面海拔。很多支撑剂保持在这些通道的后面，然而，大量的支撑剂从回流水中出来。
[0030]回流水的水量小于用于压裂操作所注入的水的量的百分之五十。回流的水流还包括从页岩地层滤除的材料，比如碳酸氢盐(例如，苏打石)。回流水混合物还带着许多挥发性有机化合物以及微生物残骸、任意溶解的盐或盐水、和大量的最初注入的支撑剂和它们产生的细粒。所述回流的处理和/或处置对于业界来说是显著的问题。见例如 Smyth, Julie Carr.(2012).0h1 quakes put pressure on use of fracturing.Associated Press, pp.Dl, D6 ；Lowry, Jeff, et al.(2011 December).Haynesvill trialwell applies environmentalIy focused shale technologies.World Oil.pp.39-40, 42 ；Beckwith, Robin.(2010 December).Hydraulic Fracturing The Fuss, The Facts, TheFuture.JPT.pp.34-35, 38-41 ；Ditoro, Lori K.(2011).The Haynesville Shale.UpstreamPumping Solut1ns, pp.31-33 ；ffalser, Doug.(2011).Hydraulic Fracturing in theHaynesville Shale:What's Different ? Upstream Pumping Solut1ns, pp.34-36 ；Bybee, Karen.(2011 March).1n-Line-ffater-Separat1n Prototype Development andTesting.JPT.pp.84-85 ；Bybee,Karen.(2011 March).Produced-ffater-Volume Estimatesand Management Practices.JPT.pp.77-79 ；Katz,Jonathan.(2012 May).Report:Frackingto Grow U.S.Water-Treatment Market Nine-Fold by 2020.1ndustry Week ;美国专利申请公开号2012/0012307A1，美国专利申请公开号2012/0024525A1，美国专利申请公开号2012/0070339A1，美国专利申请公开号2012/0085236A1，美国专利申请公开号2012/0097614A1。每个上述参考文件出于所有目的通过引用的方式结合于此。
[0031]当前，常见的实践是通过化学试剂或其他类型的生物杀灭剂最初地或就地杀死水混合物中的微生物，从而捕获在油页岩的基质地层中的气态或液态的烃能够自由地流入通过回流水混合物空出的通道和裂纹。同时，压裂工艺产生的通道必须由最初被注入的水混合物带入裂隙区中的裂纹中的支撑剂保持打开。如果微生物没有被杀死，它们将迅速地繁殖，并且如果它们被保持在裂纹中，它们将生长并且减少或完全地阻碍从这些裂纹的烃的流动。另一个显著的微生物类型的问题是与寻找并消化任何单体硫或与化合物相关的硫并且产生必须从任何产出的气体流中移除的硫化氢相关的一株细菌的可能的出现，因为它是非常危险并且致癌的材料。如果要避免这种问题，所有这些类型的微生物都必须被消除。
[0032]除了微生物繁殖与阻碍烃产物的流动的可能性之外，在水溶液中溶解的固体的存在也可能是在注入的水混合物中的问题。它们能够将自己在相同的流动通道和裂纹中沉积为水垢或结壳。如果这些结壳被允许沉积在这些通道中，这些结壳也将减少或阻碍烃流动到地面。为了避免这种情况，当前的业界实践做出了尝试以使溶解的固体凝结并且将它们附接到悬浮物或者水混合物中存在的其他的胶状颗粒，以在被注入井中前被移除，然而，这些努力仅部分有效。见例如 Denny, Dennis.(2012 March).Fracturing-Fluid Effects onShale and Proppant Embedment.JPT.pp.59-61 ；Kealser, Vic.(2012 April).Real-TimeField Monitoring to Optimize Microbe Control.JPT.pp.30, 32-33 ；Lowry, Jeff, etal.(2011 December).Haynesville trial well applies environmentalIy focused shaletechnologies.World Oil.pp.39-40, 42 ；Rassenfoss, Stephen.(2012 April).CompaniesStrive to Better Understand Shale Wells.JPT.pp.44-48 ；Ditoro, Lori K.(2011).The Haynesville Shale.Upstream Pumping Solut1ns, pp.31-33 ；ffalser, Doug.(2011).Hydraulic Fracturing in the Haynesville Shale:What's Different ? UpstreamPumping Solut1ns, pp.34-36 ；Denney,Dennis.(2012 March).Stimulat1n Influenceon Product1n in the Haynesville Shale:A Playwide Examinat1n.JPT.pp.62-66 ；Denney, Dennis.(2011 January).Technology Applicat1ns.JPT.pp.20，22，26。每个上述参考文件出于所有目的通过引用的方式结合于此。
[0033]近年来，石油工业尝试了开发多种方法处理这些顾虑。紫外线与减少化学生物杀灭剂的量的共同使用被证明是对杀死水生微生物部分有效。当尝试使用超高频率声波杀死微生物时也是这样。然而，这两种系统缺乏烈度和强度以通过仅一周短时间的驻留暴露有效地杀死所有的水生微生物并且基本上没有残余效果。两个系统需要一些化学生物杀灭剂以有效地杀死水中的水生微生物。同样，一些公司使用低频或低强度的电磁波产生器作为生物杀灭剂/聚结器；然而，这也被证明是仅部分地有效的。
[0034]因此，进一步的示例的目的是经济地处理并令人满意地解决一些这些具有业界重要性的主要的环境顾虑。另外还有一些示例的目的是消除对盐水处理井的需要、消除有毒化学试剂(比如用于摧毁微生物的生物杀灭剂或水垢防止)的使用、消除用于在接下来的液压压裂操作中再次使用的所有回流的或采出的水的采收。本发明的示例提供了对使业界担心的液压压裂中许多公共安全问题来说技术上合理并且经济上可行的解决方案。
【发明内容】
[0035]本发明的各个示例的优势包括需要更少(或不需要)处理盐水，因为基本上所有的溶解的盐被凝结并且转化为悬浮颗粒，这些颗粒被分离并且与收回的支撑剂和细粒结合以被包括在给料中以通过高温分解熔化在回转窑中。类似地，本发明的示例消除了对化学生物杀灭剂的需要，因为高强度、可变的、超高频率的电磁波产生器在水被注入地层之前杀死存在在水中的微生物。电磁波还防止水垢结壳的形成，因此，不需要添加水垢阻化剂到压裂水混合物中。作为结果，来自压裂操作的基本上所有的回流水被再次使用，并且所有的剩下的固体材料被回收并且重组成适当地构成并且具有合适的尺寸的支撑剂，以用于在压裂操作中接下来的使用。此外，因为易挥发的有机化合物被燃烧和蒸发，因此不再需要任意泥浆或其他类型的固体废物处理设施。
[0036]根据本发明的一个方面，提供了在井压裂操作中使用的系统，该系统包括:第一分离器，其包括具有第一含水量的浆料输出和浆料入口 ；第二分离器，其具有浆料输入和浆料输出，该浆料输入定位成接收来自第一分离器的浆料输出的浆料，该浆料输出具有第二、更低的含水量；窑(kiln)，其定位成接收第二分离器的浆料输出并且具有输出；急冷器(quench)，其定位为接收来自窖的输出的恪澄；粉碎机，其定位成接收来自于急冷器的被急冷的熔渣；研磨机，其定位成接收来自于粉碎机的粉碎的材料；第一筛件，其被定位成接收来自研磨机的研磨的材料，其中第一筛件的尺寸确定支撑剂尺寸的上界；以及第二筛件，该第二筛件被定位成接收从第一筛件筛下来的材料，其中第二筛件的尺寸确定支撑剂尺寸的下界。在至少一个示例中，所述系统还包括支撑剂储存仓，该支撑剂储存仓被定为成接收来自第一和第二筛件之间的支撑剂。在另一个示例中，系统还包括定位成接收来自所述储存仓的支撑剂的混合器。在一个更特定的示例中，所述第一分离器包括水输出，并且该系统还包括:定位成接收来自第一分离器的水的水储存罐、定位成接收来自水储存罐的水的生物杀灭剂聚结器，所述聚结器具有向混合器给料的输出，以及接收来自混合器的水和至少支撑剂的至少一个压裂泵，其中压裂泵产生用于井压裂操作的水的流动。
[0037]根据本发明的另一示例，提供了用于从压裂的烃井提取的浆料产生具有特定尺寸的支撑剂的方法，所述方法包括:将水从浆料分离，产生浆料流和液体流；将浆料流与微粒混合，产生给料；将支撑剂材料熔入给料；对熔化的支撑剂材料进行急冷；破碎熔化的支撑剂材料；将破碎的材料的尺寸定为特定的尺寸；以及将不具有特定的尺寸的破碎的材料与给料混合。在本发明的一些示例中，本方法还包括从烃井采出的流体的流动提取浆料，其中采出的流体包括水和浆料，其中浆料的分离产生至少两个流，其中所述至少两个流的一个包括水的大致液体的流，而至少两个流的另一个包括浆料。将浆料从来自烃井的采出的流体的流动分离的可接受的装置的示例包括传统的三相分离器。
[0038]在至少一个示例中，所述混合包括:将固体流注入窑；并且将微粒注入窑，其中微粒的注入改变了渣化材料的粘性，其中渣化材料包括固体流和注入的微粒。在另一示例中，将微粒注入窑取决于窑中的渣化材料的粘性，其中当渣化材料对于甚至在窑中流动来说过于粘时，微粒的注入增加。在一些示例中，当渣化材料的粘性过低以至于通过窑的流动率对于支撑剂材料的熔化来说太快时，微粒的注入减少。
[0039]在另一示例中，所述急冷包括:用液体流喷洒熔化的支撑剂材料，并且所述破碎包括:粉碎急冷的支撑剂材料并且碾碎粉碎的支撑剂材料。
[0040]在又一示例中，所述定尺寸包括过筛和/或重量分离。
[0041]在一些示例中，所述熔化包括加热渣化材料，其中渣化材料中易挥发的成分以气相释放并且渣化材料中的支撑剂材料被熔化。在一些这样的示例中，窑输出的熔化的材料的流动率被测量，并且基于所述测量调节窑中的加热。
[0042]在又一示例中，所述方法还包括将浆料从由烃井采出的流体的流动分离，其中采出的流体包括水和固体，其中所述分离浆料产生至少两个流，并且其中所述至少两个流的一个包括基本上水的液体流，所述至少两个流的另一个包括浆料。在至少一个这样的示例中，所述方法还包括将电磁脉冲施加至基本上水的液体流，其中在将电磁脉冲施加至基本上水的液体流之前或之后，支撑剂与基本上水的液体流混合。
[0043]根据本发明的另一方面，提供了用于从由压裂的烃井提取的浆料产生一些具有特定尺寸的支撑剂的系统，所述系统包括:用于将水从浆料分离、产生浆料流和液体流的装置；将浆料流与微粒混合、产生给料的装置；用于将支撑剂材料熔入给料的装置；用于急冷熔化的支撑剂材料的装置；用于破碎熔化的支撑剂材料的装置；用于给破碎的材料定特定的尺寸的装置；和用于将不具有特定尺寸的破碎的材料与给料混合的装置。在至少一个示例中，用于混合不具有特定尺寸的破碎的材料的装置包括用于熔化的装置。
[0044]用于分离的装置的示例包括二相分离罐，其下端具有漏斗，下端具有引导到螺旋钻(auger)的输入的导管。二相分离器罐使用重力沉淀单元(具有或不具有挡板)的原理。重力沉淀单元的替代物是吸管式系统的加压罐，其迫使浆料到具有螺旋钻的进料斗。
[0045]在又一个示例中，用于将浆料流与微粒混合的装置包括:用于将浆料流注入窑的装置、和用于将微粒注入窑的装置，其中微粒的注入改变了渣化材料的粘度，并且其中渣化材料包括浆料流和注入的微粒。用于将浆料流注入窑的可用的装置的一个示例包括:来自于该装置的螺旋钻，用于与窑进料斗分离。随着螺旋钻使浆料流移向进料斗，更多的水落下。替代物包括飞行传送带(flight conveyer belt)、斗式传送系统和本领域技术人员知晓的其他