[发明专利]根据液力压裂操作回收产品的减排方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及用于利用压裂流体混合物对地下储集层中的地层进行液力压裂并且从储集层回收产品的减排方法。

背景技术

当采用液力压裂以对地下储集层中的油气地层进行压裂时，大量的液体和支撑剂材料被注射至储集层中。在压裂处理结束时，压裂系统和储集层被压裂流体完全地充满。为了生产，油和气体必须在压裂流体饱和岩和压裂系统周围流动或者流动通过压裂流体饱和岩和压裂系统，使得压裂流体必须充分地从路径移除以便不削弱流动。为了将压裂流体从储集层和压裂岩移除，在钻井孔内引入压差以将压裂流体吸出储集层和压裂岩。压裂流体以这种方式被移除，或往回流动直到获得了持续的、稳定的、充足的油气产品为止。

一旦井处于产生状态，原始储集层流体的流动从井被引导至加工设施，在加工设施处，产生的流体被加工至在一定程度上符合销售或重新使用的合适的规格。在加工设施处加工天然气可以包括液体分离、脱水、天然气液体捕获、压缩以及对成分——比如二氧化碳、氮、硫、硫化氢和氧——移除污染物。加工设施可以位于钻井孔的附近或远处并且通过管线流体地联接至钻井孔。此外，加工设施可以适于加工来自单个井或多个井的原始储集层流体。

加工设施通常构造成具有在规定的入口压力下加工原始的原始储集层流体的流体组分的容量和能力，但这种构型通常不适合加工包括井的废料(比如压裂流体)或在压裂流体回收期间可获得的入口压力的组合物。更常见地，由于加工设施的在容量和能力方面的限制，注射的压裂流体的回收通过简单地使井朝向大气敞开来实现。对于后压裂回收而言共同的是，水和排出物的支撑剂成分通过临时压裂回流设备而与气体成分分离，临时压裂回流设备主要包括控制压力的扼流器、用于固体、液体和气体的相分离、用于液体的存储或处理，以及通向大气作为用于气流的出口的通气孔或扩口。回流设备通常包括端部敞开的导管，该导管将流引导至凹坑处；在凹坑处，液体与固体被分离并且被捕获在凹坑内，而气体被排放或燃烧至大气。这种技术使得引入钻井孔内的压差最大化以将压裂流体吸出储集层，并且消除了在试图将后压裂井内液气流引导至生产设施时可能遇到的复杂性、成本、混乱和损坏。

例如，考虑到如下井：该井至少生产天然气并且完成了基于氮激发的水的压裂处理。加工设施已经构造成处理原始井内液气流，原始井内液气流通常至少包括天然气，天然气具有25lb/MMscf(每百万英尺立方的量)的水、7vol％(体积百分比)的二氧化碳、1vol％的氮、0vol％的硫、硫化氢和氧并且具有1,025Btu/ft3的热含量，所有这些成分以75psig(磅/平方英寸)的最小压力进入加工设施。加工设施构造成然后将原始天然气处理至具有不超过下述范围的目标成分和状态的销售规格：该范围为7lb/MMscf的水、2vol％至3vol％的二氧化碳、3vol％的氮、50mg/m³的硫、15mg/m³硫化氢和0.4vol％的氧，以及在600psi的出口压力下在950-1150Btu/ft3的范围内的热值。同样地，加工设施构造成具有通过脱水过程从原始天然气移除至少20lb/MMscf的水、通过胺二氧化碳捕获系统从原始天然气移除5vol％的二氧化碳、并且随后将天然气压缩至所需的出口压力600psig的能力。该设施将不构造成从原始天然气移除氮、硫、二氧化硫或氧，或修改热含量，因为原始天然气的这些成分在销售规格内。在压裂处理之后并且在回流阶段期间，井被流动以使压裂流体从储集层移除。这是这样完成的：使用临时压裂回流设备直到当足够的原始储集层流体被包括在井内液气流内以使得井内液气流在加工设施的能力范围内被加工至销售规格时。这通常被称为已知的“净化”，其中，足够的压裂负载流体已经被回收并且井处于“生产”状态。这种后压裂净化过程或回流阶段可能耗时两周或更多周完成，这在井的寿命期间是相对短的时间并且不会保证加工设施的变化以允许加工后压裂井内液气流。初始地，在压裂流体的回流期间，井内液气流将包括几乎100％的注射的压裂材料，比如水、支撑剂以及氮气。这种原始井内液气流(“气流”)的气体成分——包含超过加工设施的能力的氮含量——不能被引导至设施并且被必要地排放或燃烧至含量为3％或低于3％。作为将高的氮含量的气流排放或燃烧的替代方案，回收的气流可以在进入加工设施入口之前被处理以通过增设例如临时氮捕获膜系统使氮移除。这种膜系统可以必要地包括脱水以使气体中的过量水蒸气移除，压缩以将气体驱动穿过膜，将分离出的氮排放至大气并且最后对分离出的天然气进行附加的压缩以满足加工设施的最小入口压力。