非均勻壓裂布置中的同步脈沖的制作方法
【專利說明】非均勻壓裂布置中的同步脈沖
[0001 ]優(yōu)先權(quán)
[0002]本申請(qǐng)要求享有2014年5月27日提交的屬于專利合作條約專利申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?4/287,526的美國(guó)非臨時(shí)專利申請(qǐng)以及2013年5月28日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?1/827,866的臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，二者的標(biāo)題相同并且均通過引用被結(jié)合于此。
【背景技術(shù)】
[0003]水力壓裂通過生成延伸穿過儲(chǔ)層到達(dá)井筒的高滲透流動(dòng)路徑而提高井生產(chǎn)率。水力壓裂包括將壓裂流體，例如壓裂漿液，水力注入到穿透地下地層的井筒中。所述壓裂流體在壓力下對(duì)地層作用直到地層受力開裂和破裂。支撐劑接著被放置到裂縫中以防止裂縫坍塌并且用于提高流體穿過所述儲(chǔ)層到達(dá)所述井筒的流動(dòng)，所述流體例如是油，氣或水。
[0004]在許多壓裂作業(yè)中，支撐劑被給送并且與干凈的載體流體混合到一起以形成所述支撐劑流體或漿液。接著通過一組栗將所述漿液栗送到共用管匯或發(fā)射機(jī)并且將其給送到井口裝置用于在壓力下注入到井下。所述支撐劑流體中的支撐劑的非均勻性在所述支撐劑被注入到裂縫中后有助于改善裂縫的傳導(dǎo)性。然而，使用多個(gè)栗以及壓裂系統(tǒng)的整體性設(shè)計(jì)能夠有效地使支撐劑混入到干凈的流體中并且形成基本上均勻的漿液。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]總體上，提供了一種技術(shù)，用于通過在支撐劑流體被注入到延伸穿過儲(chǔ)層的裂縫中時(shí)維持支撐劑流體的非均勻性而便利于壓裂作業(yè)。該技術(shù)包括:使用攪拌機(jī)以脈沖方式給送支撐劑材料，以形成支撐劑脈沖或股流。支撐劑脈沖或股流與流體混合，以形成支撐劑漿液，其中，支撐劑材料脈沖被第二流體分離，所述第二流體具有相對(duì)較低濃度的支撐劑。然后，支撐劑漿液在多個(gè)栗之間分流，所述栗被操作以將漿液栗送到井。為了維持非均勻性，單獨(dú)調(diào)整各個(gè)栗的栗速率，以控制所述支撐劑脈沖在所述多個(gè)栗下游的分散和基本維持被分離的支撐劑材料脈沖，從而維持支撐劑漿液的非均勻性。也可進(jìn)行各種各樣的其他系統(tǒng)調(diào)整，以提高整個(gè)壓裂系統(tǒng)維持聚集的支撐劑材料脈沖或股流被分離的能力。
[0006]然而，也可在實(shí)質(zhì)上沒有脫離本公開教導(dǎo)的情況下進(jìn)行許多修改。因此，這些修改也應(yīng)包括在權(quán)利要求所限定的本公開的范圍內(nèi)。
【附圖說明】
[0007]隨后參照附圖描述本公開的某些實(shí)施例，其中，相同的參考數(shù)字指代相同的部件。然而，應(yīng)該理解的是，附圖所示的是這里描述的各種實(shí)施方式，并不對(duì)這里公開的各種技術(shù)的范圍作限制，并且:
[0008]圖1為根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例，用于栗送具有從攪拌機(jī)接收的支撐劑脈沖的漿液的栗計(jì)劃的圖示說明；
[0009]圖2為根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例，布置在井場(chǎng)處的壓裂系統(tǒng)的示意圖；
[0010]圖3為根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例，具有移動(dòng)通過多個(gè)栗的支撐劑脈沖的支撐劑漿液的圖表說明；
[0011]圖4為根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例，通過栗下游的密度計(jì)測(cè)量的支撐劑濃度的圖表說明；
[0012]圖5為根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例，在栗速率調(diào)整之前支撐劑脈沖分散的圖表說明；
[0013]圖6為根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例，同樣顯不支撐劑脈沖分散的圖表說明；
[0014]圖7為根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)栗速率被單獨(dú)控制以維持支撐劑漿液的非均勻性時(shí)支撐劑脈沖分散的圖表說明；
[0015]圖8為根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例，可以用于與基于處理器的控制系統(tǒng)協(xié)作以調(diào)整壓裂系統(tǒng)參數(shù)的圖形用戶界面的圖像說明；
[0016]圖9為根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例，可以用于與基于處理器的控制系統(tǒng)協(xié)作以調(diào)整栗速率的圖形用戶界面的另一圖像說明。
【具體實(shí)施方式】
[0017]在后面的描述中，提供了多處細(xì)節(jié)描述以幫助理解本公開的一些實(shí)施例。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解的是，所述系統(tǒng)和/或方法沒有這些細(xì)節(jié)也可以實(shí)施并且描述的實(shí)施例可以具有多種變形或修改。
[0018]本公開總體上涉及一種技術(shù)，其通過在支撐劑流體被注入到延伸穿過儲(chǔ)層的裂縫的過程中維持所述支撐流體的非均勻性來改進(jìn)壓裂作業(yè)?？墒褂脭嚢铏C(jī)以脈沖的方式運(yùn)送支撐劑材料以形成支撐劑脈沖或股流。在本實(shí)例中，所述支撐劑與沒有支撐劑的流體混合并且作為支撐劑漿液被運(yùn)送到發(fā)射機(jī)匯管。所述支撐劑漿液接著被多個(gè)栗分流，其中，所述多個(gè)栗被操作用于將各部分的支撐劑漿液送到井里。在通過了所述多個(gè)栗之后，所述部分的支撐劑漿液被重新混合到一起成為單一的混合物，其可以被運(yùn)送到井口裝置。為了維持非均勻性，多個(gè)栗的栗速率被單獨(dú)調(diào)節(jié)以控制所述栗下游的支撐劑脈沖的分散并且大體上維持所述分離的支撐劑材料脈沖、進(jìn)而維持所述支撐劑漿液的非均勻性。也可以進(jìn)行其它系統(tǒng)調(diào)節(jié)，以增強(qiáng)整個(gè)壓裂系統(tǒng)在部分的支撐劑脈沖通過所述多個(gè)栗并且被重新混合以后維持所述分離的聚集支撐劑材料脈沖或股流的能力。
[0019]在圖1中，給出了一個(gè)曲線圖并且其顯示出從所述攪拌機(jī)被運(yùn)送到所述栗的支撐劑脈沖。在非均勻支撐劑布置應(yīng)用中，攪拌機(jī)可以被設(shè)計(jì)成以脈沖的方式釋放支撐劑，例如，沙子。如圖1所示，所述支撐劑脈沖與支撐劑較少的流體脈沖組合，以使得在支撐劑濃度相對(duì)較低的流體脈沖20之后跟著支撐劑濃度相對(duì)較高的脈沖22。
[0020]在圖2中，示出設(shè)置在井場(chǎng)26處的壓裂系統(tǒng)24的一個(gè)實(shí)例。應(yīng)該注意到的是，壓裂系統(tǒng)24根據(jù)情況可以包括多種其它和/或附加部件，所述情況包括地層和給定的壓裂作業(yè)設(shè)計(jì)。在圖示的實(shí)例中，壓裂系統(tǒng)24包括攪拌機(jī)28，其用于攪拌支撐劑和流體，例如，干凈流體，以形成被運(yùn)送到發(fā)射機(jī)32的匯管30中的壓裂流體或漿液。如上所述，攪拌機(jī)28可以被設(shè)計(jì)成以脈沖方式釋放支撐劑以形成被具有低支撐劑濃度的干凈流體脈沖分離的支撐劑脈沖，如圖1的曲線圖所示。
[0021]一旦支撐劑脈沖進(jìn)入發(fā)射機(jī)匯管30，脈沖在多個(gè)栗34之間被分流。所述多個(gè)栗34被劃分為左側(cè)栗和右側(cè)栗，并且支撐劑脈沖或股流22的各部分移動(dòng)通過所述多個(gè)栗34。由于多種壓裂系統(tǒng)因素，支撐劑脈沖22的各部分可在不同的時(shí)間離開所述匯管30，這樣易于支撐劑脈沖22與干凈的流體脈沖20混合。例如，由于匯管30的吸入和排除管線直徑之間的差別，裝配栗34的方式的差別，栗速率的差別，以及其它部件差別，相同的支撐劑脈沖22的各部分可能在不同的時(shí)間離開所述匯管30，除非按照下面更加詳細(xì)描述的內(nèi)容進(jìn)行操作。因此，初始的聚集支撐劑材料股流或脈沖不會(huì)在井口裝置36處重構(gòu)，而且不會(huì)是單個(gè)高聚集的支撐劑脈沖，相反所述脈沖變成分散的。與注入更多非均勻支撐劑漿液相比，將更多的這種分散的支撐劑漿液注入到儲(chǔ)層裂縫中形成更加狹窄的通道。
[0022]與上面所述的分散相比，本設(shè)計(jì)操控壓裂系統(tǒng)24的參數(shù)，以通過使支撐劑脈沖22的各部分移動(dòng)通過不同的栗以在相同的時(shí)間到達(dá)下游相遇，例如井口裝置36處相遇而維持非均勻性。在一個(gè)實(shí)施例中，可以操控所述高壓設(shè)備，例如栗34的栗送速率來促使支撐劑脈沖22移動(dòng)通過不同的栗34從而使得支撐劑脈沖的各部分在相同時(shí)間在匯管30的下游重新組合?？梢允褂枚喾N控制策略來調(diào)節(jié)栗34的栗送速率以在井口裝置36獲得非均勻的支撐劑漿液。例如，各種電子制表程序，C語言計(jì)算機(jī)程序，基于處理器的計(jì)算，和/或采用流體力學(xué)方程的其它計(jì)算可以被用于確定適宜的栗速率的操控。在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算每個(gè)栗34的栗速率并且操控這些栗速率以在壓裂流體移動(dòng)離開匯管30并通過各種高壓和低壓管線后移動(dòng)進(jìn)入井口裝置36的過程中最小化支撐劑脈沖22的分散。
[0023]這里描述的實(shí)施例包括在地面設(shè)備上調(diào)節(jié)栗速率以促使支撐劑脈沖22在相同時(shí)間或者近似相同的時(shí)間到達(dá)井口裝置36的過程。所述過程減少了脈沖分散并且提高了壓裂處理的效率。所述栗送速率的調(diào)整可以根據(jù)例如基于電子表格的輸出，可執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序，其它基于處理器的計(jì)算，和/或其它類型的計(jì)算的期望的控制參數(shù)被評(píng)價(jià)和選取，以確定顆粒物的流動(dòng)并且進(jìn)一步確定支撐劑脈沖22的各部分在到達(dá)井口裝置36之前通過每個(gè)栗34的流動(dòng)。所述栗送速率可以通過基于計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)和/或采用來自井場(chǎng)操作者的輸入自動(dòng)地被調(diào)整。
[0024]在圖2所示的實(shí)施例中，壓裂系統(tǒng)24包括六個(gè)栗34和安裝在發(fā)射機(jī)拖車38上的一個(gè)發(fā)射機(jī)32。栗34還可以是安裝在卡車和/或拖車上的栗。根據(jù)應(yīng)用，可以采用其它數(shù)量的栗34，發(fā)射機(jī)32，和/或攪拌機(jī)28。漿液從發(fā)射機(jī)32被排放進(jìn)入高壓管線40，例如，如圖2的實(shí)例所示，具有左側(cè)高壓管線和右側(cè)高壓管線的兩條高壓管線40?？梢酝ㄟ^一個(gè)下游密度計(jì)或者通過多個(gè)下游密度計(jì)在所述漿液到達(dá)井口裝置36之前監(jiān)測(cè)支撐劑通過高壓管線40的流動(dòng)。高壓管線40將發(fā)射機(jī)32與井口裝置36連接。
[0025]圖3和4的圖表顯示出了同時(shí)通過調(diào)節(jié)栗速率以及通過確定即使在栗速率沒有被優(yōu)化時(shí)用于維持改善的非均勻性的最佳實(shí)施方案來防止分散并且維持非均勻的支撐劑脈沖22。例如在圖3中，采用第一圖線44表示在發(fā)射機(jī)32入口處支撐劑脈沖22的支撐劑濃度，并基于來自于密度計(jì)42的數(shù)據(jù)，采用第二圖線46表示在發(fā)射機(jī)32出口處的濃度。在該實(shí)例中，栗速率在預(yù)定的，優(yōu)化的速率(參見頂部的圖表)與較少優(yōu)化的速率(參見底部圖表)之間變化。此外，壓裂系統(tǒng)24的左側(cè)和右側(cè)分別通過左側(cè)圖表和右側(cè)圖表表示。如下面更加詳細(xì)所述，壓裂系統(tǒng)24的右側(cè)具有優(yōu)化后的各種其它系統(tǒng)部件。
[0026]如圖表上方左側(cè)部分所示，在發(fā)射機(jī)32的出口處支撐劑脈沖的形狀已經(jīng)被重構(gòu)，以提供基本上再組合或重構(gòu)的支撐劑脈沖，如圖中的圖線46所示。然而，如果栗速率沒有被優(yōu)化，如圖表下方左側(cè)部分所示，支撐劑脈沖的不均勻性在發(fā)射機(jī)的32出口處被降低。然而，如果對(duì)壓裂系統(tǒng)24的其它參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，如圖表的上方右側(cè)部分和下方右側(cè)部分之間的過渡所示，即使栗速率從優(yōu)化的速率變化到低于所述優(yōu)化的