用于修井的設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開內(nèi)容大體上涉及將支撐劑混合且計(jì)量到待注入到井筒中的壓裂流體中的系統(tǒng)、設(shè)備或方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在石油和天然氣行業(yè)中，地層(即，“儲(chǔ)層”)通常經(jīng)處理(或“增產(chǎn)”)以增強(qiáng)或恢復(fù)井的生產(chǎn)率。通常，在處理操作期間在井場(chǎng)處使用大量井相關(guān)的車輛和設(shè)備。增產(chǎn)處理操作可以包含(例如)摻合單元、栗機(jī)組、歧管拖車、注酸單元、支撐劑運(yùn)送單元以及用于許多潛在程序的其它類型的設(shè)備。通常，每種類型的設(shè)備或單元安裝在其自身的車輛和拖車上或車輛和拖車組上，并且由專用于該特殊類型的設(shè)備的組員操作。
[0003]井口周圍的區(qū)域的準(zhǔn)備通常由給定項(xiàng)目期望的設(shè)備的數(shù)目和大小來(lái)指定。每一車輛類型和對(duì)應(yīng)組員應(yīng)在井場(chǎng)處具有足以在井的特定程序期間接近井的空間。在油田操作期間，在等待組員到達(dá)以按期望順序處理特定程序時(shí)可在一些操作期間停機(jī)。
[0004]在水力壓裂時(shí)，壓裂流體注入到井筒中、通過(guò)地層且迫使壓裂流體在壓力下使地層或巖石破裂和裂開。支撐劑放置在壓裂流體中且因此放置在裂縫內(nèi)以形成支撐劑充填層來(lái)防止在釋放壓力時(shí)裂縫閉合，從而提供可回收流體，即，油、氣體或水的改進(jìn)流動(dòng)。水力壓裂處理的成功涉及能夠使流體從地層流過(guò)支撐劑充填層的裂縫傳導(dǎo)性。換句話說(shuō)，支撐劑充填層或基質(zhì)相對(duì)于地層可具有高滲透性以使流體以低阻力流動(dòng)到井筒。支撐劑基質(zhì)的滲透性可以通過(guò)支撐劑和非支撐劑材料在裂縫內(nèi)的分布而增加以增加裂縫內(nèi)的孔隙度。
[0005]在注入壓裂流體之前，支撐劑和壓裂流體的其它組分可以摻合。水力壓裂操作可以在井場(chǎng)處每天摻合和栗送三百萬(wàn)鎊或130萬(wàn)千克以上的支撐劑或干組分。支撐劑通常在現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)在貯倉(cāng)或其它類型的單元中，所述貯倉(cāng)或其它類型的單元將支撐劑傳遞到與摻合單元相關(guān)聯(lián)的料斗中。支撐劑隨后從料斗計(jì)量到混合器中。
[0006]干組分(例如，支撐劑)和液體組分(例如，凝膠劑)可以在摻合器中摻合到壓裂流體(通常稱為漿液)中。例如在第4，453，829號(hào)美國(guó)專利中描述的摻合器等的摻合器可以具有帶有凹入上表面的環(huán)形配置的拋動(dòng)元件。多個(gè)直立刀片部件安裝在此拋動(dòng)元件的凹面上且葉輪部件附接到拋動(dòng)元件的下側(cè)。拋動(dòng)元件和葉輪被圍在外殼內(nèi)且緊固到通過(guò)安裝在外殼上方的電機(jī)旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)軸的末端。料斗安裝在外殼頂部的入孔上方，用于將沙或其它固體顆?；蚋山M分引入到外殼中。吸入孔在外殼的底部處，用于將流體或液體組分抽取到外殼中且所得流體-固體混合物通過(guò)外殼中的出口端排出。
[0007]在上述摻合器的操作中，沙流出料斗且通過(guò)外殼中的入孔落到旋轉(zhuǎn)拋動(dòng)元件上。在葉輪和拋動(dòng)元件以相同速度旋轉(zhuǎn)的情況下，葉輪的渦流作用產(chǎn)生通過(guò)吸入孔將液體抽取到殼體中的吸力。在液體被帶入殼體中時(shí)，液體通過(guò)葉輪加壓且與在離心作用下從拋動(dòng)元件向外拋的沙徹底混合。沙-液體混合物隨后在壓力下通過(guò)出口端不斷地排出，所述沙石-液體混合物從所述出口端被運(yùn)載到栗單元中且被注入到井中。例如上述一種摻合器等的一些摻合器可使干組分內(nèi)的空氣夾帶在漿液中。
[0008]例如在第4，614，435號(hào)美國(guó)專利中描述的一種摻合器等的其它摻合器經(jīng)設(shè)計(jì)以將干組分與流體組分混合，而不將空氣夾帶入所得漿液中。干組分包含在安裝在外殼部件的入孔上方的料斗中。料斗的出口端設(shè)定在入孔上方以在摻合器上的此點(diǎn)處提供外部排氣空間。外殼圍住拋動(dòng)元件和緊固到拋動(dòng)元件的下側(cè)表面的葉輪部件。
[0009]葉輪和拋動(dòng)元件兩者緊固到驅(qū)動(dòng)軸的底端，驅(qū)動(dòng)軸通過(guò)外殼的入孔向上延伸到使軸旋轉(zhuǎn)的電機(jī)。拋動(dòng)元件具有環(huán)形配置以及面朝外殼的頂部的頂側(cè)凹面。拋動(dòng)元件的下側(cè)表面具有在其中的凹口并且所述凹口限定出拋動(dòng)元件與葉輪之間的內(nèi)部排氣空間。拋動(dòng)元件還具有一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部排氣通道，所述內(nèi)部排氣通道從拋動(dòng)元件與葉輪之間的排氣空間向上延伸到拋動(dòng)元件的頂側(cè)表面。為了獲得60PSI至80PSI (每平方英寸的鎊數(shù))的期望壓力輸出，拋動(dòng)元件和葉輪可以1，200RPM與1，400RPM(每分鐘轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù))之間的速度旋轉(zhuǎn)。與通過(guò)葉輪和拋動(dòng)元件攪動(dòng)的支撐劑的摩擦特性結(jié)合的高轉(zhuǎn)速會(huì)在葉輪和拋動(dòng)元件構(gòu)件上引起腐蝕且通常使摻合器磨損，從而迫使頻繁的維修和重建。
[0010]除提供超過(guò)流體靜壓的加壓輸出的上述摻合器之外，還使用桶式摻合器。桶式摻合器將混合操作與栗送操作分開。桶式混合器將支撐劑和流體傳遞到含有攪動(dòng)機(jī)構(gòu)、例如旋轉(zhuǎn)漿式或水平帶式混合器的大桶中。干組分和液體組分在流體靜壓下由于重力而在此桶中發(fā)生混合，并且離心栗隨后從桶的底部獲取流體且在約80PSI的壓力下將流體排放到高壓壓裂栗或連接到栗的歧管拖車。
[0011 ] 此外，一些摻合器使用離心栗以通過(guò)在桶的頂部的旋轉(zhuǎn)拋動(dòng)元件來(lái)將干凈的液體組分栗送到封閉的桶中。離心栗使整個(gè)桶加壓并且拋動(dòng)元件將干組分引入且混合到液體組分中以形成漿液。漿液隨后在外殼中的切向排放點(diǎn)處離開桶。由于離心栗使桶加壓，因此桶內(nèi)的拋動(dòng)元件不會(huì)將能量傳遞到楽液而超過(guò)從離心栗接收到的能量。
[0012]在用于形成漿液的任何類型的摻合器中，存在由于漿液內(nèi)的支撐劑的高度摩擦性而經(jīng)受腐蝕和磨損的構(gòu)件。另外，一些摻合器還可能在維持到高壓栗或歧管的足夠排出壓力方面存在問(wèn)題。高壓栗可以距摻合器單元相當(dāng)大的距離位于井場(chǎng)上，有時(shí)遠(yuǎn)離摻合器150英尺以上或45m以上。在摻合器單元與高壓栗或歧管之間延伸的軟管上產(chǎn)生的壓降可以導(dǎo)致在高壓栗處的不充分吸入壓力條件，由此由于匱乏或空蝕而在高壓栗上引起不當(dāng)磨損。
[0013]摻合器通常用于將壓裂流體的各種組分一起混合在單個(gè)摻合器中。在增產(chǎn)工作和固井工作兩者中，纖維產(chǎn)品傳統(tǒng)上難以按期望濃度來(lái)處理和計(jì)量。現(xiàn)有纖維計(jì)量和傳遞系統(tǒng)通常出現(xiàn)的可靠性問(wèn)題包含纖維干擾計(jì)量設(shè)備且堵塞輸送滑槽。因此，單獨(dú)的纖維到液體組分界面是期望的，其防止堵塞且不受制于當(dāng)前纖維滑槽的限制性幾何結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]在本公開內(nèi)容的一個(gè)版本中，描述了一種井增產(chǎn)系統(tǒng)。井增產(chǎn)系統(tǒng)具有至少一個(gè)摻合系統(tǒng)、與所述至少一個(gè)摻合系統(tǒng)流體連通的歧管以及流體連接到歧管的增產(chǎn)栗。所述至少一個(gè)摻合系統(tǒng)具有帶有底盤的摻合器設(shè)備、位于底盤上的至少一個(gè)混合器、位于底盤上的至少一個(gè)傳送栗以及至少兩個(gè)流體排出口?；旌掀骶哂邢薅ǔ龅谝换旌掀魅肟凇⒌诙旌掀魅肟谝约盎旌掀鞒隹诘幕旌掀魍鈿?。第一混合器入口接收液體組分并且第二混合器入口接收干組分?；旌掀骷訅和鈿?nèi)的至少液體組分并且在高于流體靜壓的第一壓力下通過(guò)混合器出口排出液體組分。所述至少一個(gè)傳送栗具有限定出用以接收液體組分的栗入口、栗出口的栗外殼，并且不包括用于通過(guò)重力供給接收干組分的入口。所述至少一個(gè)傳送栗接收液體組分、加壓外殼內(nèi)的液體組分并且在高于流體靜壓的第二壓力下通過(guò)栗出口排出液體組分。所述至少兩個(gè)流體排出口包含與混合器出口流體連通的第一排出口以及與栗出口流體連通的第二排出口。歧管具有多個(gè)入口和多個(gè)出口。歧管經(jīng)由多個(gè)入口中的至少一個(gè)連接到所述至少一個(gè)摻合器設(shè)備的所述至少兩個(gè)排出口并且經(jīng)由多個(gè)出口中的至少一個(gè)流體連接到井筒，以將液體組分引導(dǎo)入井筒中。增產(chǎn)栗具有入口，其流體連接到歧管的所述多個(gè)出口中的至少一個(gè)以接收液體組分；以及出口，其流體連接到歧管的所述多個(gè)入口中的至少一個(gè)以在高于第一壓力和第二壓力的第三壓力下將液體組分傳送回到歧管。
[0015]在本公開內(nèi)容的一個(gè)版本中，摻合系統(tǒng)被描述為具有底盤和摻合設(shè)備。摻合設(shè)備具有位于底盤上的混合器以及位于底盤上的傳送栗。所述混合器具有限定出第一混合器入口、第二混合器入口以及混合器出口的混合器外殼。第一混合器入口接收液體組分并且第二混合器入口接收干組分?；旌掀骷訅和鈿?nèi)的至少液體組分并且在高于流體靜壓的第一壓力下通過(guò)混合器出口排出液體組分。傳送栗具有限定出用以接收液體組分的栗入口、栗出口的栗外殼并且不包括用于通過(guò)重力供給接收干組分的入口。傳送栗接收液體組分、加壓栗外殼內(nèi)的液體組分并且在高于流體靜壓的第二壓力下通過(guò)栗出口排出液體組分。
[0016]在另一版本中，描述了一種方法。所述方法通過(guò)將至少一種液體組分引入到摻合器設(shè)備的至少一個(gè)流體輸入口執(zhí)行。摻合器設(shè)備具有安裝在底盤上的混合器以及傳送栗，使得液體組分分流成被引導(dǎo)至混合器的第一入口的第一流以及被引導(dǎo)至傳送栗的栗入口的第二流。傳送栗不包括用以通過(guò)重力供給接收干組分的入口。干組分被引入到混合器的第二入口中?；旌掀鹘?jīng)操作以形成液體組分和干組分的漿液且在高于流體靜壓的第一壓力下通過(guò)混合器出口將所述漿液排放到摻合器設(shè)備的第一排出口。所述方法進(jìn)一步通過(guò)操作傳送栗以在高于流體靜壓的第二壓力下通過(guò)栗出口將液體組分排放到摻合器設(shè)備的與第一排出口分開的第二排出口來(lái)執(zhí)行。
[0017]在另一實(shí)施例中，描述了一種方法，其通過(guò)將第一液體組分引入到摻合器設(shè)備的至少一個(gè)流體輸入口來(lái)執(zhí)行。摻合器設(shè)備具有安裝在底盤上的混合器以及傳送栗，使得液體組分分流成被引導(dǎo)至混合器的第一入口的第一流。傳送栗不包括用以通過(guò)重力供給接收干組分的入口。第一液體組分被加壓至高于流體靜壓的第一壓力。第二液體組分作為被引導(dǎo)至傳送栗的栗入口的第二流引入。第二液體組分被加壓至高于流體靜壓的第二壓力。所述方法進(jìn)一步通過(guò)將第一流和第二流中相應(yīng)的第一液體組分和第二液體組分組合，隨后通過(guò)摻合器設(shè)備的流體排出口排出組合的第一和第二液體組分來(lái)執(zhí)行。
[0018]在另一實(shí)施例中，描述了一種方法。所述方法通過(guò)將第一液體組分引入到摻合器設(shè)備的至少一個(gè)流體輸入口來(lái)執(zhí)行。摻合器設(shè)備具有安裝在底盤上的混合器以及傳送栗，使得液體組分分流成被引導(dǎo)至混合器的第一入口的第一流。傳送栗不包括用以通過(guò)重力供給接收干組分的入口。第一液體組分被加壓至高于流體靜壓的第一壓力。第二液體組分作為被引導(dǎo)至傳送栗的栗入口的第二流引入。第二液體組分隨后被加壓至高于流體靜壓的第二壓力。所述方法隨后可以通過(guò)在分別通過(guò)摻合器設(shè)備的第一流體排出口和第二流體排出口排出第一液體組分和第二液體組分之后，將第一液體組分和第二液體組分組合在共用歧管中來(lái)執(zhí)行。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是根據(jù)本公開內(nèi)容的油田操作的一個(gè)實(shí)施例的透視圖。
[0020]圖2是根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實(shí)施例的修井單元/設(shè)備的示意性正視圖，所述修井單元/設(shè)備在本文中稱為具有安裝在底盤上的摻合器設(shè)備的摻合系統(tǒng)。
[0021]圖3示出根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實(shí)施例的摻合器設(shè)備的圖示。
【具體實(shí)施方式】
[0022