CN102947540A - 用于连续加热的水流的水加热装置和用于水压致裂的方法 - Google Patents

用于连续加热的水流的水加热装置和用于水压致裂的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102947540A
CN102947540A CN2010800620767A CN201080062076A CN102947540A CN 102947540 A CN102947540 A CN 102947540A CN 2010800620767 A CN2010800620767 A CN 2010800620767A CN 201080062076 A CN201080062076 A CN 201080062076A CN 102947540 A CN102947540 A CN 102947540A
Authority
CN
China
Prior art keywords
water
blender
hole
temperature
hydrofracturing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2010800620767A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102947540B (zh
Inventor
兰塞姆·马克·赫弗雷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SUPER HEATERS NORTH DAKOTA LLC
Original Assignee
SUPER HEATERS NORTH DAKOTA LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=43123794&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=CN102947540(A) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by SUPER HEATERS NORTH DAKOTA LLC filed Critical SUPER HEATERS NORTH DAKOTA LLC
Publication of CN102947540A publication Critical patent/CN102947540A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102947540B publication Critical patent/CN102947540B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/01—Control of temperature without auxiliary power
    • G05D23/13—Control of temperature without auxiliary power by varying the mixing ratio of two fluids having different temperatures
    • G05D23/1306—Control of temperature without auxiliary power by varying the mixing ratio of two fluids having different temperatures for liquids
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/25—Methods for stimulating production
    • E21B43/26—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
    • E21B43/2607—Surface equipment specially adapted for fracturing operations
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/25—Methods for stimulating production
    • E21B43/26—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
    • E21B43/267—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures reinforcing fractures by propping
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/10—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium
    • F24H1/12—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium in which the water is kept separate from the heating medium
    • F24H1/124—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium in which the water is kept separate from the heating medium using fluid fuel
    • F24H1/125—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium in which the water is kept separate from the heating medium using fluid fuel combined with storage tank

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Accessories For Mixers (AREA)
  • Lubricants (AREA)
  • Fats And Perfumes (AREA)

Abstract

一种对产油地层进行压裂的方法包括：提供加热装置，加热装置是可运输的并且具有容纳水的容器。该方法企图将水加热至约200℉(93.3℃)的温度。凉水或冷水水流从水源输送至混合器，凉水水流位于环境温度下。混合器具有入口和出口，入口接收来自水源的凉水或冷水，出口能排放凉水或冷水与热水的混合物。在混合器中混合之后，水呈现出适于与在压裂过程中使用的化学制品混合的温度，诸如40-120℉+(4.4-48.9℃+)的温度。开口将冷水和热水的混合物排放至调节罐或混合罐。在混合罐中，支撑剂和任意选择的化学制品被添加到已经变暖的水中。具有支撑剂和任选的化学制品的水从混合罐被注入到井中用作水压致裂操作的一部分。混合器优选地采用横向配件，横向配件能使被加热的水以锐角进入混合器。混合器还可提供在第一横向配件的上游离开混合器的孔的横向配件，第二横向配件通过诸如软管的导管将水输送至加热器。

Description

用于连续加热的水流的水加热装置和用于水压致裂的方法
发明人：
兰塞姆.马克.赫费雷，美国公民，住址：美国俄克拉荷马州埃尔克城Bluestem巷1201号，邮编：73644。
受让人：
SUPER HEATERS NORTH DAKOTA LLC(高级加热器北达科他州有限责任公司)(美国，德克萨斯州，有限责任公司)，14904 GaillardiaDr.，Oklahoma City，OK 73142-1832，US。
相关申请的交叉引用
通过引用并入本文的是以前的于2010年7月23日提交的第12/842,738号美国专利申请、于2010年1月21日提交的第61/297,097号美国临时专利申请、于2009年10月22日提交的第61/254,122号美国临时专利申请、以及于2009年9月18日提交的第61/276,950号美国临时专利申请。本文要求这些申请的优先权。
关于联邦资助的研究或开发的声明
不适用
对“微缩胶片附录”的引用
不适用
发明背景
1.发明领域
本发明涉及用于连续制备在水压致裂中使用的加热的水流的方法和装置。
2.发明的主要背景
关于从地质构造开采油和气，这种油和气开采可能因地层在钻探期间(尤其在具有低孔隙度的致密砂岩和含油和气的页岩的地层中)的低渗透率或损坏或堵塞而具有低流速。水压致裂，也称为“压裂”，是在钻出井之后所采用的方法，用于完成井以提高碳氢化合物的开采。
水压致裂通过使井眼周围的地层破裂而形成多孔结构。这些裂缝允许油或气更容易地从致密砂岩或页岩流向生产井。在地层中形成裂缝的普通方法是将水、化学制品和沙的混合物泵送到岩石或地层中。当泵送的流体混合物达到足够的压力时，地层将破裂，从而形成释放所拥有的碳氢化合物所需的渗透性。
水压致裂通常必须以充分的速率和压力将流体注入到井眼中以克服产生从井眼延伸的破裂或断裂地层的抗张强度。第3,816,151号美国专利、第3,938,549号美国专利和第4,137,182号美国专利(每个专利通过引用并入本文)涉及使用各种压裂流体的水压致裂方法。
下面的美国专利文献也是通过引用并入本文：2008/0029267、5979549、5586720、5183029、5038853、4518568、4076628、2631017、2486141、2395258、2122900、2065789。
压裂流体的一个关键要素是水，水是该方法所需的支撑剂(以及任选的合适的化学混合物)的携带流体。支撑剂撑开裂缝并且提供多孔性以允许碳氢化合物流出地层。在压裂流体被注入井之前，水通常被加热至目标温度(例如，40℉至120℉(4.4℃至48.9℃+))，目标温度取决于地质构造和所使用的化学制品，典型地在位于蒙大纳北达科达州和南加拿大的Bakken页岩为65℉-75℉(18℃-24℃)，以实现每个具体水压致裂操作所需的合适的化学混合物。在与化学制品混合之前加热水的另一结果是减少水力压裂操作可能需要的化学制品的量。此外，加热的水的较低密度将降低管和连接件上的压力并且因此降低机械故障的风险。在较冷的月份和较冷的环境中，可用的水源的温度通常低于50℉(10℃)(甚至低于冰点)，这种温度通常是不适于压裂过程的低温。在水和压裂流体被泵送到孔之前将可用的水加热至适于压裂过程的温度(例如，40℉至120℉(4.4℃至48.9℃+))是必要的。
提供加热的水的常见和已知的方法要求，在压裂过程之前，源水被泵送到多个压裂罐，然后各个单独的压裂罐中的水循环通过加热单元以使压裂罐中的温度上升至压裂的化学混合物所需的预设温度。然而，由于加热(加热通常在压裂操作之前的夜间进行)之间的时间消耗，发生显著的热损失。每个罐必须被加热至比操作所必需的温度高例如10-50℉(5.6℃至27.8℃)(常常为20℉至30℉(-11.1℃至16.7℃))。例如，如果所需的温度为70℉(21℃)，那么每个罐将需要被加热至至少90℉-120℉(32℃-48.9℃)。大幅的过热是实质的费用和能量的浪费。将水泵送至压裂罐和使用加热单元加热压裂罐中的水在工业中是已知的。图5为现有技术类型配置的实施例。有很多提供这种服务的商业。压裂罐的数量通常可为20-700罐(Marcellus页岩(位于从南部延伸的田纳西州的西纽约地区)的平均值为500罐)-当前在典型的压裂过程(罐的传送、租赁、清洁和拆卸)中每罐花费约500-2,000美元，所以这些压裂罐是压裂过程中的实质花费。通常，压裂过程中的大量安全问题涉及压裂罐的处理。必须将压裂罐加热至充分高于目标温度以允许加热与使用之间的热损失。因为，通常压裂罐的加热发生在夜间，所以可以是例如10-50℉(5.6℃-27.8℃)。高于目标温度的温度量取决于当地气候条件。
发明内容
本发明的装置和方法需要水源、泵和管道，管道能够例如以每分钟约100桶(11.9kl)(有时高达每分钟150桶(17.9kl)，有时低达每分钟30-50桶)将水连续输送通过混合器或混合歧管并且到达压裂罐。
当水(通常为凉水或冷水)从其源被泵送通过混合歧管时，一部分水量(例如每分钟7桶(0.83kl))被输送通过歧管处的管道且到达并通过加热单元。这种加热装置优选地为能够加热较少量水的可移动单元，例如通过诸如0.22亿BTU(232亿焦耳)加热器每分钟加热7桶(在所有气候条件下一致地加热至该容量，而不管环境温度)。
加热单元使被输送水的例如7bbl(0.83kl)的环境水温增加至通常约190-200℉(87.8-93.3℃)(并且在加压管道系统中增加至240℉(116℃))。这种加热优选地在连续流(与批量处理相反)的基础上实现，被加热的水被输送通过管道回到混合歧管并且连续混合到环境水流中。过热的水与较冷的水的混合导致(每个加热器单元)水温以例如每分钟100桶(bbl)连续泵送流的速率增加约5℉-15℉(2.8-8.3℃)。较低的流速(诸如每分钟20bbl(2.4kl))将使温度更加得更快，导致更高的温度上升。甚至可以每分钟150bbl(17.9kl)的速率运行，但是每单元温度上升将会降低。
为了实现更高的水温，可使用多个加热单元(例如2-4个或更多)来加热水，所有加热优选在连续流的基础上实现。均匀加热的水的移动水流优选被输送至少量任选的压裂罐，压裂罐可在机械故障或操作问题的情况下用作水流与泵送操作之间的安全缓冲器。
具有歧管的加热系统可被设计为优选连续加热多达每分钟100bbl(11.9kl)(或者甚至更多)。为了满足在压裂过程中使用的水的所需的(目标)温度(例如，40℉至120℉+(4.4℃至48.9℃+)，并且常常为65℉-75℉(18℃-24℃)、或70℉-80℉(21℃-27℃))，可调整来自环境源水的流速以提供更大或更小的量，并且多个顺序的混合歧管和加热器单元可被添加至该过程。
混合歧管包括流入口和流出口，流出口允许源流水通过混合歧管进入压裂罐。在流入口与流出口之间，混合歧管具有至少一个冷水转移口，冷水转移口连接至管道以将一部分冷水流转移至加热单元。在混合歧管中，热水返回口位于冷水转移口的下游，该被称为热水返回口的第二开口允许加热的水进入混合歧管以与冷水流混合，从而在水到达压裂罐(或如果省略压裂罐则到达混合罐)之前使水温均匀上升。
在另一实施方式中，在将加热的水泵送到压裂罐(或如果压裂罐被省略则为混合罐)之前，被混合且被加热的水流可再次通过第二混合器或第二混合歧管，并且一部分被混合且被加热的水被转移至第二加热单元以将该水加热至200℉至240℉(93.3℃至116℃)，该过热的水可回到混合歧管以与以约每分钟100bbl(11.9kl)连续移动的水流混合，从而使水流温度获得额外的+10℉至+15℉(+5.6℃至8.4℃)的均匀上升。该被混合且被加热的水随后可输送至任选的压裂罐(如果被使用)并随后输送至混合罐以与压裂化学制品混合，随后被泵送至井下以供水压致裂过程使用。如果需要，可沿着泵送管附接多个顺序的加热单元以使连续水流的温度上升至所需或预定的目标温度。
混合歧管可以是工业中使用的任何长度或大小的管或罐，冷水转移口和热水返回口可在混合歧管中、或沿管道以任何可用方式配置且间隔，以允许过热的水与连续流动的源头水混合。
混合歧管或混合器可以是诸如直径为6-12英寸(15-30cm)、诸如直径为10英寸(25cm)且长度近似2至6英尺(61-91cm)的管状元件或罐。管直径和长度可根据泵送操作的要求而改变。冷水转移口连接至更小的管(诸如3英寸(7.6cm)管)，更小的管优选地以一个角度(诸如约45°)附接至混合歧管以与混合歧管和冷水转移管形成Y型。当在俄克拉荷马州对水进行加热时，一些操作者使用10英寸(25cm)管路，一些操作者使用12英寸(30cm)。当加热Pennsylvania中的水时，一些操作者使用10英寸(25cm)管路，其它操作者使用四到六个6英寸(10-15cm)管路。
优选地，凸起的刚性半圆形的凸缘从冷水转移口的背侧延伸至混合歧管中以对源头水流形成部分阻塞或堵塞，使一部分冷水流转移到冷水转移口并且通过管道进入加热单元。这种凸起的凸缘部分地阻塞和堵塞被引吸和流入管道并流至加热单元的水流。混合歧管中的这种部分阻塞还在冷水转移口处和之外的源头水流中建立紊流，紊流有助于在过热水流入位置处的混合。该凸缘可以是刚性金属凹状半圆，在其最高点处具有例如1/8英寸(0.32cm)的宽度和1.5英寸和2英寸(3.81至5.08cm)的高度并且渐缩以在凸缘的半圆的端部处与混合歧管的侧面齐平；但是，凸缘可以为许多的形状、大小和在混合歧管中的位置以在混合歧管中引吸和建立紊流。
歧管中用于附接过热水管道的热水返回口优选地位于流出管的混合歧管的流动的源水中的冷水转移口的下游。用于输送过热水的热水返回口优选地同样具有延伸到流动的水流中的凸缘，进一步在水中建立紊流，从而导致过热水与连续流动的冷水的更大的混合动作，以在冷水通过混合歧管和通过管道到达充当调节罐的压裂罐(如果没有充当调节罐的压裂罐则直接到达混合罐)时使冷水的温度上升。位于开口的前侧或上游侧的第二凸缘提供对冷水的流动的部分阻塞，以有助于被加热的水流入混合歧管。位于热水返回口上且邻近该开口的该凸缘最优地与冷水转移凸缘具有相同的大小和形状，但是，该凸缘还可使用许多的形状、大小和在混合歧管中的位置以部分的阻塞流动以便于热水流入混合歧管并且在混合歧管中建立附加的紊流。
当水流被输送且充填任选的压裂罐(如果使用的话)然后按照操作要求被输送至混合罐、压裂泵送单元和井下时，热水和冷水的附加混合发生在混合歧管之外。被加热的水被输送且可暂时保存在压裂罐或调节罐中或者在没有调节罐的情况下直接泵送至混合罐。该装置和过程实质上减少了所需的压裂罐的数量(或者甚至不需要压裂罐)。在所描述的过程的一个实施方式中，利用近似6至8个500bbl(59.6kl)压裂罐，在机械故障或操作问题的情况下，压裂罐用作水流与泵送操作之间的安全缓冲器。
适当的加热单元可通过制造商购得或制造。示例性的制造商包括位于德克萨斯州敖德萨的Rush Sales Company(它们生产Rush压裂水加热器)和德克萨斯州威奇托福尔斯的Chandler Manufactruing公司(具有6个燃烧器和0.22亿BTU(232亿焦耳)的柴油机单元)和Vita Internaitonal。如图5所示的传统的加热卡车通常产生远小于0.2亿BTU(211亿焦耳)。它们可用于本发明的系统和方法中，但是能够传递至少0.15亿BTU(158亿焦耳)、优选地多达0.25亿BTU(264亿焦耳)(例如0.22亿BTU(232亿焦耳)或更多)的更强大的加热单元12(诸如由Chandler Manufacturing公司生产的加热单元)是优选的。管道、泵和压裂罐全部可从工业中的多个供应商和承包商获得。
有许多其它可想到的冷水和热水的流入和流出以及在混合歧管中的输送的布置和配置，包括冷水和热水流入的并行泵送和独立于通过混合歧管的主要水源为加热器使用辅助的水源。
本发明的方法可包括一些或全部的如下步骤。这些步骤可以按照如下顺序：
1)通过输送至管道歧管或混合器建立每分钟约20-150+bbl(2.4-17.9+kl)(典型地更大为60至100bbl(7.2至11.9kl)的源头水流，歧管或混合器将一部分源头水转移至一个或多个加热单元；
2)过热的水回到连续流动的源头水以满足所需或目标温度；以及
3)将被加热的水(例如，60-120℉+(16-48.9℃+)，典型地65-80℉(18-27℃)输送至用于化学制品添加的混合罐和最终的压裂过程。
可添加到水中的化学制品的实施例包括：皂土凝胶和由这种压裂操作商(诸如Schlumberger，Halliburton和BJ Services)使用的其它化学制品。通常，支撑剂(诸如，沙、陶瓷珠、矾土或其它)在水被注入井下之前与水混合。支撑剂有助于保持开启的压裂。支撑剂可例如为由这种操作商(诸如Schlumberger，Halliburton和BJ Services)使用的任何东西。
通常，如果使用更多的化学制品则能够使用较低温度的水。例如，尽管通常可能希望在具体位置在具体的压裂过程中使用40℉-120℉(4.4℃-48.9℃)的水(“减水阻压裂(slick water frac)”指使用较少化学制品的过程)-它使用具有很大压力的紊流-支撑剂用于所有压裂过程-与凝胶压裂相比，减水阻中可携带更多(有时多达两或三倍)支撑剂，可替代地使用较低温度60-120℉(16-48.9℃)的水(“凝胶压裂”指使用较多化学制品(凝胶和支撑剂)的过程)。在压裂过程中使用的水量的实施例为30,000桶至350,000桶(3,577-41,734kl)，尽管可使用10,000桶(1,192kl)至1百万桶(119,240kl)(例如较大的量可覆盖多个井)以上。较高的水温有时可导致较少的化学制品使用。目前一些井在350,000桶(41,734kl)水的情况下接近作为支撑剂的1百万磅(453,592)沙。
通过在低温下的测试，发明人已经认识到将水从冰点加热至约40℉(4.4℃)耗费大量的热。当将水从近冰点开始加热时可能需要更多的加热器，或者可能首先在压裂罐(例如，加热至3或4至50或100压裂罐)中预热一些水以添加热量，以将水温从近冰点加热至约40℉(4.4℃)。还可在水池自身中加热以帮助水温上升至约40℉(4.4℃)。而且，当水源含冰时，最好从水源仅抽取液态水而不需要冰。否则，可能损失大量的热来熔化冰。
优选地，将一个或两个单元置于邻近水源并且将另一单元置于邻近压裂泵。看来，当水行进约1英里(1.61km)时在管路(发明人认为因为摩擦所致)中将增加可能1或2℉(0.6-1.1℃)的热量。
附图说明
为了进一步理解本发明的本质、目的和优点，应该参照下面详细的描述，结合附图阅读，其中在附图中相似的标号表示相似的元件，其中：
本发明和本发明的特征由下面表示非正规附图的图形和照片所揭示和公开。
图1为本发明的装置的优选实施方式的部分立体图；
图2为沿图1的线2-2截取的横截面视图；
图3为本发明的装置的优选实施方式的示意图并示出了本发明的方法；
图4为本发明的装置的优选实施方式的示意图并示出了本发明的方法；
图5为现有技术油井压裂泵送系统的示意图；
图6为本发明的装置的优选实施方式的示意图；
图7为本发明的装置的可替代实施方式的示意图；
图8为本发明的装置的另一可替代实施方式的示意图；
图9为本发明的装置的另一可替代实施方式的示意图；
图10为本发明的装置的另一可替代实施方式的示意图；
图11为本发明的装置的另一可替代实施方式的示意图；以及
图12为本发明的装置的另一可替代实施方式的示意图。
具体实施方式
图1-4和6-12示出了本发明的装置的优选实施方式，本发明的装置通常由图3和6中的标号10指定。可替代的实施方式由图4中的标号110、图7中的标号210、图8中的标号310、图9中的标号410、图10中的标号510、图11中的标号610、以及图12中的标号710指定。在图6中，水源11可以是水库、湖或其它水源。
可移动加热器12用于在压裂操作和油井中使用的过热的水。通常，这种压裂操作可参见通过引用并入本文的第4,137,182号美国专利。
可移动加热器12是可运输的加热装置并且包括卡车13和拖车14。拖车14运送加热容器15，加热容器15例如可以是容纳水且可用电或其它加热元件或用丙烷或优选地柴油燃烧器进行加热的罐或管道。作为水压致裂操作的一部分，待注入到油井16中的水包括由可移动加热器12加热的极热水和从水源11接收的环境水。
可包括卡车13和拖车18的泵送装置17将制备好的水(水加上所选的化学制品(任选的)和支撑剂)泵送到井16中。来自源11的水流入流送管19并进入混合器20。混合器或混合歧管20可更详细地参见图1和2。混合器20从水源11接收环境温度水，并且将环境温度水与在可移动加热器12的容器15中加热的极热水混合。
混合器20的详细结构参见图1和2。混合器20具有管状或圆筒状主体21，主体21由围绕孔23的壁22限定。管状主体21具有位于第一入口端部24中的第一入口26和位于出口端部25中的第一出口27。孔23与流入口26和流出口27相通。箭头28、29示出了主体21中的水流的方向，如图2所示。图2中的弯曲箭头30示出了为了确保被加热水和环境温度水完全混合而出现的紊流。
管状主体21连接有一对导管。这一对导管包括导管31和导管32。导管31为第二出口并且从管状主体21的孔23移除环境温度水。导管32为第二入口并且在导管31的下游将被加热的水注入主体21的孔23内。以这种方式，导管31不会从管状主体21的孔23排出任何被加热的水。相反，通过导管31离开管状主体21的孔23的水为环境温度水。环境温度从混合器20的管状主体21的排放如图2的箭头39所示。
导管31、32中的每一个均具有孔。导管31具有孔33。导管32具有孔34。导管31、32中的每一个均具有内端部和外端部。导管31具有内端部35和外端部36。导管32具有内端部37和外端部38。内端部35、37中的每一个均占据管状主体21的孔23内的位置，如图2所示。以这种方式，导管31的孔33占据管状主体21的孔23的一部分。类似地，从导管32的孔34排放的流体直接排放至管状主体21的孔23内。图2中的箭头40示出被加热的水通过导管32排放至管状主体21的孔23内。
尽管导管31的孔33的纵轴线与导管32的孔34的纵轴线相对于管状主体21的孔23的纵轴线的角度被示为约45度，但是这些角度可从0度变化到90度，并且这些角度无需相同。
如图2所见，第一入口26位于第二出口31的上游，第二出口31位于第二入口32的上游，第二入口32位于第一出口27的上游。
在图6中，流送管41和42用于在可移动加热器12与混合器20之间传送水。流送管41从作为第二出口的导管31接收作为环境温度水的水，并且将该环境温度水输送至加热器12的容器15。在已经在容器15中对水加热之后，通过流送管42将水输送至混合器20的作为第二入口的导管32。应该理解，流体从流送管41穿过加热器12的容器15随后到达流送管42的流动可以是连续的过程。作为一个实施例，流送管19中的环境温度水流可以是约每分钟20-150bbl(2.4-17.9kl)，并且典型地约每分钟60-100桶(7.2-11.9kl)。流送管41和42中的流速可以是例如每分钟连续7桶(0.83kl)。
过热流送管42中的温度可以超过200℉(93.3℃)，并且如果流送管42被加压则可超过240℉(116℃)。流送管43示出了将加热的水从混合罐或下孔罐46传送至泵送装置17，然后传送到井16中用于压裂操作。在图6中，调节罐45可任选地在混合器20的下游和混合罐46的上游使用。
为了达到更高的水温，可使用多个加热单元12来对水进行加热，全部过程均基于连续流动实现，如图4所示。均匀加热的水的移动流可输送至调节罐，在发生机械故障或操作问题的情况下，调节罐可用作水流与泵送操作之间的安全缓冲器。
如图4所示，管47(市场上有售)的接头可置于两个混合器20之间。在图4中，被混合且被加热的水流可通过第二混合器或第二混合歧管20，被混合且被加热的水的一部分转移到第二加热单元12以被加热到例如约200℉至240℉(93.3℃至116℃)之间。可将这种过热水返回到混合歧管20用于与连续移动的水流混合，从而使水流的温度获得额外的+10℉至+15℉(+5.6℃至+8.4℃)的均匀升高。这种被混合且被加热的水随后可输送至混合罐46中以与任何所选的水压致裂化学制品混合并且随后向下泵送至孔中以供水压致裂过程中使用。如果需要，可沿着泵送线附接多个顺序的加热单元12(和混合器20)以使水的连续流的温度连续上升至所需或目标温度。混合器20可串联(如图4所示)或并联或以并联和串联的组合连接(如图10和12所示)。
在图7(可替代的配置)中，已经除去了调节罐。混合罐46可用于将任何所选的化学制品和一种或多种支撑剂与已经从混合器20排出并准备用于井16中的水压致裂操作的水混合。
如图5所示的传统的加热器卡车112通常产生远少于0.2亿的BTU(211亿焦耳)。它们可用于本发明的系统和方法中，但是能够传递0.22亿BTU(232亿焦耳)或更大的更强大的加热单元12(诸如德克萨斯州威奇托福尔斯的Chandler Manufacturing，Inc.所生产的加热单元)是优选的。尤其优选的是可从Chandler Manufacturing公司购得的柴油动力加热器，其中，水流过一些金属盘管，并有六个加热器对盘管加热。这种加热器单元的实施例可见www.chandlermfg.com/item.php？pid＝34，并且被认定为燃油的压裂水加热器(并且在第US2010/0000508号美国专利公开文本中进行了说明)。然而，可使用能够快速加热大量水的其它加热器单元。柴油动力单元是优选的，因为在较冷的环境中丙烷易于液化并且不能有效地加热。优选地，本发明的每个加热卡车每分钟可运行70-100桶(8.3-1109kl)，同时温度上升至少约15华氏度(8.4℃)。
通过在低温下的测试，发明人已经认识到将水从约冰点加热到约40℉(4.4℃)需要大量的热。当将水从近冰点开始加热时可能需要更多的加热器12，或者可能首先在附加的压裂罐(例如，3或4至50或100个压裂罐)中将一些水预加热以添加将近冰点的温度变暖至约40华氏度(4.4℃)所需的热量。还可以在通过例如图3和4所示的本发明的加热系统对水进行进一步加热之前在水池自身(例如，当水源11为水池时)中进行加热，以有助于水温上升至40至45华氏度(4.4或7.2℃)(水池将会发生辐射热损失，所以通常不会想要在水池中将水加热至40至45华氏度(4.4或7.2℃)以上)。在水池中的加热可通过例如图3和4所示的一个或多个加热器12实现，加热器12使水通过软管41和42循环往返于水池。
而且，尽管通常水在32华氏度(0℃)处结冰，流动的水或具有各种物质的水有时候可冷却到32华氏度(0℃)以下都不会结冰。因此，有时本发明可能开始处理低于32华氏度(0℃)以下的水。而且，有时水源可能包含冰，但是，如果包含冰的水能够流过混合器20，其仍然可以使用。然而，避免将冰拖入入口是优选的，因为冰在融化时可能会导致相当程度的热量损失。
调节罐或枢转罐45优选地为水流入和流出的直立圆形罐(与图6所示的混合罐46相似或相同)。发生在调节罐45中的搅拌是有帮助的，好像能为水添加热量(好像能发生更好的混合，所以即使不需要调节罐或枢转罐45用于调节，但是无论如何可能想要使用2-20个这种调节罐或枢转罐)。
可在多个调节罐或枢转罐之间实现歧管装置以平衡热量。枢转罐或调节罐45可以与混合罐46类似的方式成形。优选地，加热的水流过调节罐(如图10所示，混合罐46充当调节罐)。调节罐在造成难以产生加热水的一些故障或其它问题的情况下提供缓冲。在故障或其它问题期间，来自调节罐的加热的水可被引导至混合罐，即便不再用被加热水重新充填调节罐。优选地，提供足够的调节罐使得在造成被加热水的产生中断的故障或其它问题期间在压裂操作中不发生中断，或者提供足够的调节罐使得在造成被加热水的产生中断的故障或其它问题期间依次停止压裂。通常，调节罐保持有每罐约480-500桶(57.2-59.6kl)被加热水。
尽管在附图中未示出泵和阀，可提供适当的泵和阀以按需要引导水，本领域技术人员能够确定在何处放置泵和阀以实现期望的水流。
水管路可接在一起并且若干管路可供至单个加热卡车以及从单个加热卡车发出。
流速可以是每分钟100桶(11.9kl)(尽管这可能偏高或偏低)，并且通过本发明的优选的加热器卡车，(对于一个卡车)每分钟100桶(11.9kl)的温度优选地可增加约15华氏度(8.4℃)。
当前正常的目标水温为70-90华氏度(21.1-32.2℃)(但是可以更高)。不需要使水过热(当加热罐时必须过热)，因为本发明的在线加热方法的热损失(如果有的话)通常是最小的。
在本发明中使用的卡车的维护包括盘管的化学制品(例如，盐酸)洗涤以使热传递时间保持较短(否则可能在盘管上积累妨碍热传递的物质)。
优选地，垂直的圆罐(诸如混合罐46)更好地混合加热的水和冷水以获得在压裂操作中使用的更均匀的水温。
图8与图7类似，但是图8所示的装置310包括取代图7所示的歧管20的混合罐46(可使用能够引起紊流的任何东西来取代图1所示的歧管20，尽管歧管20是优选的，因为歧管20是相对简单和紧凑的混合装置)。从水源11抽出的水经过流送管19和第一入口56进入混合罐46，其中一些水通过第二出口61和流送管41被抽出并进入可移动加热器12，然后通过流送管42和第二入口62回到混合罐46，然后继续流过第一出口57和流送管19流入到位于压裂泵送装置17附近的混合罐46。从泵送装置17开始，水与图7所示一样流动。相信，当第一入口56位于罐46底部附近、第一出口57位于罐46顶部附近以及第二入口62位于中间的某个位置时，在罐46中发生更好的水混合。而且，相信，如果混合罐46如图所示为垂直圆筒状罐，将会发生更好的混合。
图9与图8类似，但是图9所示的装置410包括取代图1所示的歧管20的半歧管120和混合罐46。如图9所示，在处于水源11温度的水流过半歧管120，在半歧管120中，一些水被通过半歧管120的第二出口(导管)31被转移到流送管41和加热器12，然后通过流送管42转移到混合罐46的第二入口62中。来自流送管42的被加热水在混合罐46中与在第一入口56处进入罐46的处于水源11温度的水混合。然后水通过第一出口57流出，经过流送管19，到达位于压裂泵送装置17附近的混合罐46。从泵送装置17开始，水与图7所示一样流动。
图10示出了装置510，装置510包括三个可移动加热器12以及三个歧管20，其中两个可移动加热器12彼此平行且位于水源11附近，另一个可移动加热器12位于压裂泵送装置17附近。可移动加热器12之一串联有三个调节罐46，尽管这些调节罐46可以与两个相互并联的可移动加热器12串联，或者它们可以与所有三个可移动加热器12串联，如图10所示。而且，可能存在尽可能少或一个调节罐46，也可能存在由操作者慎重考虑的尽可能多的调节罐46，例如可能存在3或4个混合罐46，直到高达50或100个混合罐46(甚至更多)。水通过歧管20、加热器12和调节罐46的流动与现有技术附图中的相同。
图11示出了装置610，装置610包括两个可移动加热器12，这两个可移动加热器12直接连接至水源11(水池)，并且水从水池中抽出并回到水池中。还存在三个可移动加热器12，它们分别连接至混合罐46，以对混合罐46中的水进行加热。而且，可能存在尽可能少或一个调节罐46以及相关可移动加热器12，也可能存在由操作者慎重考虑的尽可能多的调节罐46，例如可能存在3或4个混合罐46，直到高达50或100个混合罐46以及相关可移动加热器12(甚至更多)。
图12与图11类似，但是图12中的装置710与装置610的不同之处在于，一个卡车移动从水池11移开并且在水通过流送管19时对水进行加热。图12示出了与管19串联且充当调节罐的三个附加的混合罐46。与图11一样，还存在分别连接至混合罐46以对混合罐46中的水进行加热的三个可移动加热器12，。这些混合罐46在流送管119中彼此串联，流送管119与流送管19并行并且然后并入到流送管19。而且，可能存在尽可能少或一个调节罐46以及相关可移动加热器12，也可能存在由操作者慎重考虑的尽可能多的调节罐46，例如可能存在3或4个混合罐46，直到高达50或100个混合罐46以及相关可移动加热器12(甚至更多)。
在西北达科达州的中部有很大的湖(Sakakawea湖)。压裂操作将对地下水造成极大的压力。现在希望通过目前正在处理中的许可证来从Sakakawea湖抽水。相信，公司很快会从Sakakawea抽水并将其放入隔热的罐中，水将在罐中被加热。然后通过隔热的罐将水送到发生压裂操作的井位置。本发明的装置可在将水抽到罐中的时候对水进行加热(并且一旦水进入到罐中可继续加加热的水)。这种方法也可存在于其它领域。
下面是适于在本发明中使用的部件和材料的清单：
部件清单
Figure BPA00001581272500151
Figure BPA00001581272500161
Figure BPA00001581272500171
本文中公开的所有测量值都是在标准温度和压力、在地球海拔下进行，除非特别说明。
前述实施方式仅通过实施例的方式给出，本发明的范围仅由下面的权利要求限制。

Claims (101)

1.一种对产油和/或产气地层进行压裂的方法，包括如下步骤：
a)提供可运输加热装置以将水加热至至少约40华氏度(4.4摄氏度)的温度；
b)将凉水或冷水水流输送至混合器，所述凉水或冷水水流的温度低于预定的目标温度；
c)所述混合器具有第一入口和第一出口，所述第一入口从步骤b)的水流接收凉水或冷水，所述第一出口能够对作为凉水或冷水与热水的混合物的基本连续水流进行排放；
d)所述混合器具有第二入口，所述第二入口能使被加热水进入所述混合器；
e)通过所述第二入口将来自步骤a)的可运输加热装置的被加热水添加到所述混合器中；
f)其中步骤b)的水的体积远大于步骤e)的水的体积；
g)在步骤f)之后将所选的支撑剂添加到从所述混合器排出的水中；以及
h)将所述水和所述支撑剂输送至产油和/或产气地层，其中在压裂过程期间水从所述第一入口基本连续地流向所述第一出口。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述混合器具有管状主体，所述管状主体具有孔。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述管状主体的孔具有中心纵轴线，并且在步骤e)中所述被加热水以一个角度进入所述混合器的孔。
4.如权利要求2所述的方法，其中，所述管状主体的孔具有中心纵轴线，并且在步骤f)中所述水以一个角度从所述混合器的孔排出。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述被加热水与所述凉水或冷水在步骤e)中通过紊流混合。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述可运输加热装置为带轮子的交通工具。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述凉水或冷水水流的温度位于约33与80华氏度(0.6与27摄氏度)之间。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述凉水水流的温度位于冰点以上。
9.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤e)中所述被加热水水流的温度位于约40与120华氏度(4.4与48.9摄氏度)之间。
10.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤e)中所述被加热水水流的温度位于约40与150华氏度(4.4与65.6摄氏度)之间。
11.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤e)中所述被加热水水流的温度位于约40与200华氏度(4.4与93.3摄氏度)之间。
12.如权利要求1所述的方法，其中，从步骤b)到步骤e)，存在以串联方式连接在一起的两个混合器。
13.如权利要求1所述的方法，还包括在步骤g)期间向所述水添加化学制品。
14.一种对产油和/或产气地层进行压裂的方法，包括如下步骤：
a)提供将水加热至至少40华氏度(4.4摄氏度)的温度的可运输加热装置；
b)将凉或冷水水流输送至混合器，所述凉水水流的温度低于预定的目标温度；
c)所述混合器具有第一入口和第一出口，所述第一入口从步骤b)的源接收凉水或冷水，所述第一出口能够对作为水的混合物的基本连续水流进行排放；
d)所述混合器具有第二出口和位于所述第二出口下游的第二入口；
e)通过所述第二入口将来自步骤a)的可运输加热装置的被加热水添加到所述混合器中；
f)通过所述第二入口将来自所述混合器的水连续输送至步骤a)的加热装置；
g)其中步骤b)的水的体积远大于步骤e)的水的体积；
h)在步骤f)之后将所选的支撑剂添加到从所述混合器排出的水中；以及
i)将所述水和所述支撑剂输送至产油和/或产气地层，其中在压裂过程期间水从所述第一入口基本连续地流向所述第一出口。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述混合器具有管状主体，所述管状主体具有孔。
16.如权利要求15所述的方法，其中，所述管状主体的孔具有中心纵轴线，并且在步骤e)中所述被加热水以一个角度进入所述混合器的孔。
17.如权利要求15所述的方法，其中，所述管状主体的孔具有中心纵轴线，并且在步骤f)中所述水以一个角度从所述混合器的孔排出。
18.如权利要求14所述的方法，其中，所述被加热水与所述凉水或冷水在步骤e)中通过紊流混合。
19.如权利要求14所述的方法，其中，所述可运输加热装置为带轮子的交通工具。
20.如权利要求14所述的方法，其中，所述凉水或冷水水流的温度位于约33与80华氏度(0.6与27摄氏度)之间。
21.如权利要求14所述的方法，其中，在步骤e)中所述被加热水水流的温度位于约40与200华氏度(4.4与93.3摄氏度)之间。
22.如权利要求14所述的方法，其中，在步骤e)中所述被加热水水流的温度位于约40与150华氏度(4.4与65.6摄氏度)之间。
23.如权利要求14所述的方法，其中，在步骤e)中所述被加热水水流的温度位于约40与120华氏度(4.4与48.9摄氏度)之间。
24.如权利要求14所述的方法，其中，从步骤b)到步骤e)，存在以串联方式连接在一起的两个混合器。
25.如权利要求14所述的方法，其中，从步骤b)到步骤e)，存在以并联方式连接在一起的两个混合器。
26.如权利要求14所述的方法，还包括在步骤h)期间向所述水添加化学制品。
27.一种油井水压致裂系统，包括：
a)可运输加热装置，将水加热至至少40华氏度(4.4摄氏度)的温度；
b)位于约环境温度下的水源；
c)混合器，具有第一入口和第一出口；
d)第二入口，能使被加热水进入所述混合器；
e)第二出口，能在所述第二入口的上游将水从所述混合器移除；
f)第一流送管，在所述加热器与所述第二入口之间输送水；
g)第二流送管，在所述第二出口与所述加热器之间输送水，所述第二流送管位于所述第二入口的上游；以及
h)混合罐，接收来自所述混合器的水流，所述罐能使支撑剂与从所述第一出口排出的水混合。
28.如权利要求27所述的油井水压致裂系统，其中，所述混合器具有管状主体。
29.如权利要求28所述的油井水压致裂系统，其中，所述管状主体具有中心纵轴线，并且所述被加热水通过所述第二入口以一个角度进入所述混合器。
30.如权利要求28所述的油井水压致裂系统，其中，所述管状主体具有中心纵轴线，并且水通过所述第二出口以一个角度从所述混合器排出。
31.如权利要求27所述的油井水压致裂系统，其中，所述混合器被配置为在第二出口的下游通过紊流将被加热水与环境温度水混合。
32.如权利要求27所述的油井水压致裂系统，其中，所述加热装置为带轮子的交通工具。
33.如权利要求27所述的油井水压致裂系统，其中，所述水源的温度位于约33与80华氏度(0.6与27摄氏度)之间。
34.如权利要求27所述的油井水压致裂系统，其中，所述第一流送管中的被加热水的温度位于约120与240华氏度(48.9与116摄氏度)之间。
35.如权利要求27所述的油井水压致裂系统，其中，所述混合器与第二混合器串联，使得从所述第一出口排放的水流被输送至所述第二混合器。
36.如权利要求27所述的油井水压致裂系统，其中，所述混合罐还能使化学制品与水混合。
37.一种水压致裂装置，包括：
a)加热装置，将水从加热至至少40华氏度(4.4摄氏度)的温度；
b)水源；
c)混合器，具有第一入口和第一出口，所述第一入口接收来自所述水源的水，所述第一出口能够排放水的混合物；
d)所述混合器具有第二出口和在所述第二出口下游隔开的第二入口；
e)第一流送管，通过所述第二入口将水从所述加热装置输送至所述混合器；
f)第二流送管，通过所述第二出口将水从所述混合器输送至所述加热装置；
g)罐，能使所选的支撑剂与从所述混合器排出的水混合；
h)连接所述混合器和所述罐的流送管；
i)将来自所述罐的水和支撑剂输送到产油和/或产气地层的流送管。
38.如权利要求37所述的水压致裂装置，其中，所述混合器具有管状主体。
39.如权利要求38所述的水压致裂装置，其中，所述管状主体具有中心纵轴线，并且被加热水以一个角度进入所述混合器。
40.如权利要求38所述的水压致裂装置，其中，所述管状主体具有中心纵轴线，并且水通过所述第二出口相对于所述轴线以锐角从所述混合器排出。
41.如权利要求37所述的水压致裂装置，其中，被加热水和来自所述水源的水在所述混合器通过紊流混合。
42.如权利要求37所述的水压致裂装置，其中，所述加热装置为带轮子的交通工具。
43.如权利要求37所述的水压致裂装置，其中，所述水源的温度位于约33与80华氏度(0.6与27摄氏度)之间。
44.如权利要求37所述的水压致裂装置，其中，所述第一流送管中的水的温度位于约120与240华氏度(48.9与116摄氏度)之间。
45.如权利要求37所述的水压致裂装置，其中，存在以串联方式连接在一起的两个或更多个混合器。
46.如权利要求37所述的水压致裂装置，其中，存在以并联方式连接在一起的两个或更多个混合器。
47.如权利要求37所述的水压致裂装置，其中，在所述第一流送管中流动的水的体积小于在所述混合器中流动的水的体积。
48.如权利要求37所述的水压致裂装置，其中，在所述第一流送管中流动的水的体积小于在所述混合器中流动的水的体积的一半。
49.如权利要求37所述的水压致裂装置，其中，在所述第一流送管中流动的水的体积小于在所述第一入口中流动的水的体积的10％。
50.如权利要求37所述的水压致裂装置，其中，所述罐还能使化学制品与水混合。
51.一种对产油和/或产气地层进行压裂的方法，包括如下步骤：
a)提供可运输加热装置以将水加热至至少约40华氏度(4.4摄氏度)的温度；
b)将凉水或冷水水流输送至混合器，所述凉水或冷水水流的温度低于预定的目标温度；
c)所述混合器具有入口和出口，所述入口从步骤b)的水流接收凉水或冷水，所述出口能够对作为凉水或冷水与热水的混合物的基本连续水流进行排放；
d)所述混合器具有横向入口配件，所述横向入口配件能使被加热水以一个角度进入混合器的孔；
e)通过所述横向入口配件将来自步骤a)的可运输加热装置的被加热水添加到所述混合器；
f)其中步骤b)的水的体积远大于步骤e)的水的体积；
g)在步骤f)之后将所选的支撑剂添加到从所述混合器排出的水中；以及
h)将所述水和所述支撑剂输送至产油和/或产气地层，其中在压裂过程期间水从所述入口基本连续地流向所述出口。
52.如权利要求51所述的方法，其中，所述混合器具有管状主体，所述管状主体具有孔，所述孔的一端为混合器入口，所述孔的另一端为混合器出口。
53.如权利要求52所述的方法，其中，所述管状主体的孔具有中心纵轴线，并且在步骤e)中所述被加热水以锐角进入所述混合器的孔。
54.如权利要求52所述的方法，其中，所述管状主体的孔具有中心纵轴线，并且在步骤f)中水以锐角从所述混合器的孔排出。
55.如权利要求51所述的方法，其中，所述被加热水和所述凉水或冷水在步骤e)中通过紊流混合。
56.如权利要求51所述的方法，其中，所述可运输加热装置为带轮子的交通工具。
57.如权利要求51所述的方法，其中，所述凉水或冷水水流的温度位于约33与80华氏度(0.6与27摄氏度)之间。
58.如权利要求51所述的方法，其中，所述凉水水流的温度位于冰点以上。
59.如权利要求51所述的方法，其中，在步骤e)中所述被加热水水流的温度位于约40与120华氏度(4.4与48.9摄氏度)之间。
60.如权利要求51所述的方法，其中，在步骤e)中所述被加热水水流的温度位于约40与150华氏度(4.4与65.6摄氏度)之间。
61.如权利要求51所述的方法，其中，在步骤e)中所述被加热水水流的温度位于约40与200华氏度(4.4与93.3摄氏度)之间。
62.如权利要求51所述的方法，其中，从步骤b)到步骤e)，存在以串联方式连接在一起的两个混合器。
63.如权利要求51所述的方法，还包括在步骤g)期间向所述水添加化学制品。
64.一种对产油地层进行压裂的方法，包括如下步骤：
a)提供将水加热至至少40华氏度(4.4摄氏度)的温度的可运输加热装置；
b)将凉水或冷水水流输送至混合器，所述凉水或冷水水流的温度低于预定的目标温度；
c)所述混合器具有入口和出口，所述入口从步骤b)的源接收凉水或冷水，所述出口能够对作为水的混合物的基本连续水流进行排放；
d)所述混合器具有第一横向入口配件和位于该第一入口配件下游的第二横向入口配件；
e)通过所述第二横向入口配件将来自步骤a)的可运输加热装置的被加热水添加到所述混合器中；
f)通过所述第一横向入口配件将水从所述混合器连续输送至步骤a)的加热装置；
g)其中步骤b)的水的体积远大于步骤e)的水的体积；
h)在步骤f)之后将所选的支撑剂添加到从所述混合器排出的水中；以及
i)将所述水和所述支撑剂输送至产油和/或产气地层，其中在压裂过程期间水从第一入口基本连续地流向第一出口。
65.如权利要求64所述的方法，其中，所述混合器具有管状主体，所述管状主体具有孔，所述孔的一端为混合器入口，所述孔的另一端为混合器出口。
66.如权利要求65所述的方法，其中，所述管状主体的孔具有中心纵轴线，并且在步骤e)中所述被加热水以锐角进入所述混合器的孔。
67.如权利要求65所述的方法，其中，所述管状主体的孔具有中心纵轴线，并且在步骤f)中所述水以锐角从所述混合器的孔排出。
68.如权利要求64所述的方法，其中，所述被加热水和所述凉水或冷水在步骤e)中通过紊流混合。
69.如权利要求64所述的方法，其中，所述可运输加热装置为带轮子的交通工具。
70.如权利要求64所述的方法，其中，所述凉水或冷水水流的温度位于约33与80华氏度(0.6与27摄氏度)之间。
71.如权利要求64所述的方法，其中，在步骤e)中所述被加热水水流的温度位于约40与200华氏度(4.4与93.3摄氏度)之间。
72.如权利要求64所述的方法，其中，在步骤e)中所述被加热水水流的温度位于约40与150华氏度(4.4与65.6摄氏度)之间。
73.如权利要求64所述的方法，其中，在步骤e)中所述被加热水水流的温度位于约40与120华氏度(4.4与48.9摄氏度)之间。
74.如权利要求64所述的方法，其中，从步骤b)到步骤e)，存在以串联方式连接在一起的两个混合器。
75.如权利要求64所述的方法，其中，从步骤b)到步骤e)，存在以并联方式连接在一起的两个混合器。
76.如权利要求64所述的方法，还包括在步骤h)期间向所述水添加化学制品。
77.一种油井水压致裂系统，包括：
a)可运输加热装置，将水加热至至少40华氏度(4.4摄氏度)的温度；
b)位于约环境温度下的水源；
c)混合器，具有入口、出口和在所述入口与所述出口之间延伸的混合器的孔；
d)位于所述混合器上的第一横向配件，能使被加热水进入所述混合器的孔；
e)位于所述混合器上的第二横向配件，能在所述第一横向配件的上游从所述混合器的孔移除水，所述横向配件中的至少一个具有延伸到所述混合器的孔中的壁部；
f)第一流送管，在所述加热器与所述第一横向配件之间输送水；
g)第二流送管，在所述第二横向配件与所述加热器之间输送水，所述第二流送管位于所述第一横向配件的上游；以及
h)混合罐，接收来自所述混合器的孔的水流，所述罐能使支撑剂与从所述混合器出口排出的水混合。
78.如权利要求77所述的油井水压致裂系统，其中，所述混合器具有管状主体，所述管状主体具有孔，所述孔的一端为混合器入口，所述孔的另一端为混合器出口。
79.如权利要求78所述的油井水压致裂系统，其中，所述管状主体的孔具有中心纵轴线，并且被加热水通过所述第一横向配件以锐角进入所述混合器的孔。
80.如权利要求78所述的油井水压致裂系统，其中，所述管状主体的孔具有中心纵轴线，并且水通过所述第二横向配件以锐角从所述混合器的孔排出。
81.如权利要求77所述的油井水压致裂系统，其中，所述混合器被配置为在所述横向配件之一的下游通过紊流使被加热水和环境温度水混合。
82.如权利要求77所述的油井水压致裂系统，其中，所述加热装置为带轮子的交通工具。
83.如权利要求77所述的油井水压致裂系统，其中，所述水源的温度位于约33与80华氏度(0.6与27摄氏度)之间。
84.如权利要求77所述的油井水压致裂系统，其中，所述第一流送管中的被加热水流的温度位于120与240华氏度(48.9与116摄氏度)之间。
85.如权利要求77所述的油井水压致裂系统，其中，所述混合器与第二混合器串联连接，使得从第一混合器出口排放的水流被输送至所述第二混合器。
86.如权利要求77所述的油井水压致裂系统，其中，所述混合罐能使化学制品与水混合。
87.一种水压致裂装置，包括：
a)加热装置，将水从加热至至少40华氏度(4.4摄氏度)的温度；
b)水源；
c)混合器，具有入口和出口，所述入口接收来自所述水源的水，所述出口能够对水的混合物进行排放；
d)所述混合器具有第一横向入口配件和在所述第一横向入口配件下游隔开的第二横向入口配件；
e)第一流送管，通过所述第二横向入口配件将水从所述加热装置输送至所述混合器；
f)第二流送管，通过所述第一横向入口配件将水从所述混合器输送至所述加热装置；
g)罐，能使所选的支撑剂与从所述混合器排出的水混合；
h)连接所述混合器的孔和所述罐的流送管；
i)将水和支撑剂从所述罐输送到产油和/或产气地层的流送管。
88.如权利要求87所述的水压致裂装置，其中，所述混合器具有管状主体，所述管状主体具有孔，所述孔的一端为混合器入口，所述孔的另一端为混合器出口。
89.如权利要求88所述的水压致裂装置，其中，所述管状主体孔具有中心纵轴线，并且被加热水以锐角进入所述混合器的孔。
90.如权利要求88所述的水压致裂装置，其中，所述管状主体孔具有中心纵轴线，并且水通过所述第一横向入口配件相对于所述轴线以锐角从所述混合器的孔排出。
91.如权利要求87所述的水压致裂装置，其中，被加热水和来自所述水源的水在所述混合器的孔中通过紊流混合。
92.如权利要求87所述的水压致裂装置，其中，所述加热装置为带轮子的交通工具。
93.如权利要求87所述的水压致裂装置，其中，所述水源的温度位于约33与80华氏度(0.6与27摄氏度)之间。
94.如权利要求87所述的水压致裂装置，其中，所述第一流送管中的被加热水水流的温度位于120与240华氏度(48.9与116摄氏度)之间。
95.如权利要求87所述的水压致裂装置，其中，存在以串联方式连接在一起的两个混合器。
96.如权利要求87所述的水压致裂装置，其中，存在以并联方式连接在一起的两个混合器。
97.权利要求87所述的水压致裂装置，其中，在所述第一流送管中流动的水的体积小于在所述混合器的孔中流动的水的体积。
98.如权利要求87所述的水压致裂装置，其中，在所述第一流送管中流动的水的体积小于在所述混合器的孔中流动的水的体积的一半。
99.如权利要求87所述的水压致裂装置，其中，在所述第一流送管中流动的水的体积小于在所述混合器的孔中流动的水的体积的10％。
100.如权利要求87所述的水压致裂装置，其中，所述罐还能使化学制品与水混合。
101.基本如本文所示和/或所述的发明。
CN201080062076.7A 2009-09-18 2010-08-17 用于连续加热的水流的水加热装置和用于水压致裂的方法 Expired - Fee Related CN102947540B (zh)

Applications Claiming Priority (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US27695009P 2009-09-18 2009-09-18
US61/276,950 2009-09-18
US25412209P 2009-10-22 2009-10-22
US61/254,122 2009-10-22
US29709710P 2010-01-21 2010-01-21
US61/297,097 2010-01-21
US12/842,738 US8171993B2 (en) 2009-09-18 2010-07-23 Water heating apparatus for continuous heated water flow and method for use in hydraulic fracturing
US12/842,738 2010-07-23
PCT/US2010/045791 WO2011034679A2 (en) 2009-09-18 2010-08-17 Water heating apparatus for continuous heated water flow and method for use in hydraulic fracturing

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102947540A true CN102947540A (zh) 2013-02-27
CN102947540B CN102947540B (zh) 2015-07-22

Family

ID=43123794

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201080062076.7A Expired - Fee Related CN102947540B (zh) 2009-09-18 2010-08-17 用于连续加热的水流的水加热装置和用于水压致裂的方法

Country Status (15)

Country Link
US (4) US8171993B2 (zh)
EP (1) EP2478182B1 (zh)
CN (1) CN102947540B (zh)
AU (1) AU2010295930B2 (zh)
BR (1) BR112012006109B1 (zh)
CA (1) CA2754347C (zh)
CL (1) CL2012000682A1 (zh)
EA (1) EA021714B1 (zh)
GE (1) GEP20146200B (zh)
IL (1) IL218685A0 (zh)
IN (1) IN2012DN03303A (zh)
MX (1) MX352619B (zh)
PE (1) PE20121796A1 (zh)
PL (1) PL2478182T3 (zh)
WO (1) WO2011034679A2 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105134157A (zh) * 2015-10-10 2015-12-09 北京化工大学 一种应用于页岩气开采的岩层蒸汽压裂装置
CN110067548A (zh) * 2019-06-10 2019-07-30 河南理工大学 一种煤矿井下高温水力压裂增透方法及其系统

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8534235B2 (en) * 2008-07-07 2013-09-17 Ronald L. Chandler Oil-fired frac water heater
US20140144641A1 (en) * 2008-07-07 2014-05-29 Ronald L. Chandler Frac water heating system and method for hydraulically fracturing a well
US8171993B2 (en) 2009-09-18 2012-05-08 Heat On-The-Fly, Llc Water heating apparatus for continuous heated water flow and method for use in hydraulic fracturing
US10458216B2 (en) 2009-09-18 2019-10-29 Heat On-The-Fly, Llc Water heating apparatus for continuous heated water flow and method for use in hydraulic fracturing
US20110211818A1 (en) * 2010-03-01 2011-09-01 Grady Rentals, LLC Fracturing Tank Fluid Heating
US9140110B2 (en) 2012-10-05 2015-09-22 Evolution Well Services, Llc Mobile, modular, electrically powered system for use in fracturing underground formations using liquid petroleum gas
US11255173B2 (en) 2011-04-07 2022-02-22 Typhon Technology Solutions, Llc Mobile, modular, electrically powered system for use in fracturing underground formations using liquid petroleum gas
US11708752B2 (en) 2011-04-07 2023-07-25 Typhon Technology Solutions (U.S.), Llc Multiple generator mobile electric powered fracturing system
CN102182499B (zh) * 2011-04-21 2012-11-14 中国矿业大学 一种基于水力致裂煤层减尘消突的方法及设备
US9522367B1 (en) 2011-04-27 2016-12-20 Tetra Technologies, Inc. Multi chamber mixing manifold
US8834016B1 (en) 2011-04-27 2014-09-16 Tetra Technologies, Inc. Multi chamber mixing manifold
CA2855736C (en) 2011-11-01 2020-07-21 Armstrong Hot Water, Inc. Portable water heating module
US9052121B2 (en) 2011-11-30 2015-06-09 Intelligent Energy, Llc Mobile water heating apparatus
US9683428B2 (en) 2012-04-13 2017-06-20 Enservco Corporation System and method for providing heated water for well related activities
US8905138B2 (en) 2012-05-23 2014-12-09 H2O Inferno, Llc System to heat water for hydraulic fracturing
US20140026824A1 (en) * 2012-07-26 2014-01-30 Rocanda Usa Inc. Method and apparatus for providing heated water for fracing
US9896918B2 (en) 2012-07-27 2018-02-20 Mbl Water Partners, Llc Use of ionized water in hydraulic fracturing
US8424784B1 (en) 2012-07-27 2013-04-23 MBJ Water Partners Fracture water treatment method and system
US9328591B2 (en) * 2012-08-23 2016-05-03 Enservco Corporation Air release assembly for use with providing heated water for well related activities
US20140083408A1 (en) * 2012-09-24 2014-03-27 Orvie Emmanuel Berg Methods and devices for heating liquid for injection into a wellbore or pipeline system
US20150114652A1 (en) * 2013-03-07 2015-04-30 Prostim Labs, Llc Fracturing systems and methods for a wellbore
CA2851304C (en) * 2013-06-13 2016-01-19 Force Energy Management Corporation Apparatuses and methods for supplying natural gas to a frac water heater
US10138711B2 (en) 2014-08-19 2018-11-27 Adler Hot Oil Service, LLC Wellhead gas heater
US10767859B2 (en) 2014-08-19 2020-09-08 Adler Hot Oil Service, LLC Wellhead gas heater
US10323200B2 (en) * 2016-04-12 2019-06-18 Enservco Corporation System and method for providing separation of natural gas from oil and gas well fluids
CA3040459C (en) * 2016-10-14 2021-02-16 Dresser-Rand Company Hydraulic fracturing system
US11215411B2 (en) * 2016-10-17 2022-01-04 Electric Horsepower Inc. Induction heater and vaporizer
CN107062586A (zh) * 2016-12-28 2017-08-18 芜湖顺景自动化设备有限公司 一种安全多功能自动化燃气热水器设备
WO2019136017A1 (en) 2018-01-02 2019-07-11 Typhon Technology Solutions, Llc Exhaust heat recovery from mobile power generation system
US11187050B2 (en) 2019-08-06 2021-11-30 Kyle Collins Automated drilling-fluid additive system and method
CN113551409B (zh) * 2021-07-27 2022-12-02 广东永焰电气科技有限责任公司 一种具有抑菌防垢功能的新型混水装置及燃气热水器
US11955782B1 (en) 2022-11-01 2024-04-09 Typhon Technology Solutions (U.S.), Llc System and method for fracturing of underground formations using electric grid power

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3980136A (en) * 1974-04-05 1976-09-14 Big Three Industries, Inc. Fracturing well formations using foam
US5018396A (en) * 1988-08-17 1991-05-28 Stim Lab, Inc. Cell assembly for determining conductivity and permeability
US20090056645A1 (en) * 2007-09-05 2009-03-05 Total Separation Solutions Llc Rotational vessel heating
CN101476452A (zh) * 2009-01-16 2009-07-08 庆阳长庆井下油田助剂有限责任公司 一种油气井控水压裂增产方法

Family Cites Families (49)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1527740A (en) 1924-02-09 1925-02-24 Jacob A Lipshitz Water heater
US1522120A (en) 1924-04-15 1925-01-06 Fred W Halder Hot and cold water mixer
US2065789A (en) * 1936-01-25 1936-12-29 Wood John Mfg Co Inc Water circulating means
US2122900A (en) * 1937-09-14 1938-07-05 Uhrmacher Ralph Reif Method of and apparatus for dissolving soluble solid materials
US2395258A (en) * 1942-08-06 1946-02-19 Myles Salt Company Ltd Salt dissolving apparatus
US2486141A (en) * 1946-10-10 1949-10-25 Mel Products Company Diversion fitting for hot-water heating systems
US2631017A (en) * 1947-05-05 1953-03-10 Gibson Roy Clyde Mud and chemical mixer
US2645463A (en) 1949-02-11 1953-07-14 Standard Oil Dev Co Method and apparatus for continuous flow mixing
US2969451A (en) 1958-05-29 1961-01-24 Ajax Magnethermic Corp Hot water heaters
US3232336A (en) 1963-10-18 1966-02-01 Leslie Co Blending hot water heater
US3379250A (en) * 1966-09-09 1968-04-23 Shell Oil Co Thermally controlling fracturing
US3411571A (en) * 1966-11-07 1968-11-19 Hooker Chemical Corp Heat storage exchange apparatus and method therefor
US3421583A (en) * 1967-08-30 1969-01-14 Mobil Oil Corp Recovering oil by cyclic steam injection combined with hot water drive
US3454095A (en) * 1968-01-08 1969-07-08 Mobil Oil Corp Oil recovery method using steam stimulation of subterranean formation
NL132863C (zh) 1968-07-26
US3581822A (en) * 1968-12-30 1971-06-01 Phillips Petroleum Co Method of preventing casing and/or tubing damage in steam injection well
US3572437A (en) * 1969-02-14 1971-03-30 Mobil Oil Corp Oil recovery by steam injection followed by hot water
US3685542A (en) * 1970-11-06 1972-08-22 Rheem Mfg Co Fluid heater by-pass tee
US3816151A (en) * 1972-08-03 1974-06-11 Hercules Inc Self-destructing gels
US4076628A (en) * 1973-06-22 1978-02-28 Phillips Petroleum Company Drilling fluid compositions and methods of preparing same
US3938594A (en) * 1974-04-08 1976-02-17 Marathon Oil Company Fracturing fluid
US4137182A (en) * 1977-06-20 1979-01-30 Standard Oil Company (Indiana) Process for fracturing well formations using aqueous gels
US4518568A (en) * 1982-11-12 1985-05-21 The Standard Oil Company System to produce a brine-based drilling fluid
US4807701A (en) * 1987-08-20 1989-02-28 Texaco Inc. Method for thermal stimulation of a subterranean reservoir and apparatus therefor
US5038853A (en) * 1989-01-17 1991-08-13 Callaway Sr James K Heat exchange assembly
US5462224A (en) * 1990-10-05 1995-10-31 Toto Ltd. Hot and cold water mixing discharge device
US5190374A (en) 1991-04-29 1993-03-02 Halliburton Company Method and apparatus for continuously mixing well treatment fluids
US5183029A (en) * 1992-04-14 1993-02-02 Ranger Gary C Hot water supply system
US5656136A (en) * 1993-11-12 1997-08-12 Pool Company Method of transporting and heating a liquid used for treating oil and gas wells or pipeline systems
DE4409927A1 (de) * 1994-03-23 1995-09-28 Sanitaer Elektrohandel Heike M Wasserversorgungsanlage mit automatischem Mischsystem
US5588088A (en) 1994-06-20 1996-12-24 Flaman; Michael T. Hot water tempering system utilizing a storage tank, a bypass line and a proportional flow controller
US5445181A (en) * 1994-09-15 1995-08-29 Kohler Co. Mixing valve
US5623990A (en) 1995-11-03 1997-04-29 Texan Corporation Temperature-controlled water delivery system
CA2200895A1 (en) 1997-03-25 1998-09-25 Nazir Dosani Fluid tempering system
US5979549A (en) * 1997-10-29 1999-11-09 Meeks; Thomas Method and apparatus for viscosity reduction of clogging hydrocarbons in oil well
AUPP410598A0 (en) * 1998-06-15 1998-07-09 Aos Pty Ltd Heat exchangers
US7744007B2 (en) 2004-11-01 2010-06-29 Honeywell International Inc. Thermostatic mixing valves and systems
US7497263B2 (en) * 2005-11-22 2009-03-03 Schlumberger Technology Corporation Method and composition of preparing polymeric fracturing fluids
US20070170273A1 (en) 2006-01-10 2007-07-26 Mcillwain Equipment Company, Inc. System and method for producing on demand high temperature water
US7845413B2 (en) * 2006-06-02 2010-12-07 Schlumberger Technology Corporation Method of pumping an oilfield fluid and split stream oilfield pumping systems
US7477836B2 (en) 2006-11-02 2009-01-13 Dolphin Industries, Inc. Tankless water heater
US7298968B1 (en) 2007-01-05 2007-11-20 Rheem Manufacturing Company Pumpless combination instantaneous/storage water heater system
US9574128B2 (en) * 2007-07-17 2017-02-21 Schlumberger Technology Corporation Polymer delivery in well treatment applications
US7645091B2 (en) 2007-09-05 2010-01-12 Howard Wallace Irrigation system
WO2009146186A1 (en) 2008-04-15 2009-12-03 David Randolph Smith Method and apparatus to treat a well with high energy density fluid
US8534235B2 (en) * 2008-07-07 2013-09-17 Ronald L. Chandler Oil-fired frac water heater
US20100032031A1 (en) 2008-08-11 2010-02-11 Halliburton Energy Services, Inc. Fluid supply system
US8286595B2 (en) 2009-03-10 2012-10-16 Babcock & Wilcox Power Generation Group, Inc. Integrated split stream water coil air heater and economizer (IWE)
US8171993B2 (en) 2009-09-18 2012-05-08 Heat On-The-Fly, Llc Water heating apparatus for continuous heated water flow and method for use in hydraulic fracturing

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3980136A (en) * 1974-04-05 1976-09-14 Big Three Industries, Inc. Fracturing well formations using foam
US5018396A (en) * 1988-08-17 1991-05-28 Stim Lab, Inc. Cell assembly for determining conductivity and permeability
US20090056645A1 (en) * 2007-09-05 2009-03-05 Total Separation Solutions Llc Rotational vessel heating
CN101476452A (zh) * 2009-01-16 2009-07-08 庆阳长庆井下油田助剂有限责任公司 一种油气井控水压裂增产方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105134157A (zh) * 2015-10-10 2015-12-09 北京化工大学 一种应用于页岩气开采的岩层蒸汽压裂装置
CN105134157B (zh) * 2015-10-10 2017-09-01 北京化工大学 一种应用于页岩气开采的岩层蒸汽压裂装置
CN110067548A (zh) * 2019-06-10 2019-07-30 河南理工大学 一种煤矿井下高温水力压裂增透方法及其系统

Also Published As

Publication number Publication date
AU2010295930A1 (en) 2012-05-03
BR112012006109B1 (pt) 2019-12-10
CA2754347A1 (en) 2011-03-24
EA021714B1 (ru) 2015-08-31
WO2011034679A3 (en) 2011-07-07
PL2478182T3 (pl) 2020-06-01
PE20121796A1 (es) 2013-01-21
AU2010295930B2 (en) 2016-12-15
CN102947540B (zh) 2015-07-22
US20150013986A1 (en) 2015-01-15
US20140311744A1 (en) 2014-10-23
EP2478182A2 (en) 2012-07-25
MX2012003305A (es) 2012-07-30
CA2754347C (en) 2012-10-16
US8739875B2 (en) 2014-06-03
GEP20146200B (en) 2014-11-25
EA201270427A1 (ru) 2012-09-28
US20100294494A1 (en) 2010-11-25
IL218685A0 (en) 2012-05-31
BR112012006109A2 (pt) 2016-06-07
IN2012DN03303A (zh) 2015-10-23
US20120255735A1 (en) 2012-10-11
CL2012000682A1 (es) 2014-04-21
MX352619B (es) 2017-11-30
EP2478182A4 (en) 2017-08-02
US9575495B2 (en) 2017-02-21
BR112012006109A8 (pt) 2017-10-10
US9442498B2 (en) 2016-09-13
EP2478182B1 (en) 2019-11-20
WO2011034679A2 (en) 2011-03-24
US8171993B2 (en) 2012-05-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102947540B (zh) 用于连续加热的水流的水加热装置和用于水压致裂的方法
US11492883B2 (en) Water heating apparatus for continuous heated water flow and method for use in hydraulic fracturing
US9428995B2 (en) Multi-channel conduit and method for heating a fluid
US9091160B2 (en) Flowback separation system
US20100032031A1 (en) Fluid supply system
US20090120635A1 (en) Apparatus and Method for Maintaining Boost Pressure to High-Pressure Pumps During Wellbore Servicing Operations
US20110272158A1 (en) High pressure manifold trailer and methods and systems employing the same
AU2011249626B2 (en) System and method for fluid treatment
US20140083408A1 (en) Methods and devices for heating liquid for injection into a wellbore or pipeline system
UA105241C2 (uk) Установка і спосіб безперервного одержання потоку нагрітої води для використання в операції гідророзриву
CN206816231U (zh) 多功能自保温自动加药装置
Stockwell et al. Transoil technology for heavy oil transportation: results of field trials at Wolf Lake
WO2015026218A1 (es) Sistema para el mezclado de productos químicos mejoradores de flujo en sistemas de transporte por ducto de petróleo pesado y/o extra pesado
CN101625137A (zh) 一种不需要热泵循环的平房地暖
CN106958698A (zh) 一种用于地埋管系统的垂直埋管返平接头
CA2702578A1 (en) Method and apparatus for warming cold frac water

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150722