CN103732716B - 使用超临界氩组合物从基岩回收物质的系统、材料和方法 - Google Patents

使用超临界氩组合物从基岩回收物质的系统、材料和方法 Download PDF

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Abstract

一种用于水力压裂的材料，所述材料包含保持为超临界流体的氩和支撑剂。该材料也可以包含各种凝胶、发泡剂和/或气体中的任一种。该材料可用于从基岩回收资源的系统，所述系统包括该压裂材料、至少一个混合器、将该材料注入钻井中的泵和从井中回收资源的回收单元。该材料和系统可用于各种从基岩提取资源的方法，所述方法包括将支撑剂与超临界氩混合以形成混合物，将该混合物泵入钻井，和从该钻井回收资源。另外，所述材料和钻井可以包含用于从基岩提取资源的结构。

Description

使用超临界氩组合物从基岩回收物质的系统、材料和方法
背景技术
水力压裂(也称作“压裂”)是一种使用泵入钻至基岩中的钻井中的加压材料从基岩中的岩层或区域中取出物质的方法。加压材料(也称作“压裂材料”或“压裂混合物”)扩散至基岩区域中的小开口或裂隙中，并使其扩大为更大的压裂结构。这些更大的压裂处使得地下的物质与原始裂隙未被扩大时相比更容易从基岩取出。然后将从地下源头回收的物质泵入设备中，在这些设备中压裂混合物可以容易地与从基岩回收的物质分离。
压裂方法已广泛用于从油页岩回收如天然气和原油等石油相关物质。该技术的另一应用可见于从基岩中的含水区域或岩层回收水。将水力压裂用于水回收可以显示出有利性，特别是在缺乏容易获取的地表水或近地表水以及可找到较深蓄水层的地区。
与以此方式获得的石油物质不同，通过压裂手段提取的水必须可供人类、动物饮用或用于农业用途。因此，用于回收水的压裂混合物必须对水的可饮用性具有最小影响。
发明内容
在一个实施方式中，用于水力压裂的材料包括含有至少约95%氩的超临界流体和至少一种支撑剂。水力压裂材料的其他实施方式可以包括至少一部分氩-37(37Ar)、气体、凝胶和/或发泡剂。
在一个实施方式中，从基岩提取物质的系统包括包含至少约95%氩的超临界流体的源、至少一种支撑剂的源、被构造为将该超临界流体和该支撑剂混合成压裂混合物的混合装置、进入基岩中的钻井、被构造为将该压裂混合物泵入该钻井中的泵和被构造为从基岩回收物质的回收单元。
在一个实施方式中，从基岩提取物质的方法包括提供包含至少约95%氩的超临界流体的源，提供至少一种支撑剂的源，将该超临界流体与该支撑剂混合以提供压裂混合物，将该压裂混合物泵入钻井中，和从基岩回收物质。
在另一实施方式中，从基岩回收水的方法包括提供从地表延伸至、进入或穿过基岩含水的至少一个区域的钻井，提供包含至少约95%氩的超临界流体的源，提供至少一种支撑剂的源，将该超临界流体与该支撑剂混合以提供压裂混合物，将该压裂混合物泵入钻井，使该压裂混合物在基岩内发展出许多压裂结构，和从该钻井回收水。
在另一实施方式中，从基岩回收水的结构体包括从地表延伸至、进入或穿过基岩含水的至少一个区域的钻井，和设置在该钻井内的压裂混合物，所述压裂混合物包含含有至少95%氩的超临界流体和至少一种支撑剂。
附图说明
图1说明的是根据本公开内容的包含多个区域或岩层的基岩的截面。
图2a说明的是根据本公开内容的水力压裂之前的基岩的含水区域，其在该区域中包含多个裂隙。
图2b说明的是根据本公开内容的水力压裂之后的基岩的含水区域，其中裂隙已扩大成压裂结构。
图2c说明的是根据本公开内容的包含支撑剂颗粒的压裂结构的放大图。
图3a说明的是根据本公开内容的从基岩中的区域回收物质的系统的一个实施方式。
图3b说明的是根据本公开内容的从基岩中的区域回收物质的系统的另一个实施方式。
图4说明的是根据本公开内容的关于进入基岩区域或岩层中的钻井的布置的各种实施方式。
图5说明的是根据本公开内容的关于密封件在钻井中的应用的各种实施方式。
具体实施方式
水力压裂(“压裂”)法最常见与从深基岩结构回收石油相关物质有关。用于该工艺中的压裂材料可以是包含基础流体、支撑剂、凝胶和破乳剂(breakers)以及其他添加剂的复杂混合物。在一些石油相关的压裂程序中，压裂材料成分已包括柴油燃料、异丙醇、盐酸和具有潜在危害性的其他成分。此类压裂材料，如果在回收操作中未被完全除去，则如果其渗入当地地下水中则会导致环境危害。如果地下水被回收，则此类压裂材料的危害性就更加重大，因为可能无法从水中除去所有压裂材料。因此希望开发可以对环境和通过此法回收的水的潜在用户都造成最小危害的压裂材料。本公开内容涉及将超临界氩用作压裂材料的主要成分。氩是惰性气体，并对动物或植物不具有专门鉴定的毒性。超临界态的氩可以用作支撑剂的低粘度运载流体以辅助压裂地下蓄水层中的裂隙，由此可实现基岩中的水或其他物质的改善的回收。
图1和2a说明的是基岩组成，其中水力压裂可以提供一种从基岩提取物质的有效方式。在图1中，显示了描绘有多个重叠区域或岩层的基岩的截面。这些区域的一些可能不含可利用压裂工艺提取的物质(120a–d)。表面层(120a)例如可以包含淤泥、碎石或含砾粘土。较深的层可能包含白云岩、页岩和粉砂岩(120b、c、d)。其他区域可能含有可提取的物质，如水。在一个实施方式中，水可能收集在包含砂石的深蓄水层中(140a,140b)。虽然基岩岩层或区域可能彼此完全重叠，如区域(120a)完全重叠于区域(120b)上所示，但区域也可以彼此交叉或侵入。如图所示，含水区域(140a)可以侵入不含水区域(120d)中。另外，多个含水区域可以彼此重叠并由不含水区域隔开，如区域(140a)重叠在(140b)上并由第三区域(120d)隔开所示。虽然水可以是通过水力压裂的提取可获取的一种物质，但应理解，所关注的其他物质可以包括贵金属、天然气或其他非水性物质。
图2a说明的是含水区域(200)的一个截面的放大图。具体而言，该区域中的基岩包含裂隙或窄裂纹(210)，其中可以集中所关注的物质，如水。这些裂隙可能过窄而不足以使水或其他物质能够容易地通过地表所钻的钻井提取。但是这些裂隙可以利用压裂材料或压裂混合物来扩大。通过钻井在压力下引入的压裂材料可以将裂隙拓宽或扩大成更宽的压裂结构。图2b说明的是压裂混合物所造成的这些扩大的压裂结构(220a)。如果压裂混合物只包含液体、气体或其他容易从基岩取出的物质，则压裂结构可能坍塌，由此阻止所关注的物质的继续提取。通常，压裂混合物也包含留在压裂结构中以保持压裂结构开放的某些材料(支撑剂)。图2c，即图2b的放大图，说明的是此类支撑剂对于压裂结构的影响。支撑剂颗粒(230a–c)保持在压裂结构(220b)中，使压裂结构保持开放。
用于水力压裂的材料(或压裂材料或压裂混合物)可以包含各种材料和组分。在一个实施方式中，压裂材料除包含至少一种支撑剂材料之外，还包含含有至少95%氩的超临界流体。超临界流体是兼具液体和气体性质的材料，并可有效穿透基岩中的窄裂隙。超临界流体的特征在于临界温度和临界压力，它们是超临界流体可保持住的最低温度和压力。对于氩而言，临界温度为约-122℃，并且压力为约50个大气压(5,066KPa)。水力压裂材料的一个实施方式包含保持在约-122℃之上的温度、约50个大气压(5,066KPa)之上的压力下的包含至少95%氩的超临界流体，和至少一种支撑剂。水力压裂材料的另一个实施方式包含保持在约-122℃～约175℃的温度、约50个大气压(5,066KPa)之上的压力下的包含至少95%氩的超临界流体，和至少一种支撑剂。在另一实施方式中，某部分氩可以包含氩-37。可以监控氩-37以确定是否任何残留的压裂材料由其引入位置扩散至环境中的其他区域。
在一些实施方式中，作为非限制性实例，支撑剂包括砂粒、树脂覆膜砂、玻璃、高强度矾土陶瓷材料和/或高强度非铝矾土陶瓷材料。在一些实施方式中，作为非限制性实例，支撑剂包括塑料，如Bakelite(酚醛塑料)、三聚氰胺、苯酚、酚醛树脂、环氧树脂、苯乙烯类、丙烯酸类、乙烯基类、苯酚-甲醛、四氟乙烯、脲醛树脂、酚醛清漆(novolac)、聚碳酸酯、lexan、苯并噁嗪、聚酯、聚酰胺、尼龙、聚醚酰亚胺、聚苯并咪唑、聚酰胺-酰亚胺、聚氯乙烯、苯并胍胺、脲和/或甘脲。
在另一些实施方式中，作为非限制性实例，支撑剂可以具有球形、椭圆形、矩形、多边形、锯齿或不均匀形状。在一些实施方式中，支撑剂具有约30nm～约3mm的尺寸。在另一些实施方式中，超临界氩保持在大于约50个大气压(5,066KPa)的压力和高于约-122℃且低于约175℃的温度，以使超临界氩的密度具有和与其混合的支撑剂近似相同的密度。
在另一实施方式中，压裂材料可以还包含特征为环境友好和无毒的气体。此类气体的非限制性实例包括稀有气体(氪或氙)、二氧化碳、氮和水蒸气。
在另一实施方式中，压裂材料可以还包含凝胶。作为非限制性实例，这种凝胶可以包括无机凝胶、蜡和/或低聚物。凝胶可以包括直链聚合物，非限制性实例为官能性聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚环氧乙烷与聚环氧丙烷的共聚物、乙烯基醚、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、丙烯酸类、苯乙烯类、乙烯基酮类、蛋白、氨基酸、胶原、果胶、明胶、琼脂糖、直链淀粉、聚乳酸和/或聚半乳酸(poly galactic acid)。在另一实施方式中，凝胶可以包含支链或交联聚合物，非限制性实例为聚氨酯、具有羧酸官能性的聚脲、纤维素类(cellulostics)、支链或交联丙烯酸类、低分子量环氧树脂、支链或交联聚酯、支链或交联聚酰胺、支链或交联聚碳酸酯、支链或交联乙烯基酮、氟化树脂、支链或交联蛋白、支链或交联氨基酸、支链或交联胶原、支链或交联果胶、支链或交联明胶、支链或交联琼脂糖和/或支链或交联直链淀粉。可以选择包含在水力压裂材料中的凝胶的量，以对压裂材料赋予所期望的粘度。
在另一实施方式中，压裂材料可以还包含发泡剂。发泡剂可以包含在压裂材料中以减少超临界流体在压裂混合物中的量。此类发泡剂的非限制性实例包括陶瓷中空微球和/或塑料中空微球。其他发泡剂可以包括无毒表面活性剂，如椰油酰胺MEA、椰油酰胺丙基甜菜碱、椰油醇聚醚-4、椰油醇聚醚-7和椰油醇乙氧基化物。另外，超临界氩可以保持在使得超临界氩的密度与发泡剂的密度近似相同的压力和温度下。
如上所述的压裂混合物的各种实施方式可以结合到从基岩提取物质的系统中。虽然要提取的物质可以是水或者包含水，但应理解，所述物质可以包含其他非水性物质，非限制性实例为贵金属和天然气。
这种压裂系统(300)的一个实施方式显示在图3a中。该压裂系统包括氩源(310a)、至少一种支撑剂的源(315a)，和用于将氩和支撑剂混合在一起以提供压裂混合物的混合装置(320a)。如上所述，压裂混合物除氩(310a)和支撑剂(315a)之外还可以包含其他成分。尽管图3a中未明确示出，但应理解，混合装置(320a)也可以被构造为将包括至少一种气体、至少一种凝胶和/或至少一种发泡剂的其他成分混入压裂混合物中。此类其他成分可以从那些成分对应的来源供给至混合装置。
然后该压裂混合物可以通过泵(325a)泵入切入基岩(未示出)中的钻井(330a)中。泵(325a)可用于从钻井(330a)回收物质。回收的物质然后可以置于回收单元(340a)中，回收单元(340a)可使水(350a)与压裂混合物的任何残留成分或从基岩渗出的其他物质分离。泵(325a)可以包括对于该应用的任何适当的泵，作为非限制性实例，包括舱底泵。另外，泵(325a)可以达到对于该应用的适当的泵送速率和压力，作为非限制性实例，包括至多约100桶/秒(15.9立方米/秒)的泵速和至多约15,000psi(103,421KPa)的泵压。虽然图中描绘了一个泵(325a)，但应理解，可以包括另外的泵。此类另外的泵可以将其他材料泵至钻井(330a)中或将水和残留的压裂材料从井中泵出。
压裂系统的另一实施方式在图3b中说明。在该实施方式中，来自其源(310b)的氩在混合装置(320b)中与获自其源(315b)的至少一种支撑剂混合。由第一混合装置产生的材料然后可以在单独的混合装置(360)中与如获自气体源(355)的气体等其他成分进一步混合。图3b中虽未明确说明，但应理解，其他成分可以通过另外的混合装置的操作而混入压裂混合物中。另外，应理解，不存在混合此类成分的特定顺序。此类成分可以包括至少一种凝胶和/或至少一种发泡剂。这些成分可以被由其对应的源提供至单独的混合装置中。
压裂混合物可以通过泵(325b)引入钻井(330b)中。从钻井回收的材料然后可以提供至回收单元(340b)，其中如水(350b)等物质与任何残留压裂混合物或从基岩渗出的其他物质分离。如前所述，可以使用多个泵来将材料引入钻井(330b)中或将多余的材料从钻井(330b)引出。
以上所公开的压裂系统和之前公开的压裂混合物可用于从基岩提取物质。虽然从基岩提取的物质可以是水或者包含水，但应理解，所述物质可以包含非水性物质，非限制性实例为贵金属或天然气。在一个实施方式中，从基岩提取物质的方法包括提供包含至少约95%氩的超临界流体的源，提供至少一种支撑剂的源，将该超临界流体与该支撑剂混合以提供压裂混合物，将该压裂混合物泵入钻井中，和从基岩回收物质。
如前所公开，压裂材料可以还包含至少一种气体、至少一种凝胶和/或至少一种发泡剂。所述方法的另一些实施方式可以还包括提供这些材料中的任何一种或多种并将其混入压裂材料。应理解，混合这些另外的材料中的任何材料可以通过一个混合装置或多个混合装置来完成。另外，混合这些成分的顺序不需具体固定。在另一实施方式中，氩包含至少一部分氩-37，并且所述方法还包括跟踪基岩中的氩-37。作为实例，跟踪氩-37可以通过钻入基岩中取样蓄水层水或者通过监控源头的渗水来完成。在另一实施方式中，可以选择包含在压裂混合物中的凝胶的量，以对压裂混合物赋予所选择的粘度。在另一实施方式中，可以选择压裂混合物的温度和压力，以使得超临界氩具有大约与支撑剂相同的密度。在另一个实施方式中，可以选择压裂混合物的温度和压力，以使得超临界氩具有大约与发泡剂相同的密度。
在另一实施方式中，泵送步骤包括将压裂混合物以至多约15,000psi(103,421KPa)的压力和至多约100桶/秒(15.9立方米/秒)的速率泵入钻井中。
以上所公开的压裂系统和之前公开的压裂混合物可用于从基岩提取水。在一个实施方式中，从基岩提取水的方法包括提供从地表延伸至、进入或穿过基岩含水的至少一个区域的钻井，提供包含至少约95%氩的超临界流体的源，提供至少一种支撑剂的源，将该超临界流体与该支撑剂混合以提供压裂混合物，将该压裂混合物泵入钻井，使该压裂混合物在基岩内发展出多个压裂结构，和从该钻井回收水。
如之前图1所示，基岩可以包含多个含水区域，所述含水区域可以直接地或者隔着不含水区域彼此重叠。图4说明的是针对这些不同的地质层可以如何设置钻井。在非限制性实例中，不含水区域或岩层(420a–d)可以包含松散的沙砾、白云岩或页岩。含水区域(440a、b)可以侵入这些岩层并可以直接地彼此重叠，或者由不含水区域(420d)隔开。钻井可以钻入基岩中至各种深度，以从一个或多个含水区域取回水。因此，钻井(430a)例举了刚好钻至含水区域(440a)顶部的钻井。钻井也可以钻至含水区域(430b)中。作为另外一种选择，钻井(430c)可以钻至穿过一个含水区域(440a)并进入下方的第二含水区域(440b)中。如图2a和2b所示，含水区域(210)中的原始裂隙可以在压裂混合物所施加的压力下被诱导扩大成压裂结构(220a、b)。
如前所公开，压裂混合物可以还包含其他成分，包括至少一种气体、至少一种凝胶和/或至少一种发泡剂。所述方法的另一些实施方式可以还包括提供这些材料中的任何一种或多种并将其混入压裂材料。应理解，混合这些另外的材料中的任何材料可以通过一个混合装置或多个混合装置来完成。另外，混合成分的顺序不需具体固定。在另一实施方式中，压裂混合物中的氩可以包含至少一部分氩-37，可以利用之前公开的技术来跟踪基岩中的氩-37。在另一实施方式中，可以选择包含在压裂混合物中的凝胶的量，以对压裂混合物赋予所选择的粘度。在另一实施方式中，可以选择泵入钻井中的压裂混合物的温度和压力，以使超临界氩具有大约与支撑剂相同的密度。在另一个实施方式中，可以选择泵入钻井中的压裂混合物的温度和压力，以使超临界氩具有大约与发泡剂相同的密度。
在另一实施方式中，泵送步骤包括将压裂混合物以至多约15,000psi(103,421KPa)的压力和至多约100桶/秒(15.9立方米/秒)的速率泵入钻井中。
在另一个实施方式中，将至少一个密封件设置在钻井中，如图5所示。此类密封件的非限制性实例包括机械封隔器密封件和膨胀封隔器密封件。图5中所示的基岩的截面可包括不含水的多个岩层或区域(520a–e)和含水区域(540a、b)。在一些实施方式中，可能希望的是一次对一个含水区域采用该压裂法。于是，钻井(530a)说明的是使用在一定深度插入并启动的密封件(580a)隔离一个含水区域(540a)，而对第二含水区域(540b)进行压裂法。在一个实施方式中，来自下方的区域(540b)的水然后可以在与重叠区域(540a)隔离的情况下取回。在另一实施方式(530b)中，密封件可以被停用，并从其第一深度位置(580b)移走，在第二深度(580c)重新安置和重新启动。这可使压裂混合物进入上方区域(540a)并隔离下方的区域(540b)。在同一钻井(530c)中也可以使用多个密封件。在此实施方式中，可能希望的是将下方的含水区域(540b)与上方的含水区域(540a)隔离，并防止如烃或盐水等污染物由另一区域(520e)进入水中。
之前所公开的压裂混合物可以结合至从基岩回收水的结构体中，所述结构体包括从地表延伸至、进入或穿过含水基岩的至少一个区域的钻井，和设置在该钻井内的压裂混合物，所述压裂混合物包含含有至少95%氩的超临界流体和至少一种支撑剂。
如前所公开的，压裂混合物可以还包含其他成分，所述其他成分包括至少一种气体、至少一种凝胶和/或至少一种发泡剂。在另一实施方式中，压裂混合物中的氩可以包含至少一部分氩-37。在另一实施方式中，可以选择包含在压裂混合物中的凝胶的量，以对压裂混合物赋予所选择的粘度。在另一实施方式中，可以选择泵入钻井中的压裂混合物的温度和压力，以使得超临界氩具有大约与支撑剂相同的密度。在另一个实施方式中，可以选择泵入钻井中的压裂混合物的温度和压力，以使得超临界氩具有大约与发泡剂相同的密度。
为说明以上所公开的各种特征，提供以下非限制性实施例。
实施例
实施例1：包含Ar和支撑剂的水力压裂材料
将氩(900g，22.5mol)在80℃于含有485g密度为0.6g/mL的铝矾土微球的钢容器中压缩至500个大气压(50,662.5KPa)。在这些条件下，超临界Ar的密度将大致匹配支撑剂的密度。
实施例2：包含Ar、凝胶和支撑剂的水力压裂材料
在连续混合下，将包含氩(900g，22.5mol)和47g熔点为约135℃的聚乙烯球的超临界混合物加热至150℃，并压缩至600个大气压(60,795KPa)。向此超临界混合物添加900g高强度铝矾土微球(密度为0.6g/mL)。在此实施例中，所添加的支撑剂的量可以为至多或等于水力压裂材料的约80%(重量/体积)。
实施例3：包含Ar、环境友好的气体、凝胶和支撑剂的水力压裂材料
将氩(951g，23.8mol)和氪(50.3g，0.6mol)混合并在150℃压缩至500个大气压(50,662.5KPa)。在连续混合下，向该超临界混合物添加53g熔点为约135℃的聚乙烯球(47.0g)。另外，向此超临界混合物添加925g高强度铝矾土微球(密度为0.6g/mL)。
实施例4：包含Ar、支撑剂、凝胶和发泡剂的水力压裂材料
在于150℃连续混合并压缩至500个大气压(50662.5KPa)的条件下，水力压裂材料包含95%氩(900g，22.5mol)、2.5%熔点约为135℃的聚乙烯微球(23.7g)和2.5%椰油酰胺MEA(23.7g，0.083mol)。向此溶液添加925g高强度铝矾土微球(密度为0.6g/mL)。
实施例5：用于水力压裂的设备
对于压裂材料，将使用车载自动混合装置，例如C.A.T.GmbH提供的Blender，来混合成分。该Blender包括335.6KW(450HP)液压驱动泵和螺杆，排出速率可设定为34kg/秒(4500磅/分)。将压裂材料注入钻井中所需的泵送功率由流速和输送压力的乘积决定。作为实例，对于0.265m3/秒(100桶/分)的流速，在68,950KPa(10,000psi)的压力下，将需要19,272KW的泵送功率。在这些条件下，将使用十二台车载Weir SPM三缸泵，其各自通过艾里逊变速箱由1678.5KW(2250BHP)水冷Detroit Diesel发动机驱动。
实施例6：用于水力压裂的方法
钻孔一个725米深然后水平延伸7000米的钻井穿过由砂岩、石灰岩、页岩和粘土构成的岩石。钻井的竖直的725米将由钢/A级硅酸盐水泥内衬至API规格5CT，而钻井的水平7000米将每220m由一系列30m长的穿孔钢块内衬。在本实施例中，系统的总体积为～6200m3。在钻好钻井后，将利用测量声波通过套管和水泥至岩组的传播时间的水泥胶结测井仪(CBL)和变密度测井仪(VDL)测试完整性。液化氩将被输送至钻井现场，存储在30,397.5KPa(300个大气压)的压力下。超临界氩最初将在37℃和30,397.5KPa(300个大气压)与高强度铝矾土微球(实施例1)混合；但是在混合过程中温度可能达到高达80℃，并且可能需要高达50,662.5KPa(500个大气压)的压力。用于将压裂材料注入钻井中的泵将在钻井下的51,710.7KPa(7500psi)下提供约0.265m3/秒(100bpm)的超临界氩压裂组合物流速。在这些条件下，需要约7小时来用超临界氩水力压裂流体填充钻孔。在钻井被填充后，监控井系统的压力，以确定如通过井压降低所检测的压裂周期何时完成。在此实施例中，压力降低可能历时28小时，在此时将氩泵出。压裂周期完成后，将测试井的流速。对于与本实施例中所述的程序类似的程序，流速可以增大6倍。利用超临界氩混合物取回的水将通过压力的缓慢释放(～0.017m3/sec)而与氩分离；在此条件下，氩将蒸发并留下水。
本公开内容不限于本申请中所述的特定实施方式，所述特定实施方式意在说明各个方面。对于本领域技术人员显而易见的是，可以进行许多修改和变化而不脱离其精神和范围。除本公开内容所列举的内容之外，在本公开内容范围内的功能等同的方法和设备对于本领域技术人员而言将从以上描述中显而易见。所述修改和变化将落在所附权利要求的范围内。本公开内容仅受所附权利要求的条目以及这些权利要求被赋予的等同物的全部范围的限制。应理解的是，本公开内容不限于特定方法、试剂化合物或组合物，它们当然是可以变化的。还应理解，本公开内容所使用的术语仅出于描述具体实施方式的目的，而不意在作出限制。
关于本公开内容中基本上任何复数和/或单数术语的使用，在适合上下文和/或应用的情况下，本领域技术人员可以将复数转化为单数和/或将单数转化为复数。为清楚起见，本公开内容中可能明确地阐述了各种单数/复数转换。
本领域技术人员将会理解，一般而言，本公开内容中、特别是所附权利要求(例如，所附权利要求的主体)中所使用的术语通常意在作为“开放式”术语(例如，术语“包括(including)”应理解为“包括但不限于”，术语“具有”应理解为“至少具有”，术语“包括(includes)”应理解为“包括但不限于”，等等)。本领域技术人员将进一步理解，如果意图是特定数量的引入的权利要求叙述，则这样的意图将在权利要求中进行明确地陈述，在没有这样的叙述的情况下，则没有这样的意图。例如，为帮助理解，以下所附的权利要求可能包含对引导性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用，以引入权利要求叙述。然而，这种短语的使用不应解释为暗指：由不定冠词“a”或“an”引导的权利要求叙述将包含这种引入的权利要求叙述的任何特定权利要求限制于包含仅仅一个这种叙述的实施方式，即使当同一权利要求包括引导性短语“一个或多个”或“至少一个”和如“a”或“an”等不定冠词时亦如此(例如，“a”或“an”应解释为“至少一个”或“一个或多个”的意思)；这同样适用于对用于引入权利要求叙述的不定冠词的使用。另外，即使明确陈述了所引入的权利要求叙述的特定数量，本领域技术人员也将认识到这种叙述应解释为至少为所陈述的数量的意思(例如，没有其他修饰语的“两个叙述”这种单纯的叙述是至少两个叙述或者两个以上叙述的意思)。此外，在其中采用类似于“A、B和C等中的至少一个”的惯用说法的那些情形中，通常这类修辞意指本领域技术人员会理解该惯用说法(例如，具有“A、B和C中至少一个的系统”会包括但不限于只具有A的系统、只具有B的系统、只具有C的系统、同时具有A和B的系统、同时具有A和C的系统、同时具有B和C的系统和/或同时具有A、B和C的系统等)。本领域技术人员还会理解，实际上，带出两个以上可选择的术语的任何转折连词和/或短语，无论是在说明书、权利要求书还是附图中，都应被理解为设想了包括这些术语之一、这些术语中的任一个或者全部这些术语的可能。例如，短语“A或B”将被理解为包括“A”或“B”或者“A和B”的可能。
如本领域技术人员所将理解的，对于任何和所有目的，如就提供书面说明书等而言，本公开内容所公开的所有范围都包括任何和所有可能的子范围及其子范围的组合。任何所列范围均可以容易地被认作充分描述了并可使同一范围分解为至少相等的两份、三份、四份、五份、十份等。作为非限制性实例，本公开内容所讨论的各范围可以容易地分解为下三分之一、中三分之一和上三分之一等。如本领域技术人员也将理解的，如“至多”、“至少”等所有语言包括所陈述的数字并指之后可分解为如上所述的子范围的范围。最后，如本领域技术人员将理解的，范围包括各单独的组成部分。
由上可知，本发明内容的各种实施方式已出于说明的目的而描述，可以进行各种修改而不脱离本发明内容的范围和精神。因此，所公开的各种实施方式并不意在起限制作用，真实范围和精神如所附权利要求所指出。

Claims (98)

1.一种水力压裂用材料，所述材料包含：
包含至少95％氩的超临界流体；和
至少一种支撑剂，
其中，所述超临界流体处于-122℃以上的温度，并处于50个大气压以上的压力，并且
所述氩包含至少一部分氩-37(37Ar)。
2.如权利要求1所述的材料，其中，所述超临界流体处于-122℃以上且175℃以下的温度，并处于50个大气压以上的压力。
3.如权利要求1所述的材料，所述材料还包含氪、氙、氮气、二氧化碳气体、水蒸气或其任意组合。
4.如权利要求1所述的材料，所述材料还包含凝胶外加剂。
5.如权利要求1所述的材料，所述材料还包含无机凝胶外加剂。
6.如权利要求4所述的材料，其中，所述凝胶为蜡、低聚物或其组合。
7.如权利要求4所述的材料，其中，所述凝胶包含直链聚合物。
8.如权利要求4所述的材料，其中，所述凝胶包含支链或交联聚合物。
9.如权利要求4所述的材料，其中，包含于所述材料中的凝胶的量经选择而对所述材料赋予所期望的粘度。
10.如权利要求1所述的材料，其中，所述支撑剂为砂粒、树脂覆膜砂、玻璃、高强度铝矾土陶瓷材料、高强度非铝矾土陶瓷材料或其组合。
11.如权利要求1所述的材料，其中，所述支撑剂包括塑料。
12.如权利要求1所述的材料，其中，所述支撑剂具有球形、椭圆形、多边形、锯齿或不均匀形状。
13.如权利要求1所述的材料，其中，所述支撑剂具有30nm～3mm的尺寸。
14.如权利要求1所述的材料，其中，所述超临界流体具有第一密度，所述支撑剂具有第二密度，并且所述超临界流体保持在其中所述第一密度与所述第二密度相同的-122℃以上且175℃以下的温度和压力。
15.如权利要求1所述的材料，所述材料还包含至少一种发泡剂。
16.如权利要求15所述的材料，其中，所述发泡剂为陶瓷中空微球、塑料中空微球、椰油酰胺MEA、椰油酰胺丙基甜菜碱、椰油醇聚醚-4、椰油醇聚醚-7、椰油醇乙氧基化物或其组合，并且所述超临界流体具有第一密度，所述发泡剂具有第二密度，并且所述第一密度与所述第二密度相同。
17.一种从基岩提取物质的系统，所述系统包括：
包含至少95％氩的超临界流体的源，其中，所述超临界流体处于-122℃以上的温度，并处于50个大气压以上的压力；和
至少一种支撑剂的源；
构造为将所述超临界流体和所述支撑剂混合成压裂混合物的混合装置；
进入所述基岩中的钻井；
构造为将所述压裂混合物泵入所述钻井中的泵；和
构造为从所述基岩回收所述物质的回收单元。
18.如权利要求17所述的系统，其中，所述超临界流体处于-122℃以上且175℃以下的温度，并处于50个大气压以上的压力。
19.如权利要求17所述的系统，其中，所述氩包含至少一部分氩-37(37Ar)。
20.如权利要求17所述的系统，所述系统还包括气体的源，其中：
所述气体为氪、氙、氮气、二氧化碳气体、水蒸气或其任意组合；并且
所述混合装置被构造为将所述气体混入所述压裂混合物。
21.如权利要求17所述的系统，所述系统还包括凝胶的源，并且其中所述混合装置被构造为将所述凝胶混入所述压裂混合物。
22.如权利要求17所述的系统，所述系统还包括无机凝胶的源，并且其中所述混合装置被构造为将所述无机凝胶混入所述压裂混合物。
23.如权利要求21所述的系统，其中，所述凝胶为蜡、低聚物或其组合。
24.如权利要求21所述的系统，其中，所述凝胶包含直链聚合物。
25.如权利要求21所述的系统，其中，所述凝胶包含支链或交联聚合物。
26.如权利要求21所述的系统，其中，选择包含于所述压裂混合物中的凝胶的量以对所述压裂混合物赋予所期望的粘度。
27.如权利要求17所述的系统，其中，所述支撑剂为砂粒、树脂覆膜砂、玻璃、高强度铝矾土陶瓷材料、高强度非铝矾土陶瓷材料或其组合。
28.如权利要求17所述的系统，其中，所述支撑剂包括塑料。
29.如权利要求17所述的系统，其中，所述支撑剂具有球形、椭圆形、多边形、锯齿或不均匀形状。
30.如权利要求17所述的系统，其中，所述支撑剂具有30nm～3mm的尺寸。
31.如权利要求17所述的系统，其中，所述超临界流体具有第一密度，所述支撑剂具有第二密度，并且所述超临界流体保持在其中所述第一密度与所述第二密度相同的温度和压力。
32.如权利要求17所述的系统，所述系统还包括至少一种发泡剂的源，并且其中所述混合装置被构造为将所述发泡剂混入所述压裂混合物。
33.如权利要求32所述的系统，其中，所述发泡剂为陶瓷中空微球、塑料中空微球、椰油酰胺MEA、椰油酰胺丙基甜菜碱、椰油醇聚醚-4、椰油醇聚醚-7、椰油醇乙氧基化物或其组合，并且所述超临界流体具有第一密度，所述发泡剂具有第二密度，并且所述第一密度与所述第二密度相同。
34.如权利要求17所述的系统，其中，所述泵包括舱底泵。
35.如权利要求17所述的系统，其中，所述泵被构造为将所述压裂混合物以至多15,000psi的压力和至多15.9立方米/秒的速率泵入所述钻井中。
36.如权利要求17所述的系统，其中，所述物质包含水或者为水。
37.如权利要求17所述的系统，其中，所述物质包含非水性物质或者为非水性物质。
38.一种从基岩提取物质的方法，所述方法包括：
提供包含至少95％氩的超临界流体的源；
提供至少一种支撑剂的源；
将所述超临界流体与所述支撑剂混合以提供压裂混合物；
将所述压裂混合物泵送入钻井；和
从所述基岩回收所述物质，
其中，所述超临界流体在所述泵送步骤之前处于-122℃以上的温度，并处于50个大气压以上的压力。
39.如权利要求38所述的方法，其中，所述超临界流体在所述泵送步骤之前处于-122℃以上且175℃以下的温度，并处于50个大气压以上的压力。
40.如权利要求38所述的方法，其中，所述氩包含至少一部分氩-37(37Ar)。
41.如权利要求40所述的方法，所述方法还包括跟踪基岩内的37Ar。
42.如权利要求38所述的方法，所述方法还包括将气体混入所述压裂混合物，其中，所述气体为氪、氙、氮气、二氧化碳气体、水蒸气或其任意组合。
43.如权利要求38所述的方法，所述方法还包括将凝胶混入所述压裂混合物。
44.如权利要求38所述的方法，所述方法还包括将无机凝胶混入所述压裂混合物。
45.如权利要求43所述的方法，其中，所述凝胶为蜡、低聚物或其组合。
46.如权利要求43所述的方法，其中，所述凝胶包含直链聚合物。
47.如权利要求43所述的方法，其中，所述凝胶包含支链或交联聚合物。
48.如权利要求43所述的方法，所述方法还包括将一定量的凝胶混入所述压裂混合物，以对所述压裂混合物赋予选定的粘度。
49.如权利要求38所述的方法，其中，所述支撑剂为砂粒、树脂覆膜砂、玻璃、高强度铝矾土陶瓷材料、高强度非铝矾土陶瓷材料或其组合。
50.如权利要求38所述的方法，其中，所述支撑剂包括塑料。
51.如权利要求38所述的方法，其中，所述支撑剂具有球形、椭圆形、多边形、锯齿或不均匀形状。
52.如权利要求38所述的方法，其中，所述支撑剂具有30nm～3mm的尺寸。
53.如权利要求38所述的方法，所述方法还包括将所述压裂混合物以其中所述超临界流体的密度与所述至少一种支撑剂的密度相同的温度和压力泵入所述钻井中。
54.如权利要求38所述的方法，所述方法还包括将至少一种发泡剂混入所述压裂混合物。
55.如权利要求54所述的方法，其中，所述发泡剂为陶瓷中空微球、塑料中空微球、椰油酰胺MEA、椰油酰胺丙基甜菜碱、椰油醇聚醚-4、椰油醇聚醚-7、椰油醇乙氧基化物或其组合，并且所述超临界流体具有第一密度，所述发泡剂具有第二密度，并且所述第一密度与所述第二密度相同。
56.如权利要求38所述的方法，所述方法还包括将所述压裂混合物以至多15,000psi的压力和至多15.9立方米/秒的速率泵入所述钻井中。
57.如权利要求38所述的方法，其中，所述物质包含水或者为水。
58.如权利要求38所述的方法，其中，所述物质包含非水性物质或者为非水性物质。
59.一种从基岩回收水的方法，所述方法包括：
提供从地表至少延伸至基岩的具有一部分水的至少一个区域的钻井；
提供包含至少95％氩的超临界流体的源；
提供至少一种支撑剂的源；
将所述超临界流体与所述支撑剂混合以提供压裂混合物；
将所述压裂混合物泵送入所述钻井；
使所述压裂混合物在所述基岩内发展出多个压裂结构；和
从所述钻井回收水，
其中，所述超临界流体在所述泵送步骤之前处于-122℃以上的温度，并处于50个大气压以上的压力。
60.如权利要求59所述的方法，其中，所述超临界流体在所述泵送步骤之前处于-122℃以上且175℃以下的温度，并处于50个大气压以上的压力。
61.如权利要求59所述的方法，其中，所述氩包含至少一部分氩-37(37Ar)。
62.如权利要求61所述的方法，所述方法还包括跟踪基岩内的37Ar。
63.如权利要求59所述的方法，所述方法还包括将气体混入所述压裂混合物，其中，所述气体为氪、氙、氮气、二氧化碳气体、水蒸气或其任意组合。
64.如权利要求59所述的方法，所述方法还包括将凝胶混入所述压裂混合物。
65.如权利要求59所述的方法，所述方法还包括将无机凝胶混入所述压裂混合物。
66.如权利要求64所述的方法，其中，所述凝胶为蜡、低聚物或其组合。
67.如权利要求64所述的方法，其中，所述凝胶包含直链聚合物。
68.如权利要求64所述的方法，其中，所述凝胶包含支链或交联聚合物。
69.如权利要求64所述的方法，所述方法还包括将一定量的凝胶混入所述压裂混合物，以对所述压裂混合物赋予选定的粘度。
70.如权利要求59所述的方法，其中，所述支撑剂为砂粒、树脂覆膜砂、玻璃、高强度铝矾土陶瓷材料、高强度非铝矾土陶瓷材料或其组合。
71.如权利要求59所述的方法，其中，所述支撑剂包括塑料。
72.如权利要求59所述的方法，其中，所述支撑剂具有球形、椭圆形、多边形、锯齿或不均匀形状。
73.如权利要求59所述的方法，其中，所述支撑剂具有30nm～3mm的尺寸。
74.如权利要求59所述的方法，所述方法还包括将所述压裂混合物以其中所述超临界流体的密度与所述至少一种支撑剂的密度相同的温度和压力泵入所述钻井中。
75.如权利要求59所述的方法，所述方法还包括将至少一种发泡剂混入所述压裂混合物。
76.如权利要求75所述的方法，其中，所述发泡剂为陶瓷中空微球、塑料中空微球、椰油酰胺MEA、椰油酰胺丙基甜菜碱、椰油醇聚醚-4、椰油醇聚醚-7、椰油醇乙氧基化物或其组合，并且所述超临界流体具有第一密度，所述发泡剂具有第二密度，并且所述第一密度与所述第二密度相同。
77.如权利要求59所述的方法，所述方法还包括将所述压裂混合物以至多15,000psi的压力和至多15.9立方米/秒的速率泵入所述钻井中。
78.如权利要求59所述的方法，其中，所述基岩的区域包含基岩的多个区域，基岩的所述多个区域各自在其中具有一部分水。
79.如权利要求78所述的方法，所述方法还包括将至少一个密封件插入所述钻井的至少第一深度，并且启动所述密封件，由此将基岩的具有一部分水的所述多个区域中的至少一个与基岩的具有一部分水的所述多个区域中的至少第二个隔离。
80.如权利要求79所述的方法，其中，所述密封件包括机械封隔器和膨胀封隔器。
81.如权利要求79所述的方法，所述方法还包括停用所述密封件，将所述密封件移至所述钻井的至少第二深度，并重新启动所述密封件。
82.一种从基岩回收水的结构体，所述结构体包括：
从地表至少延伸至基岩的具有一部分水的至少一个区域的钻井；和
设置在所述钻井内的压裂混合物，所述压裂混合物包含：
含有至少95％氩的超临界流体，和
至少一种支撑剂，
其中，当所述压裂混合物最初设置在所述钻井内时，所述超临界流体处于-122℃以上的温度，并处于50个大气压以上的压力。
83.如权利要求82所述的结构体，其中，当所述压裂混合物最初设置在所述钻井内时，所述超临界流体处于-122℃以上且175℃以下的温度，并处于50个大气压以上的压力。
84.如权利要求82所述的结构体，其中，所述氩包含至少一部分氩-37(37Ar)。
85.如权利要求82所述的结构体，其中，所述压裂混合物还包含氪、氙、氮气、二氧化碳气体、水蒸气或其任意组合。
86.如权利要求82所述的结构体，其中，所述压裂混合物还包含凝胶。
87.如权利要求82所述的结构体，其中，所述压裂混合物还包含无机凝胶。
88.如权利要求86所述的结构体，其中，所述凝胶为蜡、低聚物或其组合。
89.如权利要求86所述的结构体，其中，所述凝胶包含直链聚合物。
90.如权利要求86所述的结构体，其中，所述凝胶包含支链或交联聚合物。
91.如权利要求86所述的结构体，其中，包含于所述压裂混合物中的凝胶的量经选择而对所述压裂混合物赋予所期望的粘度。
92.如权利要求82所述的结构体，其中，所述支撑剂为砂粒、树脂覆膜砂、玻璃、高强度铝矾土陶瓷材料、高强度非铝矾土陶瓷材料或其组合。
93.如权利要求82所述的结构体，其中，所述支撑剂包括塑料。
94.如权利要求82所述的结构体，其中，所述支撑剂具有球形、椭圆形、多边形、锯齿或不均匀形状。
95.如权利要求82所述的结构体，其中，所述支撑剂具有30nm～3mm的尺寸。
96.如权利要求82所述的结构体，其中，所述超临界流体具有第一密度，所述支撑剂具有第二密度，并且所述超临界流体最初以其中所述第一密度与所述第二密度相同的温度和压力设置在所述钻井内。
97.如权利要求82所述的结构体，所述结构体还包括将至少一种发泡剂混入所述压裂混合物。
98.如权利要求97所述的结构体，其中，所述发泡剂为陶瓷中空微球、塑料中空微球、椰油酰胺MEA、椰油酰胺丙基甜菜碱、椰油醇聚醚-4、椰油醇聚醚-7、椰油醇乙氧基化物或其组合，并且所述超临界流体具有第一密度，所述发泡剂具有第二密度，并且所述第一密度与所述第二密度相同。
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