CN104685152B - 根据液力压裂操作回收产品的减排方法 - Google Patents

Abstract

压裂流体混合物用于通过如下方式液力地压裂储集层中的地下地层：至少将天然气和基础流体混合以形成压裂流体混合物，并且将压裂流体混合物注射至井中。在压裂流体混合物内，天然气组分和含量被选择成使得井内液气流的回收的气体成分在现有的气体加工设施的入口规格内，并且井内液气流具有足以使井内液气流流动至地面的井口流动压力，或具有满足加工设施的捕获系统入口压力需求的流动压力。井口流动压力或捕获系统入口处的流动压力可以通过将天然气添加至压裂流体而被增大，从而具有减小井底流动压力的效果。

Description

根据液力压裂操作回收产品的减排方法

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。

由于通常在后压裂井内液气流中存在的大量的液体，气流的压力可能不足以满足加工设施的入口压力需求，即使气体流的含量可以在组分规格内亦是如此。包含在回流井内液气流内的过量的液体，当从储集层沿钻井孔向上流动并且到达地面时，呈现了更高的流动压力损失。这使得到地面的流动压力减小，该压力通常低于加工设施的入口压力需求。而且，这要求在水分减少之前对气流进行排放或燃烧以使得来自井的流的压力足以克服加工设施的最小入口压力。作为替代方案，如果气体组分在加工设施入口规格内，同时压力太低而不能满足入口压力需求，则可以应用临时的气体压缩机以充分地增大压力以满足入口压力需求，从而避免排放或燃烧。很可能需要在压缩之前至少脱水以使水蒸气移除，以便使井内液气流的气体成分满足压缩机的入口需要。

而且，如果流动压力损失使得流体将不能够在没有辅助的情况下容易地流动至地面，则可以实施载荷流体回收技术以使流体在回流阶段移动至地面。这种技术的两种示例是抽吸作用和气流提升。这两种技术都倾向于高成本、复杂并且耗时，并且将在压裂处理之后是回流操作的附加处理。抽吸作用涉及将机械装置沿钻井孔向上移动以使得钻井孔中的液体被提升至地面。气流提升涉及将井内的油管柱或盘管插入至特定的深度，随后将比如氮或天然气之类的气体注射至管或管与钻井孔之间的环形空间以使得液体移动至地面。气体提升可以涉及大量的地面设备，比如对气体进行加压的压缩机，以及在压缩之前对气体进行处理的脱水和冷却设备。

虽然存在可用于在地面处理井内液气流并且使井内液气流加压至足够的加工设施入口压力的已知的技术，但这些技术是对环境有害的，并且包括类似向大气排放或燃烧气体并且将液体存储至敞开的凹坑中的技术。这些临时的技术还倾向于需要复杂且昂贵的地面设备，这还可以造成显著的压力损失，从而使在钻井孔内引入以将压裂流体吸出储集层的压差受损。

显著地减小或消除在液力压裂完成操作期间的排放、燃烧和所应用的水通常是困难的、昂贵的、复杂的且低效的，然而对于环境和现有的完井技术的最终的可持续性而言是重要的。石油和天然气行业会受益于有效的、成本高效的并且减排的方法以在液力压裂之后引入回流性能。

发明内容

压裂流体混合物用于通过下述方法液力地压裂储集层中的地下地层：将至少天然气和基于水的或碳氢化合物的压裂基础流体混合以形成压裂流体混合物，并且将压裂流体混合物注射至井中。该井被流体地联接至储集层和地面加工设施。在压裂流体混合物中，天然气组分和含量被选择为使得井内液气流的回收的气体成分在加工设施的入口规格内，并且井内液气流具有井口流动压力，该井口流动压力足以使井内液气流流动至地面，或具有流动压力，该流动压力满足加工设施的捕获系统入口压力需求。井口流动压力或捕获系统入口处的流动压力可以通过将天然气添加至压裂流体而被增加，这具有减小了钻井孔流动压力损失的效果。

根据本发明的一个方面，提供了用于使用压裂流体混合物液力地压裂储集层中的地层并且用于从井回收井内液气流的方法，该方法包括下列步骤：

(a)限定用于使井内液气流从井流动并且流动至加工设施的回流需求；

(b)根据所确定的回流需求来确定压裂流体混合物的天然气组分，使得井内液气流的气体成分的组分与加工设施的气体组分需求相兼容；

(c)根据所确定的回流需求确定压裂流体混合物的天然气含量，使得井口流动压力足以使井内液气流至少流动至地面，或者使得捕获系统入口处的井内液气流压力至少满足加工设施的入口压力需求。

(d)形成具有选择的天然气组成的压裂流体混合物；

(e)在地层压裂阶段期间，将压裂流体混合物注射至井内以使地层压裂；以及

(f)在回流阶段期间，使井内液气流的气体成分从井流动至加工设施，其中，井内液气流中的至少一些井内液气流包括在压裂流体混合物中的注射的天然气。

井内液气流还可以包括原始储集层气体，在这种情况下，原始储集层气体和注射的天然气中的至少一部分被流动至加工设施。井内液气流还可以包括原始储集层液体，在这种情况下，该方法还可以包括使用流体地联接在井与加工设施之间的回流设备将包含原始储集层液体的液体成分与井内液气流分离。

在回流阶段期间，井内液气流的气体成分可以在没有任何排放或燃烧的情况下从井流动至加工设施，从而消除或至少减小了释放至环境中的有害排放。

加工设施可以构造成加工气体和液体，在这种情况下，方法还包括根据所确定的回流需求确定压裂流体混合物的天然气组分，使得井内液气流的气体成分和液体成分的组成与加工设施的气体和液体组成需求相兼容；以及在回流阶段期间，使井内液气流的气体成分和液体成分从井流动至加工设施中，其中，井内液气流中的至少一些井内液气流包括在压裂流体混合物中的注射的天然气。

回流需求可以包括与流体地联接在井与加工设施之间的回流设备相关联的压力损失。回流设备可以包括固体分离器，在这种情况下，方法还包括在气体成分和液体成分流动至加工设施中之前使用固体分离器将固体与井内液气流分离。可替代地，回流设备可以包括气液流分离器，在这种情况下，该方法还包括使用气液流分离器将气体成分与回流流体分离，并且随后使气体成分流动至加工设施。可替代地，回流设备可以包括三相分离器，在这种情况下，方法还包括使用三相分离器将气体成分、水成分以及油成分与井内液气流分离。分离出的气体成分可以流动至加工设施，水成分可以流动至水处理或清理设施或流动至储水箱，并且油成分可以流动至油加工设施、销售设施或储油箱。

当捕获系统入口处的井内液气流不是处于满足加工设施的入口压力需求的压力时，方法还包括使用压缩机将井内液气流的气体成分压缩到至少满足加工设施的入口压力需求的压力。如果必要，使用回流设备可以从分离的气体成分回收冷凝水，直到气体成分满足压缩机的入口需求为止。而且，如果必要，使用用于移除的天然气回收或净化单元可以从气体成分移除冷凝液体，直到气体成分满足压缩机的入口需求为止。

回流需求还可以包括最大压裂基础流体流量，该最大压裂基础流体流量使得回收的压裂基础流体体积在储水箱的规格内；在这种情况下，方法还包括使用流体联接在井与加工设施之间的地面回流设备将水与井内液气流分离，并且将水储存在储水箱中。

根据本发明的另一方面，提供用于液力地压裂在储集层中的地层并且用于从井回收井内液气流的方法，包括：

(a)限定用于使井内液气流从井流动并且流动至加工设施的回流需求；

(b)根据所确定的回流需求来确定压裂流体混合物的天然气含量，使得地面流动压力足以使井内液气流流动至地面并且满足加工设施的入口压力需求；

(c)形成具有选择的天然气含量的压裂流体混合物；

(d)在地层压裂阶段期间，将压裂流体混合物注射至井内以将地层压裂；以及

(e)在回流阶段期间，使井内液气流的至少气体成分从井流动至加工设施，其中，井内液气流中的至少一些井内液气流包括在压裂流体混合物中的注射的天然气。

方法可以包括根据所确定的回流需求确定压裂流体混合物的天然气组成，使得井内液气流的气体成分的组成与加工设施的气体组成需求相兼容。可替代地，方法还可以包括使用流体地联接在井与加工设施之间的地面回流设备对井内液气流的气体成分进行加工，直到气体成分的组成满足加工设施的气体组成需求为止。

附图说明

图1为根据本发明的一种实施方式的用于将包含天然气的压裂流体混合物注射至钻井孔地层中的设备的示意性俯视图；

图2a和图2b示出了地下储集层，其中，压裂流体注射至地下储集层中，以及压裂流体从地下储集层移除；

图3为图示了用于使用压裂流体混合物与如图1所示的设备对地层进行压裂、随后使所施用的压裂流体混合物回流以从井捕获回流排出物的方法的步骤的流程图；

图4为图示了根据用于将压裂的原始气体捕获至加工设施的天然气混合物压裂处理的实施方式的压裂流体回流设备的主要部件的图表；

图5为图示了根据天然气混合物压裂处理的实施方式的压裂流体回流设备的主要部件的图表，其中，压裂流体回流设备用于将液体与回流井内液气流分离，气体被回收至加工设施；

图6为图示了根据天然气混合物压裂处理的实施方式的压裂流体回流设备的主要部件的图表，其中，压裂流体回流设备用于将液体与回流井内液气流分离，其中在气体进入加工设施之前对气体进行压缩；

图7为示出了在60℃的温度下在一定压力范围内将天然气添加至水所实现的混合流体密度的减小的图表；

图8为示出了在60℃的温度下在一定压力范围内将天然气添加至39API压裂油所实现的混合流体密度的减小的图表；

图9为图示了对于以200m³/天的液体流量流动的示例井，由一定范围的天然气与水的添加比率所引起的井底流动压力的图表；以及

图10为图示了在所选择的天然气添加比率下，示例的钻井孔内的压力和密度分布的图表。

具体实施方式

在本文中，各种术语用于描述在储集层和钻井孔中的不同位置处的压力；这些术语被认为基本上是本领域的技术人员所理解的意义。下面提供了这些术语之间的关系的概述：

井底流动压力(BHFP)＝井口流动压力+钻井孔液体静压力+钻井孔流动摩擦压力；

井口流动压力(WHFP)＝捕获系统进入压力+地面设备压力损失；

捕获系统入口压力指的是加工设施的入口处或联接至加工设施的管线处的压力；

地面设备压力损失指的是流动通过地面回流设备的回流流体的压力损失；

BHFP＝储集层压力-压降

压降＝粘性流动力压力损失+毛细作用力压力损失

文中描述的实施方式涉及用于液力地压裂储集层中的地层并且从储集层中捕获回流流体的方法，该方法包括选择压裂流体混合物的天然气含量，该压裂流体混合物的天然气含量将足以实现足以使井内液气流流动至地面的所需的井口流动压力，或在捕获系统入口处具有流动压力，该流动压力满足加工设施的压力需求。此外，天然气的组成被选择为提供与处理设备的组成需求相兼容的井内液气流的组成。井口流动压力和在捕获系统入口处的流动压力可以通过添加天然气而被增大，从而具有减小钻井孔内的流动压力损失的效果。

压裂流体混合物用于液力地压裂在储集层中的地下地层，并且涉及将至少天然气和压裂基础流体混合以形成压裂流体混合物，随后将压裂流体混合物注射至井中，该井延伸通过储集层并且通过待压裂的地层。压裂流体混合物随后从储集层连同原始储集层流体和井排出气体(统称为“井内液气流”)一起回流至地面并且随后被引导至管线或加工设施。

压裂基础流体可以包括水或碳氢化合物井工作流体，以及支撑剂和一种或更多种增稠剂以对混合物施加粘性。添加至压裂流体混合物的天然气的体积被操纵为使得混合物在压裂操作和之后的压裂流体回流操作期间具有特定的性能。对于回流操作而言，这些性能包括特定的密度、流动特性和组成，这些特定的密度、流动特性和组成实现了在回流期间的特别的流量和地面压力以允许将井排出气体捕获至管线或加工设施。

压裂基础流体与气相天然气流结合以形成压裂流体混合物。根据压裂基础流体的性质，混合物的天然气成分可以是少量地或高度地可混合在井工作流体中的。产生的压裂流体混合物被注射至地下地层中以产生压裂层或增强现有的压裂层。如将在下文中更详细地讨论的，施加至常规油气井工作流体的天然气的量被操纵为在压裂回流操作期间产生压裂流体混合物的所需的特性，目的是提高压裂回流操作的性能，使得回流流体可以被有效地并且经济地捕获。更特别地，天然气的量可以被操纵以降低在钻井孔中的液体静压力和流动压力，从而降低对于所需的井口流动压力的所需的井底流动压力和在捕获系统入口处的流动压力。天然气的量还可以被操纵为当水或碳氢化合物基础流体用于压裂流体混合物中时减小基础流体的液体含量，使得可控量的液体可以被捕获在地面回流设备的箱或其他封闭系统中，或满足加工设施的成分需求并且因此被直接流动至加工设施。

如在本公开中使用的，天然气指的是单纯地甲烷(CH₄)或甲烷与其他气体——比如可以存在于天然气的商业供给中的其他气态碳氢化合物——的混合物。天然气通常是大约85％至99％的甲烷(CH₄)和1％至15％的乙烷(C₂H₆)的可变的混合物，因此进一步降低了具有长链碳氢化合物的痕量的丙烷(C₃H₈)、丁烷(C₄H₁₀)和戊烷(C₅H₁₂)的成分。如文中使用的，天然气还可以包含惰性气体，比如在不同程度上的二氧化碳和氮气。天然气在60°F和1个大气压、以及靠近82℃的临界温度的标准状态下呈气态。如将在下文中更详细地描述的，天然气将在整个压裂地层操作过程中高于该临界温度并且因此将在整个操作过程中呈气相。

如在本公开中所使用的，井工作流体用作压裂流体混合物中的压裂基础流体并且可以指的是任何水基或液态碳氢化合物流体。水基流体可以包括具有盐、酸或甲醇的水。液体碳氢化合物流体为包含应用于井工作、储存改造或液力压裂的烷烃和芳烃的流体。

参照图1，文中描述的实施方式采用地层压裂设备2以将压裂流体混合物注射至储集层中。实施方式可以采用如图1所示的回流设备3以将回流流体回收，或可选地，采用如图4、图5或图6中所示的设备。

更特别地，图1图示了用于在封闭系统压裂操作中应用和回收天然气和井工作流体混合物的地层压裂设备2和回流设备3的一个构型。

地层压裂设备2包括下列井工作制备和加压设备4：用于包含井工作流体压裂基础流体的裂缝分析液体箱12；用于包含和应用粘性化学物质的化学物质添加单元14；以及用于包含和应用操作所需的支撑剂的支撑剂储存单元16。井工作流体、粘性化学物质、以及支撑剂在压裂混合器18中组合以形成制备的井工作流体，并且制备的井工作流体随后被给送至基础流体压裂泵送器17；在基础流体压裂泵送器17处，制备的井工作流体被加压至压裂状态。地层压裂设备2还包括下列天然气制备设备22：移动储存容器24，用于储存呈液化天然气(LNG)形式的天然气。LNG压裂泵送器26，用于将LNG加压至压裂状态，并且将LNG加热至所需的应用温度。地层压裂设备2还包括用于将制备的井工作流体与气态天然气流组合的部件30以形成压裂流体混合物并且之后将该混合物引导至井口32。组合的流体随后沿着钻井孔向下行进并且到达地层中以使该区间压裂。

如图1所示的回流设备3用于接收和捕获压裂的和产生的储集层流体(井内液气流)，该井内液气流在完成压裂处理之后沿钻井孔向上流动并且流出井口32。在该实施方式中，井内液气流被从井口32引导通过联接至井口的导管、通过扼流器5、并且到达气液流分离器36。来自井口32的并且到达流分离器36的压力通过使用扼流器5来控制。可选地，沙粒或固体截获器(未示出)可以安置在井口32的下游并且在扼流器5的上游以防止支撑剂或固体流入回流设备3。可选地，回流设备3不包括分离器36；作为替代，所有井内液气流可以被引导至气体和液体管线(未示出)以用于不在工地进行加工，只要这种井内液气流满足管线和联接至管线的加工设备的组成需求即可。如果存在气液流分离器36，则气液流分离器36将井内液气流的回收的气体和液体成分分离。回收的液体成分包括井工作流体和产生的原始储集层液体，并且被引导至液体回收箱38。代替液体回收箱38，回收的液体可以被引导至液体管线(未示出)以用于加工——如果存在这种加工设施。回收的气体成分——包括所应用的天然气和产生的原始储集层气体——被引导至气体管线40；在气体管线40处，回收的气体成分被引导至加工设施(未示出)以用于处理和销售。以这种方式或类似的方式，环境封闭的压裂系统可以被产生和应用，从而允许在不通过开口/扩口42排放或燃烧的情况下进行液力压裂和回收并且将液体给送至敞开的凹坑。

现在将参照图2a、图2b和图3描述根据一种实施方式的压裂操作和回流操作。

如图2a所示，压裂流体混合物204被注射至钻井孔201中并且沿钻井孔201向下流动，通过孔眼205并且进入地下储集层202以产生从钻井孔201辐射开并且穿透储集层202的单个或多个液力压裂部203(虽然图2a描绘了在穿透地下储集层的竖直钻井孔中产生的对称的双翼压裂部，但相同的效果可以应用于在竖直的或者水平的钻井孔中产生的非对称的多个压裂部)。通过用于压裂产生的注射，一些或所有的压裂流体混合物204从压裂部203泄漏，这被称为“泄漏部”206，并且泄漏至储集层202中，这被称为储集层202中的“侵入区域”。当产生足够的液力压裂部时，注射被停止，井被关闭并且所注射的压裂流体混合物204随着接近或达到平衡而分散至地下储集层202中，并且压裂部203逐渐包围支撑剂。在压裂流体注射之后，所应用的压裂流体混合物浸透侵入区域内的压裂部和地下储集层。

为了开始生产原始储集层流体，压裂流体混合物必须充分地从压裂部203和地下储集层202移除。井被打开并且如图2b中所示，井内液气流210通常包括注射的压裂流体和原始的储集层流体，并且从地下储集层202流动通过压裂部203并且沿钻井孔201向上流动。如果存在足够的储集层压力以克服将流体保持在储集层内的位置中的毛细管作用和粘性流动力(统称为“储集层抵抗效果”)以及井底流动压力，那么井内液气流210将从储集层202和压裂部203沿钻井孔201向上流动、通过任何地面回流设备并且进入加工设施(或进入用于向远处的加工设施的流动的管线)。如上文提到的，井底流动压力包括从孔眼至地面的流动摩擦损失(“流动摩擦压力”)、液体静压力、任何地面设备压力损失、以及捕获系统入口压力。

如果储集层压力不能克服现有的储集层抵抗效果和井底流动压力，特定量的天然气可以被添加至压裂的流体混合物以增大井口流动压力，使得井内液气流210可以克服任何地面回流设备压力损失并且仍然在捕获系统入口处具有足够的压力以满足用于管线或加工设施的入口压力需求。更特别地，在压裂流体中的天然气用于减小在压裂期间放置在储集层中的液体含量，减小在侵入区域和产生的压裂部内的毛细血管作用和粘性的流动力，并且通过减小在返回流动流中的液体，从而减小了密度，并且因而减小了在钻井孔中流动的流体的液体静压力。液体含量可以被可选地减小至下述水平：该水平满足管线和加工设施组成需求，或至少减小到可以被封闭的储存箱捕获的水平，从而通过将液体沉积在敞开的凹坑中而避免了使液体暴露与环境的需要。

图3示出了每个实施方式共有的由地层压裂和回流操作执行的一系列步骤。在步骤301处，井回流和地面捕获流动状态被确定为用于主要的井和储集层，这包括：

·井特性包括：储集层的深度、温度和压力，储集层包括地层(“储集层深度”“储集层温度”以及“储集层压力”)；

·钻井孔特性包括壳体外径、表面粗糙度以及井厚度；

·压裂状态包括井底压裂压力；并且压裂基础流体特性包括组成和密度；以及

·井回流状态包括井底流动温度和井口流动温度。

在步骤302处，限定了用于对于设备和性能两者的回流需求，并且随后压裂流体混合物204的特定性能被确定为使得需要在回流操作期间实现这些限定的需求。回流需求包括：

·设备回流需求包括：加工设施入口压力需求、由流动通过回流设备3(由回流地面设备构型所指示的)的回流流体经受的压力损失，以及高于管线或加工设施入口压力需求的目标流体进入压力；以及

·性能回流需求包括：最大水回流流量、最大气体回流流量、目标回流压降、目标井底液位下降(流动)压力、以及流动至管线或加工设施的气体和/或液体的组成。

在步骤303处，压裂流体混合物的天然气组成和含量被确定为将在压裂回流操作期间实现限定的回流需求。这种确定通过对井底流动压力与天然气基的流体比率的之间的关系进行限定来实现，使用作为输入：用于目标井和储集层的井底回流和地面捕获流动条件，以及所限定的回流需求。一旦这种关系确定，天然气基的流体比率被选择为用于井底流动压力，该井底流动压力为低于储集层压力减去压降。随后确定了天然气和基础流体的量，天然气和基础流体的量被混合以形成压裂流体混合物，从而实现该确定的天然气基础流体比率。注射的天然气的组成被选择以确保回流流体，即，回收的注射气体、原始储集层气体以及任何压裂引入的污染物的组合的流动满足或超过用于气体加工设施的管线规格或入口需求。

在步骤304处，液力压裂处理在储集层202中的井上完成，其中，选择的压裂流体混合物204被制备和注射，该选择的压裂流体混合物204具有确定的天然气连同基础流体的组成和含量。

在步骤305处，包括注射的压裂流体混合物的井内液气流从储集层202以选择的井底流动压力和选择的流量被回流，使得所回收的井内液气流满足回流需求并且使得引起下述地面压力：该地面压力允许在回流操作期间捕获和处理井内液气流的至少回收的气体成分。

当每次在步骤302处对回流需求进行限定时，可以考虑加工设施入口压力和组成的需求。例如，最大气体流量可以通过加工设施的容量和能力被描述以处理回流气体从而满足或超出销售规格，并且最大压裂基础流体(例如，水)流量和回收的总体基础流体可以通过用于封闭的捕获系统的能力来描述以捕获和储存水。通过使下述回流需求具体化——该回流需求满足管线或加工设施压力和组成需求，则地面回流设备的量可以被减小，从而当与在满足组成需求和/或将回流气体压缩以满足压力需求之前需要对井内液气流进行处理的常规的过程相比，潜在地节省了时间并且降低了成本。此外，通过可以使井内液气流直接地流动至加工设施，一起减少或避免了对环境潜在的不利影响，比如排放和燃烧。

在一种实施方式中，通过对压裂流体混合物进行选择可以满足加工设施的组成需求，该压裂流体混合物包括满足管线气体组成规格的天然气组成。在这种实施方式中，基础流体可以是水或液态碳氢化合物，这可以通过在地面回流设备中的气液分离器而与井内液气流分离。因此，所保留的井内液气流包含压裂流体混合物的天然气成分，以及原始的储集层流体。由于加工设施已经构造成处理原始储集层流体的组成，并且由于天然气组成被选择为满足加工设施组成需求，所以保留的井内液气流应该可以直接地流动至加工设施，其中，通过地面回流设备39仅仅进行相分离。

现在参照图7至图10将更详细地讨论确定天然气的含量以实现每次步骤303的所限定的回流需求。图7图示了混合的流体密度的减小，该混合的流体密度的减小例如当压裂流体混合物包括天然气和水基流体时将天然气添加至水而实现。混合的流体密度确定在地下储集层处由包含在钻井孔内的流体施加的液体静压力。混合流体密度还确定了水的总量，该水的总量很可能在回流阶段期间应用并且因此可以被回收；信息可以描述设置为在处置或进一步加工之前储存水的任何储存箱的容量。在图7中，在60℃的温度下在1000kpa至60000kpa的范围的压力呈现为在选择的天然气与水的比率的情况下的密度的图示。天然气与水的比率范围从没有添加气体到以每立方米的水添加1000sm³的天然气的比率的情况。可以实现以其他压力、温度、气体比率和水基液体的类似的密度的减小。如图7中所示，水具有在温度和压力下相对恒定的密度，即近似1000kg/m³，使得呈现近似9.8kPa/m的液体静压力梯度。对于2000m的井而言，这使得在钻井孔的基部处导致19600kPa的液体静压力。钻井孔流动摩擦压力产生附加的压力损失并且被添加至整体井底流动压力，使得在储集层压力不充足的情况下回流流量可以非常低或不存在并且延长回流周期。如果井底流动压力近似匹配储集层压力，可获得的克服了储集层抵抗力——即，粘性流动力、毛细管压力和相对渗透效果——的压差是最小化的，并且从压裂系统和储集层移除的流体是折中的。相反，通过天然气比率为400sm³/m³的流体，密度可以从1000kPa下的～60kg/m³变化至60000kPa下的630kg/m³，从而导致从大约40％至95％的密度减小，其中由地下储集层上的流体柱呈现的液体静压力相应地减小。因此，井底流动压力被减小，并且与储集层压力的压差被增大。

与图7类似，图8图示了混合的流体密度的减小，该混合的流体密度的减小例如将天然气添加至碳氢化合物基的井工作流体以形成压裂流体混合物而实现。与天然气在水中的效果的差异在于，在天然气中在碳氢基的井工作流体中是高度可溶解的。由于溶解能力，所添加的气体可以在高压下被溶解在碳氢化合物基的井工作流体中，混合物高于在成分和相应的压力和温度下的气泡点。这种效果通过给出的气体与液体的比率的密度的线性增大而图示在附图上，其中增大的压力为比如在液体开始的50sm³/m³处观察到的近似6,000kPa的压力。通过以更高的天然气比率的一些碳氢化合物井工作流体、产生的混合物的性质可以变化以实现在没有液体的情况下的非常低的密度的上临界流体混合物，或具有仅非常小部分的液体的冷凝的混合物。与图7类似，图8可以用于计算碳氢化合物基流体的总量，该碳氢化合物基流体的总量很有可能被应用并且可以在回流阶段被回收，这可以描述用于在进一步的处理之前储存基础流体的储存箱的容量。

图9为在特定的具体井回流和地面捕获流动状态下并且以特定的限定的回流需求的情况下井底流动压力和天然气与水比率的图表。图9还为在相同的状态下天然气流动流量与天然气与水比率的图表。这种图表通过在工业中常用的市售可获得的多相流动模拟器程序来产生，比如GLEWPro^TM，使用如下文中示例1中提供的井回流和地面捕获条件和回流需求。

图9的试验示出了指示当没有气体被添加至水时井底压力高达27,200kPa以及当气体以50sm³/m³被添加至水时井底压力低至5,025kPa的曲线。在不添加气体时，可以观察到，井底流体压力远超过储集层压力，并且在这些情况下不会发生回流。满足每次步骤303的限定的回流需求的所需的天然气含量通过下述方式确定：通过在图9中的所需的天然气与水的比率识别以使井底流动压力降低至低于储集层压力与压降之差，该压降以所需的回收速率克服了储集层抵抗效果。以现有技术中已知的方式，目标回流压降百分比可以被选择，可以期望该目标回流压降百分比足以克服预测的储集层抵抗效果。所选择的液位降低百分比可以用于计算压降。通过将压降从储集层压力减去可以确定用于使流体流动至加工设施的所需的井底流动压力。一旦确定所需的井底流动压力，可以根据图9确定所需的天然气与水的比率，并且具有这种比率的合适的压裂流体混合物(使用水作为基础流体)可以用于执行压裂操作。

如将下文中在示例1中讨论的，在图9中使用的目标液位下降百分比为60％，从而导致10,395kPa的目标压降。因此，目标井底流动压力为6,930kPa，并且因此，所需的天然气与水的比率为250sm³/m³。在这种目标井底流动压力下，到达地面的天然气流量为大约50,000sm³/天并且到达地面的液体流量限定在回流需求中，如200m³/天。假如初始限定的回流需求满足管线和加工设施组成需求，那么期望的是，气体流量及其组成与加工设施规格相兼容，并且井内液气流可以直接流动至加工设施(或经由管线)或如果加工设施构造成处理气体，则仅具有液体的相分离。

如上文指出的，添加天然气通过减小液体静压力而减小了井底流动压力。然而，在钻井孔中的流动的混合流体的性质是复杂的并且不易于对自身提供简单的计算，并且计算机程序被采用以计算出性质。实际上，压力将沿着钻井孔变化，该压力使气相压缩或膨胀，并且改变密度，从而影响产生的液体静压力。与在钻井孔内的流动摩擦类似，混合的流体的摩擦压力损失随着所存在的气体的相对体积而变化，这进而使得存在的气体的相对体积随着沿钻井孔的压力而变化。

除了选择在压裂流体中的天然气含量以使得井内液气流满足加工设施入口压力需求之外，天然气组成还被选择为确保回流流体满足用于流动至加工设施的组成需求。可以考虑使天然气中的甲烷的含量操纵为到达接近100％的纯度，以确保井内液气流满足组成需求。替代地，为了实现用于比在返回气体中的正常热值含量更高的需求，注射的天然气成分可以被选择为包含仅85％的甲烷，其中，乙烷和丙烷含量被增大以增大热值。可以执行对于其他成分的含量的类似的操纵，以满足宽范围的回流组成目标需求。例如，压裂引入的污染物可以包括从碳酸盐地层上完成的酸基处理释放的二氧化碳。在这种情况下，在压裂流体中的天然气的含量可以被增大以便稀释压裂流体的二氧化碳含量从而满足入口需求。可替代地，在回流期间使所回收的气流与油基压裂处理进行剥离轻馏分可以导致热值太高，使得注射的气体甲烷含量接近100％，或可替代地，增大的氮含量用于减小回收的气体热值。

以上文描述的方式，将选择的天然气组成和含量施用于压裂流体用于允许在没有或最小排放和燃烧的情况下使压裂流体回流并且将回流气体捕获至管线或加工设施。气体含量被操纵为至少确保以足够的压力从储集层202并且沿钻井孔201向上流动在地面处以用于相分离，如果需要，并且用于井内液气流的回收的气体成分在不压缩的情况下进入加工设施。此外，注射的天然气成分被操纵以确保井内液气流的气体成分的组成满足或超过用于管线或加工设施的入口需求。这可以通过比如抽汲、气体提升的方法消除与引入井内液气流的流动相关联的需求、复杂性和成本。这还可以消除在进入加工设施之前处理和压缩气体成分的需要。此外，气体成分的组成被控制以确保避免了用于将污染物比如氮和二氧化碳移除的预处理的成本、复杂性和复合程度。如下文中讨论的，回流气体可以在不需要如下专用的地面回流设备或系统的情况下被容易地回收：比如脱水器、膜气体分离器、胺塔、制冷单元，放置附加的管线、用于气体提升的注射、抽汲和对用于再次注射或进入加工设施的入口的气体进行压缩。在一些应用中，添加至压裂流体的天然气含量可以被限制并且所有的处理和回流标准可以不被满足。在那些情况下，在压裂流体中的天然气的应用可以用于减少所需的专用地面设备而不是消除该所需的专用地面设备。

根据另一实施方式并且参照图4，地面回流设备3构造成提供对后压裂井内液气流——包括注射的天然气和原始储集层流体——的完全的回收，回收的井内液气流随后被引导至构造成加工液体和气体两者的加工设施404。在该实施方式中，设置有可选的沙截获器403，在可选的沙截获器403处，固体比如支撑剂可以在进入加工设施404之前从井内液气流移除。在井口401处的流动压力必须是足以克服以回流流量通过导管405、沙截获器403、扼流器402以及导管406的压力损失，同时保持足够的压力以满足在进入加工设施404的入口处的压力需求。注射的压裂流体混合物的天然气含量被操纵以确保在所需的回流条件下存在充足的井口压力。这种构型特别适用于回流至加工设施，加工设施可以处理如通常可以在产油井或液体富集气井处发现的液体和气体两者。

根据另一实施方式并且参照图5，地面回流设备3被构造成回收后压裂井内液气流，使得井内液气流被分离成其的本身的相以用于捕获，并且仅气体成分被引导至气体管线或加工设施504；液体成分被引导至捕获系统，捕获系统潜在地包括至少储存、管线运输、加工、处理或处置。在该实施方式中，图4中示出的回流设备3被扩展至包括三相分离器507，在该三相分离器507中，气体、水和油成分被分离成下述成分：气体成分，该气体成分用于流动通过气体导管508到达气体管线/气体加工设施504；水成分，该水成分用于流动通过水导管509到达水处理/处置设施510；以及油成分，该油成分用于流动通过油导管511到达油加工/销售设施512。可选地，在三相分离器507的位置处可以应用四相分离器(未示出)，在四相分离器中，固体还可以被捕获在四相分离器中，并且因此不需要沙截获器503。可替代地，如果井内液气流包括仅气体和水，可以在三相分离器507的位置中使用两相分离器(未示出)。

可替代地，水和油成分可以储存在相对应的临时储存箱(未示出)中以通过货车或其他装置运输至处置、加工或销售设施。

如上文指出的，所回收的天然气——包括注射的天然气和关于储集层原始的天然气(“原始天然气”)——被经由气体导管508引导至管线或处理设施入口504。管线504可以用于将天然气运输至厂外设施(未示出)以用于加工或销售，或可选地被引导至现场捕获设施，比如例如加工和储存作为压缩的或液化的天然气。分离的液体油——包括可以用于压裂基础流体的油——被经由油导管511引导至油加工/销售设施512，该油加工/销售设施512可以是管线或现场油加工设施或储存。类似地，分离的水被引导通过水导管509到达水处理/处置设施510。该水可以包括注射用于压裂处理的水或原始形成水，并且可以用于液力压裂或其他的目的被处理以重复使用，或在处置井(未示出)中通过注射而被处置。在井口501处的流动压力必须足以克服横过部件502、505、503、506的压力损失以及克服以回流速率横过分离器507和导管508的压力损失，同时保持足够的压力以满足在通往管线或加工设施504的入口处的压力需求。而且，所注射的压裂流体混合物的天然气含量被选择为确保在所需的回流条件下存在足够的井口压力。

该实施方式中的回流设备构型对于使包含天然气的液力压裂处理的回流是有用的，其中，存在天然气管线或捕获系统，在加工设施中存在少量的液体或没有液体。这在下述情况下是常用的：倾斜的或干燥的井处，或产生的液体含量是低的并且液体被分离且被捕获以用于现场储存。

根据另一实施方式并且参照图6，地面回流设备3构造成通过将井内液气流分离成气体成分、水成分以及液体油成分而回收后压裂井内液气流，并且其中，气体成分不具有足够的回流压力以满足加工设施需求。与图5中所示的实施方式类似，回流设备包括导管605，该导管605将井口601联接至沙截获器603。具有扼流器602的另一导管606将沙截获器603流体地联接至三相分离器607，三相分离器607将井内液气流分离成下述成分：气体成分，该气体成分用于流动通过气体导管608到达气体管线/气体加工设施604；水成分，该水成分用于流动通过水导管609到达水处理/处置设施610；以及液体油成分，该油成分用于流动通过油导管611到达油加工/销售设施612。在这种实施方式中，回流设备3包括气体脱水器613、马达614以及气体压缩机615，这些设备均流体地联接至气体导管608以提供对回收的气体成分的足够的加压从而满足在通往气体加工设施604的入口处的压力需求。气体脱水器613被布置以从气流回收冷凝水从而避免对压缩机615的损坏。在富集液体的气体生产的情况下，脱水器613可以被天然气液体回收器或净化单元(未示出)替换或补充，以从气体成分流移除那些冷凝液体。井口601处的流动压力必须足以克服以回流速率横过设备602、605、603、606、607、608、气体脱水器613、以及导管616的压力损失，同时保持足够的压力以满足通往由马达614驱动的压缩机615的入口压力需求。压缩机615被操作以增大注射的和原始的储集层气体的压力从而满足在通往管线或捕获系统604的入口处的压力需求。而且，注射的压裂流体混合物的天然气含量被选择为确保在所需的回流条件下存在足够的井口压力。在这种情况下，添加至压裂流体混合物的天然气用于使压缩器615的压力载荷最小化，例如，不需要压缩的多个阶段。可替代地，天然气含量被选择为仅确保从储集层202的且沿钻井孔201向上的回流。

该实施方式对于使包含天然气的液力压裂处理的回流是有用的，其中，天然气管线或捕获系统存在高压入口，或足够的天然气不被添加至压裂流体，并且需要附加的加压以满足管线或加工设施的入口压力需求。该实施方式还适用于下述情况：天然气被引导至高压管线或加工设施，其中，需要减小所需的系统内压缩。此外，在液力压裂处理需要限制了天然气含量的那些应用中，该附加的加压对于完成气态井排出物的捕获是有用的。

在图5和图6中示出的实施方式中，可以包括扩口(未示出)以在将所回收的气体引导至管线或加工设施系统的入口之前使流动初始化和稳定。

下列示例仅供说明并且不意在限制公开内容或权利要求的范围。

示例1

使用图1所图示的装置，所提出的申请的示例说明了图3的方法。目的在于模拟在2,500m深度处的储气层、具有使用油膜的100吨支撑剂，进行天然气混合压裂处理随后捕获排出管线的井回流。井具有在2,510.5m的深度处的孔眼、114.3mm处的壳体，没有管并且90℃的井底温度。在该示例中，在处理之后的井回流期间所回收的气体被引导至管线，其中，管线的入口压力为1,400kPa。用于组成的管线入口规格包括注射的压裂混合气体的包含95％甲烷或更好的组成。用于压裂和回流的井的整体的条件和需求呈现在表格1中。

表格1天然气压裂和回流示例描述

井描述

储集层深度＝	2,500m
		孔眼深度＝	2,510.5m
储集层温度＝	90℃
		储集层压力＝	17,325kPa

井回流条件

井底流动温度＝	75℃
		井口流动温度＝	12℃

井口描述

管/壳体O.D＝	114.3mm
		壁厚＝	9.65mm
粗糙度＝	0.0400mm

回流需求-设备

管线压力＝	1,400kPa
		地面设备压力损失＝	1,000kPa
管线以上的目标进入压力＝	200kPa
		最小井口流动压力＝	2,600kPa

压裂条件

井底压裂压力＝	45,189kPa
		压裂流体＝	减阻水
压裂流体密度＝	1,000kg/m3

回流需求-性能

最大水流量＝	200m3/天
		目标回流压降＝	60％
井底压降＝	6,930kPa

表格1的井描述和钻井孔描述信息取自在其构成期间通常对井进行编程的钻削和完成的代码。压裂条件数据通常从储集层和区域共有的信息获取。而且，井回流条件数据源自在区域中的井、像井，计算机流动模拟研究或一般经验。回流需求——设备数据基于应用于回流操作和捕获管线的操作条件的知识，并且用于确定最小井口流动压力。在这种情况下，最小井口流动压力是管线压力、地面设备压力损失和高于管线压力的目标进入压力之和。

设备通过下述认识指定：注射的压裂气体组成在不进行特别处理的情况下足以进入管线或加工设施。回流需求-性能是用于回流操作的可控制的目标设定。在该示例中，最大水流量设定为200m³/天并且可以是由回流设备的容量或简单地运输和处置回收的水的容量设定的约束。在一些情况下，最小的水流量可以被设定为以便确保执行井的回流。可替代地，气体流量约束可以基于管线或加工设施的容量或需求来设定。目标回流压降通常基于所需要的向下牵引以在压裂处理回流操作期间使流体从储集层有效地移动和流动。这可以基于经验、芯样本的实验室流动测试或计算模拟研究。在这种情况下，60％的压降被选择以使得在6,930kPa的井底流动压力下储集层与钻井孔之间具有10,395kPa的压差。

如上文指出的，图9为图示了确定的井底流动压力与来自在特定的条件下天然气添加至水的比率例如井的范围内相应的天然气流量在的图表。模拟器构造成示例条件并且输入包括目标井口流动压力2,600kPa和液体流量200m³/天。在这些约束范围内，天然气比率变化并且确定了实现目标井口流动压力的井底流动压力。图表的检查示出了当不添加气体时井底压力高达27,200kPa，并且在以500sm³/m³将气体添加至水时井底压力低至5,025kPa。对于没有气体添加的示例的井，井底流体压力远远超过储集层压力，并且在没有气体提升或抽汲的情况下不能期望回流。需要至少55sm³/m³的水的天然气比率刚好使得流动压力与储集层压力平衡。观察到流动摩擦压力损失的效果，其中，随着增大的天然气以恒定的液体流量添加，井底压力的渐进的特性；随着天然气含量增大，摩擦压力增大以减小通过添加天然气所实现的混合的流体密度减小的效果。为了实现在这些条件下目标井底流动压力6,930kPa，需要天然气与水的比率近似为250sm³/m³。井口流动压力被预计为2,600kPa，其中液体流量为200m³/天，在井底流动压力为6,930kPa处气体流量为50,000sm³/天，并且满足目标回流性能需求。

图10为图示了在示例钻井孔内以天然气与水比率为250sm³/m³处的压力和密度分布图，其中，竖直轴线为在钻井孔内深度，上水平轴线为在钻井孔内的深度处的流动压力，并且下水平轴线为在钻井孔中深度处的流动的混合的天然气与水的密度。混合的流体密度在从地面处的115kg/m³至在井底状态处的218kg/m³的范围内，从而呈现了近似4,100kPa的液体静压力。由混合的流体密度与密度分布导致的压差由在这种情况下在大约230kPa处确定的流动摩擦损失所导致的。在天然气与水比率为250sm³/m³处的流动压力分布图示出了在深度2,510.5m处的目标井底流动压力6,930kPa和目标井口流动压力2,600kPa。以这种方式，已选择了回流流的最小天然气含量。

所选择的天然气含量然后被应用与液力压裂处理设计，从而产生表格2的压裂注射计划表。液力压裂处理的设计可以基于储集层的已知的性能和需求来完成，或可以利用液力压裂模拟器基于正式的工程设计完成。产生的处理放置100吨支撑剂，利用具有31,990m³的天然气的128m³水，以产生230m³的整体压裂流体体积。这使得放置至地层中的水减小几乎45％并且显著地减小了地面水处理容量、时间和需求。在这种情况下，压裂计划表指定，以每立方米水250sm³的天然气的选择的比率将天然气添加至压裂流体。在将选择的天然气比率应用与压裂处理的过程中，假设储集层是已知的包括仅干燥的天然气而没有原始的液体；水或冷凝体。如果储集层是已知的潜在地包含或产生原始的液体，天然气的添加比率可以增大以在回流流中具有这些附加的液体的情况下确保存在足够的井口流动压力。根据需要，在附加的原始液体流动周围的回流敏感性调查可以被应用以确定所添加的优化的天然气增大。可替代地，储集层可以有助于使原始天然气回流，从而进一步增强回流性能。在这种情况下，小于选择的最小量的天然气可以足以满足给定的储集层的要求。虽然在示例中未图示，所应用的天然气含量还可以在压裂处理的过程中根据需要变化以最好地满足压裂处理或回流需求。例如，可以注射仅包含天然气的预填补体积，或可以应用在没有天然气的情况下的支撑剂阶段或支撑剂多个阶段。

表格2天然气和减阻水压裂处理程序

体积需求

	处理	井底	总流体
				天然气	31,990sm3 53.3m3液体	5m3	58.3m3
减阻水	127.7m3	15m3	142.7m3

通过设计成满足应用需要的压裂处理程序，设备和所需要的材料被移动至井现场以用于使用天然气和减阻水完成压裂处理和回流操作。设备在完成压裂处理和装载材料的过程中被变脏和控制。在该示例中，LNG基天然气源和制备方法被应用；然而可以使用任何天然气源和制备方法。类似地，已示出的井工作制备和加压设备是常用的搅拌器和压裂流体泵，尽管任何合适的构型可以应用于制备液体基井工作流并且对该液体基井工作流进行加压。当控制和装载设备时，用于使用天然气和液体混合物进行压裂的预处理制备需求被完成，这会包括危害取向、压力测试、安全会议和详细处理需求的讨论。当完成所有的预处理需求时，根据表格2的示例天然气和减阻水压裂处理程序开始压裂泵送操作。液体、支撑剂和化学品通过图1中显示的类似设备装置进行混合和加压，项目4，同时天然气通过设备装置被加压和准备，与项目22类似。这些制备的流作为天然气和水混合物随后在混合器30处被混合并且被注射至井中，该天然气和水混合物可以或不可以包含流体修改化学品或支撑剂。混合物随后沿图2a的钻井孔201向下行进并且行进至储集层202中以产生地下压裂部203。当如表格2规定的或如在压裂处理期间适于满足井响应对液力压裂处理进行泵送时，注射被停止并且地面设备被固定。

在被认为适于对井压裂的时刻处，来自井的流被触发以移除注射的压裂流体以便使井投入生产。在井口32处的压力被释放至图1的项目3的回流装置以引入图2b的钻井孔201内的流、所产生的压裂203和注射压裂液体的侵入区域流体207、注射天然气和原始储集层流体。在地面处流动的所产生的井内液气流被引导通过扼流器5到达相分离器36，在相分离器36处，气体、液体和固体可以被分离。所产生的固体可以引入压裂支撑剂并且积累在分离器容器36内并且根据考虑空间的需要被移除。注射的和原始的液体被积累在分离器36内并且被排放至储存容器38中。注射的和基于储集层的天然气从分离器容器36被引导至气体管线40以用于捕获和再次销售。可选地，尽管不是优选地，但可以利用扩口42以在将天然气引导至管线之前触发流动。这必须在当调节扼流器的同时使流动稳定从而通过地面设备实现正确的流动入口压力并且流动至管线中。如该示例中图示的，天然气注射作为以足够的比率和成分的压裂流体的一部分，以足够的压力将天然气引导至管线或加工设施被实现，并且可以实现在不需要排放或燃烧或具有使排放或燃烧显著减小的情况下进行压裂清洁。在压裂流体内的天然气允许对注射的和原始的储集层天然气进行捕获和销售。

用于液力压裂的液体的体积更换还是高度有益的以使得循环液体处理需求最小化、减小回流时间并且提高井的性能。在该示例中，45％的水减少可以通过在当仅利用128m³的水时放置230m³的压裂流体体积来实现。在该示例中，假设完成水回收，液体回流率200m³/天是可以预期的使得压裂液体可以在24小时内被回收。在不添加天然气的情况下，储集层压力被观察为在不需要抽汲或气体提升的辅助情况下不足以使水回流。这种辅助技术的展开将花费时间并且使得回流时间会延长至以天计而不是以小时计。这将增大回流操作的成本和复杂性。附加地，通过使少量的水放置在储集层自身中，期望提高流动性能。在储集层中的少量的水使得需要移除少量的水从而实现给定的生产目标。

示例2

考虑对于在井上的液力压力处理的替换的示例需要到达3,000m³的减阻水压裂处理。对于减阻水压裂处理而言，水被收集以用于注射在敞开的凹坑中，该敞开的凹坑替换以另外的方式所需要的40储水箱。在注射和压裂关闭之后，回流操作开始，其中可以推测流动压力仅是充分的以允许以接近大气压的背压流动。如果期望正常的后处理液体回收，近似35％的注射的水将被回收至仅超过1000m³的体积。通过接近大气压地面流动压力，存在不充足的流动压力以使流动引导通过分离器，并且所有的流动必要地由管引导至敞开的凹坑。水被收集在凹坑中，同时气体被排出至大气，或当在凹坑上可能地点燃。以假设的最大可获得的回收率100m³/天，回流在预计10天的周期内完成。当回流被认为完成1000m³的回收的水时，被压裂化学品污染的和溶解的地层产品被从凹坑取出和处理，或优选地被处理以使得在后续的压裂操作中允许使用。将天然气应用至作为减阻水的替代的碳氢化合物基的井工作流体可以提高下述回流操作：首先，假设选择的添加至碳氢化合物基压裂流体的气体的比率以450sm³/m³的碳氢化合物液体，3,000m³的压裂体积需求仅需要1430m³的碳氢化合物压裂液体，其中保留1,570m³的天然气。液体被收集并且被储存在近似18液体储存箱中以用于处理的制备。在注射和压裂关闭之后，天然气碳氢化合物混合物将呈现大约325kg/m³的减小的回流密度使得在地面处的回流压力将超过5,000kPa。用于来自激发的碳氢化合物压裂处理的液体回收的正常期望，近似75％的注射的油将被回收至近似1,000m³的体积。通过足够的地面流动压力，回流可以被引导通过相分离器并且天然气流被分流至任何可获得的管线或加工设施。通过可获得的另外的流动压力，液体回收比率可以被增大至假设的200m³/天并且回流完成需要5天的时间。在相分离器中回收的碳氢化合物压裂液体被引导至回收箱以用于针对销售或重新使用来加工进行处理。以这种或类似的方式，通过产生或注射包含选择的天然气组成和含量的选择的碳氢化合物压裂基础液体，可以创建和应用无水的并且环境友好型封闭的压裂系统。

Claims (20)

1.一种用于使用包括天然气和压裂基础流体的压裂流体混合物对储集层中的地层进行液力压裂并且用于在压裂之后进行回收的方法，来自井的井内液气流流体地联接至所述储集层和地面加工设施，所述方法包括：

(a)限定用于使所述井内液气流从所述井流动并且流动至所述加工设施的回流需求，其中所述回流需求包括井特性、钻井孔特性、压裂状态、井回流状态；

(b)根据所确定的回流需求确定所述压裂流体混合物的天然气组分，使得所述井内液气流的气体成分的组分与所述加工设施的气体组分需求相兼容，其中所述确定基于井底流动压力与天然气基流体比率之间的关系；

(c)根据所确定的回流需求确定所述压裂流体混合物的天然气含量，使得井口流动压力足以使所述井内液气流至少流动至地面，其中所述天然气含量通过以下方式来确定：识别所需的天然气与水的比率以使井底流动压力降低至低于储集层压力与压降之差，该压降以所需的回收速率克服了储集层抵抗效果；

(d)形成具有所确定的天然气组分和含量的所述压裂流体混合物；

(e)在地层压裂阶段期间，将所述压裂流体混合物注射至所述井中以将所述地层压裂；以及

(f)在回流阶段期间，使所述井内液气流的气体成分从所述井流动至所述加工设施中，其中，所述井内液气流的至少一些井内液气流包括在所述压裂流体混合物中的注射的天然气。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(c)中，所述天然气含量被确定为还使得捕获系统入口处的井内液气流压力至少满足所述加工设施的入口压力需求。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述井内液气流包括原始储集层气体，并且所述原始储集层气体和所述注射的天然气中的至少一些流动至所述加工设施中。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述井内液气流包括原始储集层液体，并且所述方法还包括使用流体地联接在所述井与所述加工设施之间的回流设备将包括所述原始储集层液体的液体成分与所述井内液气流分离。

5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述回流需求包括与流体地联接在所述井与所述加工设施之间的回流设备相关联的压力损失。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述加工设施构造成加工气体和液体，并且所述方法还包括：在步骤(b)中根据所确定的回流需求确定所述压裂流体混合物的天然气组分，使得所述井内液气流的气体成分和液体成分的组分与所述加工设施的气体组分需求和液体组分需求相兼容；以及在步骤(f)中：在回流阶段期间，使所述井内液气流的气体成分和液体成分从所述井流动至所述加工设施中，其中，所述井内液气流中的至少一些井内液气流包括在所述压裂流体混合物中的所述注射的天然气。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述回流设备包括固体分离器，并且所述方法还包括在使气体成分和液体成分流动至所述加工设施之前使用所述固体分离器将固体与所述井内液气流分离。

8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述回流设备包括气液流分离器，并且所述方法还包括：使用所述气液流分离器将气体成分与回流流体分离，并且随后使所述气体成分流动至所述加工设施。

9.根据权利要求5所述的方法，其中，所述回流设备包括三相分离器，并且所述方法还包括使用所述三相分离器将气体成分、水成分以及油成分与所述井内液气流分离。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括使分离出的气体成分流动至所述加工设施，使所述水成分流动至水处理装置或处置设施或流动至储水箱，以及使所述油成分流动至油加工设施、销售设施或储油箱。

11.根据权利要求1所述的方法，还包括使用流体地联接在所述井与所述加工设施之间的回流设备将气体成分与所述井内液气流分离，并且使用所述回流设备的压缩机将所述气体成分压缩到至少满足所述加工设施的入口压力需求的压力。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括在分离所述气体成分之后且在压缩之前，使用所述回流设备回收来自分离出的气体成分的冷凝水，直到所述气体成分满足所述压缩机的入口需求。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述回流设备还包括天然气液体回收或净化单元，并且所述方法还包括在分离所述气体成分之后且在压缩之前，使用所述天然气回收或净化单元从所述气体成分中移除冷凝液体，直到所述气体成分满足所述压缩机的入口需求。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述压裂基础流体为水流体。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述压裂基础流体为碳氢化合物基础流体。

16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述回流需求包括使得回收的压裂基础流体体积在储水箱的规格内的最大压裂基础流体流量，并且所述方法还包括使用流体地联接在所述井与所述加工设施之间的地面回流设备将水与所述井内液气流分离，并且将所述水储存在所述储水箱中。

17.根据权利要求1至16中的任一项所述的方法，其中，在所述回流阶段期间，所述井内液气流的所述气体成分在没有排放和燃烧的情况下从所述井流动至所述加工设施。

18.一种用于使用包括天然气和基础流体的压裂流体混合物对储集层中的地层进行液力压裂并且用于在压裂之后进行回收的方法，来自井的井内液气流流体地联接至所述储集层和地面加工设施，所述方法包括：

(a)限定用于使所述井内液气流从所述井流动并且流动至所述加工设施的回流需求，其中所述回流需求包括井特性、钻井孔特性、压裂状态、井回流状态；

(b)根据所确定的回流需求确定所述压裂流体混合物的天然气含量，使得地面流动压力足以使所述井内液气流流动至地面并且满足所述加工设施的入口压力需求，其中所述天然气含量通过以下方式来确定：识别所需的天然气与水的比率以使井底流动压力降低至低于储集层压力与压降之差，该压降以所需的回收速率克服了储集层抵抗效果；

(c)形成具有所确定的天然气含量的所述压裂流体混合物；

(d)在地层压裂阶段期间，将所述压裂流体混合物注射至所述井中以将所述地层压裂；以及

(e)在回流阶段期间，使所述井内液气流的至少气体成分从所述井流动至所述加工设施中，其中，所述井内液气流的至少一些井内液气流包括在所述压裂流体混合物中的注射的天然气。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括根据所确定的回流需求确定所述压裂流体混合物的天然气组分，使得所述井内液气流的气体成分的组分与所述加工设施的气体组分需求相兼容。

20.根据权利要求18所述的方法，还包括使用流体地联接在所述井与所述加工设施之间的地面回流设备对所述井内液气流的气体成分进行加工，直到所述气体成分的组分满足所述加工设施的气体组分需求。