CN106460488A - 页岩气提取 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于穿过位于地质区域内的井孔来提取页岩气的系统和方法。该系统和方法包括被过滤器组件环绕的开采管，其中该开采管穿过不同地质层，例如在下层页岩层上方的透水层。在从页岩层中提取气体的过程中，该过滤器组件可以在被释放的任何污染物进入该透水层之前捕集和过滤出这些污染物。该过滤器组件包括下部可膨胀钟形件和多个过滤器的堆叠安排。可以使用真空来促进过滤。

Description

页岩气提取
发明领域
本披露涉及页岩气提取，包括使用液压压裂(水力压裂)的提取技术。
发明背景
页岩气是在页岩地层中可以找到的天然气。为了从页岩地层中提取页岩气，已经使用液压压裂(水力压裂)来辅助释放页岩气，因此可以将其提取到地面上以供使用。
液压压裂涉及将压裂流体以高压注入含有页岩气的页岩地层中，该压裂流体可以包括水与砂和其他化学物质的混合物。该液压流体的压力在页岩中造成断裂，页岩打开从而在岩石中产生缝隙。砂(或压裂流体中的其他支撑剂)保持这些缝隙打开，从而使得地层流体(例如页岩气)可以流动穿过断裂的页岩地层。开采管被提供至到达断裂的页岩地层(被称为开采区)，并且接着将页岩气从该开采区穿过该开采管提取到地表。
在一些区域中，页岩地层位于透水岩石层下方，该透水岩石层可能包括含水层。出于环境原因，还希望的是减少或最小化对含水层中的水的污染。出于类似原因，还希望减小或最小化对开采区外的任何其他地层或区域的污染。进一步，页岩气的不受控的泄露可能增加温室气体排放。
发明内容
在第一方面，本披露提供了一种用于在下层页岩层上方包括透水层的区域内提取页岩气的系统，该系统包括：位于穿过该透水层到达该页岩层的井孔中的开采管；围绕该井孔中的该开采管的至少一部分的过滤装置，其中该过滤装置被提供在该透水层之处和/或下方以便在至少一种污染物进入该透水层之前捕集该污染物。
在一种形式中，该污染物包括页岩气。该污染物还可以包括以下化学物质中的一种或多种：氰化物、盐酸、甲酸、硼酸、其他酸、盐酸季铵盐、氯化钠、甲醇、乙醛、石油馏出物、钾、以及偏硼酸盐。
在一种形式中，该透水层包括含水层，其中该过滤装置被至少提供在该井孔的、穿过了该含水层的潜水带的区域中。该过滤装置是从该井孔的、穿过了该含水层的潜水带的区域到在该含水层的潜水面上方的区域地定位的。
在一种形式中，该井孔穿过了位于该透水层与该页岩层之间的不透层，其中该过滤装置是从该井孔的、穿过了该透水层的区域到该井孔的、穿过了该不透层的区域地定位的。
在一种形式中，该系统进一步包括：至少一个过滤器组件，其中该过滤器组件包括：中空管，该中空管被适配成用于接纳该开采管的一部分；以及过滤器部分，该过滤器部分环绕该中空管的面向外的部分并且形成该过滤装置的一部分。
在一种形式中，该系统进一步包括在该开采管与该中空管的内表面之间的环形空间内的水泥，其中该水泥辅助固定该过滤器组件和该开采管。
在一种形式中，该至少一个过滤器组件包括：在该中空管的第一端处的第一管接头；以及在该中空管的第二端处的第二管接头，其中该过滤器组件的第一管接头与相邻过滤器组件的第二管接头相联接以便使得能够实现多个过滤器组件的端对端联接。
在一种形式中，该至少一个过滤器组件被适配成用于接纳围绕该过滤器部分的可移除护套，其中该可移除护套被提供用于在使用之前保护该过滤器部分，并且在使用中该可移除护套被移除以便将该过滤器暴露给该井孔。在另一种形式中，该过滤器部分具有收拢构型和膨胀构型，其中在该收拢构型中该过滤器组件的总直径小于当该过滤器部分处于该膨胀构型时该过滤器组件的总直径，其中该收拢构型辅助将该过滤器组件定位在该井孔中的使用位置。
在一种形式中，该过滤器组件被适配成用于在该过滤器部分处于该收拢构型时接纳该可移除护套。
在一种形式中，当该过滤器组件处于该使用位置时，处于该膨胀构型的该过滤器部分与该井孔的相邻壁相接触。
在一种形式中，该系统进一步包括与该过滤装置定位在一起的至少一个气体或污染传感器，其中来自该气体或污染传感器的数据可以用来推导出该过滤器的污染状态。该气体或污染传感器可以是该过滤器组件的一部分。
在另一种形式中，该系统包括位于该过滤装置下方的漏斗，其中该漏斗被提供用于将上升气体朝该过滤装置引导。该漏斗可以包括进口和出口，该出口具有指向该过滤装置的开口，其中该进口具有比该出口的开口更大的开口，并且在使用中该进口指向下，使得在该漏斗下方的上升气体被接收到该进口中并朝该过滤装置被引导到该出口。
在该系统的一种形式中，压裂流体被泵送至该页岩层以便压裂该下层页岩层中的页岩从而形成开采区，并且该开采管的一部分位于该开采区处以便提取页岩气。
在该系统的一种形式中，该开采管的一部分至少部分地在水平方向上延伸跨过该开采区。
在另一种形式中，该系统包括至少一个抽吸管，该至少一个抽吸管具有用于从该开采区去除污染物的至少一个进口，其中该至少一个进口位于该透水层中的含水层的潜水带与该开采区之间。来自该开采区的污染物包括来自该开采区的残余气体中的至少一种、或该压裂流体的至少一种组分或化合物。
在一种形式中，该至少一个抽吸管包括产生磁场的材料、或者包括用于产生与该抽吸管相关联的磁场的磁场发生器，并且该压裂流体包括铁磁流体，其中该磁场被提供用于将该压裂流体中的铁磁流体朝该至少一个抽吸管吸引。
在一种形式中，该抽吸管的该至少一个进口是在该潜水带与该开采区之间的大致半途定位的。在另一种形式中，该至少一个抽吸管包括多个抽吸管以形成进口阵列，其中该进口阵列是基本上平面的阵列。在一种形式中，该基本上平面的阵列是基本上水平的。
在一种形式中，该至少一个抽吸管进一步包括至少一个气体或污染传感器以便检测一种或多种气体或污染物的存在。
在另一方面，本披露提供了一种在用于页岩气提取的井下钻孔中的开采管附近捕集至少一种污染物的方法，该井下钻孔穿过透水层到达下层页岩层，该方法包括：在该透水层之处和/或下方提供过滤装置来环绕该井孔中的该开采管的至少一部分以便在至少一种污染物进入该透水层之前捕集该污染物。
在一种形式中，该方法进一步包括提供位于该过滤装置下方的漏斗，其中该漏斗将上升气体引导至该过滤装置。
在另一方面，本披露提供了一种用于在页岩气提取过程中回收在开采区附近的包括铁磁流体的压裂流体的多种组分的方法，该方法包括以下步骤：在该开采区附近提供至少一个抽吸管，该抽吸管具有产生磁场的材料，或者提供磁场发生器来产生与该抽吸管相关联的磁场；用该磁场将该压裂流体中的铁磁流体朝该至少一个抽吸管吸引；将该铁磁流体抽吸穿过该抽吸管。
在另一方面，本披露提供了一种对用于页岩气提取的井下钻孔进行完井的方法，该井下钻孔穿过透水层到达下层页岩层，该方法包括：钻出到达该页岩层的井孔，该井孔的尺寸被确定成用于接纳开采管和过滤装置二者；提供穿过该井孔到达该页岩层的开采管；在该井孔中提供该过滤装置，该过滤装置环绕该井孔中的该开采管的一部分，其中该过滤装置被定位在该透水层之处和/或下方以便在至少一种污染物进入该透水层之前捕集该污染物。
在一种形式中，该透水层是含水层，并且该方法进一步包括：提供从该井孔的、穿过了该透水层的区域的所述部分到该含水层的潜水位的该过滤装置。
在一种形式中，该井孔穿过了位于该透水层与该页岩层之间的不透层，并且该方法进一步包括：提供从该井孔的、穿过了该透水层的区域到该井孔的、穿过了该不透层的区域的该过滤装置。
在一种形式中，该方法进一步包括提供位于该过滤装置下方的漏斗，其中该漏斗将上升气体朝该过滤装置引导。
在一种形式中，该过滤装置是至少一个过滤器组件的一部分，该过滤器组件包括：中空管，该中空管被适配成用于接纳该开采管的一部分；以及过滤器部分，该过滤器部分环绕该中空管的面向外的部分，其中可移除护套环绕该过滤器部分并在使用之前保护该过滤器部分，其中在该井孔中提供该过滤装置的步骤包括以下步骤：将具有保护该过滤器部分的环绕型护套的该至少一个过滤器组件向下放入该井孔中；将该至少一个过滤器组件定位在使用位置；并且移除该护套。
在另一种形式中，对该井下钻孔进行完井的方法包括在该井孔中提供多个过滤器组件来形成该过滤装置，其中每个过滤器组件包括：在该中空管的第一端处的第一管接头；以及在该中空管的第二端处的第二管接头，其中该过滤器组件的第一管接头与相邻过滤器组件的第二管接头相联接以便使得能够实现多个过滤器组件的端对端联接；其中该方法进一步包括以下步骤：将具有保护该过滤器部分的环绕型护套的后续过滤器组件向下放入该井孔中，到达在之前以使用位置定位的过滤器组件上方的位置；将该后续过滤器组件联接至该之前定位的过滤器组件上；并且移除该后续过滤器组件的护套。
在另一方面，本披露提供了一种用在上述系统中的过滤器组件，该过滤器组件包括：中空管，该中空管被适配成用于接纳该开采管的一部分；以及过滤器部分，该过滤器部分环绕该中空管的面向外的部分。
在一种形式中，该过滤器组件进一步包括：在该中空管的第一端处的第一管接头；以及在该中空管的第二端处的第二管接头，其中该过滤器组件的第一管接头与相邻过滤器组件的第二管接头相联接以便使得能够实现多个过滤器组件的端对端联接。
在另一种形式中，该滤器组件被适配成用于接纳围绕该过滤器部分的可移除护套，其中该可移除护套被提供用于在使用之前保护该过滤器部分，并且在使用中该可移除护套被移除以便将该过滤器暴露给该井孔。
在一种形式中，该过滤器部分具有收拢构型和膨胀构型，其中在该收拢构型中该过滤器组件的总直径小于当该过滤器部分处于该膨胀构型时该过滤器组件的总直径，其中该收拢构型辅助将该过滤器组件定位在该井孔中的使用位置。
在一种形式中，该过滤器组件被适配成用于在该过滤器部分处于该收拢构型时接纳该可移除护套。
在一种形式中，该过滤器组件包括与该过滤装置定位在一起的至少一个气体或污染传感器，其中来自该气体或污染传感器的数据可以用来推导出该过滤器的污染状态。
在另一方面，本披露提供了一种用于与上述系统一起使用的漏斗，该漏斗包括进口和出口，其中该进口具有比该出口的开口更大的开口。
附图简要说明
图1是一种用于页岩气提取的系统的一个实施例的截面透视图；
图2是过滤器组件的截面透视图，该过滤器组件的一个过滤器部分处于膨胀构型而另一个过滤器部分处于收拢构型；
图3是图2的过滤器组件的一部分以及开采管的一个区段的截面视图；
图4是具有固定的过滤器部分的过滤器组件的替代性实施例的一部分的截面透视图；
图5是图4的过滤器组件的实施例的侧视图；
图6是漏斗以及开采管和过滤器组件的一部分的透视图；
图7是抽吸管的一部分的侧视图；
图8是页岩开采区的一个区段的示意性截面图，示出了井孔和多个地层；
图9是在井孔中的开采管的示意性侧视图；
图10是位于不透层中的漏斗的示意性侧视图；
图11是位于漏斗上方的第一和第二过滤器组件的示意性侧视图；
图12是完井系统的示意性侧视图，其中在这些过滤器组件与开采管之间提供了水泥，并且抽吸器阵列位于开采区上方；
图13是带有漏斗的过滤器组件的替代性实施例的示意性侧视图；
图14是图13的过滤器组件的局部截面透视图；
图15是图14的过滤器组件的截面端视图，其中外部过滤器部分处于膨胀构型中；
图16、16A和17是过滤器组件的另外实施例的截面视图和侧视图；
图18是图16、16A和17的过滤器组件的原位侧视图；并且
图19是完井系统的电磁管形成部分的侧视图。
实施方式的具体说明
概览
图1展示了用于页岩气提取的系统1。透水层3位于提取页岩气的区域之上，该区域包括在下的层页岩层5。该系统包括井口10，开采管7从该井口延伸进入穿过该透水层3的井孔9并且到达页岩层5。呈端对端连接的多个过滤器组件21形式的过滤装置11也位于该井孔9中并且环绕该开采管7的一部分，其中这些过滤器组件21被提供在该井孔9的、在该透水层3下方的区域的至少一部分中。
在一个实施例中，该过滤器组件21还在该开采管穿过该透水层3中的含水层8的潜水带4的地方提供在该开采管7的周围。这些过滤器组件21可以捕集可能从页岩层5的开采区6泄漏出的至少一种污染物。这可以包括从开采区6泄漏出的、由于密度较小而在井孔9处或其周围朝向井口10向上升的页岩气。这可以缓解以下问题：在围绕该开采区7边界的区域中密封该开采管7以及该井孔9的壁，从而由于薄弱的密封而可能导致页岩气从开采区6沿着或围绕井孔9泄漏出。替代地或此外，这些过滤器组件21可以捕集可能在开采管7处或其周围泄漏出的至少一种污染物。这样的泄漏可以包括该开采管7或周围水泥崩裂或断裂而导致开采管7发生泄漏的多种情形。此外，这些过滤器组件21可以吸引这些过滤器组件21区域周围的一种或多种污染物，由此减少或防止这些过滤器组件21附近的污染物(或流体和化学物质)在该井孔9穿其而过的多个地层层之间穿行。
应了解的是，在一些实施例中，这些过滤器组件21可以捕集该至少一种污染物中的一些但不是全部。因此，在此所描述的捕集可以包括捕集基本上全部的污染物、或者替代地捕集一部分污染物。即，该过滤器的一些实施例可以捕集污染物来减少污染物泄漏出而去污染一个或多个基质层的总量。在一些实施例中，这些过滤器组件21可以通过吸收和/或吸附污染物来捕集至少一种污染物。
在所展示的实施例中，不透层13位于该透水层3与该页岩层5之间。过滤器组件21被提供成围绕该开采管7、从该不透层13通到含水层8的潜水带4的区域、并且通到该含水层8的潜水位14上方的区域。这个构型可以减少或最小化对该含水层8中的水的污染。
漏斗15位于被定位在该不透层13处的最底下过滤器组件21的下方。漏斗15被提供用于将可以从该漏斗15下方的区域向上弥漫的泄漏气体朝向过滤器组件21引导。
现在将详细描述该系统的部件。
过滤器组件
第一实施例–可膨胀且可收拢的过滤器部分
现在将参照图2和3描述根据第一实施例的过滤器组件21。
图2展示了包括中空管23的过滤器组件21，该开采管7的一部分延伸穿过该中空管。在一个实施例中，如图3所示，中空管23的直径被大小确定成用于不仅针对该开采管7的宽度提供空隙24、还允许水泥被提供在该开采管7的外壁与该中空管23的内壁25之间、典型地在1至2cm的量级上。
该中空管23的第一端27处是第一管接头29，该第一管接头在管外表面上呈外螺纹的形式。该中空管23的第二端31处是第二管接头33，该第二管接头呈互补内螺纹的形式。第一和第二管接头29、33被适配成允许类似的相邻过滤器组件21以相应端来彼此联接。因此，多个过滤器组件21可以端对端地彼此相连接，以形成不定长度的联接好的过滤器组件。应了解的是，可以使用不同于上文所描述的螺纹连接的其他形式的管接头。
过滤器部分35被提供在该中空管23的面向外的部分26上。在所展示的实施例中，该过滤器部分35是大致上环形的并且环绕该中空管23的面向外的部分26。
在图2至3所展示的实施例中，该过滤器组件21包括两个过滤器部分35，其中这些过滤器部分35可以具有收拢构型37以及膨胀构型39。虽然展示出一个过滤器部分37为收拢并且另一个过滤器部分39为膨胀，但是应了解的是，该过滤器组件21可以被配置成具有两个收拢的过滤器部分35或两个膨胀的过滤器部分35。在与在这些过滤器部分35中的一个或多个部分处于该膨胀构型时该过滤器组件的总直径进行比较时，当这些过滤器部分35处于该收拢构型37时，该过滤器组件21的总直径减小。由于处于该收拢构型37时该总直径较小，所以这辅助将该过滤器组件21向下移动并且定位到井孔9中，该井孔的一些部分具有的直径可以小于过滤器部分35处于膨胀构型时的总直径。这可以有利于在井孔9的、处于该过滤器组件21的使用位置上方的部分处允许有较小直径的孔。这减少了从该井口10到该过滤器组件21的使用位置扩展出较大井孔9的要求。这可以在钻井/扩井时间、努力、以及成本方面提供节省。
过滤器部分35可以通过将流体泵入收拢过滤器部分35来从该收拢状态膨胀。在一个实施例中，可以通过泵送一种或多种气体来充入该过滤器部分35以导致该过滤器部分的膨胀。在一个实施例中，该过滤器组件21可以包括辅助膨胀的一个或多个充气室。在进一步的实施例中，这些充气室是与这些过滤器部分35一体的。这些气体可以被泵送穿过从井口10向下到有待选择性充气的过滤器部分35的管道。用于使该过滤器部分膨胀的适合气体可以包括氮气、以及压缩气体。
参见图3，该过滤器组件21可以接纳可移除的保护护套41以保护该过滤器部分35。该可移除的保护护套41可以是管或管状结构、并且可以由金属、塑料、纤维增强塑料、或其他适合的材料形成。该可移除的保护护套41用于在过滤器部分35未在使用中时、尤其是在该过滤器组件21被下放入该井孔9中去到该使用位置时保护该过滤器部分。因此，护套41在该过滤器组件在该井孔9中移动时防止了过滤器部分35刮擦该井孔9的壁。
在图3示出的实施例中，该可移除的保护护套41辅助将该过滤器部分35保持在收拢构型37中。即，护套41(环绕该过滤器部分35)阻止该过滤器部分35膨胀。这在以下一些实施例中可以是有用的：该过滤器部分35被压缩成收拢构型、并且该护套41可以提供压缩力来使得该过滤器部分35维持在压缩构型。
该可移除的保护护套41可以连接一根或多根线缆(未示出)，这些线缆从该井口10穿过该井孔9定位。该一根或多根线缆允许在该过滤器组件21被定位在使用位置之后将该护套41从该过滤器组件提升。
在一种形式中，可释放锁定机构(未示出)被提供用于将该护套41固定至该过滤器组件21上。该可释放锁定机构在被锁定时、尤其在该过滤器组件21的运输和/或向下放到该井孔9中的过程中将该护套41固位在该过滤器组件21上。当该过滤器组件21被定位在使用位置时，该可释放锁定机构被解锁以允许缩回该线缆从而将该护套41从该过滤器组件21并且朝向该井口10提升。在一个实施例中，该可释放锁定机构通过一根或多根线缆与连接件操作性地链接，这样使得在该线缆存在一定张力时，该可释放锁定机构被解锁。因此，在使用中，在该过滤器组件21被定位在使用位置之后，该线缆被拉紧以便将该锁定机构解锁、并且随后该张紧线缆将该护套41朝向该井口10提升以便移除。
在另一个实施例中，该保护护套41是通过多个剪切销(未示出)固定至该过滤器组件21上的。在该过滤器组件21被降下并固定(例如通过与其他过滤器组件水泥凝结或联接到一起)至使用位置之后，该线缆被拉紧以便提升该护套41。所得的力致使这些剪切销剪断，由此允许该护套41与过滤器组件21分开、并且从井孔9移除该护套。
在一个实施例中，处于收拢构型的过滤器部分为该过滤器组件21提供小于600mm的总直径并且在一个实施例中小于500mm。这个总直径被包裹在覆盖的护套41的内直径内，该内直径可以略微大于这个总直径。在一个实施例中，带有呈膨胀构型的过滤器部分35的该过滤器组件21具有大于2000mm的总直径。在一个实施例中，膨胀构型可以上至并且包括2500mm。应了解的是，虽然无阻碍的膨胀构型可以提供特定的总直径，但是如果使用位置周围的对应区域较小，则使用中的总直径可能较小。在进一步的实施例中，可能有利的是，提供与膨胀构型的最大总直径相比具有更小直径的井孔9以确保该过滤器部分35与该井孔9的壁之间的紧密配合或密封。有利的是，这可以允许该过滤器部分35以及整个过滤器组件21更紧密地顺应该井孔9的表面。
在一个实施例中，该过滤器组件21的长度可以在2米至30米之间。在特定的实施例中，该过滤器组件21的长度可以为大致25米。
第二实施例–固定的过滤器部分
图4至6展示了包括带有过滤器部分135的过滤器组件121的实施例，该过滤器部分并不是被设计成在定位到井孔9下之前是基本上收拢的。因此，在这个实施例中，该过滤器部分135在插到井孔9下之前具有的总直径与使用中的直径相同或接近。参见图4，该过滤器部分135可以是通过间隔件143来在中空管23周围定位和支撑的。在一种形式中，这些间隔件143可以支持该一个或多个过滤器部分135以维持该使用中的直径。可收拢漏斗或钟形件15被定位在该过滤器组件121的一端处。这在图6中更清晰地示出，该图还示出了气体检测器45阵列。
与该第一实施例类似，可以提供外部护套141来在插入井孔9的过程中保护该过滤器部分135。然而，由于这个实施例的过滤器组件121的总直径较大，所以外护套141将相应地具有较大直径以容纳过滤器组件121的大小。
应了解的是，在这个实施例中，有必要提供具有足够直径的井孔9以允许该过滤器组件121与较大的外护套141穿过该井孔9下到使用位置。
图5展示了第二实施例中的、连接在一起并且围绕开采管7的一部分布置的两个过滤器组件121。
在一个实施例中，包括过滤器部分135的过滤器组件的直径可以为大致2000mm。该过滤器组件21的长度可以是与第一实施例的长度相似的。
操作(包括对井下钻孔进行完井的方法)
现在将参照图8至12来描述系统1的操作，包括对井下钻孔进行完井的方法。应了解的是，可以按不同顺序来执行这些步骤中的一些步骤而不背离本披露的总体概念。
参见图8，从地表71、穿过该透水层3、不透水层13、以及到页岩层5钻出了孔9。在一个实施例中，该孔9被钻成具有大致500至600mm的直径、并且在不同位置处被扩展，以便提供具有大致2至2.5米的较大直径的区域的孔。在一个实施例中，这可以包括有待在使用中定位过滤器组件21的可膨胀过滤器部分35的区域以及在使用中定位漏斗15的区域。
参见图9，开采箱7被提供成贯穿该井孔9。如图所示，井孔9、以及开采区6中的开采箱7可以改变方向并且是基本上呈水平。这个安排可以有利于优化从该开采区提取页岩气。
参见图10，漏斗15被降到该井孔9中到达使用位置。在一个实施例中，漏斗15被定位在不透层13处、并且在另外的形式中是在该可透层与不透层之间的过渡区下方大致5米。然而，应了解的是，漏斗15可以被提供在其他位置处。优选地，漏斗15围绕该开采管7定位在使开采管7和井下钻孔9基本上是竖直的区域中、或者至少在井下钻孔9改变成基本上水平方向之前。
参见图11，第一过滤器组件21被放下井孔9并且被定位在漏斗15的上方，这样使得该漏斗15的出口53被引导至该过滤器组件21的过滤器部分35处。如图所示，第一过滤器组件21的至少一部分被定位在该透水层3的下方。当第一过滤器组件21被放下该井孔9时，该护套41环绕该过滤器组件21以保护该过滤器部分35。在该过滤器组件21定位之后，该护套41可以被移除(如上文所讨论的)并且在过滤器部分35是可膨胀的多个实施例中，该过滤器部分被膨胀。
接着将第二过滤器组件421放下该井孔9并且定位在该第一过滤器组件21的上方。然后通过螺纹接头29、33使得第一和第二过滤器组件21、421彼此联接。类似于该第一实施例，在第二过滤器组件421被放下井孔9时，可以围绕该第二过滤器组件提供护套41。
参见图12，随后过滤器组件521被放下井孔9并且定位于前一个过滤器组件的上方并且与之相联接。优选地这些过滤器组件相对于彼此定位且联接直至最上部过滤器组件被提供在该透水层3中的泄漏气体可能造成不希望的污染的位置上方。在一个实例中，这个可以在潜水位或潜水带4处或在其上方。在其他实施例中，这可以是一路贯穿该透水层3。
然后在开采管7与过滤器组件21的中空管23之间提供水泥73。水泥73辅助将系统1的多个部件固定在位。
在上述实施例中，护套41被提供成用于在相应过滤器组件21的这些过滤器部分35被放下井孔9时保护这些过滤器部分、并且一旦相应的过滤器组件21被定位就被移除。然而，在其他实施例中，护套41可以是在多于一个的或所有的过滤器组件被定位在使用位置之后才移除的。类似地，过滤器部分35的膨胀可以是在每个过滤器组件21被定位时单独地发生的、或者是在多于一个的过滤器组件21被定位在位之后发生的。
并且，参见图12，抽吸器阵列19被提供在开采区6的上方。该抽吸器阵列是通过钻出单独的抽吸器井孔68、并且在开采区6的上方分支出抽吸管17来提供的。
现在将参照图12来描述系统1过滤或减少污染物的操作。液压压裂是如上文描述地通过将压裂流体泵入页岩层5中从而在开采区6中形成缝隙来执行的。该压裂流体通过开采管7和抽吸器17(在下文中更详细地讨论)来在可能的程度上回收。
然后开采区6中的页岩气通过开采管7并且朝向井口10提取，在该井口中该页岩气接着被运输、被存储和/或被处理。一些页岩气可以从开采区6泄漏、穿过路径75围绕井孔9向上。这个路径75可以位于开采区6与不透层13之间的过渡区域处或其周围。在一些情况下，这可能是由于该开采管与该井孔9的壁之间的薄弱密封造成的。替代地，在该区域中井孔9周围的地层可能断裂或可透过，由此创建泄漏气体的路径。这样的页岩气(可以具有比其他周围物质相对更低的密度)可以总体上向上升。上升气体穿过路径75并且朝向漏斗15移动。漏斗15于是将上升气体引导至过滤器组件21，这些过滤器组件接着例如通过吸收和/或吸附这些气体中的至少一些来捕集气体。这可以防止或减少页岩气的影响从而污染含水层。
在开采管7或水泥73断裂或具有致使污染物(包括页岩气)从开采管7泄漏出的其他结构故障的事件中，这些过滤器组件21可以帮助捕集污染物中的至少一些，以便防止或减少该透水层和/或含水层被污染。
被定位在开采区6的上部区域上方或之处的抽吸器阵列19可以辅助提取没有通过开采管7被提取的残余页岩气。此外，抽吸器阵列19可以回收压裂流体中的一些或该压裂流体的组分。如以上所讨论的，该压裂流体包括铁磁流体，该铁磁流体可以被吸引至与抽吸管17相关联的磁场。
在一种形式中，可以选择性地感应出与抽吸管17相关联的磁场，这些磁场被持续选择性的时间段地感应出。在一个实例中，持续10秒的时间段地感应出吸引铁磁流体的磁场、然后持续60秒的时间段地不感应出磁场。在没有感应出磁场的时间段过程中，抽吸管17主动抽吸气体、流体、和其他污染物。
在一种形式中，在磁场的感应过程中，抽吸管17持续其中至少一段时间地是非活性的。即，这些抽吸管17不主动提取(抽吸)气体、流体、和其他污染物。在另一种形式中，在磁场的感应过程中，抽吸管持续其中至少一段时间地主动地抽吸气体、流体、和其他污染物。
在另一个实施例中，与抽吸管17相关联的磁场可以被提供成始终吸引铁磁流体。在又另一个实施例中，这些抽吸器可以恒定地主动抽吸气体、流体、或其他污染物。
虽然是参照10秒的磁场感应时间段、然后是60秒的磁场非活性时间段(以及抽吸管17的相应的10秒非活性时间段以及抽吸管17的60秒活性时间段)来描述上述示例性实施例的，但是应了解的是，可以使用周期性或恒定的磁场感应以及抽吸管17抽吸的其他组合。
第三实施例
图13至14展示了包括过滤器组件221的又另一个实施例，该过滤器组件带有外过滤器部分235和内过滤器部分234。这个实施例包括多个气体分布管250，这些气体分布管对过滤器部分234、235以及抽吸管260供应气体以便从过滤器部分234、235提取一种或多种气体和其他物质。下文更详细地讨论了可以经由共用的环形导管232从井口10去到气体分布管250和抽吸管260以及返回的气体、流体、和其他材料。图15展示了处于膨胀构型的过滤器组件221，并且图13和14展示了处于收拢构型的过滤器组件221。
这些气体分布管提供加压气体以便将外过滤器部分235充气成膨胀构型。此外或替代地，这些气体分布管250将加压气体提供到过滤器中及其周围以维持该外过滤器部分235处于膨胀构型。类似于上文所描述的实施例，气体可以包括氮气、和压缩空气。
这些抽吸管260允许从这些气体分布管250提取泄漏的页岩气、其他污染物、和/或过量气体。重要的是，这些抽吸管260允许从外过滤器部分235去除页岩气和其他污染物。这可以延长过滤器部分234、235的寿命。
现在将详细描述这个实施例中的过滤器组件221的结构。参见图14，该过滤器组件221处于收拢构型，并且开采管7处于中央区域中。环绕该开采管7的是用于水泥73的环形空隙24。环绕该空隙24的是该过滤器组件221的中空管223。类似于上文所描述的中空管23，该中空管223可以包括多个接头，以用于允许相邻的过滤器组件彼此相连接。
环绕该中空管223的是基本上环形的内过滤器部分234。该环形内过滤器部分234具有的内直径比中空管223的外直径更大，以便提供形成环形导管232的空隙。这个环形导管232可以选择性地连接至这些气体分布管250和/或选择性地连接至以下更详细讨论的抽吸管260上。因此，环形导管232可以具有一种作为用于将加压气体从井口10供应至这些气体分布管250的导管来使用的操作模式、并且在另一种操作模式中是作为用于从抽吸管260到井口10提取一种或多种气体、多种流体、和/或多种其他污染物的导管来使用。
环绕该内过滤器部分234的是外过滤器部分235，由此在内过滤器部分234与该外过滤器部分235之间提供了环形空隙236。外过滤器部分235可以具有如图13和14中所示的收拢构型或如图15所示的膨胀构型。
这些气体分布管250是选择性地流体地连接至环形导管232上的。在一种形式中，这些气体分布管250包括多个阀(未示出)，以用于选择性地连接至环形导管232上。这些阀在打开时允许该环形导管232内的加压气体通到这些气体分布管250，由此该加压气体被朝向外过滤器部分235引导来使该外过滤器部分235膨胀或将其维持成如图15所示的膨胀构型。
这些抽吸管260是选择性地流体地连接至环形导管232上的。在一种形式中，这些抽吸管260包括多个阀(未示出)，以用于选择性地连接至环形导管232上。这些抽吸管260的阀在打开时允许页岩气或其他污染物、和/或流体(例如来自气体供应器件的气体、或水)从该过滤器组件221经由环形导管232被抽吸到该井口10。
在所展示的实施例中，该多个气体分布管250和该多个抽吸管260是沿着该过滤器组件221交替地提供的。在一种形式中，这两组管被提供成这些组间隔开180度。
类似于上文所描述的第一实施例，该过滤器组件221可以配备有可移除的保护护套来保护该过滤器部分35。该保护护套优选地在过滤器部分35处于收拢构型时覆盖该过滤器部分从而在该过滤器组件221被放下井孔9到达该使用位置时提供保护。在使用位置中，护套被移除以便允许外过滤器部分235膨胀。为了使外过滤器部分235膨胀或辅助其膨胀，这些气体分布管250的这些阀向环形导管232开放。加压气体例如通过井口10处的泵被提供给该环形导管232，该泵进而将气体提供给这些气体分布管250。该气体接着被供应给外过滤器部分235，从而使该外过滤器部分235膨胀。在一个实施例中，一旦过滤器部分235的膨胀完成，就可以关闭这些气体分布管250的阀。
接着可以使用环形导管232来提取页岩气、其他污染物、或流体。打开这些抽吸管260的阀来提供这些抽吸管260到环形导管232的流体连接。接着降低该环形导管232内的气体压力来从过滤器部分234、235通过这些抽吸管260提取页岩气、污染物、和/或流体并且提取到环形导管232内。被提取的材料接着可以经由环形导管232被向上传送至该井口。
现在参照图16，又另一个实施例被示出为包括外壳280以及经由螺纹附接器件282连接至该外壳上的钟形件281。该外壳容纳非可膨胀的过滤器组件621，该非可膨胀的过滤器组件具有内芯283，该内芯带有位于其上的多个阀284，这些阀被过滤器285环绕。该过滤器的内芯283以及开采管291的外表面限定了使漏斗286的进口经由环形通路292与多个阀出口之间连通的内腔。该漏斗被定位在该外壳底座处的第一间隙287内并且在将该间隙287与过滤器285分开的屏障289中创建开口。这些阀具有经由过滤器材料与被限定在过滤器与该外壳之间的外部环形通路288相连通的多个出口。这些过滤器组件621在它们之间带有间隙地串联连接。
参见图16和16A，在水力压裂过程中，气体、流体、或其他污染物(如在图16A中所示的箭头和参考号278所指示的)穿过钟形件15内的中央开口293升入真空室287内。真空泵在地表处(未示出)通过该过滤器组件创建真空，从而将污染物向上抽过漏斗286并且经由单向阀284进入过滤器285中。这些过滤器捕集污染物，并且经过滤的流体和气体向上行进穿过环形间隙289经由其余过滤器组件到达地表，如图16A中所示的箭头所指示。通过过滤器285内运行的真空，气体、流体、或污染物按顺序穿过每个阀284被抽出。随着该过滤器的下部分相继被阻塞，这些污染物向上行进而穿过逐渐更高的阀，从而增大过滤器组件的寿命。
该钟形件15具有中空裙部296，该中空裙部经由从地表延伸的多个管300被充气。这允许该钟形件向上延伸抵靠该井孔的侧壁并且形成有效密封，从而减少污染物的泄漏。
充气管
如图17所示，漏斗或钟形件15可以在过滤器组件到达使用位置时被充气，由此可移除的保护护套41经由多根线缆(未示出)被提升穿过井孔，从而暴露出过滤器部分35以用于使用。漏斗15通过穿过充气管300输送的气体或流体被充气，这些充气管从地表沿着可移除的保护护套41的外部和过滤器部分35延伸至该漏斗15进口53。替代地，漏斗15还可以在该过滤器组件被该可移除的保护护套覆盖时(图16所述)或者在其没有被定位在使用位置时，通过穿过充气管300输送的气体或流体被充气。在另一个实施例中，充气管300被定位在过滤器部分35与可移除的保护护套41之间。
与真空系统一起运行的过滤器组件的操作
图18示出了可以使用与真空系统相关联的过滤器组件310和钟形件312的位置的实例。初始地，从地表316、穿过上部页岩层318进入透水层320并且进入下部页岩层322钻出孔314。开采箱324被提供穿过井孔314，并且漏斗312被放下井孔314到达使用位置。在这个实例中，将漏斗312定位在下部页岩层322与该透水层320之间的界面紧邻下方，以便在围绕井孔上行的污染物到达该透水层之前将其捕集。然而，应了解的是，可以将漏斗312提供在起到类似作用的其他位置处。
将第一过滤器组件326放下井孔314并且定位在该漏斗312上方，使得该漏斗312的出口328与第一过滤器组件326连通，如图16所示的。将第二过滤器组件330放下井孔314并且定位在该第一过滤器组件326上方。然后将第一和第二过滤器组件326和330通过螺纹接头332或其他联接器件彼此联接。
可以将后续的过滤器组件放下该井孔314并且定位在前一个过滤器组件上方并且与之相联接。优选地，将这些过滤器组件相对于彼此定位并联接好直至最上面的过滤器组件被提供在该透水层320中的、泄漏气体和流体可能造成不希望的污染的位置上方。在一个实例中，这可以在该潜水位处或其上方、或者可以一路穿过该透水层320。
电磁管
图19展示了电磁管340，该电磁管可以形成有待与之前所描述的过滤器组件或抽吸管中的任一者一起使用的电磁管阵列的一部分。
电磁管340包括位于壳体344内的中空管本体342。该电磁管的壳体344包括中央磁性线圈区域346，该中央磁性线圈区域可以用来感应径向磁场，以便吸引位于水力压裂流体内的铁磁流体或污染物。该中央磁性线圈区域346通过向外延伸的臂348连接至该壳体各端。该壳体的每一端进一步包括联接螺纹350，以用于允许联接多个电磁管通过水力压裂区域。壳体344还包括流体进口区域352，以便铁磁流体在径向磁场的感应过程中流入该中空管本体342中。
本领域技术人员应了解的是，通过使电流传输穿过壳体344或中空管本体342可以感应出径向磁场。在另一个实例中，感应出磁场是通过脉冲式地向电磁管供应电流、例如通过10秒内施加20次电流并接着在十分钟或更长时期内连续施加电流来实现的。在另一个实例中，施加电流来感应出持续大致12至15天的磁场。在又一个实例中，施加电流来感应出持续大致15至20天的磁场。在另外的实例中，向电磁管施加脉动电流以便产生脉动径向磁场。还应了解的是，可以使用周期性或恒定的径向磁场感应的其他组合来将铁磁流体或污染物吸引至电磁管340。进一步应了解的是，可以持续不同时间段地感应出径向磁场。
替代地，中空管本体342的壳体344可以固有地提供由具有永磁性特性的材料形成的磁场。
在另一种形式中，多个电磁管可以形成基本上水平的基本上平面的阵列。在另一种形式中，可以将磁性线圈定位在沿着壳体344的其他位置中、或者可以使其沿着壳体344的整个长度延伸。
气体或污染传感器
气体和/或污染传感器/检测器45被定位在该过滤器组件21内。这些传感器45提供关于该过滤器组件21、121和开采管7中和/或其周围的污染物的信息。这些传感器45给操作者提供数据并且该数据可以被用来推导出泄漏气体的存在和/或过滤器的污染状态。
在一个实施例中，如图6所示，这些传感器45被定位在过滤器部分135中。因此，在这个实施例中，这些传感器45是该过滤器组件121的一部分。应了解的是，还可以将这些传感器45提供在该过滤器组件21的、具有收拢过滤器部分35的首先描述的实施例中。在一种形式中，外护套45、145可以在将该过滤器组件21、121放下井孔9时保护这些传感器45。
在一个实施例中，这些传感器45可以以彼此大致相等的角间隔放置在过滤器部分35、135的圆周附近。在另一个实施例中，如图16所示，这些检测器被定位成与钟形件开口相邻。
在一个实施例中，这些传感器45被提供用于检测以下各项中的一项或多项：天然气、氰化物、盐酸、甲酸、硼酸、其他酸、盐酸季铵盐、氯化钠、甲醇、乙醛、石油馏出物、钾、以及偏硼酸盐。
过滤器组件的细节
过滤器组件21可以包括多个适合的过滤器，这些过滤器通过吸收或吸附在此所讨论的污染物中的一种或多种污染物来捕集污染物。在一个实施例中，这些过滤器可以包括活性碳。在另一个实施例中，这些过滤器浸入由农业材料例如坚果壳(例如核桃、山核桃、椰子等)生成的高多孔性活性碳中。所使用的材料类型被选择成用于产生高比表面积(优选地高于1500m2/g)和有利的吸收特性，例如相应地高于1000mg/g和400mg/g的碘和亚甲蓝吸收。
在另一个实施例中，多个过滤器组件21单独地或组合地包括用于吸收或吸附污染物的纳米纤维。纳米纤维过滤器的实例包括来自克拉克公司(Clarcor Inc)被称为ProTuraTM的纳米纤维过滤器。
这些过滤器可以包括吸引并吸收污染物的材料。在一个实施例中，这些过滤器组件21被提供用于吸引并吸收页岩气。替代地或额外地，这些过滤器组件21可以吸引并吸收其他污染物、包括在此所讨论的那些。
这些过滤器可以包括吸收污染物(包括页岩气和/或在此所讨论的其他污染物)的材料。
在又另外的实施例中，这些过滤器组件21可以包括多种材料和结构的组合。例如在一个实施例中，这些过滤器组件21可以包括被适配成用于吸附该过滤器周围和内部的污染物(例如页岩气)的一个部分、以及被适配成用于吸附污染物(包括页岩气)的另一个部分。在另一种形式中，可以在过滤器组件21处或其附近提供被适配成用于移除堆积在这些过滤器组件21处的污染物(包括气体)的抽吸管，这些污染物接着被向上运输至地表以便堆积和/或进一步处理。这个安排可以有利于通过从过滤器组件21移除污染物来延长过滤器寿命。
在一个实施例中，过滤器组件21可以具有可变密度。在一个实施例中，过滤器组件21的过滤器部分35在较靠近该径向中心(即，在靠近中空管7的区域处)具有的密度较大、并且在离该中空管7相对远的外围区域处具有的密度较小。在进一步的实施例中，该抽吸管被定位在过滤器部分35的较大密度的区域处或其周围。
漏斗
图4-6中展示了漏斗15和钟形件的实施例。漏斗15附接至最底下的过滤器组件21上并且如上文描述地被适配成用于将泄漏气体从漏斗15的下方朝向过滤器组件21引导。该漏洞15包括进口51和出口53，其中该进口51具有的开口大于该出口53的开口。该进口51在使用中总体上面向下，而该出口面向上朝向最底下的过滤器组件21。
该进口51在使用构型中可以具有约2500mm或更大的进口开口直径。然而，应了解的是，该进口开口直径可以为其他大小，包括从2000至4000mm并且在一个实施例中在3000至4000mm之间。该出口53具有开口，该开口大小被确定成用于确保所引导的气体遇到该过滤器组件21、121的过滤器部分35、135、并且相应地具有的直径等于或小于该过滤器部分35、135的直径。在一个实施例中，该出口的开口直径为2000mm或更小。
在一个实施例中，漏斗15被定位在不透层13中、优选地在上覆透水层3下方的约1.5至2米之间。然而，在其他实施例中，漏斗15可以被定位在上覆透水层3下方较大距离处。例如，在另一个实施例中，漏斗14被定位在上覆透水层3下方5米处。
漏斗15可以由橡胶或弹性材料制成。漏斗15可以弹性地变形成小直径以允许该漏斗15被放到井孔9的、可以具有直径小于600mm的相对窄的部分中。一旦放到使用位置，该漏斗15就可以膨胀，从而增大该漏斗的大小。漏斗15可以由于形成该漏斗的材料的弹性特性而发生膨胀。替代地或组合地，该漏斗15可以通过偏置器件，例如一个或多个弹簧构件(包括弹簧丝)、和/或其他弹性或柔性元件来朝向较大大小偏置。在另一种形式中，漏斗15可以通过气体或流体被充气到较大大小。
在图16所示的另一个实施例中，漏斗15可以在该过滤器组件到达使用位置时被充气，由此可移除的保护护套41经由多根线缆(未示出)被提升穿过井孔，从而暴露出过滤器部分35以用于使用。漏斗15通过穿过充气管55或300输送的气体或流体被充气，这些充气管从地表沿着可移除的保护护套41的外部和过滤器部分35延伸至该漏斗15的出口53。替代地，漏斗15还可以在该过滤器组件被该可移除的保护护套覆盖时或者在其没有被定位在使用位置时，通过穿过充气管55输送的气体或流体被充气。在另一个实施例中，充气管55被定位在过滤器部分35与可移除的保护护套41之间。
抽吸器阵列
图7展示了抽吸管17的一个区段，多个抽吸管形成抽吸器阵列19。该抽吸管17包括中空管本体67，该中空管本体带有沿着该本体的长度定位的多个抽吸孔口61。这些抽吸孔口61允许从抽吸管17所处位置附近去除残余气体和/或残余压裂流体、化合物、和其他污染物或污物。在一种形式中，这些抽吸孔口61是沿着该抽吸管的长度大致每隔200mm地定位的，但是应了解的是，这些孔口61可以沿着该管17的长度更频繁或较不频繁地定位。
该抽吸管还配备有一个或多个传感器63，以用于检测一种或多种气体或污物的存在。
该抽吸管17包括用于允许与其他抽吸管17相连接的多个接头65以及形成该抽吸器阵列19的其他管连接件。如图1和12所示，该抽吸器阵列可以呈基本上水平的基本上平面的阵列的形式。
在一个实施例中，抽吸管17可以固有地提供磁场、或者被适配成用于产生磁场(例如通过提供穿过该抽吸管17或中空管本体67的电流)。替代地，可以使电流经过与该抽吸管17相关联的磁性线圈。这允许选择性地感应出磁场。在另一个实施例中，通过提供穿过抽吸管17或中空管本体67或磁性线圈的脉冲电流、例如通过10秒内施加20次电流并接着在十分钟或更长时期内连续地施加电流，来感应出磁场。在进一步的实施例中，提供电流来产生脉动磁场。在其他实施例中，该磁场或脉动磁场将运行持续12至15天或15至20天。还应了解的是，周期性的或恒定的感应出磁场或脉冲磁场的其他组合可以运行持续任何时间段来将铁磁流体或污染物吸引到抽吸管17。
在一个实施例中，抽吸管17的中空管本体67是由具有磁性特性的材料形成的。在另一个实施例中，中空管67是由铁磁材料制成的。
具有磁性特性的抽吸管17可以有利于回收具有铁磁流体的化合物，该铁磁流体可以包括在该压裂流体中。下面将进一步详细讨论这点。
铁磁流体可以包括基于烃的铁磁流体。这可以包括EFH系列的铁磁流体，例如来自磁性流体技术(美国)公司(Ferrotec(USA)Corporation)的EFH1。
该抽吸器阵列19可以被引入开采区6上方、但是在该透水层3的潜水带4下方。这有利地允许从开采区6附近的区域、具体而言潜水带4中的水中抽吸潜在污染气体、流体、和其他物质。
在一个实施例中，抽吸管17和阵列19连接至穿过抽吸器井孔69提供的抽吸管68上，该抽吸器井孔被定位成远离该主井孔9。在一种形式中，单独的抽吸器井孔69是离开井口10上至且包括100米钻出的。
压裂流体
用于液压压裂的压裂流体包括以下多种组分：包括水、沙子、和其他化学物质。在液压压裂之后，可能希望的是从开采区6回收压裂流体(具体而言化学物质)。压裂流体中的一些可以通过延伸穿过井孔9进入开采区6中的开采管7回收。然而，压裂流体中的一些可以经由缝隙穿过而到达远离该开采管7的位置，从而使得难以经由开采管7回收压裂流体(以及重要地组分化学物质)。
因此，在一个实施例中，压裂流体可以进一步包括铁磁流体组分。这个铁磁流体被粘结或吸引到压裂流体中的一种或多种其他化学物质上，如以下所讨论的。在另一个实施例中，铁磁流体可以包括大量铁氧体。有利的是，铁磁流体(和粘结化学物质)可以被吸引至与抽吸管17相关联的磁场，这有助于通过抽吸管17来回收压裂流体中的化学物质。应了解的是，铁磁流体可以包括不同量的含铁或含亚铁或富铁材料，例如磁铁矿、赤铁矿、或类似物。
如以上注意到的，压裂流体中的化学物质中的一种或多种可以粘结或吸引至铁磁流体。在一种形式中，这可以通过化学粘合剂来实现。该粘合剂可以包括凝胶或胶凝剂。
使用加厚的、基于水的线性凝胶来完成显著量的断裂处理。在这些压裂流体中使用的胶凝剂典型地是瓜尔胶、瓜尔胶衍生物例如羟丙基瓜尔胶(HPG)和羧甲基羟丙基瓜尔胶(CMHPG)、或纤维素衍生物例如羧甲基瓜尔胶或羟乙基纤维素(HEC)。瓜尔胶是衍生自瓜尔豆植物种子的聚合性物质。应了解的是，可以使用其他瓜尔胶衍生物，具体是无毒的和/或可生物降解的形式。
压裂流体中的化学物质可以包括以下各项中的一项或多项：盐酸、戊二醛、盐酸季铵盐、四(羟甲基)磷鎓、过硫酸铵、氯化钠、过氧化镁、氧化镁、氯化钙、氯化胆碱、绿化四甲基铵、异丙醇、甲醇、甲酸、乙醛、石油馏出物、加氢的轻质石油馏出物、偏硼酸钾、锆酸三乙醇铵、四硼酸钠、硼酸、锆配合物、硼酸盐、乙二醇、聚丙烯酰胺、瓜尔胶、多糖共混物、柠檬酸、乙酸、巯基乙酸、赤型抗坏血酸钠、硫酸月桂酯、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、丙烯酰胺与丙烯酸钠的共聚物、聚羧酸钠、膦酸钠、硫酸月桂酯、异丙醇、以及2-丁氧基乙醇。这些化学物质可以是这些过滤器组件21例如通过吸收和/或吸附所捕集的污染物中的一种或多种。
应当理解，本说明书中所披露和限定的本发明扩展至所提到或从文本或附图中明显的两个或更多个单独特征的所有替代性组合。所有这些不同组合构成本发明的多种不同替代性方面。

Claims (43)

1.一种用于在下层页岩层上方的包括透水层的区域内提取页岩气的系统，该系统包括：
-位于穿过该透水层到达该页岩层的井孔中的开采管；
-围绕该井孔中的该开采管的至少一部分的过滤装置，
其中该过滤装置被提供在该透水层之处和/或下方以便在至少一种污染物进入该透水层之前捕集该污染物。
2.根据权利要求1所述的系统，其中该至少一种污染物包括页岩气。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中该污染物选自下组，该组包括：氰化物、盐酸、甲酸、硼酸、其他酸、盐酸季铵盐、氯化钠、甲醇、乙醛、石油馏出物、钾、以及偏硼酸盐。
4.根据以上权利要求中任一项所述的系统，其中该透水层包括含水层，其中：
-该过滤装置被至少提供在该井孔的、穿过该含水层的潜水带的区域中。
5.根据权利要求4所述的系统，其中该过滤装置是从该井孔的、穿过了该含水层的潜水带的区域到在该含水层的潜水面上方的区域地定位的。
6.根据以上权利要求中任一项所述的系统，其中该井孔穿过了位于该透水层与该页岩层之间的不透层，其中
-该过滤装置是从该井孔的、穿过了该透水层的区域到该井孔的、穿过了该不透层的区域地定位的。
7.根据以上权利要求中任一项所述的系统，其中该过滤装置包括：
-至少一个过滤器组件，其中该过滤器组件包括：
-中空管，该中空管被适配成用于接纳该开采管的一部分；以及
-过滤器部分，该过滤器部分环绕该中空管的面向外的部分并且形成该过滤装置的一部分。
8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：
-在该开采管与该中空管的内表面之间的环形空间内的水泥，其中该水泥辅助固定该过滤器组件和该开采管。
9.根据权利要求7或8所述的系统，其中该至少一个过滤器组件进一步包括：
-在该中空管的第一端处的第一管接头；以及
-在该中空管的第二端处的第二管接头，
其中该过滤器组件的第一管接头与相邻过滤器组件的第二管接头相联接以便使得能够实现多个过滤器组件的端对端联接。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的系统，其中该至少一个过滤器组件被适配成用于接纳围绕该过滤器部分的可移除护套，其中该可移除护套被提供用于在使用之前保护该过滤器部分，并且在使用中该可移除护套被移除以便将该过滤器暴露给该井孔。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的系统，其中该过滤器部分具有收拢构型和膨胀构型，其中在该收拢构型中该过滤器组件的总直径小于当该过滤器部分处于该膨胀构型时该过滤器组件的总直径，其中该收拢构型辅助将该过滤器组件定位在该井孔中的使用位置。
12.根据权利要求11所述的系统在从属于权利要求10时，其中该至少一个过滤器组件被适配成用于在该过滤器部分处于该收拢构型时接纳该可移除护套。
13.根据权利要求11或12所述的系统，其中当该过滤器组件处于该使用位置时，处于该膨胀构型的该过滤器部分与该井孔的相邻壁相接触。
14.根据以上权利要求中任一项所述的系统，进一步包括：
-与该过滤装置定位在一起的至少一个气体或污染传感器，其中来自该气体或污染传感器的数据可以用来推导出该过滤器的污染状态。
15.根据以上权利要求中任一项所述的系统，进一步包括：
-定位在该过滤装置下方的漏斗，
其中该漏斗被提供用于将上升气体朝该过滤装置引导。
16.根据权利要求15所述的系统，其中该漏斗包括：
-进口；以及
-具有指向该过滤装置的开口的出口，
其中该进口具有比该出口的开口更大的开口，并且在使用中该进口指向下，使得在该漏斗下方的上升气体被接收到该进口中并朝该过滤装置被引导到该出口。
17.根据以上权利要求中任何一项所述的系统，其中压裂流体被泵送至该页岩层以便压裂该下层页岩层中的页岩从而形成开采区，并且该开采管的一部分位于该开采区处以便提取页岩气，其中该系统进一步包括：
-至少一个抽吸管，该至少一个抽吸管具有用于从该开采区去除污染物的至少一个进口，其中该至少一个进口位于该透水层中的含水层的潜水带与该开采区之间。
18.根据权利要求17所述的系统，其中来自该开采区的污染物包括来自该开采区的残余气体中的至少一种、或该压裂流体的至少一种组分或化合物。
19.根据权利要求18所述的系统，其中该至少一个抽吸管包括产生磁场的材料、或者包括用于产生与该抽吸管相关联的磁场的磁场发生器，并且该压裂流体包括铁磁流体，其中该磁场被提供用于将该压裂流体中的铁磁流体朝该至少一个抽吸管吸引。
20.根据权利要求19所述的系统，其中该至少一个进口是在该潜水带与该开采区之间的大致半途定位的。
21.根据权利要求19或20所述的系统，其中该至少一个抽吸管包括多个抽吸管以形成进口阵列，其中该进口阵列是基本上平面的阵列。
22.根据权利要求21所述的系统，其中该基本上平面的阵列是基本上水平的。
23.根据权利要求19至22中任一项所述的系统，其中该至少一个抽吸管进一步包括至少一个气体或污染传感器以便检测一种或多种气体或污染物的存在。
24.一种在用于页岩气提取的井下钻孔中的开采管附近捕集至少一种污染物的方法，该井下钻孔穿过透水层到达下层页岩层，该方法包括：
-在该透水层之处和/或下方提供过滤装置来环绕该井孔中的该开采管的至少一部分以便在至少一种污染物进入该透水层之前捕集该污染物。
25.根据权利要求24所述的方法，进一步包括：
-提供位于该过滤装置下方的漏斗，其中该漏斗将上升气体引导至该过滤装置。
26.一种用于在页岩气提取过程中回收在开采区附近的包括铁磁流体的压裂流体的多种组分的方法，该方法包括以下步骤；
-在该开采区附近提供至少一个抽吸管，该抽吸管具有产生磁场的材料，或者提供磁场发生器来产生与该抽吸管相关联的磁场；
-用该磁场将该压裂流体中的铁磁流体朝该至少一个抽吸管吸引；
-将该铁磁流体抽吸穿过该抽吸管。
27.一种对用于页岩气提取的井下钻孔进行完井的方法，该井下钻孔穿过透水层到达下层页岩层，该方法包括：
-钻出到达该页岩层的井孔，该井孔的尺寸被确定成用于接纳开采管和过滤装置二者；
-提供穿过该井孔到达该页岩层的开采管；
-在该井孔中提供该过滤装置，该过滤装置环绕该井孔中的该开采管的一部分，
其中该过滤装置被定位在该透水层之处和/或下方以便在至少一种污染物进入该透水层之前捕集该污染物。
28.根据权利要求27所述的方法，其中该透水层是含水层，该方法进一步包括：
-提供从该井孔的、穿过了该透水层的区域的所述部分到该含水层的潜水位的该过滤装置。
29.根据权利要求27或28所述的方法，其中该井孔穿过了位于该透水层与该页岩层之间的不透层，其中该方法进一步包括：
-提供从该井孔的、穿过了该透水层的区域到该井孔的、穿过了该不透层的区域的该过滤装置。
30.根据权利要求27至29中任一项所述的方法，该方法进一步包括提供位于该过滤装置下方的漏斗，其中该漏斗将上升气体朝该过滤装置引导。
31.根据权利要求27至30中任一项所述的方法，其中该过滤装置是至少一个过滤器组件的一部分，该过滤器组件包括：
-中空管，该中空管被适配成用于接纳该开采管的一部分；以及
-过滤器部分，该过滤器部分环绕该中空管的面向外的部分，其中可移除护套环绕该过滤器部分并在使用之前保护该过滤器部分，其中在该井孔中提供该过滤装置的步骤包括以下步骤：
-将具有保护该过滤器部分的环绕型护套的该至少一个过滤器组件向下放入该井孔中；
-将该至少一个过滤器组件定位在使用位置；并且
-移除该护套。
32.根据权利要求31所述的方法，其中对该井下钻孔进行完井包括在该井孔中提供多个过滤器组件来形成该过滤装置，其中每个过滤器组件包括：
-在该中空管的第一端处的第一管接头；以及
-在该中空管的第二端处的第二管接头；
其中该过滤器组件的第一管接头与相邻过滤器组件的第二管接头相联接以便使得能够实现多个过滤器组件的端对端联接；其中该方法进一步包括以下步骤：
-将具有保护该过滤器部分的环绕型护套的后续过滤器组件向下放入该井孔中，到达在之前以使用位置定位的过滤器组件上方的位置；
-将该后续过滤器组件联接至该之前定位的过滤器组件上；以及
-移除该后续过滤器组件的护套。
33.一种用在根据权利要求7所述的系统中的过滤器组件，包括：
-中空管，该中空管被适配成用于接纳该开采管的一部分；以及
-过滤器部分，该过滤器部分环绕该中空管的面向外的部分。
34.根据权利要求33所述的过滤器组件，进一步包括：
-在该中空管的第一端处的第一管接头；以及
-在该中空管的第二端处的第二管接头，
其中该过滤器组件的第一管接头与相邻过滤器组件的第二管接头相联接以便使得能够实现多个过滤器组件的端对端联接。
35.根据权利要求33或34所述的过滤器组件，被适配成用于接纳围绕该过滤器部分的可移除护套，其中该可移除护套被提供用于在使用之前保护该过滤器部分，并且在使用中该可移除护套被移除以便将该过滤器暴露给该井孔。
36.根据权利要求33至35中任一项所述的过滤器组件，其中该过滤器部分具有收拢构型和膨胀构型，其中在该收拢构型中该过滤器组件的总直径小于当该过滤器部分处于该膨胀构型时该过滤器组件的总直径，其中该收拢构型辅助将该过滤器组件定位在该井孔中的使用位置。
37.根据权利要求36所述的过滤器组件在从属于权利要求35时，其中该至少一个过滤器组件被适配成用于在该过滤器部分处于该收拢构型时接纳该可移除护套。
38.根据权利要求33至37中任一项所述的过滤器组件，进一步包括与该过滤装置定位在一起的至少一个气体或污染传感器，其中来自该气体或污染传感器的数据可以用来推导出该过滤器的污染状态。
39.一种用于与根据权利要求16所述的系统一起使用的漏斗，包括：
-进口；以及
-出口，其中该进口具有比该出口的开口更大的开口。
40.根据权利要求33或34中任一项所述的过滤器组件，其中该过滤器是不可膨胀的并且包括护套，该护套环绕该过滤器的外部部分并且在该过滤器的外部部分与该护套之间限定了外部环形通路，该外部环形通路与该过滤器的操作性上部出口连通，在该过滤器的内部部分与该开采管之间限定了内部通路，该内部通路与该过滤器的操作性下部进口连通，并且沿着该过滤器的长度在该进口通路与出口通路之间横向延伸地安排了多个阀，其中在真空下在该进口与该出口之间经由这些阀限定了多个系列的流体路径以用于过滤穿过该过滤器的污染流体。
41.根据权利要求40所述的过滤器组件，其中该过滤器组件的操作性下端与可膨胀的密封钟形件连通，该密封钟形件被配置成用于将污染性流体引导至该过滤器中、并且防止流体向上侵入该过滤器组件的外部周围。
42.根据权利要求41所述的过滤器组件，其中该密封钟形件包括用于选择性地使之膨胀的充气装置，并且该过滤器的操作性下端包括用于将来自该钟形件的污染性流体引导至该内部通路的漏斗，该充气装置包括从该表面延伸的至少一个流体输送管。
43.根据权利要求40至42中任一项所述的过滤器组件，其中该内部通路和外部通路以及阀被配置成使得，该过滤器从底部到顶部相继堵塞，并且这些阀以升序操作来过滤污染物。
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