CN107109204B - Y级液态天然气增产流体、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

Y级NGL断裂系统和使用Y级NGL增产流体的方法。

Description

Y级液态天然气增产流体、系统和方法
技术领域
本公开的实施方案大体上涉及增产流体。
背景技术
压裂处理用于增产并提高井筒与目的岩层之间的流体传导性以增加流体生产率和相关储量。水力致裂处理典型地用于低渗透性岩层中，用于常规储层中以避免井筒附近的渗透性受损，并且用于非常规储层中以使诱发的裂缝与天然裂缝网络交叉。
水力增产流体已被分类为不同的流体类型，包括：
·常规型，由胶凝剂和(一种或多种)交联剂组成；
·水压裂型(有时被称为“减阻水”)，由减摩剂、胶凝剂和/或粘弹性表面活性剂组成；
·混合型，由减摩剂、胶凝剂和(一种或多种)交联剂的组合组成；
·增能型，将二氧化碳或氮气掺入流体中；
·酸压裂型，由胶凝的酸基质组成；和
·气体压裂型，由气体、通常是丙烷作为基础流体组成。
典型的处理注射粘性增产流体以创建期望的几何形状的裂缝，并且所述粘性增产流体将支撑剂带入创建的裂缝中以在处理完成后维持裂缝中的传导性。粘性增产流体可能具有损害支撑剂充填层和/或裂缝附近的岩层的渗透率的特征。举例来说，水基增产流体可被吸收入岩层面中并降低渗透率(例如通过毛细管力)，可以使水垢沉淀，并且可以在井返排和清理的过程中引起微粒运移。
最新数据表明在美国有大约98％的水力致裂增产都利用水基技术。减少或消除基础流体中的水和相关水基化学物(例如酸、杀生物剂、腐蚀抑制剂、除氧剂、减摩剂、交联剂、破碎剂和某些胶凝剂)将会帮助减少环境足迹和与压裂有关的某些化学成本。
水基压裂流体也具有相关的处置和/或清理问题并且可能存在使用冲突。在水力致裂中使用水会从河流、城市和工业(例如发电)供水以及休闲生活和水生生物分流水。在压裂处理后，返排回地面的压裂流体必须被处置或补救，并且在处理中用的流体越多，处置风险和花费就越大。最常用的水力致裂方法需要大量的水，这已经在干旱地区、尤其在容易干旱的德克萨斯引发关注。通过注入深层地下井而进行的压裂水处置已经和奥克拉荷马州中部的地震活动最近的增加产生关联。
大型水力致裂在传统上每口井使用120万到350万美制加仑的水，大型项目则使用超过500万美制加仑。每次处理由一系列阶段组成。某些非常规的水平井可能具有高达40个或更多个阶段。每个阶段可能利用超过300,000加仑的水和超过550万磅的支撑剂。
因为较小的足迹和增加的运作效率，多井场钻井或在单个井场上钻井并完成多口井的能力在工业上正变得流行。这种技术影响着水力致裂工业，因为从单个井场可以连续进行6个或更多个单独的井增产。补充这种技术的是一种被称为“拉链压裂”的方法，其包括在井口位于同一个井场的两个补偿井之间的交替压裂增产。当组合时，这些技术对压裂操作人员提出额外的物流需求。
酸压裂处理用于消除损害和/或在岩层中创建通道。酸对理论上在水压被释放并且岩层松弛恢复成天然压力状态后保持开放的通道进行蚀刻。酸流入并蚀刻在处理前不能很好流动的岩层区域或消除这些岩层区域的损坏是可取的。然而，岩层的高渗透性且自然压裂的区域倾向于更好地接受流体，从而获得比所期望的更多的酸。因此，流体损失和分流添加剂可以被添加到酸压裂处理中以封闭高渗透性通道并将处理重新引导到更低渗透性的通道中。
泡沫压裂也是北美使用的一种标准方法，其用于对包括非常规页岩和煤层的低渗透性或局部压力衰竭储层增产。基于泡沫的压裂流体因其较低的水含量而具有吸引力，这是因为泡沫典型地由高百分比的气体(典型地是二氧化碳或氮气)作为内相和较低百分比的液体作为外相而组成，所述液体包括被称为起泡剂的稳定的表面活性剂。氮气质量为70％到90％的泡沫已被有效地应用于以上提及的岩层类型。高品质泡沫需要更少的水，但可能会缺乏用于支撑必要支撑剂负载的足够粘度。
主要是丙烷凝胶的液化石油气(“LPG”)已被用作对岩层无害的烃类压裂流体。其特性包括：低表面张力、低粘度、低密度、以及与天然存在的储层烃的混溶性。这种无水方法增加初始生产率，从而有助于比传统压裂方法快得多地实现生产。其还能够在几个增产日内回收大部分的压裂流体，这产生经济效益和环境效益，实现快速清理和最少的废物和处理废品。然而，多阶段井场增产所需要的大量丙烷的成本和可用性有时候阻碍这种技术的使用。
因此，需要新型的增产流体，其对岩层无害，具有最小的水含量和化学添加物，是天然存在且在当地可获得的组分，可快速清理，节省成本，并且可以完全回收且具有最小支的撑剂返排。
发明内容
本公开的一个实施方案包括一种基于起泡Y级NGL的增产流体。泡沫可以用氮气或二氧化碳产生并且包括(一种或多种)表面活性剂。泡沫的质量可以是约55％到约95％。Y级NGL的起泡可以使用(一种或多种)起泡剂，例如离子性或非离子性表面活性剂或其混合物实现。所述(一种或多种)起泡剂可以包括磺酸、甜菜碱化合物、含氟表面活性剂、烃溶剂、铝皂、磷酸酯和/或其它类似产品。
起泡剂可以包括纯表面活性剂或表面活性剂混合物，可以与助表面活性剂混合，或者可以是表面活性剂和/或助表面活性剂和任选的共溶剂的水溶液。助表面活性剂可以包括iC90-二醇和/或iC10-二醇。共溶剂可以包括1-丙醇、异丙醇、2-丁醇和/或丁二醇。
起泡剂可以包括表面活性剂，阴离子性表面活性剂和阳离子性表面活性剂，和/或非离子性结构和两性结构，优选阴离子性、非离子性和两性结构。起泡剂的实例包括醇醚硫酸酯、醇硫酸酯、脂环基硫酸酯、羟乙基磺酸酯、肌氨酸酯、酰基肌氨酸酯、烯属磺酸酯、脂环基醚羧酸酯、脂环基醇酰胺、氧化胺、烷基苯磺酸酯、烷基萘磺酸酯、脂肪醇乙氧基化物、含氧基醇乙氧基化物、烷基乙氧基化物、烷基酚乙氧基化物、脂肪胺乙氧基化物和脂肪酰胺乙氧基化物、烷基聚葡萄糖苷、含氧基醇乙氧基化物、和/或格尔伯特醇烷氧基化物。其它实例包括烷基醚磺酸酯、EO/PO嵌段聚合物和/或甜菜碱，例如椰油酰胺丙基甜菜碱和C8-C10烷基酰胺丙基甜菜碱。其它实例包括磺基甜菜碱、烯基磺酸酯、烷基二醇、醇烷氧基化物、磺基琥珀酸酯、烷基醚磷酸酯、酯季铵盐和/或二脂环基铵和三脂环基铵衍生物。
本公开的一个实施方案包括添加泡沫稳定剂以形成基于起泡Y级NGL的增产流体。泡沫稳定剂可以是微粒或纳米粒子，例如已知通过所谓的“pickering”可稳定泡沫和乳液的二氧化硅或二氧化硅衍生物。泡沫稳定剂也可以是蛋白质。另一种类别的泡沫稳定剂可以是增加增产流体的粘度且构成薄层例如聚合物结构的添加剂，例如聚丙烯酰胺和/或其衍生物。
本公开的一个实施方案包括使用磷酸酯和有机金属络合物交联剂的胶凝Y级NGL增产流体。胶凝剂可以包括磷酸酯、有机金属络合物交联剂、胺的氨基甲酸酯、铝皂、椰油胺(C12-C14)、癸二酰氯、油(C18)胺、甲苯-2,4-二异氰酸酯、甲苯-2,6-二异氰酸酯和其任何组合。
本公开的一个实施方案包括使用(一种或多种)乳化剂用Y级NGL和最多达约10％水、海水、地层水和/或盐水形成的乳液。所述(一种或多种)乳化剂可以包括表面活性剂、助表面活性剂和/或共溶剂。
本公开的一个实施方案包括通过利用、回收和再销售Y级NGL而降低与增产流体的现场运送相关的高运作成本的有经济价值的方法。
本公开的一个实施方案包括用二氧化碳或氮气惰化支撑剂以避免当将支撑剂注入储存设施时被氧气、氧探测器和/或二氧化碳或氮气逆流污染。
本公开的一个实施方案包括使用高频超声波振动和/或文氏喷管使Y级NGL起泡从而产生微细气泡以增加泡沫的负荷能力的有经济价值的方法。德国专利申请DE102014010105.3(其以引用的方式并入本文中)中所描述的系统和方法可以和本文所述的实施方案一起使用。
本公开的一个实施方案包括通过配置可通过远程控制起动的应急二氧化碳气体、基于二氧化碳的泡沫和/或基于水的泡沫溢流系统而抑制Y级NGL泡沫或胶凝Y级NGL的潜在燃烧的有经济价值的方法。基于泡沫的系统的一个优点在于，泡沫不会被风带走并留在位置上，这提供较小的危害风险。
本公开的一个实施方案包括系统设备的一个或多个部件，和/或本文描述的全部系统中的任一个进入容器中或被定位于关闭的腔室中并用二氧化碳和/或氮气覆盖。
本公开的一个实施方案包括通过利用可以远程起动的应急放空系统来提高泵送高压Y级NGL泡沫或胶凝Y级NGL的安全性的有经济价值的方法。
本公开的一个实施方案包括通过利用用来关闭高压泵送单元和关闭靠近井口的远程起动阀门的可燃气体检测系统而提高泵送高压Y级NGL泡沫或胶凝Y级NGL的安全性的有经济价值的方法。
本公开的一个实施方案包括一种与自动化的二氧化碳气体、基于二氧化碳的泡沫、氮气、基于氮气的泡沫和/或基于空气的泡沫溢流系统组合的气体检测系统。
本公开的一个实施方案包括通过使用实地可运输膜产生设备或从空气分离氮气的低温空气分离单元而降低与液氮的实地运送相关的高运作成本的有经济价值的方法。
本公开的一个实施方案包括从来自地面气液分离工艺产出的气态烃流脱氮以在获得足够的数量时允许气态烃流的可运输销售和/或商业销售且反过来消除在清理期间燃烧气体的需求的有经济价值的方法。
本公开的一个实施方案包括一种移动式二氧化碳回收装置，用于从生产的烃流回收二氧化碳。
本公开的一个实施方案包括一种Y级NGL增产流体，其具有支撑剂；乙烷，其中乙烷构成约30％到80％的所述流体；丙烷，其中丙烷构成约15％到50％的所述流体；丁烷，其中丁烷构成约15％到45％的所述流体；异丁烷，其中异丁烷构成约15％到40％的所述流体；和戊烷以上的烃，其中戊烷以上的烃构成约5％到25％的所述流体。所述流体还包括二氧化碳和氮气中的至少一种。所述流体还包括起泡剂，起泡剂包括表面活性剂、助表面活性剂和共溶剂中的至少一种且任选地包括泡沫稳定剂。所述流体还包括胶凝剂，其包括磷酸酯和有机金属络合物交联剂中的至少一种。所述流体还包括乳化剂，其包括最多达约10％的水或盐水。
本公开的一个实施方案包括一种Y级增产流体，其具有约30％-55％的至少一种具有两个碳元素(C2)的烃化合物；约15％-50％的至少一种具有三个碳元素(C3)的烃化合物；约15％-50％的至少一种具有四个碳元素(C4)的烃化合物；和约5％-20％的至少一种具有五个碳元素(C5)或更多个碳元素的烃化合物。所述流体还包括支撑剂，以及二氧化碳和氮气中的至少一种。所述流体还包括起泡剂，其包括表面活性剂、助表面活性剂和共溶剂中的至少一种且任选地包括泡沫稳定剂。所述流体还包括胶凝剂，其包括磷酸酯和有机金属络合物交联剂中的至少一种。所述流体还包括乳化剂，其包括最多达约10％的水或盐水。
本公开的一个实施方案包括一种Y级NGL系统，其具有氮气和/或二氧化碳源；与氮气和/或二氧化碳源流体连通的Y级NGL源；与氮气和/或二氧化碳源流体连通的支撑剂源；与Y级NGL源和支撑剂源流体连通的接收器-混合器；和被配置成用于将流体从接收器-混合器泵送到井口中的泵，其中流体包括来自支撑剂源的支撑剂、来自Y级NGL源的Y级NGL、以及来自氮气和/或二氧化碳源的氮气和二氧化碳中的至少一种。
所述系统还包括起泡剂源和与Y级NGL源和接收器-混合器流体连通的起泡单元，其中起泡剂源包括起泡剂，所述起泡剂包括表面活性剂、助表面活性剂和共溶剂中的至少一种。起泡单元包括文氏喷管、高频超声波探头和/或微孔筛。所述系统还包括与接收器-混合器流体连通的胶凝剂源，其中胶凝剂源包括胶凝剂，所述胶凝剂包括磷酸酯和有机金属络合物交联剂中的至少一种。所述系统还包括与接收器-混合器流体连通的乳化剂源，其中乳化剂源包括乳化剂。所述系统还包括被配置成用于调节接收器-混合器内的压力的压力调节压缩机。所述系统还包括现场分离单元，其被配置成用于从同一个或不同的井口接收湿气流、从湿气流分离Y级NGL和通过流体管线或储罐直接将Y级NGL供应给Y级NGL源。所述系统还包括空气分离设备，其被配置成用于从空气分离氮气并将氮气供应给氮气源。
本公开的一个实施方案包括一种将Y级NGL增产流体泵送到含烃储层中的方法，其包括在接收器-混合器中混合Y级NGL、支撑剂、以及氮气和二氧化碳中的至少一种以形成增产流体；和将增产流体泵送到含烃储层中。
所述方法还包括在接收器-混合器中将起泡剂和任选的泡沫稳定剂与Y级NGL、支撑剂、以及氮气和二氧化碳中的至少一种混合以形成增产流体，其中起泡剂包括表面活性剂、助表面活性剂和共溶剂中的至少一种，并且任选地包括泡沫稳定剂。
所述方法还包括在接收器-混合器中将胶凝剂与Y级NGL、支撑剂、以及氮气和二氧化碳中的至少一种混合以形成增产流体，其中胶凝剂包括磷酸酯和有机金属络合物交联剂中的至少一种。
所述方法还包括在接收器-混合器中将乳化剂和盐水与Y级NGL、支撑剂、以及氮气和二氧化碳中的至少一种混合以形成增产流体。
所述方法还包括从湿气流、流体管线或储罐获得Y级NGL，和将Y级NGL供应给与接收器-混合器流体连通的Y级NGL源。
增产流体包括大于约50％的氮气浓度、大于约35％的二氧化碳浓度或大于约50％的氮气和二氧化碳浓度的组合，使得增产流体处在可燃极限之外。
本公开的一个实施方案包括一种应急系统，其具有：集管，被配置成用于向井口供应Y级NGL增产流体；远程控制应急阀，被配置成用于关闭通向井口的Y级NGL增产流体的供应；和喷杆集管，具有被配置成用于将二氧化碳喷到邻近集管的大气中的多个喷嘴；或排放管线，与集管连通以排放来自集管的Y级NGL增产流体；或多个气体检测器，被配置成用于检测来自集管的可燃气体，并且作为回应，起动远程控制应急阀以关闭通向井口的Y级NGL增产流体的供应。
附图说明
为了详细理解上文描述的特征的方式，通过参考以下实施方案(其中的一些在附图中说明)可以获得上文简要概述的实施方案的更具体描述。然而，应注意附图仅说明典型实施方案且因此不被视为限制其范围，所述实施方案可以许可其它同样有效的实施方案。
图1展示具有支撑剂和高压泵送系统的起泡Y级NGL压裂系统的平面示意图。
图2展示具有支撑剂和高压泵送系统的胶凝Y级NGL压裂系统的平面示意图。
图3展示具有支撑剂和高压泵送系统的乳化Y级NGL压裂系统的平面示意图。
图4展示Y级NGL利用和回收工艺的平面示意图。
图5A展示用于与Y级NGL和氮气或二氧化碳系统一起使用的高压起泡单元的纵断面。
图5B展示用于与Y级NGL泡沫和氮气和/或二氧化碳系统一起使用的喷嘴组件。
图6展示用于与Y级NGL泡沫系统或Y级NGL胶凝系统一起使用的可以通过远程控制起动的应急二氧化碳溢流系统的平面示意图。
图7展示用于与Y级NGL泡沫系统或Y级NGL胶凝系统一起使用的可以远程起动的应急放空系统的平面示意图。
图8展示用于与Y级NGL泡沫系统或Y级NGL胶凝系统一起使用的应急关闭系统的平面示意图，所述应急关闭系统利用可燃气体检测系统关闭(一个或多个)高压泵送单元并关闭远程起动的关闭阀。
图9展示用于与Y级NGL泡沫系统或Y级NGL胶凝系统一起使用的用于从空气中分离氮气的实地可运输膜产生设备的平面示意图。
图10展示用于与Y级NGL泡沫系统或Y级NGL胶凝系统一起使用的用于从来自地面气液分离工艺产出的气态烃流脱氮的地面工艺流程组件的平面示意图。
具体实施方式
Y级液态天然气(本文中被称为Y级NGL)是包括乙烷、丙烷、丁烷、异丁烷和戊烷以上的烃的未分馏的烃混合物。戊烷以上的烃包括戊烷、异戊烷和/或更高重量的烃，例如含有C5到C8+中的至少一个的烃化合物。戊烷以上的烃可以包括天然汽油。
Y级NGL是从生产的烃流去除甲烷(例如通过高压分离单元脱甲烷)之后的生产的烃流的烃副产物。典型地，Y级NGL是从页岩井生产的脱甲烷化的烃流的副产物，并被输送到集中设施以分馏成乙烷、丙烷、丁烷、异丁烷和戊烷。在其未分馏或天然状态下，Y级NGL没有专门市场或已知用途。Y级NGL在其真正价值被证实前必须经历处理。Y级NGL与仅由丙烷和丁烷组成的液化石油气(“LPG”)是不同的。
根据一个实施例，Y级NGL包括约40％-45％乙烷、约25％-30％丙烷、约5％-10％正丁烷、约5％-10％异丁烷和约10％-15％戊烷以上的烃。
根据一个实施例，Y级NGL包括约40％-55％乙烷、约25％-30％丙烷、约5％-10％正丁烷、约5％-10％异丁烷和约10％-20％戊烷以上的烃。
根据一个实施例，依照美国材料与试验协会(ASTM)，根据标准测试程序D-6378，分别利用依照GPA 2177的0.5％L.V.％的甲烷、芳香族化合物和烯烃最大值、依照GPA 2186的1.0wt％总流和依照GPA 2186的1.0L.V.％，在约600psig的最大蒸气压和100华氏度下，Y级NGL包括约43％乙烷、约27％丙烷、约7％正丁烷、约10％异丁烷和约13％戊烷以上的烃。
根据一个实施例，Y级NGL包括约35％-55％乙烷、约20％-30％丙烷、约10％-15％正丁烷、约4％-8％异丁烷和约10％-15％戊烷以上的烃。
根据一个实施例，Y级NGL包括约28％乙烷、约42％丙烷、约13％正丁烷、约7％异丁烷和约10％戊烷以上的烃。
根据一个实施例，Y级NGL包括约48％乙烷、约31％丙烷、约9％正丁烷、约5％异丁烷和约7％戊烷以上的烃。
根据一个实施例，Y级NGL包括约58％-68％乙烷、约18％-24％丙烷、约4％-7％正丁烷、约2％-3％异丁烷和约5％-9％戊烷以上的烃。
根据一个实施例，Y级NGL包括约37％-43％乙烷、约28％-29％丙烷、约7％正丁烷、约9％-11％异丁烷和约13％-16％戊烷以上的烃。
根据一个实施例，Y级NGL包括小于约80％丙烷、丁烷或丙烷与丁烷的混合物。
根据一个实施例，Y级NGL包括约1％-80％丙烷、丁烷或丙烷与丁烷的混合物。
根据一个实施例，Y级NGL包括大于约95％丙烷、丁烷或丙烷与丁烷的混合物。
根据一个实施例，Y级NGL包括约1％-80％乙烷。
根据一个实施例，Y级NGL包括约1％-80％丙烷。
根据一个实施例，Y级NGL包括约1％-45％丁烷。
根据一个实施例，Y级NGL包括约1％-40％异丁烷。
根据一个实施例，Y级NGL包括约1％-25％戊烷以上的烃。
根据一个实施例，Y级NGL包括约1％-60％己烷。
根据一个实施例，Y级NGL包括约40％-55％的至少一种具有两个碳元素(C2)的烃化合物。
根据一个实施例，Y级NGL包括约25％-50％的至少一种具有三个碳元素(C3)的烃化合物。
根据一个实施例，Y级NGL包括约25％-50％的至少一种具有四个碳元素(C4)的烃化合物。
根据一个实施例，Y级NGL包括约25％-50％的至少一种具有三个碳元素(C3)的烃化合物与至少一种具有四个碳元素(C4)的烃化合物的组合。
根据一个实施例，Y级NGL包括约10％-20％的至少一种具有五个碳元素(C5)或更多个碳元素的烃化合物。
根据一个实施例，Y级NGL增产流体包括支撑剂；乙烷，其中乙烷构成约30％到80％的所述流体；丙烷，其中丙烷构成约15％到50％的所述流体；丁烷，其中丁烷构成约15％到45％的所述流体；异丁烷，其中异丁烷构成约15％到40％的所述流体；和戊烷以上的烃，其中戊烷以上的烃构成约5％到25％的所述流体。
根据一个实施例，Y级增产流体包括约30％-55％的至少一种具有两个碳元素(C2)的烃化合物；约15％-50％的至少一种具有三个碳元素(C3)的烃化合物；约15％-50％的至少一种具有四个碳元素(C4)的烃化合物；和约5％-20％的至少一种具有五个碳元素(C5)或更多个碳元素的烃化合物。
Y级NGL可以包括本文所述的Y级NGL实施例和/或实施方案的整体或部分的一个或多个组合。
本文公开的一种水力致裂增产系统提供通过产生基于Y级NGL的泡沫而用于压裂常规和非常规烃储层的方法，所述基于Y级NGL的泡沫包括与(一种或多种)起泡剂和支撑剂组合的氮气或二氧化碳以产生增产流体。增产流体对井筒岩层无害，具有最小的水含量和化学添加物，是天然存在的且在当地可获得，可快速清理，并且可以完全回收，具有最小支撑剂返排。
图1展示可以单独使用或与任何本文描述的实施方案组合使用的胶凝Y级NGL压裂系统的平面示意图。所述压裂系统由来自(一个或多个)大型储罐10的氮气供应组成，所述氮气供应通过输送管线20和自动控制阀V1输送到耐磨文氏喷管40，并通过受自动阀V4控制的管线130输送到(一个或多个)Y级NGL大型储罐70以作为填充气体。将来自加压仓50的支撑剂进料到耐磨文氏喷管40中并通过管线30输送到高压接收器混合器60中。
将来自大型储罐70的Y级NGL通过受自动阀V3控制的管线80输送到起泡单元108。利用计量泵102将来自(一个或多个)起泡剂罐106的起泡剂通过管线104输送到起泡单元108。将来自起泡单元108的Y级NGL泡沫连同来自耐磨文氏喷管40的支撑剂通过管线109输送到高压接收器混合器60。
利用(一个或多个)高压泵110的吸入，通过管线65输送来自高压接收器混合器60的Y级NGL泡沫-支撑剂混合物。管线65受自动阀V2控制。高压Y级NGL支撑剂混合物通过管线120从高压泵110排放以作为增产流体注入井口150，通过受自动阀V5控制的再循环管线125返回高压接收器混合器60以用于混合。高压接收器混合器60内的压力通过管线135和自动阀V8利用压缩机140的吸入来调节，其通过管线120和自动应急关闭阀V7排放到井口150。
图2展示可以单独使用或与任何本文描述的实施方案组合使用的起泡Y级NGL压裂系统的平面示意图。所述压裂系统由来自(一个或多个)大型储罐10的氮气供应组成，所述氮气供应通过输送管线20和自动控制阀V1输送到耐磨文氏喷管40，并通过受自动阀V4控制的管线130输送到(一个或多个)Y级NGL大型储罐70以作为填充气体。将来自加压仓50的支撑剂进料到耐磨文氏喷管40中并通过管线30输送到高压接收器混合器60中。
将来自大型储罐70的Y级NGL通过受自动阀V3控制的管线80输送到高压接收器混合器60。通过计量泵100将来自(一个或多个)胶凝剂罐90的胶凝剂通过管线85输送到管线80中。利用(一个或多个)高压泵110的吸入，通过受自动阀V2控制的管线65输送来自高压接收器混合器60的胶凝Y级NGL支撑剂混合物。将高压Y级NGL支撑剂混合物通过管线120从高压泵110排放以作为增产流体注入井口150，通过受自动阀V5控制的再循环管线125返回高压接收器混合器60以用于混合。高压接收器混合器60内的压力通过管线135和自动阀V6利用压缩机140的吸入来调节，其通过管线120和自动应急关闭阀V7排放到井口150。
图3展示可以单独使用或与任何本文描述的实施方案组合使用的乳化Y级NGL压裂系统的平面示意图。所述压裂系统由来自(一个或多个)大型储罐10的氮气供应组成，所述氮气供应通过输送管线20和自动控制阀V1输送到耐磨文氏喷管40；通过受自动阀V4控制的管线130输送到(一个或多个)Y级NGL大型储罐70以作为填充气体；并通过也受自动阀V4控制的管线12输送到(一个或多个)大型盐水储罐14。将来自加压仓50的支撑剂进料到耐磨文氏喷管40中并通过管线30输送到高压接收器混合器60中。将来自大型储罐70的Y级NGL通过受自动阀V3控制的管线80输送到高压接收器混合器60。
通过计量泵85将来自乳化剂罐90的乳化剂通过管线100输送到高压接收器混合器60中。将来自大型盐水储罐14的盐水通过受自动阀V8控制的管线16输送到高压接收器混合器60。利用(一个或多个)高压泵110的吸入，通过受自动阀V2控制的管线65输送来自高压接收器混合器60的Y级NGL乳液支撑剂混合物。将高压Y级NGL支撑剂混合物通过管线120从高压泵110排放以作为增产流体注入井口150，通过受自动阀V5控制的再循环管线125排放到高压接收器混合器60以用于混合。高压接收器混合器60内的压力通过管线135和自动阀V6利用压缩机140的吸入来调节，其通过管线120和自动应急关闭阀V7排放到井口150。
在图2到图3所示的任何实施方案中，Y级NGL储罐70可以包括现场Y级NGL加压储存容器，其通过油罐车从区域Y级集输管道、区域气体分离器或气体处理设施被供给。在图2到图3所示的任何实施方案中，支撑剂可以临时储存在加压支撑剂仓50中并使用氮气或二氧化碳将支撑剂气动地运送到接收器-混合器60。
图4展示可以单独使用或与任何本文描述的实施方案组合使用的Y级NGL利用和回收系统的平面示意图。将从常规或非常规烃储层32生产的流体通过一系列井下套管和/或管道34运送到地面，到达先前已经过压裂增产的生产井的地面井口10。将来自井口10的“湿气流”通过管线12输送到(一个或多个)实地高压分离单元14，其中甲烷和一小部分乙烷气体被回收到高压气体销售管线16中并销售。从实地高压分离单元14作为液相回收的Y级NGL通过高压销售管线18运送以用于加工和分馏，和/或在可行的情况下通过管线20或者由(一辆或多辆)油罐车21运送到(一个或多个)高压Y级NGL大型储罐22。将高压Y级NGL大型储罐22中的Y级NGL起泡并通过高压地面管线24注入第二个未增产井28中，然后通过一系列井下套管和/或管道30运送到储层32。
图5A展示可以单独使用或与任何本文描述的实施方案组合使用的高压起泡单元30的纵断面。在管线10中流动的高压Y级NGL穿过密封组件S1进入高压起泡单元30的壁。将来自(一个或多个)起泡剂罐110的起泡剂注入穿过密封组件S2进入起泡单元30的壁的管线90中，并通过受自动阀80控制的计量泵100运送。
将Y级NGL和起泡剂的混合物通过管线10运送到文氏喷管129，在其中用通过管线130运送到文氏喷管129的氮气对所述混合物起泡，所述管线130穿过密封组件S3进入起泡单元30的壁。通过板160将离开文氏喷管129的泡沫喷雾分流到由穿过密封组件S4进入起泡单元30的壁的管线140供能的(一个或多个)高频超声波探头150，从而产生微气泡。泡沫穿过去除较大气泡的微孔筛170并通过管线190离开起泡单元30，所述管线190穿过密封组件S5进入起泡单元30的壁并受自动阀180控制。
在一个实施方案中，通过振动喷嘴系统(例如图5A所说明的文氏喷管129和/或图5B所说明的喷嘴系统121)在超声频率下泵送Y级NGL和起泡剂的混合物，其中在离开时，混合物分解成均匀液滴。可以在混合物即将要离开喷嘴之前通过弹性膜诱发振动。可以使喷嘴振荡的振幅和频率保持恒定以获得单分散液滴粒度分布。液滴可以按一定角度导入切向流体流以防止液滴在例如通过图5所示的管线190离开时破裂。
图5B展示根据一个实施方案的喷嘴系统121的侧视图和顶视图(当在参考箭头“A”的方向上观察时)。喷嘴系统121包括同轴喷嘴122和喷嘴板128，所述同轴喷嘴122具有由外喷嘴127包围的内喷嘴126，所述喷嘴板128被配置成用于支撑内喷嘴126和/或外喷嘴127。内喷嘴126具有开口O并且外喷嘴具有开口O’，流体(由参考箭头“F”标识的液体，和/或由参考箭头“G”标识的气体)流过这些开口。同轴喷嘴122可经过组装使得气体流过内喷嘴126而液体流过外喷嘴127。振动发生器123(优选高频超声型)被配置成用于通过连接器124使同轴喷嘴122振动。在一个实施方案中，图5A所说明的文氏喷管129可以包括图5B所说明的喷嘴系统121。
在图5B所说明的实施方案中，(固体)支撑剂可以在泡沫产生阶段后与Y级NGL泡沫混合，以避免内喷嘴126和外喷嘴127的堵塞和/或磨损。Y级NGL泡沫将在压力下产生。由振动发生器123产生的振动优选地在特定方向上产生，例如在通过内喷嘴126和外喷嘴127的流体流的相同或相反方向上，使得流体(液体和/或气体)自身在相同方向上振荡。所应用的振荡频率是约16kHz到约200MHz；约16kHz到约100kHz；约16kHz到约50kHz；和约16kHz到约30kHz。喷嘴系统121的使用导致非常窄的单峰气泡尺寸分布。虽然只展示了两个喷嘴，但是喷嘴系统121也可以包括连接到喷嘴板128的内喷嘴和/或外喷嘴的阵列。窄的气泡尺寸分布导致优化的支撑剂携带能力。
图6展示可以单独使用或与任何本文描述的实施方案组合使用的应急二氧化碳或氮气溢流系统的平面示意图。应急二氧化碳或氮气溢流系统可以通过远程控制起动和/或与如本文所述的Y级NGL泡沫系统或Y级NGL胶凝系统一起使用。高压泵吸入管线10将Y级NGL增产流体运送到(一个或多个)高压泵20。高压Y级NGL增产流体通过高压集管30和远程控制应急阀40输送到井口50。在紧急情形下，高压泵20被关闭，并且远程控制应急阀40被远程关闭。远程控制阀70打开，将来自(一个或多个)储罐60的二氧化碳或氮气通过管线65输送到喷杆集管80，所述二氧化碳或氮气然后通过一系列喷嘴90排入大气中。
图7展示可以单独使用或与任何本文描述的实施方案组合使用的应急放空系统的平面示意图。应急放空系统可以远程起动和/或与如本文所述的Y级NGL泡沫系统或Y级NGL胶凝系统一起使用。高压泵吸入管线10将Y级NGL增产流体运送到(一个或多个)高压泵20。高压Y级NGL增产流体通过高压集管30和远程控制应急阀40输送到井口50。在紧急情形下，高压泵20被关闭，并且远程控制应急阀40被远程关闭。集管30中收集的高压Y级NGL通过打开远程控制阀60经由排出管线或排空管线70被释放出。
图8展示可以单独使用或与任何本文描述的实施方案组合使用的应急关闭系统的平面示意图。应急关闭系统利用可燃气体检测系统以关闭高压泵送单元并关闭远程控制的关闭阀，所述应急关闭系统可以与如本文所述的Y级NGL泡沫系统或Y级NGL胶凝系统一起使用。大型Y级NGL储罐1通过管线2连接到高压泵吸入管线10，管线2连接到起泡单元3，起泡单元3通过管线4连接到混合器接收器5。混合器接收器5通过高压吸入管线10连接到(一个或多个)高压泵20。高压Y级NGL增产流体通过高压集管30和远程控制应急阀40输送到井口50。当通过导体电缆70与控制室80通信的一个或多个气体检测器60检测到可燃气体时，关闭高压泵20，并经由来自控制室80的发射机R1、R2和R3的远程无线电信号通过远程控制来关闭远程控制应急阀40。
图9展示可以单独使用或与任何本文描述的实施方案组合使用的实地可运输膜产生设备的平面示意图。实地可运输膜产生设备可用于从空气中分离氮气，以供与如本文所述的Y级NGL泡沫系统或Y级NGL胶凝系统一起使用。膜产生单元由电驱动或柴油机驱动的原动机1组成。原动机1由固定式联轴驱动轴2连接到螺杆压缩机3。大气中的空气通过管线4进入螺杆压缩机3的抽吸装置并被压缩到约15巴。
压缩空气通过管线5进入膜6的入口，其中压缩空气被干燥和过滤，然后穿过一系列多孔或无孔聚合物膜，其中空气被分离成渗透氧和约94％到约99％质量的氮气。渗透氧可以通过源排放管线7排入大气。氮气通过管线10被导向往复压缩机9的进入口。往复压缩机9通过可拆卸接头8连接到原动机1。将氮气压缩到期望压力，然后导向高压管道11以用于分配。用于其它应用的低压氮气源由连接到管线10的管线12提供。
图10展示可以单独使用或与任何本文描述的实施方案组合使用的在地面上实地配置的脱氮系统的平面示意图。脱氮系统可用于从由于注入烃储层中的氮气而被污染的(一个或多个)气态烃流中去除氮气。脱氮系统由被再循环气体渗透物驱动的原动机1组成。原动机1由固定式联轴驱动轴2连接到螺杆压缩机3。向螺杆压缩机3的入口供应来自烃储层的被氮气污染的气态烃流4。加压的烃流5流入第一多孔或无孔聚合物膜单元6，在其中被干燥、过滤并分离成管道销售品质的气态烃渗透物7以及富含氮的残余气体8，所述富含氮的残余气体8被供应给第二多孔或无孔聚合物膜单元9。第二多孔或无孔聚合物膜单元9将富含氮的残余气体8分离成除去氮的渗透物10和富含烃的残余气体11，所述除去氮的渗透物10被运送回初始的被氮气污染的气态烃流4，所述富含烃的残余气体11作为燃料气体被供应给原动机1。
以下实施例对基于Y级NGL的增产流体的成本与水基增产流体的成本进行了比较。
在两种情形下考虑用于开发的烃储层：首先，对于非常规水平井，进行单阶段300,000加仑的常规水基压裂增产；其次，对于相同的非常规水平井，使用由膜产生的氮气进行单阶段80％质量的起泡Y级NGL压裂增产。在这两种情况下都不考虑支撑剂、燃料和设备折旧成本。对于常规增产已经假设了10％额外费用的典型泵送成本，包括对于Y级NGL增产已经假设了膜产生成本(不包括燃料和设备折旧成本)。已经假设了典型的增产流体成本和水处理成本。起泡的Y级NGL和胶凝的Y级NGL化学成本被假设为$15,000。表1提供两个情形的比较。
Y级NGL增产流体可以包括支撑剂；乙烷，其中乙烷构成约0％到80％的所述流体；丙烷，其中丙烷构成约0％到80％的所述流体；丁烷，其中丁烷构成约0％到45％的所述流体；异丁烷，其中异丁烷构成约0％到40％的所述流体；和戊烷以上的烃，其中戊烷以上的烃构成约0％到25％的所述流体。所述流体还包括二氧化碳和氮气中的至少一种。
Y级NGL增产流体可以包括小于约80％的丙烷、丁烷或丙烷和丁烷的混合物，或大于约95％的丙烷、丁烷或丙烷和丁烷的混合物。
Y级增产流体可以包括约40％-55％的至少一种具有两个碳元素(C2)的烃化合物；约25％-50％的至少一种具有三个碳元素(C3)的烃化合物；约25％-50％的至少一种具有四个碳元素(C4)的烃化合物；和约10％-20％的至少一种具有五个碳元素(C5)或更多个碳元素的烃化合物。
系统可以包括氮气和/或二氧化碳源、Y级NGL供应源、起泡单元、支撑剂供应源、起泡剂供应源、高压接收器-混合器和压力调节压缩机，其中起泡剂供应包括起泡剂、泡沫稳定剂、助表面活性剂和共溶剂中的至少一种。
方法可以包括从氮气供应源供应氮气；将来自Y级NGL源的Y级NGL和来自起泡剂源的起泡剂添加到氮气中；从支撑剂供应源供应支撑剂；在调节高压接收器混合器内的压力的同时，将Y级NGL、起泡剂(任选的泡沫稳定剂)和支撑剂在高压接收器混合器中混合以形成增产流体；以及使用高压泵送单元将增产流体泵送到井口和/或含烃储层中。
方法可以包括通过使用泡沫发生器混合Y级NGL与起泡剂、任选的泡沫稳定剂和任选的水、和氮气或二氧化碳来产生泡沫，然后在高压混合器中将泡沫与支撑剂混合以形成增产流体，然后使用高压泵送单元将增产流体泵送到井口和/或含烃储层中。所述泡沫发生器包括超声振动起动的喷嘴，其被配置成用于产生泡沫和/或优化泡沫的气泡大小和/或分布，并且所述方法可以进一步包括在泡沫流过喷嘴之前和之后调节泡沫的压力。
系统可以包括氮气源、大型氮气源、大型Y级NGL供应源、支撑剂供应源、胶凝剂供应源、高压接收器-混合器和压力调节压缩机。
方法可以包括从氮气供应源供应氮气；将来自Y级NGL源的Y级NGL添加到氮气中；将胶凝剂添加到Y级NGL中；从支撑剂供应源供应支撑剂；在调节高压接收器混合器内的压力的同时，将胶凝剂、Y级NGL和支撑剂在高压接收器混合器中混合以形成增产流体；和使用高压泵送单元将增产流体泵送到井口和/或含烃储层中。胶凝的Y级NGL增产流体在被注入含烃储层之前用高压氮气或二氧化碳赋能。
系统可以包括用二氧化碳或氮气惰化的支撑剂以避免当将支撑剂注入储存设施时被氧气、氧探测器和二氧化碳或氮气逆流污染。
系统可以包括系统设备的一个或多个部件，和/或被容纳在容器中或被定位在封闭腔室中并用二氧化碳和/或氮气覆盖的整个系统。
系统可以包括与自动化的二氧化碳气体、基于二氧化碳的泡沫、氮气、基于氮气的泡沫和/或基于水的泡沫溢流系统组合的气体检测系统。
系统可以包括移动式氮气和/或二氧化碳回收单元，用于从生产的烃流回收氮气和/或二氧化碳。
系统可以包括氮气源、Y级NGL供应源、乳化剂源、高压接收器-混合器和压力调节压缩机。
方法可以包括从氮气供应源供应氮气；将来自Y级NGL源的Y级NGL和来自乳化剂源的乳化剂添加到氮气中；从支撑剂供应源供应支撑剂；在调节高压接收器混合器内的压力的同时，将Y级NGL、乳化剂和支撑剂在高压接收器混合器中混合以形成增产流体；和使用高压泵送单元将增产流体泵送到井口和/或含烃储层中。乳化的Y级NGL增产流体在被注入含烃储层之前用高压氮气或二氧化碳赋能。
方法可以包括从实地分离式分离器设施或气体加工厂获得和回收Y级NGL；通过高压管道或油罐车将Y级NGL输送到实地位置；将Y级NGL卸载到高压大型储罐中；注入Y级NGL以作为增产流体的组分；在含烃储层中诱发水力致裂；将Y级NGL连同其它储层烃通过穿透含烃储层的井筒运送回地面；和将Y级NGL连同其它储层烃销售给集输公司、煤气厂或分馏设施。
系统可以包括氮气源、Y级NGL供应源、起泡剂、高压圆筒形容器、文氏喷管、高频超声波探头和/或微孔筛。
方法可以包括从氮气供应源供应氮气；将来自Y级NGL源的Y级NGL和来自起泡剂源的起泡剂添加到氮气中；将来自氮气供应源的高压氮气添加到文氏喷管的入口中；将起泡剂添加到Y级NGL中；将氮气、起泡剂和Y级NGL供应到文氏喷管；通过文氏喷管混合氮气、起泡剂和Y级NGL；在使混合物暴露于高频超声振动的同时喷雾混合物以形成泡沫；任选地使泡沫通过微孔筛以去除较大且不想要的泡沫气泡；和排出待用作增产流体的泡沫。
系统可以包括二氧化碳源、喷杆集管、喷嘴、远程控制应急阀、高压泵、高压集管、增产流体和井口。
方法可以包括将具有喷嘴和远程控制应急阀的喷杆集管设置在邻近高压泵送系统、高压集管和井口区域；将来自大型源的二氧化碳气体、基于二氧化碳的泡沫和/或基于空气的泡沫供应到远程控制应急阀；打开远程控制应急阀；和在紧急情形下关闭高压泵送系统和远程控制应急阀以用二氧化碳气体、基于二氧化碳的泡沫、氮气、基于氮气的泡沫和/或基于空气的泡沫淹没井口区域并抑制可燃混合物。
系统可以包括两个远程控制阀、高压放空管线、高压泵、高压集管和井口，其中高压放空管线被定位在顺风方向并具有足够长度以便安全地远离井口和任何设备或人员。
方法可以包括通过与高压泵送集管的法兰连接将放空管线与远程控制阀连接；将应急阀添加到井口上游的高压泵送集管上；如果发生紧急情况，那么打开远程控制阀，同时关闭应急阀；关闭高压泵送集管；和将高压泵送集管中收集的增产流体分流到放空管线以排入大气。
系统可以包括一系列可燃气体检测器、无线电控制的发射器和接收器、远程起动控制阀、高压泵、高压集管和远程控制室。
方法可以包括将一系列可燃气体检测器设置于邻近高压泵、高压集管、井口、大型Y级NGL储存设施和Y级NGL输送管线；将该系列可燃气体检测器连接到远程控制室；在井口上游安装远程起动的控制阀；和在检测到可燃气体的情况下，关闭高压泵并关闭远程起动的控制阀。
方法可以包括将所有或一部分氮气源用于增产流体、设备和管线清洗、储罐覆盖和将大体积支撑剂气动地运送到地面上的膜式氮气产生系统。
方法可以包括提供地面上的脱氮系统以用于从含烃储层生产的气态烃流分离和回收氮气，以允许生产的气态烃流的商业销售，从而不需要燃烧废气。
方法可以包括将Y级NGL与氮气、二氧化碳、起泡剂、支撑剂、胶凝剂和乳化剂中的至少一种混合以形成增产流体；和将增产流体泵送到含烃储层中以在储层中创建一个或多个裂缝。
根据一个实施方案，泡沫可以通过混合Y级NGL与氮气或二氧化碳而产生，其中所述氮气浓度大于50％或其中所述二氧化碳浓度大于35％，或通过氮气和二氧化碳的组合产生，其中大于50％的氮气和二氧化碳的组合浓度导致得到的气态混合物在可燃极限(有时称为爆炸极限，其中当存在点火源例如火花或明火时，可燃物例如Y级NGL在空气存在下可以产生火焰或爆炸)之外。
使用如本文所述的Y级NGL增产流体用于压裂含烃储层的优点是避免了传统水基压裂操作所需的大量的水。另一个优点包括防止或消除了井筒和储层内由水基增产流体导致的结垢。另一个优点包括维持了通常被水基增产流体破坏的储层的相对渗透性。其它优点包括相比水基增产流体，Y级NGL增产流体被储层和储层流体更好地吸入、混溶、吸附并被更好地返排。
虽然上文是针对特定实施方案，但是在不脱离其基本范围的情况下也可以设计其它和另外的实施方案，并且其范围由以下权利要求书决定。

Claims (16)

1.一种增产流体系统，其包括：
氮气和/或二氧化碳源；
与所述氮气和/或二氧化碳源流体连通的流体源；
与所述氮气和/或二氧化碳源流体连通的支撑剂源；
与所述流体源和所述支撑剂源流体连通的接收器-混合器；和
被配置成用于将增产流体从所述接收器-混合器泵送入井口的泵，其中所述增产流体包含来自所述支撑剂源的支撑剂、来自所述流体源的未分馏的烃混合物、以及来自所述氮气和/或二氧化碳源的氮气和二氧化碳中的至少一种，其中所述未分馏的烃混合物是脱甲烷化的烃流的副产物，并且其中所述未分馏的烃混合物包含乙烷、丙烷、丁烷、异丁烷和戊烷以上的烃。
2.根据权利要求1所述的系统，其还包括起泡剂源和与所述流体源和所述接收器-混合器流体连通的起泡单元，其中所述起泡剂源包含起泡剂，所述起泡剂包括表面活性剂、助表面活性剂和共溶剂中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述起泡单元包括文氏喷管、高频超声波探头和/或微孔筛。
4.根据权利要求1所述的系统，其还包括与所述接收器-混合器流体连通的胶凝剂源，其中所述胶凝剂源包含胶凝剂，所述胶凝剂包括磷酸酯和有机金属络合物交联剂。
5.根据权利要求1所述的系统，其还包括与所述接收器-混合器流体连通的乳化剂源，其中所述乳化剂源包含乳化剂。
6.根据权利要求1所述的系统，其还包括被配置成用于调节所述接收器-混合器内的压力的压力调节压缩机。
7.根据权利要求1所述的系统，其还包括实地分离单元，所述实地分离单元被配置成用于从同一个或不同的井口接收湿气流、从所述湿气流分离所述未分馏的烃混合物以及通过流体管线或储罐将所述未分馏的烃混合物直接供应到所述流体源。
8.根据权利要求1所述的系统，其还包括空气分离设备，所述空气分离设备被配置成用于从空气分离氮气并将氮气供应到氮气源。
9.根据权利要求1所述的系统，其还包括现场加压储存容器，所述现场加压储存容器充填有通过油罐车从区域集输管道、区域气体分离器或气体处理设施供给的额外量的所述未分馏的烃混合物。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述支撑剂源包括加压支撑剂仓，所述支撑剂被临时储存在所述加压支撑剂仓并使用氮气或二氧化碳将所述支撑剂气动地运送到所述接收器-混合器。
11.一种将增产流体泵送入含烃储层的方法，其包括：
在接收器-混合器中将未分馏的烃混合物、支撑剂、以及氮气和二氧化碳中的至少一种混合以形成所述增产流体，其中所述未分馏的烃混合物是脱甲烷化的烃流的副产物，并且其中所述未分馏的烃混合物包含乙烷、丙烷、丁烷、异丁烷和戊烷以上的烃；和
将所述增产流体泵送入所述含烃储层。
12.根据权利要求11所述的方法，其还包括在所述接收器-混合器中将起泡剂和任选的泡沫稳定剂与所述未分馏的烃混合物、所述支撑剂、以及氮气和二氧化碳中的至少一种混合以形成所述增产流体，其中所述起泡剂包括表面活性剂、助表面活性剂和共溶剂中的至少一种。
13.根据权利要求11所述的方法，其还包括在所述接收器-混合器中将胶凝剂与所述未分馏的烃混合物、所述支撑剂、以及氮气和二氧化碳中的至少一种混合以形成所述增产流体，其中所述胶凝剂包括磷酸酯和有机金属络合物交联剂。
14.根据权利要求11所述的方法，其还包括在所述接收器-混合器中将乳化剂和水或盐水与所述未分馏的烃混合物、所述支撑剂、以及氮气和二氧化碳中的至少一种混合以形成所述增产流体。
15.根据权利要求11所述的方法，其还包括从湿气流、流体管线或储罐获得所述未分馏的烃混合物，和将所述未分馏的烃混合物供应到与所述接收器-混合器流体连通的流体源。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述增产流体包括大于50％的氮气浓度、大于35％的二氧化碳浓度或大于50％的氮气和二氧化碳浓度的组合，使得所述增产流体处在可燃极限之外。
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