DE102012019784A1 - Method for hydraulic crack formation in reservoir containing oil and gas, involves pumping fluid for forming cracks by system and producing nitrogen by cryogenic air separation, or by absorption, particularly by pressure swing absorption - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur hydraulischen Rissbildung (auch Hydraulic Fracturing oder kurz Fraccing genannt) in einer Erdöl und/oder Erdgas enthaltenden Lagerstätte (z. B. in Form einer Gesteinsformation), wobei ein insbesondere stützmittelhaltiges Fluid (auch als Stützmittelflüssigkeit oder Frac Fluid bezeichnet) zur Ausbildung von Rissen mittels einer Anlage zur hydraulischen Rissbildung in die besagte Lagerstätte gepumpt wird, wobei zumindest eine Anlagenkomponente jener Anlage, insbesondere zur Vermeidung von Explosionen, mit Stickstoff inertisiert wird.The invention relates to a method for hydraulic fracturing (also called hydraulic fracturing or short fracturing) in a reservoir containing oil and / or natural gas (for example in the form of a rock formation), wherein a fluid which contains in particular proppant (also referred to as propellant fluid or frac fluid ) is pumped to form cracks by means of a plant for hydraulic cracking in the said deposit, wherein at least one plant component of that plant, in particular to avoid explosions, is rendered inert with nitrogen.
Auf diese Weise werden mittels der hydraulischen Rissbildung zusätzliche Durchgänge bzw. Risse in der Lagerstätte geschaffen, vorzugsweise in horizontaler Richtung, durch die Erdöl/Erdgas zur Förderbohrung strömen kann. Das Stützmittel, das auch als Frac Sand oder Proppant bezeichnet wird und dem Fluid vorzugsweise zugegeben wird, verbleibt dabei in den erzeugten Rissen und hält diese offen. Andernfalls würden sich die erzeugten Risse aufgrund der herrschenden Druckverhältnisse wieder schließen. Das Stützmittel kann z. B. durch ein natürliches oder synthetisches pulver- oder granulatartiges Material (wie z. B. Sand) gebildet sein. Ein Frac-Verfahren der vorgenannten Art ist z. B. in der
Insbesondere bei der Intertisierung mit Stickstoff, aber auch beim sonstigen Betrieb einer Anlage der eingangs erwähnten Art, kann Sauerstoff in die einzelnen Anlagenkomponenten eingeschleppt werden. Dies kann produktionsseitig zu einer beschleunigten Korrosion der Anlage sowie lagerstättenseitig zu einem beschleunigten Verblocken der Lagerstätte durch Bakterienwachstum führen. Ferner besteht bei höheren Sauerstoffkonzentrationen und Präsenz von sulfatreduzierenden Bakterien das Risiko der Entstehung von H2S. Weiterhin kann durch Oxidation in der Lagerstätte (z. B. im Formationswasser) enthaltendes Fe+2 zu Fe3+ oxidieren, das dann im Erdöl enthaltene Asphaltene vernetzen könnte, was die Bildung von Asphalten-Sludges (Vergelen der Asphaltene) zur Folge hat, die die Lagerstätte schädigen könnten. Insgesamt kann also die Produktivität der Förderbohrung unter einem zu hohem Sauerstoffeintrag leiden.In particular, in the intertization with nitrogen, but also in the other operation of a system of the type mentioned, oxygen can be introduced into the individual system components. On the production side, this can lead to accelerated corrosion of the plant as well as on the reservoir side to accelerated blocking of the deposit due to bacterial growth. At higher oxygen concentrations and presence of sulfate-reducing bacteria is also a risk of the formation of H 2 S. Furthermore, by oxidation in the deposit (for. Example, in the formation water) containing Fe +2 oxidized to Fe 3+, the asphaltenes then contained in the oil which could result in the formation of asphaltene sludges (asphaltene ashes) that could damage the deposit. Overall, therefore, the productivity of the production well may suffer from an excessive oxygen input.
Hiervon ausgehend liegt daher der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der vorgenannten Art im Hinblick auf die vorstehende Problematik eines zu hohen Sauerstoffeintrags zu verbessern.Proceeding from this, therefore, the present invention seeks to improve a method of the aforementioned type in view of the above problem of excessive oxygen input.
Dieses Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.This problem is solved by a method having the features of
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind des Weiteren in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are further specified in the subclaims.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur hydraulischen Rissbildung in einer Öl und/oder Gas enthaltenden Lagerstätte wird ein insbesondere stützmittelhaltiges Fluid zur Ausbildung von Rissen mittels einer Anlage zur hydraulischen Rissbildung in die Lagerstätte gepumpt, wobei zumindest eine Anlagenkomponente jener Anlage mit Stickstoff inertisiert wird, und wobei der zum Inertisieren verwendete Stickstoff durch kryogene Luftzerlegung und/oder durch Adsorption, insbesondere durch Druckwechseladsorption (z. B. Luft als Einsatz), hergestellt wird.According to the inventive method for hydraulic cracking in an oil and / or gas-containing deposit a particular support fluid-containing fluid is pumped to form cracks by a system for hydraulic cracking in the deposit, wherein at least one system component of that system is rendered inert with nitrogen, and wherein the nitrogen used for inerting is produced by cryogenic air separation and / or by adsorption, in particular by pressure swing adsorption (eg air as feed).
Eine derartige kryogene Zerlegung von Luft zur Erzeugung von Stickstoff kann z. B. in einer Rektifikationskolonne in bekannter Weise vorgenommen werden.Such a cryogenic decomposition of air to produce nitrogen may be e.g. B. in a rectification column in a known manner.
Bei der Druckwechseladsorption zur Erzeugung von Sauerstoff wird z. B. Luft durch zumindest einen Adsorber geleitet, wobei der in der Luft enthaltene Sauerstoff bei hohem Druck in einer Adsorptionsphase am Adsorbens des Adsorbers adsorbiert und der verbleibende Stickstoff über Kopf abgezogen wird. Bei der anschließenden Regeneration des mit Sauerstoff beladenen Adsorbens wird Sauerstoff bei niedrigerem Druck desorbiert. Neben der vorbeschriebenen Druckwechseladsorption sind auch andere Adsorptionsprozesse, insbesondere VPSA- und TSA-Prozesse sowie Kombinationen der bekannten Prozesse einsetzbar.In the pressure swing adsorption to generate oxygen z. B. air passed through at least one adsorber, wherein the oxygen contained in the air adsorbed at high pressure in an adsorption phase on the adsorbent of the adsorber and the remaining nitrogen is withdrawn overhead. In the subsequent regeneration of the oxygen-loaded adsorbent, oxygen is desorbed at a lower pressure. In addition to the above-described pressure swing adsorption, other adsorption processes, in particular VPSA and TSA processes, as well as combinations of the known processes can be used.
Die Verwendung der kryogenen Luftzerlegung ist vorteilhaft, da hiermit vergleichsweise kostengünstig Stickstoffreinheiten mit einem Rest-O2 Gehalt unterhalb von 10 ppm erzeugt werden können. Die vergleichsweise kostenintensivere Druckwechseladsorption ist besonders dann von Interesse, wenn lokal, d. h. am Ort der Lagerstätte, sehr preiswerte Energie zur Verfügung steht. Die Druckwechseladsorption bietet dabei den Vorteil, dass sie in einer kleinen und vergleichweise einfach zu reallokierenden Einheit darstellbar ist. Damit besteht der Vorteil, dass die Druckwechseladsorption auch zur on-site-Erzeugung von Stickstoff. bei Frac-Jobs eingesetzt werden kann. Bevorzugt wird daher in einer Variante der Erfindung die Druckwechseladsorption zur Stickstofferzeugung obertägig am Ort der Lagerstätte durchgeführt.The use of the cryogenic separation of air is advantageous because it can be relatively comparatively inexpensive nitrogen units with a residual O 2 content below 10 ppm can be produced. The comparatively cost-intensive pressure swing adsorption is particularly of interest when locally, ie at the site of the deposit, very inexpensive energy is available. The pressure swing adsorption offers the advantage that it can be displayed in a small and relatively easy to reallocating unit. This has the advantage that the pressure swing adsorption also for the on-site generation of nitrogen. at Frac jobs can be used. Preferably, therefore, in one variant of the invention, the pressure swing adsorption for nitrogen production is performed on top of the place of the deposit.
Weiterhin wird gemäß einer Variante der Erfindung das Fluid mittels des Stickstoffs über die Förderbohrung in die Lagerstätte gepresst, wobei insbesondere solange mit Stickstoff nachgedrückt wird, bis kein Fluid bzw. kein Stützmittel mehr in der Förderbohrung vorhanden ist. Hierdurch wird einer etwaigen Produktivitätsminderung der Lagerstätte durch in der Förderbohrung verbleibendes Stützmittel entgegen gewirkt. Bei diesem Prozess gelangt der verwendete Stickstoff jedoch auch in die Lagerstätte, was die Verwendung von möglichst reinem Stickstoff besonders erforderlich macht.Furthermore, according to a variant of the invention, the fluid is pressed into the deposit by means of the nitrogen via the production well, in particular with nitrogen being depressed until no fluid or no proppant is present in the production well. This counteracts any reduction in productivity of the deposit by remaining in the production well support means. In this process, however, the nitrogen used also reaches the deposit, which makes the use of as pure as possible nitrogen particularly necessary.
Vorzugsweise werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Fluide eingesetzt, die zumindest ein niederes Alkan, insbesondere Propan und/oder Butan, aufweisen (auch als LPG für Low Petroleum Gas bezeichnet). Weiterhin können auch Fluide eingesetzt werden die (insbesondere zuvor gefördertes) flüssiges Erdgas (auch als LNG für Liquid Natural Gas bezeichnet) aufweisen.Preferably, in the method according to the invention, fluids are used which have at least one lower alkane, in particular propane and / or butane (also referred to as LPG for low-petroleum gas). Furthermore, it is also possible to use fluids which (in particular previously conveyed) have liquid natural gas (also referred to as LNG for liquid natural gas).
Der Stickstoff kann, insbesondere bei der Herstellung durch kryogene Zerlegung vor Ort, in flüssiger Form angeliefert werden. Zur Anwendung wird dieser Stickstoff dann vorzugsweise verdampft. Dabei kann der Stickstoff zur Kühlung des Fluids auf die notwendige Injektionstemperatur verwendet werden.The nitrogen can be supplied in liquid form, in particular during production by cryogenic decomposition on site. For use, this nitrogen is then preferably evaporated. In this case, the nitrogen can be used for cooling the fluid to the required injection temperature.
Die Temperatur des verdampften Stickstoffs kann während des Verdampfungsschrittes flexibel und genau eingestellt werden. Hat das Fluid z. B. durch Beimischung anderer Gase wie Methan o. ä. bereits eine für den Anwendungszweck ideale Injektionstemperatur, kann darauf die Temperatur des Stickstoffs exakt eingestellt werden, so dass eine Erwärmung oder Abkühlung des Fluids und damit eine Veränderung der Effektivität des Fraccing vermieden wird.The temperature of the vaporized nitrogen can be adjusted flexibly and accurately during the evaporation step. Has the fluid z. B. by admixture of other gases such as methane o. Ä. Already an ideal for the application injection temperature, it can be set exactly the temperature of the nitrogen, so that heating or cooling of the fluid and thus a change in the effectiveness of Fraccing is avoided.
Muss die Temperatur des Fluids nach unten abgesenkt werden, z. B. bei extrem hohen Umgebungstemperaturen, kann die direkte Beimischung von flüssigen Stickstoff vorteilhaft sein, der insbesondere durch kryogene Zerlegung von Luft erzeugt worden ist.If the temperature of the fluid must be lowered down, z. As at extremely high ambient temperatures, the direct admixture of liquid nitrogen may be advantageous, which has been generated in particular by cryogenic decomposition of air.
Dies kann in einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung auch kontinuierlich während der Injektion des Fluids in die Lagerstätte der Fall sein. Die einhergehende Verdünnung des Fluids und damit die Reduzierung der Viskosität des Fluids geht dabei zu Lasten des ”Stützmitteltragevermögens” des Fluids, so dass die Tempertureinstellung via Zumischung von flüssigem Stickstoff in nur begrenztem Maße möglich ist.In a particular embodiment of the invention, this may also be the case continuously during the injection of the fluid into the deposit. The concomitant dilution of the fluid and thus the reduction of the viscosity of the fluid is at the expense of the "proppant carrying capacity" of the fluid, so that the Tempertureinstellung via admixture of liquid nitrogen to a limited extent possible.
Bevorzugt handelt es sich des Weiteren bei der mindestens einen Anlagenkomponente, die es zu inertisieren gilt, um einen Tank zum Speichern des Fluids oder einer Komponente des Fluids, eine Stützmittelquelle zum Bereitstellen eines mit dem Fluid zu vermischenden Stützmittels (auch als Frac Sand bezeichnet), einen Speicher zum Speichern eines dem Fluid hinzuzufügenden Gelbildners, eine Leitung (z. B. Rohrleitung) der Anlage zum Führen des Fluids, des Stützmittels und/oder des Gelbildners, eine Leitung (z. B. Rohrleitung) der Anlage, die insbesondere die vorgenannten Komponenten wie den Tank für das Fluid etc. mit der untertägigen Lagerstätte verbindet, und/oder zumindest eine Pumpe zum Pumpen des Fluids in die Lagerstätte sowie ggf. sonstige Apparate und Leitungen der Anlage, durch die das Fluid auf dem Weg zur Lagerstätte geleitet wird.Furthermore, the at least one plant component to be inertized is preferably a tank for storing the fluid or a component of the fluid, a propellant source for providing a proppant to be mixed with the fluid (also referred to as frac sand), a reservoir for storing a gellant to be added to the fluid, a conduit (eg pipeline) for carrying the fluid, the proppant and / or the gellant, a conduit (eg pipeline) for the equipment, in particular the abovementioned ones Components such as the tank for the fluid, etc., connects to the underground deposit, and / or at least one pump for pumping the fluid into the deposit, and possibly other apparatus and conduits of the plant, through which the fluid is passed on the way to the deposit.
Bei dem besagten Gelbildner kann es sich um alle Gelbildner handeln, die in der Lage sind das Fluid mit seiner jeweiligen Zusammensetzung zu gelieren.The said gelling agent may be any gelling agent which is capable of gelling the fluid with its particular composition.
Bevorzugt werden die besagten Leitungen und die Pumpe vor dem Pumpen des Fluids in die Lagerstätte mit dem Stickstoff durch Spülen jener Komponenten mit Stickstoff inertisiert. Hierbei kann der Stickstoff auch für einen Druck- bzw. Dichtigkeitstest der Anlage verwendet werden. Bevorzugt wird nach der Inertisierung bzw. dem Druck- und Dichtigkeitstest mit dem eigentlichen Frac-Job, d. h., der hydraulischen Rissbildung durch Einleiten des Fluids in die Lagerstätte unter hohem Druck, begonnen. Hierbei wird bevorzugt Stickstoff in den Tank zum Speichern des Fluids oder einer Komponente des Fluids, in die Stützmittelquelle zum Bereitstellen des Stützmittels, und/oder in den Speicher zum Speichern des Gelbildners zum Inertisieren eingeleitet.Preferably, said lines and the pump are rendered inert prior to pumping the fluid into the reservoir with nitrogen by purging those components with nitrogen. In this case, the nitrogen can also be used for a pressure or leak test of the plant. It is preferred after the inerting or the pressure and tightness test with the actual Frac job, d. h., the hydraulic cracking by introducing the fluid into the reservoir under high pressure, begun. Here, nitrogen is preferably introduced into the tank for storing the fluid or a component of the fluid, into the support means source for providing the support means, and / or into the storage for storing the gelling agent for inerting.
Schließlich wird die erfindungsgemäße Aufgabe auch durch eine Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.Finally, the object according to the invention is also achieved by use with the features of claim 12.
Die erfindungsgemäße Verwendung sieht demnach vor, durch kryogene Luftzerlegung und/oder Adsorption hergestellten Stickstoff zum Inertisieren zumindest einer Anlagenkomponente einer für die hydraulische Rissbildung von Gas- und/oder Erdöllagerstätten verwendeten Anlage zu verwenden.The use according to the invention therefore provides for nitrogen produced by cryogenic air separation and / or adsorption to be used for inerting at least one plant component of a plant used for the hydraulic cracking of gas and / or crude oil deposits.
Im Ergebnis ermöglicht die Erfindung die Bereitstellung von Stickstoff zum Inertisieren Im Rahmen eines Verfahrens zur hydraulischen Rissbildung mit einer Reinheit kleiner 10 ppm O2, um insbesondere das Risiko eines Brandes oder einer Explosion zu reduzieren, bakterielles Wachstum zu reduzieren, Korrosion zu reduzieren sowie die Bildung von Asphalten-Sludges zu verhindern. As a result, the invention makes it possible to provide nitrogen for inerting. In a process of hydraulic cracking with a purity of less than 10 ppm O 2 , in particular to reduce the risk of fire or explosion, reduce bacterial growth, reduce corrosion and formation to prevent asphaltene sludges.
Weiterhin besteht die Möglichkeit (insbesondere bei der Druckwechseladsorption) einer On-Site-Herstellung des Stickstoffs, was die Logistik erheblich vereinfacht. Bei der Erzeugung des Stickstoffs durch kryogene Luftzerlegung kann hingegen der Stickstoff auch an entfernten Orten produziert werden.Furthermore, there is the possibility (especially in pressure swing adsorption) of an on-site production of nitrogen, which greatly simplifies logistics. In the production of nitrogen by cryogenic air separation, however, the nitrogen can also be produced in remote locations.
Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren vor Ort zur Energieerzeugung verwendet werden, indem z. B. der bei der Druckwechseladsorption abgetrennte Sauerstoff verfeuert wird.Furthermore, the inventive method can be used locally for power generation by z. B. the oxygen separated during the pressure swing adsorption is burned.
Bei einer Off-Shore-Anwendung des erfindungsgemäßen Frac-Verfahrens, also auf einem Gewässer, insbesondere vor der Küste oder auf hoher See, kann der Stickstoff zudem z. B. auf Schwimmkörpern, Schiffen, Kähnen oder Plattformen (schwimmend, am Boden verankert oder auf dem Meeresgrund stehend) erzeugt bzw. bereitgestellt werden, und zwar insbesondere am Ort der Lagerstätte.In an off-shore application of Frac process according to the invention, ie on a body of water, especially off the coast or on the high seas, the nitrogen can also z. B. on floats, ships, barges or platforms (floating, anchored to the ground or standing on the seabed) are produced or provided, in particular at the location of the deposit.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen durch die nachfolgende Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figur erläutert werden.Further details and advantages of the invention will be explained by the following description of an embodiment with reference to the figure.
Die
Hierbei wird ein Fluid F unter hohem Druck (z. B. 200 bis 300 bar) mittels einer Pumpe
Zum Bereitstellen des Fluids F weist die Anlage
Bevorzugt wird die besagte Leitung
Erfindungsgemäß wird der Stickstoff zum Inertisieren der Anlage
Die Anlage
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| WO2007098606A1 (en) | 2006-03-03 | 2007-09-07 | Gas-Frac Energy Services Inc. | Liquified petroleum gas fracturing system |
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