[发明专利]流体容纳及管理系统

说明书

背景技术

本发明总体上涉及一种用于有效容纳流体的系统，主要为特定场所工作所产生的沉淀物和流出物，并用于管理所容纳的流体。该系统尤其非常适合于专门用于天然气和石油钻井的现场，但对于用于执行可以从改进的流体容纳和管理中受益的其它功能的场所而言一样有用，包括水、污水和雨水系统。

目前，各州没有统一的监管标准管理石油和天然气勘探开采行业中使用的环保系统建设。约80％的州需要为产生的水设置围绕储罐的升起的堤坝系统，并且需要用以接收石油、天然气和产生的水的分离罐。一些州，但并非所有的州，在堤坝内需要防渗层。流体储存池也用于暂时存储井产液和产生的水。然而，这些流体存储池衬有不透液性薄膜，该薄膜通常对穿刺力或剪应力无抵抗力。

典型的对井场本身的保护往往局限于围绕该井场的周边堤坝或护道。作为额外的保护措施，一些装置使用了覆盖2英尺厚的改性基材层，通常为石灰石的20密耳(mil)厚柔性塑料薄板。然而在实践中，已发现这些装置容易被来自许多重型车辆的轮胎损伤并被金属钻孔系统组件和井场发现的其它有害物体刺穿，所述车辆经常用在这样的场所，通常具有大约80,000磅的重量，尤其用于加压压裂(通常是指“水力压裂”)操作和水上运输。

此外，这种薄膜装置是暂时的，每次井场出现修井、重新压裂或新的钻井位置时，都会对其进行更换，使得水分积聚且淤积。而且这种薄膜工作起来很滑，并且会在冬季结冰，制造工作危险。对于这种流体滞留池中的泄漏，几乎也没有什么科学监测。如果真有的话，也只能通过视觉检测液位下降来检测泄露。

因此，目前的做法有点杂乱无章，并且远远不够达到其预期目的，未能提供针对污染物的适当的环保水平。这点近来已经由垂直单井表现出来，从马塞勒斯页岩区(marcellus Shale drilling area)中近来遭遇的一些井喷和意外事故就可以得到证实。

近来，已开发了各种技术以用于快速发展的陆上天然气开采业。在许多情况下，这些技术使目前的环境保护措施变得完全不足。例如，新的钻井技术允许钻柱靠近含气的页岩床，然后改变方向，以沿水平方向钻通该页岩床，往往多达数千英尺。然而，页岩对于其所含的气体来说并没有高渗透性，应使用高压压裂技术来开发页岩层(沉积岩)，并在层与层之间注入沙和相似尺寸的颗粒物以保持其张开，并提供显著增加的气流。可以使用定向钻井技术来使单井(尽管明显扩大)井场尽可能多的容纳所需井口，从而适当地开发特定场所。

这种方法需要使用大量的水。因此，这些装置，尤其是单个井场上包括多个井的那些装置，需要增加流体管理资源。水平井压裂发生在数千英尺的井孔上，需要10倍、20倍或更多倍的常规垂直井中使用的压裂水，因为垂直井与页岩床相交仅一百英尺左右。单井压裂中可以使用多达5百万加仑的水，每个井场现场可以有多达10个井。

目前的流体溢出管理措施完全不足以保护环境，防止被如此大量的潜在溢出和泄漏破坏，进而导致对于新的井场环保协议的需求。

除了大幅增加的流体有可能在井场发生溢出或泄漏，由于近来在以前很少或没有钻井的地区进行高度开采和开发，改进环境保护的需求日益增加。这在有可能造成的环境破坏方面引起了人们相当大的关注，特别是对饮用水供应的破坏。这种井开采技术中使用的化学物质的类型和数量使问题进一步复杂化，根据行业估算，这种井开采技术包括超过750种不同化学物质。

此外，这种气井通常比油井具有较短的使用寿命。生产水平会急剧下降，即使页岩床气体明显没有耗尽。这可能需要在很大程度上对相同井进行重新压裂，而这可能进而导致不断增加的重新压裂所需的步骤带来的危害。另外，作为例子，仅对于在马塞勒斯页岩区的天然气开发而言，预测2011年的钻井数量在1,400到2,700范围内，2015年为1,600至3,900，2020年为1,700到4,800。

可靠的工艺和相关系统是保护地下水和周围陆地免受污染所必不可少的。这只能通过100％覆盖所有钻井开发作业的溢出和泄漏来实现。当主要使用淡水来开裂页岩地层时，压裂作业也使用数千加仑的化学物质，从酸到脂肪酸盐到杀菌剂等等。这将需要每个子井场段内具有容纳100,000加仑溢出的能力。

发明内容