[发明专利]适合于大型压裂操作的改进的聚合物溶解设备

说明书

技术领域

本发明涉及气体或油的采收领域，特别涉及通过注入含有聚合物的一种压裂流体来对天然气井或油井进行液压压裂。

背景技术

文献WO2010/020698中描述了用于储存、分散以及溶解粉末形态的聚合物的设备，更具体地，其基于丙烯酰胺。该聚合物溶液然后被计量调节并且应用在用于生产页岩气或分散的石油的液压压裂操作中。

这种设备具有明显的操作局限，因为压裂操作要组装许多车辆（卡车、拖车），有时多于100辆，车辆上包含有发动机、泵的传输设备、混合器、用于溶解以及添加配料的装置、控制室以及尤其是用于保持压裂打开的大量的沙或瓷珠。

这样的操作的成本非常高，而成功因素中的一个就是用于压裂以及用于设备传输的总时间，其保证了压裂操作的收益性。因此必不可少的是所使用的设备要提供没有中断风险的最好性能。否则，待压裂的井可能会堵塞，这可能是灾难性的。

因此所有的设备必须能够在轮子上移动，或者是通过卡车或者是在拖车上，并且考虑到取决于要讨论的地理区域的路面载重限制。通常，将底盘排除在外的重量不应当超过20至24吨并且长度不超过12至14米。另外还必要的是在其完成行程后立即可以使用，而没有浪费时间在初始填充操作中。

注入的丙烯酰胺基聚合物优选是高于1000万，通常是高于1500万的高分子量的聚合物。它们的组成取决于水的盐度并且尤其是二价金属（Ca2+、Mg2+）的量。

对于淡水，通常使用的是丙烯酰胺/丙烯酸共聚物（60/40摩尔百分比至90/10摩尔百分比）。

对于更咸的水，使用包含0至10摩尔百分比的丙烯酸或具有低含量的磺化单体（ATBS，丙烯酰胺叔丁基磺酸盐）的弱阴离子或非离子共聚物；

对于非常咸的水，使用的聚合物例如可以是由丙烯酰胺/三甲基氨基乙基丙烯酸酯氯化物的共聚物（90/10摩尔百分比）制成。

在极端的情形中，使用的聚合物是由DADMAC（二烯丙基二甲基氯化铵）、NVP（N-乙烯基吡咯烷酮）等的聚合物制成。

尽管记载在文献WO2010/020698中的该设备性能良好，然而从处理的聚合物的量来说，其是受到限制的，并且具有如下的局限性：

聚合物以25千克的袋子来供应，最大是750千克的大袋子，供应速度与大型采收操作不匹配。

在操作中不能够大量地供应。

难以计量排出并且以高浓度分散该聚合物从而限制在该设备中的聚合物分散体和/或溶液的容积。

难以避免成团聚集物的形成（称为鱼眼），其只能在很长的时间段后才能溶解，另外可能会堵塞泵。

难以在一个较短时间段内溶解悬浮物，因为卡车上的容积受到限制。

难以在该混合器中以受控的方式来泵入该聚合物溶液，其在非常高压力的注入泵送之前执行并且使所有的原料变均匀。

一些人使用金属容器，而金属容器难以在通常是泥泞的地面上操作。

现在的改进，通过在水平井孔的长度方向上的增加，旨在用于更大型的压裂操作。几个月前，这些操作需要每个操作4至8吨的聚合物，并且文献WO2010/020698中记载的设备适合这种类型的操作。

现在，注入量的范围是9至15吨并且有可能在将来达到大约每个操作是20吨，而记载在文献WO2010/020698中的该设备不再是合适的。

因此有必要开发改进的设备，该设备适合这种开发并且在操作过程中没有中断的风险。

发明内容

本发明要解决的问题是在较短的时间较小的空间内溶解更多的聚合物，同时考虑到重量的限制，并且在操作中没有手动的加料操作。

限制因素之一是在操作的位置没有能够将这些聚合物溶液从这些溶解箱中倒空的装置。因此，该设备必须与满载的箱体一起移动，然而在操作结束时对于待调节的粉末的量是可能的。这样做的优势是在完成行程之后使得该设备能够立即启动。

申请人已经开发出改进的设备，能够使得解决这个问题以及显著地改进现存的安装配置的性能。

本发明涉及可以用于气体或油领域的压裂操作的、改进的、紧凑的并且可运输的设备，所述设备的特征在于它依次包括：

一个用于将粉末聚合物供应给一个贮仓的气动装置，

一个用于储存粉末形态的聚合物的贮仓，

一个用于将该聚合物从该贮仓传送进入一个进料斗的装置，

一个聚合物计量装置的进料斗，所述料斗设有一个顶部计量线以及一个底部计量线，

一个用于将该粉末聚合物计量排出的装置，