[发明专利]用于水力压裂中的流体的容纳、测量和再利用的系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年5月29日提交的美国临时申请61/652,727的权益，该申请通过引用全文结合于此。

技术领域

本公开内容涉及水力压裂，并且更具体而言涉及流体容纳和监视。

背景技术

水力压裂(破裂)是一种用来释放石油、天然气(包括页岩气、致密气和煤层气)或者蕴含于地球地壳内的其它物质以便进行提取的技术。典型的压裂现场一般包括四到六英亩的陆地水平面，其也被称作井场(well pad)。除了支持压裂井和钻机基础设施自身之外，井场存放有另外的设备和基础设施，诸如地面上容纳水池、导管系统、车辆接入点以及用于支持钻井作业的多台油罐车。

油罐车被用来将从井中排出的液体钻井废料运离钻井现场。此外，油罐车被用来将诸如水的液体钻井材料运送至钻井现场。多余的流体在被注入到井中或被油罐车运离钻井现场之前被存储在容纳水池中。容纳水池是用于存储进入钻井的大量多余液体钻井材料或者从井中排出的钻井废液的土制的或人造的结构。典型的压裂现场包括用于钻井或者从井中排出的各种流体的多个容纳水池。为了构造容纳水池，井场必须是水平的。给定远程位置的普通钻井实践，对四英亩多的井场进行水平平整操作在设备运输和劳动力成本方面需要数千小时的时间以及数百万美元。

典型的压裂现场可能要求存储多达四百万加仑或更多的水用作钻井液使用，其中的大部分可以存储在邻近水体之中。然而，邻近水源经常无法使用或者环境监管禁止其使用，所以可能需要饮用水卡车将钻井液运输到井场，这经常使得水处于过多的地面上容纳水池中。为了将来将信赖等级寄托于运水，十台2000加仑的油罐车将均需要进行2000次运输来将四百万加仑的水运到井场。这又要在运输和驾驶员劳动力成本方面花费数千小时的时间和数百万美元。

发明内容

实施例涉及一种在水力压裂(破裂)中使用的流体容纳和监视的系统和方法。该系统包括多个柔性流体容纳结构或导管，用于存储在压裂期间所使用或产生的流体。例如，导管可以被填充以便在水被注入到井中之前存储水或者存储从井中排出的钻井废料。每个导管包括耦合至泵以便对导管进行填充和排空的填充端口和排空端口。每个端口可以耦合至阀门，该阀门被配置为使得能够从导管填充流体或者从导管排空流体。在一个实施例中，该阀门是提供单向流动的止回阀。端口可以包括锁定机构，其与止回阀进行对接以在接合了诸如管道或软管之类的流体输送结构的对应装配时打开阀门。因此，包括对应装配的软管可以被接合至端口以从导管排空流体。

包括流量计的回流防止器提供了往来于井或其它结构的流量的准确测量。回流防止器包括主端口、前向端口和返回端口。钻井液被用管道输送至前向端口并且离开主端口去往钻井。流量计可以耦合至前向端口以确定通过前向端口流向井的流体体积。钻井废料也可以经由主端口从井返回并且从返回端口出去，返回端口也可以包括流量计。

回流防止器可以包括前向回流防止机构，其激活以防止钻井废料从前向端口离开。此外，回流防止器可以包括流动阻止机构，其防止钻井液通过返回端口进行管道输送。此外，回流防止器可以包括返回回流防止机构，其激活以防止钻井废料通过返回端口流回。在这样的情况下，流量计还可以通过测量通过主端口的前向和反向流动而提供准确读数。

包含钻井液的第一导管的排空端口耦合至回流防止器的前向端口。设置在第一导管的排空端口和回流防止器的前向端口之间的第一泵可以将钻井液从第一导管推入回流防止器中。回流防止器的主端口耦合至井和/或另一个泵。流量计测量通过回流防止器的前向端口和/或返回端口的流体的数量，并且将所监视到的体积传送至监视设备。回流防止器可以包括前向回流防止机构，其基本上防止流体通过前向端口逆向流动。前向回流防止机构还可以提供从井排出的液体钻井废料向返回端口的逆向流动。返回回流防止机构可以在前向回流防止机构活动的同时被激活以基本上防止废液通过返回端口的逆向流动。流动阻止机构可以在钻井液流入到前向端口中的同时被激活以防止钻井液直接通过返回端口进行的管道输送。因此，在前向回流防止机构未活动时，流动阻止机构可以是活动的。回流防止器的返回端口耦合至第二导管的填充端口。设置在填充端口和回流防止器之间的第二泵可以将从井排出的钻井废料推入第二导管之中。第二导管的排空端口可以耦合至后续导管的填充端口。设置在导管配对之间的泵可以将流体从一个导管推送至另一个导管。可以以类似的方式添加任意数量的后续导管以便存储钻井废料。类似地，可以以类似方式添加额外的钻井液存储导管。