本发明涉及油气田和油气井开发，并且更特别地，涉及用于在井场处提供经涂覆的支撑剂(coated proppant)以用于在含油气地层中进行水力压裂和支撑裂缝的新系统和方法。
背景技术：
1、油气井开发已经有超过一百年的广泛的工程与化学改进，旨在解决井与井之间以及单个井内可能出现的各种问题。在单独的井之间存在极大的变化性(variability)。这种变化性基于但不限于以下因素：井的位置，哪个盆地；井的类型，哪个地层；所用的水的类型，淡水、采出水、混合水；井的深度；井的温度；井的典型处理压力；孔隙压力梯度；以及地层接受支撑剂的容易程度。
2、在单个井内也存在极大的变化性。这种变化性基于但不限于以下因素：完成井的跟部阶段(heel stage)，该阶段更靠近井的竖直部分且通常具有较低的处理压力和较小的用于输送支撑剂的距离；
3、以及完成井的趾部阶段(toe stage)，该阶段远离井的竖直部分且通常具有较高的处理压力和大得多的用于输送支撑剂的距离(即，大约3英里或更远)。
4、根据井的完井设计，也可能存在极大的变化性。这种变化性基于但不限于以下因素：每英尺的水的桶数；每英尺的砂的磅数；以线性英尺计的阶段长度；丛式井(cluster)的数量和间距；以每分钟桶数计的泵速率(pump rate)；以每加仑磅数计的砂装载量；砂泵速率；以及以每千加仑加仑数计或以每千加仑磅数计的减摩剂剂量(friction reducerdosage)。
5、已经开发了用于增加与油气储层相关联的井眼产量的各种方法。不同类型的过程可能需要各种处理。通常，井产量可以通过压裂地层来改进。压裂通常通过向地层泵送充满含有大比例水的流体并加压该流体以便向部分地层施加大的表面力来进行。这些大的表面力引起应力，并且由于涉及的巨大面积，可以在岩层中产生极高的力和应力。
6、因此，岩层往往破碎，从而增加了孔隙度并为生产的油气朝向井眼通过地层以进行开采提供了空间。此外，存在各种技术以进一步改进裂缝网络，诸如酸化。然而，如前面所暗示的那样，该过程并不简单，并且将各种材料掺入混合物中需要耗费大量的时间、金钱、能量和其他资源。尽管如此，这些混合物对于如下任务而言是至关重要的：将支撑剂输送到裂缝中以撑开地层并为油气迁移回到井眼中提供路径。
7、如果通过利用改进的组合物和用于将材料掺入混合物中的方法能够更高效地利用这些资源，则将是本领域的进步。
8、此外，水力压裂具有相当复杂的过程以将各种组分添加到压裂流体中。不仅必须添加支撑剂，而且必须添加各种其他化学品。在压裂过程中，需要搅拌材料以产生用于压裂的工作流体或“浆液”。这种搅拌需要相当大的设备，从而在整个井场占据了显著的占地面积。
9、此外，这种设备需要人力并且需要对众多接收和存储区域进行维护。这些是最终将被添加到工作流体中的各种组分产品所需要的。用于将辅料混合到流体中的所有这些过程都会导致时间上的延迟。例如，可能证明很难将粉末材料掺入。
10、特别是对于小颗粒，表面张力往往会使这些材料漂浮在液体表面上，并且需要充分的混合(substantial mixing)及充分的相关时间。许多固体必须预先混合在油、乳液等中，从而增加了任何溢出的影响。同时，向压裂流中添加化学品必然会造成添加剂的不均匀分布。例如，在将组分添加到该压裂流中时，组分在井口附近处于非常高的浓度。与此同时，该新添加的组分完全不存在于其他地方。因此，已证明，使材料彻底地分布或者甚至使其良好地分布在整个引入的流体中的能力是困难的。
11、类似地，将单独的组分化学品和材料运输到井场需要专用于不同类型的材料和阶段的多个车辆。例如，一些材料是流体，一些材料是固体，一些材料使用水溶剂，一些材料使用石油基溶剂，并且这些材料必须用它们自己合适的存储、装卸和运输设备以不同的方式进行搬运、运送和装卸。
12、采用大量的烃遭遇到各种投诉，烃诸如为各种乳液、化学添加剂等，包括经常使用的如柴油燃料等材料。在现场有这种液体化学品的情况下，增加了由于这种材料的化学品溢出而导致的表面污染的风险。即使当容纳在较小的容器中时，这些材料也存在被水、风和其他天气携带而溢出的风险，以及在运送、装卸或供料和混合过程中可能溢出的可能性。
13、同时，用于存储、混合系统、接收、货运等所需的操作占地面积(operationalfootprint)增加了井场的总操作占地面积。此外，对于接收、制备、存储、装卸和最终混合材料(这些材料将被添加到压裂流体中)的过程，金钱、劳动力和时间的花费都是相当可观的。
14、因此，提供一种系统和方法，其将消除用于服务压裂流体的现有材料和混合系统所固有的装卸、设备、占地面积、运输和其他问题中的许多问题，这将是本领域的进步。
15、用于解决这些问题中的许多问题的一种方法是使用经涂覆的支撑剂产品，这种支撑剂产品中有几种在市场上有售。通常，这些经涂覆的支撑剂产品是经树脂涂覆的支撑剂，这种支撑剂可以具有几种不同类型的功能。这些经涂覆的支撑剂产品通常在井场外生产，然后被运输到它们的使用场地。这迫使消费者在使用产品之前选择他们想要哪种产品功能，并且一旦这些产品被涂覆，就没有机会改变它们的功能。结果是，消费者或运营商公司可以尝试预先确定这些产品在特定井场最可能遇到什么条件，并且尝试选择必要的功能来解决预先确定的变化性范围的所有方面。在该系统下的另一种选项是选择解决最坏情况的产品，这可能导致使用过度设计的产品，这浪费了主动输入的成分并且抬高了使用这种产品的成本。
16、在场外涂覆支撑剂产品会增加一定的物流和装卸成本，因为经涂覆的支撑剂产品的最脆弱的时候是在物流和装卸过程中。通常借助气动卡车或某种箱式系统将支撑剂运送到井场。通过气动卡车运送的支撑剂被卸载到现场的砂筒仓中，该砂筒仓向搅拌机(blender)供料。通过箱子运送的支撑剂由输送带直接卸载到搅拌机中。通常，所有支撑剂在引入到搅拌机之前必须保持干燥。经涂覆的支撑剂产品在与水分接触时会活化，这会破坏一些产品，并且在试图装载搅拌机时导致与其他产品一起现场恶化。
17、考虑到所涉及的各种因素，在待解决且无法改变或无法适应的特定情况面前，场外生产的经涂覆的支撑剂不太可能有效且高效地提供必要的性能特性。
18、因此，提供一种系统和使用方法，其物理且电连接到现有的水力压裂车队设备上、由来自现场数据车的实时数据进行驱动并且利用来自数据车的信息来生产最佳的经涂覆的支撑剂产品，这将是本领域的进步。此外，提供一种系统和方法，其可以生产各种经涂覆的支撑剂产品以解决井场处的特定实时井下条件，这将是本领域的进步。还有，可以调整该系统以与相关联的井下条件变化基本上相同的速率提供经涂覆的支撑剂。
19、提供一种系统和方法，其将使在压裂流体中用作添加剂的各种材料的使用最优化，并且基于当前井条件提供对经涂覆的支撑剂产品的实时调整并因此提供对压裂流体的实时调整，这将是本领域的实质性进步。此外，这可以在正要将新生产的经涂覆的支撑剂产品添加到搅拌机中之前现场进行。
技术实现思路
1、鉴于上述内容，根据如本文所体现和广泛描述的本发明，在根据本发明的某些实施例中公开了一种方法、设备和组合物。
2、毫不奇怪，油气井通常花费数百万美元。因此，在油气井的“完井”过程中投入了过多的时间和计划。完井过程可以涉及多个过程，包括水力压裂或压裂。水力压裂是高度计划的过程。在用于给定井的特定水力压裂过程期间使用的计划可以被称为“压裂设计”或“压裂计划”。
3、压裂设计的开发是一个详细且耗时的过程。对合理地理区域内的现有井进行广泛分析。比较和/或对比可以通过盆地和地层来缩窄，使得可以利用关于之前已经工作或尚未工作的信息来使“运营商”公司可以从每个井实现的投资回报最大化。
4、完井和储层工程师对可获得的数据进行评价并执行必要的分析以开发给定井的压裂设计。该压裂设计通常将完井过程分成单独的“阶段”，并且现代压裂设计可以包括六十个或更多个这样的阶段。每个阶段将具有仅为液体的pad相。pad的目的是引发裂缝。在pad之后，完井班组开始将砂和/或支撑剂添加到液体中。根据所遵循的时间表缓慢升高砂的量，直到放置了用于该阶段的期望量的砂。为了完成阶段，通常泵送“冲洗液”。冲洗液仅仅是液体，且主要用于从井眼中除去任何多余的砂。
5、一种移动涂覆单元或现场智能涂覆系统，能够在井场处生产定制的经涂覆的支撑剂。通常，经涂覆的支撑剂包括基底和基底的涂层。基底可以由砂、岩石产品、陶制砂、砂砾、纤维或其他类似材料形成。当在本文中使用时，任何对支撑剂或砂的提及通常是指根据本发明使用的这些中的任何或全部。这些经涂覆的支撑剂可以包含粉末或液体形式的以下项目中的一种或多种：减摩剂、表面活性剂、阻垢剂、杀生物剂、增黏剂(例如但不限于瓜尔胶(guar)、hec、多糖、黄原胶)、破碎剂、交联剂、缓冲剂、粘土稳定剂等。
6、由于与在任何场外位置涂覆支撑剂产品相关联的物流限制和消费者的成本，因此这种移动涂覆单元的现场方面是非常有利的，甚至是必要的。而且，如下能力是有很大价值的：在压裂过程中，基于所经历的实时井下条件改变涂覆以便形成最高效的生产性完井。由于许多压裂输入取决于砂的体积，所以引入这些以及砂体积驱动的涂覆允许更高的效率和更好的总体控制。对于一些使用在压裂现场附近开采出来的湿砂的大型运营商公司，能够有效地引入到砂筒仓供料或湿砂供料中的稳定可靠的系统创造了以前不存在的价值和简单性。
7、用于在井场或压裂现场生产定制的经涂覆的支撑剂的移动涂覆单元可以插在砂源与井场处的搅拌机之间。移动涂覆单元可以从井场压裂车或移动涂覆单元的plc控制单元中的任一者或两者接收数据输入和操作指令。这样的输入可以提供吞吐率，系统可以使用该吞吐率来确定其输入速率以生产期望的经涂覆的支撑剂。吞吐率是可变的，输入和输入速率也是如此。移动涂覆单元可以适应湿和干支撑剂两种，这使得在考虑支撑剂供应选择时能够实现先前不可得到的灵活性。
8、以通过支撑剂体积进行平衡的方式并且响应于实时条件将多个必要的压裂输入包括进来，确保了仅将必要的化学品引入到井下。例如，运营商公司使用本文所述的移动涂覆单元和操作方法可以在一年的过程中将置于井下的化学品流体的体积减少超过五百万磅。这种减少获得的esg(环境、社会和管理)益处可以迅速地累加。经济效益是显著的。所有水力压裂操作都可能会包括激烈的(tumultuous)峰和平静的谷。本文所述的涂覆方法可以应对这些波动，但在操作期间定制经涂覆的支撑剂的能力使控制井下情况的特异性和效率提高了另一水平，从而使浪费最小化并使井健康最大化。
9、利用如本文所述的移动涂覆单元提供了许多益处。由于经涂覆的支撑剂是在井场处生产的，因此没有与在场外生产的经涂覆的支撑剂产品相关联的额外的物流或运输成本和装卸问题。这也可以减少井场上且通常是道路上的交通，因为移动涂覆单元使用的化学品或添加剂可以被容纳在移动涂覆单元内或连接到移动涂覆单元。移动涂覆单元可以使用来自井场的支撑剂或砂，这允许运营商公司使用他们选择的任何矿的砂，并且消除了将原砂从一个矿运到另一个矿以进行涂覆的任何需要，并且消除了在每个砂矿处建立涂覆操作的需要。与移动砂相关联的运输和物流成本可能是显著的，因此井场上的移动涂覆单元可以几乎消除这些成本。移动涂覆单元可以主要使用粉末添加剂，这可以几乎消除液体的使用以及与之相关联的空间、装卸和效率问题。来自移动涂覆单元的经涂覆的支撑剂可以携带更精确剂量的所需化学品，这可以减少浪费并减少进入井下的化学品总量。移动涂覆单元可以运行期望的压裂设计，并在可用的实时数据通知涂覆过程时对过程进行微调(tweak)。基于实时井下条件修改或完全改变用于经涂覆的支撑剂的涂覆配方的能力消除了对“一种涂覆适合所有”选项的需要，并且可以帮助引起对井最佳的完井阶段。而且，从许可和程序的角度来看，使用移动涂覆单元是相对容易的。固定位置的涂覆设施可能需要6个月至12个月，花费数千美元，并且需要完成多项深入研究。对于移动涂覆单元处于现场的时间段，添加移动涂覆单元可以只是要求并增补运营商公司的或制造商的现有许可证。
10、在一个实施例中，一种用于生产经涂覆的支撑剂的方法可以包括：提供移动涂覆单元，其中，移动涂覆单元包括具有近端和远端的平台、由平台支撑的液体添加剂分配器、由平台支撑的体积式粉末分配器、由平台支撑的涂覆混合器、以及由平台支撑并且能操作地连接到液体添加剂分配器、体积式粉末分配器和涂覆混合器的控制单元；将移动涂覆单元定位在井场上；在平台的近端处，将支撑剂供料至移动涂覆单元；根据编程到控制单元中的第一配方涂覆支撑剂，以生产第一经涂覆的支撑剂；在平台的远端处，从移动涂覆单元分配第一经涂覆的支撑剂；将第一经涂覆的支撑剂转移至位于井场上的搅拌机；将第一经涂覆的支撑剂添加到第一压裂流体中；从完成第一经涂覆的支撑剂的涂覆起的短于五(5)天内，将第一压裂流体泵送到井口中；根据编程到控制单元中的第二配方涂覆支撑剂，以生产第二经涂覆的支撑剂；在平台的远端处，从移动涂覆单元分配第二经涂覆的支撑剂；将第二经涂覆的支撑剂转移至位于井场上的搅拌机；将第二经涂覆的支撑剂添加到第二压裂流体中；以及，从完成第二经涂覆的支撑剂的涂覆起的短于五(5)天内，将第二压裂流体泵送到井口中。
11、在一个实施例中，一种用于涂覆支撑剂的方法可以包括：提供移动涂覆单元，其中，移动涂覆单元包括具有近端和远端的平台、由平台支撑的一个或多个液体添加剂分配器、由平台支撑的一个或多个体积式粉末分配器、由平台支撑的一个或多个涂覆混合器、以及由平台支撑并且能操作地连接到液体添加剂分配器、体积式粉末分配器和涂覆混合器的控制单元；在平台的近端处，将支撑剂供料至移动涂覆单元；根据编程到控制单元中的第一配方涂覆第一部分的支撑剂，以生产第一经涂覆的支撑剂；在平台的远端处，从移动涂覆单元分配第一经涂覆的支撑剂；根据编程到控制单元中的第二配方涂覆第二部分的支撑剂，以生产第二经涂覆的支撑剂；以及在完成第一经涂覆的支撑剂的涂覆后的短于十二(12)小时内，在平台的远端处，从移动涂覆单元分配第二经涂覆的支撑剂。
12、还有，该方法可以进一步包括：在完成第一经涂覆的支撑剂的涂覆之后，将第一经涂覆的支撑剂转移至位于井场上的搅拌机；将第一经涂覆的支撑剂添加到第一压裂流体中；在从完成第一经涂覆的支撑剂的涂覆起的短于48小时内，将第一压裂流体泵送到井口中；在完成第二经涂覆的支撑剂的涂覆之后，将第二经涂覆的支撑剂转移至位于井场上的搅拌机；将第二经涂覆的支撑剂添加到第二压裂流体中；以及在从完成第二经涂覆的支撑剂的涂覆起的短于48小时内，将第二压裂流体泵送到井口中。
13、在一个实施例中，一种用于在井场处控制支撑剂涂覆过程的方法可以包括：在井场上提供压裂车，其中，压裂车包括压裂控制系统，该压裂控制系统监测井中的实时井下条件并且被编程为具有用于井场的压裂计划；在井场处提供移动涂覆单元，其中，移动涂覆单元可操作地连接到压裂控制系统，并且移动涂覆单元包括具有近端和远端的平台、由平台支撑的一个或多个液体添加剂分配器、由平台支撑的一个或多个体积式粉末分配器、由平台支撑的一个或多个涂覆混合器、以及由平台支撑并且可操作地连接到液体添加剂分配器、体积式粉末分配器和涂覆混合器的控制单元；将移动涂覆单元定位在井场上位于支撑剂源和搅拌机之间，且平台的近端朝向支撑剂源并且平台的远端朝向搅拌机；基于由压裂控制系统监测到的实时井下条件控制移动涂覆单元的涂覆操作，其中，压裂控制系统选择通信给移动涂覆单元的控制单元的第一配方，并生产第一经涂覆的支撑剂；以及，基于由压裂控制系统监测到的实时井下条件调整移动涂覆单元的涂覆操作，其中，压裂控制系统选择通信给移动涂覆单元的控制单元的第二配方并生产第二经涂覆的支撑剂。
1.一种用于生产经涂覆的支撑剂的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：
4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一经涂覆的支撑剂包括选自由以下项目构成的组的至少一种添加剂(28)：减摩剂、表面活性剂、杀生物剂、增黏剂、阻垢剂、交联剂、破碎剂、缓冲剂、聚合物和粘土稳定剂。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第二经涂覆的支撑剂包括选自由以下项目构成的组的至少一种添加剂(28)：减摩剂、表面活性剂、杀生物剂、增黏剂、阻垢剂、交联剂、破碎剂、缓冲剂、聚合物和粘土稳定剂。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述支撑剂是砂。
9.根据权利要求4所述的方法，其中，所述控制单元(32)基于由在所述井场上的压裂车(24)提供给所述控制单元(32)的实时井下信息来选择所述第一配方和所述第二配方。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述选择是根据已编程到所述压裂控制系统(24)中的机器学习程序来完成的。
11.一种移动涂覆单元(30)，包括：
12.根据权利要求11所述的移动涂覆单元(30)，进一步包括：
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述控制单元(32)控制所述移动涂覆单元(30)以利用编程到所述控制单元(32)中的第二配方生产第二经涂覆的支撑剂并且将所述第二经涂覆的支撑剂转移至所述搅拌机(20)。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述压裂控制系统(24)控制所述第二经涂覆的支撑剂向第二压裂流体的添加，并且控制在从完成所述第二经涂覆的支撑剂的涂覆起的短于五天内将所述第二压裂流体泵送到井口(26)中的泵送。
15.根据权利要求11所述的移动涂覆单元(30)，其中，所述第一经涂覆的支撑剂包括选自由以下项目构成的组的至少一种添加剂(28)：减摩剂、表面活性剂、杀生物剂、增黏剂、阻垢剂、交联剂、破碎剂、缓冲剂、聚合物和粘土稳定剂。
16.根据权利要求13所述的移动涂覆单元(30)，其中，所述第二经涂覆的支撑剂包括选自由以下项目构成的组的至少一种添加剂(28)：减摩剂、表面活性剂、杀生物剂、增黏剂、阻垢剂、交联剂、破碎剂、缓冲剂、聚合物和粘土稳定剂。
17.根据权利要求16所述的移动涂覆单元，进一步包括：
18.根据权利要求11所述的移动涂覆单元，其中，所述支撑剂是砂。
19.根据权利要求14所述的移动涂覆单元(30)，其中，所述控制单元(32)基于由在所述井场上的所述压裂控制系统(24)提供给所述控制单元(32)的实时井下信息来选择所述第一配方和所述第二配方。
20.根据权利要求19所述的移动涂覆单元，其中，所述选择是根据已编程到所述压裂控制系统(24)中的机器学习程序来完成的。
