MX2014008880A - Sistemas, metodos, y procesos de fracturacion no hidraulica. - Google Patents

Abstract

Métodos y sistemas de fracturación formaciones subterráneas que comprenden bombear gas natural en fase metacrítica al interior de una formación subterránea para crear una o más fisuras en la formación o agrandarlas. Los métodos y sistemas pueden comprender además el mantener o incrementar la presión del gas natural en fase metacrítica en la formación por bombeo de más gas natural en fase metacrítica hacia el interior de las fisuras para mantener abiertas a dichas fisuras. Los métodos y sistemas pueden comprender además el suministro de un material de soporte al interior de la formación subterránea. Los métodos y sistemas que se divulgan se pueden utilizar para extraer hidrocarburos de formaciones subterráneas sin utilizar líquidos.

Description

SISTEMAS, MÉTODOS, Y PROCESOS DE FRACTURACIÓN NO HIDRÁULICA CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente divulgación se refiere un sistemas y metodos de fracturación no hidráulica para incrementar la permeabilidad de las formaciones de hidrocarburos subterráneas, incrementando de esa manera la capacidad de extraer dichos hidrocarburos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los recursos de hidrocarburos, como por ejemplo el petróleo y el gas natural (“GN”), frecuentemente se encuentran bajo tierra, en formaciones geológicas “compactas”, por ejemplo de piedra arenisca o pizarra. Estas formaciones requieren téenicas de perforación y completación “no convencionales”, incluyen la “fracturación” (o “fracking”) de los estratos geológicos que contienen los hidrocarburos para permitir la liberación de dichos hidrocarburos para su recuperación, tratamiento, almacenamiento y distribución. Los métodos de fracturación existentes son hidráulicos, es decir, que utilizan líquidos para la fracturación y para suministrar material de soporte [proppant] a las fracturas.

Sin embargo, los métodos de fracturación hidráulica padecen de varias desventajas significativas. Los líquidos que se utilizan actualmente en la fracturación hidráulica estándar - por ejemplo, agua modificada o tratada químicamente a temperaturas ambientes, y/o nitrógeno líquido criogénico -que da como resultado corrientes residuales de agua líquida contaminada o metano gaseoso que contiene nitrógeno. Más particularmente, el uso de agua o nitrógeno tiene como resultado la contaminación (o la mezcla no deseable) tanto de los fluidos de fracturación como de los hidrocarburos, y el uso de nitrógeno o dióxido de carbono líquido requiere agentes espumantes.

Es necesario tratar las corrientes residuales y las mezclas contaminadas, y el costo de depuración completa y el correcto descarte del fluido de fracturación hidráulica “agotado” incrementa sustancialmente el costo de la fracturación hidráulica -tanto en terminos económicos como ambientales. Si dicha depuración no se realiza correctamente, el daño al ambiente de la fracturación hidráulica puede ser adverso, haciendo que los organismos que establecen las regulaciones y/o quienes establecen las políticas limiten el uso de la fracturación hidráulica en respuesta a las preocupaciones del público en general, como ya es el caso hoy en algunas regiones. La fracturación hidráulica frecuentemente también da como resultado significativas emisiones de metano (donde el metano es un gas de efecto invernadero mucho más dañino ambientalmente que el C02) y puede requerir aparatos complejos para mitigar dichas emisiones.

Además, algunas teenologías de fracturación hidráulica existentes son intensivas en cuanto al uso de energía y a los capitales involucrados. Por ejemplo, el uso de nitrógeno líquido requiere la instalación de una planta para la separación del aire que utiliza refrigeración profunda para licuar el aire ambiente, que luego se descompone para obtener nitrógeno. El uso de nitrógeno para la fracturación generalmente requiere un sustancial suministro de energía para hacer que el nitrógeno llegue al estado líquido. Además, cuando el nitrógeno (o más precisamente, el nitrógeno líquido) se bombea a altas presiones, como es necesario para la fracturación de las formaciones más profundas, ocurre un desplazamiento de fases que desplaza al N2 de su forma líquida a su estado gaseoso, y el suministro del material de soporte en dichas condiciones se vuelve problemático.

Por lo tanto, existe la necesidad de un método de fracturación efectivo que no utilice líquidos. También existe la necesidad de disponer de un proceso de fracturación más eficiente en lo referente a la energía. Existe una necesidad adicional de disponer de un método de fracturación que no cree corrientes residuales contaminadas que requieran difíciles medidas de depuración. También existe una necesidad adicional de disponer de un método de fracturación que incrementa la recuperación de hidrocarburos desde formaciones subterráneas evitando el uso de agua (con la que dichos hidrocarburos no interactúan bien). Por lo tanto, existe la necesidad de disponer de sistemas y métodos de fracturación no hidráulica que sean menos intensivos en lo referente al uso de energía, que no requieran líquidos para la fracturación ni administración del material de soporte, sin sumar contaminación ni residuos al proceso de fragmentación, y que tenga el potencial de aumentar la recuperación del hidrocarburo.

SÍNTESIS Las formas de realización de la presente divulgación alivian en gran extensión las desventajas de los procesos de fracturación conocidos proveyendo sistemas, métodos y procesos de fracturación no hidráulica en los que se utiliza gas natural en fase metacrítica (que de aquí en adelante se puede denominar “GN meta”) como medio de fracturación y de transporte para el material de soporte. La fase metacrítica de un gas es el conjunto de condiciones donde el gas se encuentra sobre su presión crítica y está más frío que su temperatura crítica. El GN meta, que se bombea a alta presión, se utiliza para crear o agrandar las fisuras en las formaciones subterráneas y para mantener abiertas a dichas fisuras para liberar a los hidrocarburos contenidos en dichas formaciones. El GN meta se bombea a alta presión, se calienta y se utiliza para administrar un material de soporte apropiado a las fisuras que hay en las formaciones subterráneas.

Algunas formas de realización indicativas incluyen un método para fracturar formaciones subterráneas, que comprende bombear GN meta al interior de una formación subterránea para crear o agrandar una o más fisuras de la formación. El GN meta se puede producir en el mismo sitio. Los métodos pueden comprender además el mantener o incrementar la presión del GN meta en la formación por bombeo de más GN meta al interior de las fisuras para mantener abiertas las fisuras. En algunas formas de realización indicativas, el GN meta suministra el material de soporte al interior de la formación subterránea. El material de soporte se puede lubricar y suministrar mediante gas natural comprimido (“GNC”) caliente a alta presión.

En algunas formas de realización indicativas, el GNC caliente a alta presión se produce por bombeo del GN meta a presión y caliente. Algunos métodos indicativos pueden comprender además la liberación de la presión del GNC de manera tal que el material de soporte solo pueda mantener abiertas a las fisuras. En algunas formas de realización indicativas, las fisuras se crean y se mantienen abiertas sin usar agua ni otros líquidos, y el material de soporte se suministra sin agua ni otros líquidos. Además, los pasos de fracturación y administración del material de soporte se pueden llevar a cabo sin aditivos químicos para mitigar los efectos adversos del uso de líquidos.

Algunas formas de realización indicativas de un proceso de fracturación no hidráulica comprenden bombear GN meta al interior de una formación subterránea para crear una o más fisuras en la formación o agrandarlas y suministrar un material de soporte al interior de la formación subterránea. El proceso puede comprender además el mantener o incrementar la presión del GN meta para mantener abiertas las fisuras. En algunas formas de realización indicativas, el material de soporte se lubrica, y el material de soporte se puede suministrar mediante GNC caliente que se produce bombeando el GN meta a presión y caliente. Al utilizar las formas de realización indicativas de los procesos que se divulgan, las fisuras se crean y se mantienen abiertas sin usar agua ni otros líquidos y el material de soporte se suministra sin agua ni otros líquidos.

Algunas formas de realización indicativas de un sistema de fracturación no hidráulica comprenden un suministro de GN meta, un tanque de almacenamiento criogénico para almacenar el gas natural metacrítico, por lo menos un dispositivo de desplazamiento positivo (por ejemplo, una bomba o compresor), y una red de los caños (donde dicha cañería puede incluir al revestimiento del pozo y/o cemento). El tanque de almacenamiento criogénico está conectado en comunicación de fluidos con el suministro de GN meta, y el dispositivo de desplazamiento positivo está conectado en comunicación de fluidos con el tanque de almacenamiento criogénico. La red de caños está conectada en comunicación de fluidos con el por lo menos un dispositivo de desplazamiento positivo y el tanque de almacenamiento criogénico, y por lo menos un caño se extiende hacia el interior de una formación subterránea. En algunas formas de realización indicativas, el GN meta es suministrado por una planta de gas natural en el mismo sitio, configurada para convertir al gas natural en GN meta mediante un equilibrio apropiado de compresión y refrigeración. Como se expone durante toda esta divulgación, el GN meta se puede producir a partir de GNC que retorna de la formación subterránea hacia una planta de GN sobre el nivel de la superficie.

Algunos sistemas indicativos se disponen de manera que el GN meta fluya hacia el interior de la red de caños que va hacia el interior de la formación subterránea, de manera tal que el GN meta genere o agrande una o más fisuras de la formación. El por lo menos un dispositivo de desplazamiento positivo incrementa la presión del GN meta para mantener abiertas las fisuras. Los sistemas pueden comprender además un material de soporte alojado en un recipiente de almacenamiento, en tolvas, y/o en otros dispositivos que permitan al material de soporte entrar en el GN meta de manera que el GN meta pueda administrar el material de soporte a las fisuras de la formación subterránea. En algunas formas de realización indicativas, el GNC caliente a alta presión fluye dentro de la red de caños y el material de soporte se suministra al interior de las fisuras de la formación subterránea mediante el GNC caliente a alta presión.

Por lo tanto, se ve que se proveen sistemas, métodos, y procesos de fracturación no hidráulica. Los sistemas y métodos de fracturación no hidráulica que se divulgan no requieren líquidos para la fracturación ni la administración del material de soporte porque los mismos utilizan gas natural en fase metacrítica para la fracturación la formación subterránea y GNC producido a partir del gas natural en fase metacrítica como el medio que se usa para la administración del material de soporte. Los sistemas y métodos que se divulgan no agregan al proceso de fragmentación contaminación ni la dan como resultado, tampoco agregan residuos y son menos intensivos en lo referente al uso de energía. Estas y otras características y ventajas se podrán apreciar al ver la siguiente descripción detallada, junto con las figuras adjuntas en las cuales, los números de referencia iguales se refieren a las partes correspondientes.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Los anteriores y otros objetos de la divulgación se harán evidentes al tomar en consideración la siguiente descripción detallada, tomada en conjunto con las figuras adjuntas, en las cuales: La Figura 1 es un diagrama de fases del metano, que es un análogo del diagrama de fases del gas natural; y La Figura 2 es un diagrama de bloques de una forma de realización de un sistema de fracturación no hidráulica de acuerdo con la presente divulgación.

DESCRIPCIÓN DETALLADA En los párrafos siguiente, se describirán en detalle las formas de realización mediante ejemplos con referencia a las figuras adjuntas, que no se han dibujado a escala, y los componentes que se ilustran no se han dibujado necesariamente en forma proporcionada entre sí. Durante toda la presente descripción, las formas de realización y los ejemplos que se muestran se deberían considerar ejemplificativos, en vez de limitativos de la presente divulgación. Según se usa aquí, “la presente divulgación” se refiere a cualquiera de las formas de realización descritas aquí, y a cualquiera de sus equivalentes. Además, a lo largo de todo este documento, la referencia a diversos aspectos de la divulgación no significa que todas las formas de realización o métodos que se reivindican deban incluir a los aspectos a los que se ha hecho referencia.

En general, en las formas de realización de los sistemas y métodos de la presente divulgación - que se denominan de Extracción de Gas Refrigerada de Vandor (“VRGE”) - se utiliza gas natural criogénico no líquido, en fase metacrítica, para la fracturación no hidráulica y/o como un medio de suministro para el material de soporte en el proceso de fracturación no hidráulica. El GN meta, que a veces también se denomina un “gas natural frío comprimido” o “gas natural líquido bombeado”, es gas natural en la fase metacrítica. Como se muestra en la Figura 1 , en el diagrama de fases la fase metacrítica de un fluido se encuentra sobre la presión crítica del fluido, más frío que la temperatura crítica del fluido, pero no dentro de la fase sólida. En la Figura 1 , dicha fase metacrítica se encuentra sobre la fase líquida, a la izquierda de la fase supercrítica y a la derecha de la fase sólida. Como tales, los fluidos en fase metacrítica no son verdaderos líquidos, sino que se comportarán de manera muy parecida a los líquidos, principalmente porque se los puede bombear a una mayor presión utilizando bombas para líquidos, incluyendo a las bombas reciprocantes, y otros dispositivos de desplazamiento positivo de ese tipo. La densidad de los fluidos en fase metacrítica puede ser casi tan densa como la densidad de la fase líquida del fluido (y a veces aún más densa). Los fluidos en fase metacrítica no entran en ebullición porque se encuentran en el área del diagrama sobre la fase líquida, y no es necesario “condensarlos” para que se los pueda bombear, porque son suficientemente denso (aunque no sean líquidos) como para considerarlos líquidos en lo referente a las bombas.

Como una visión general, en algunas formas de realización de los sistemas y métodos de fracturación no hidráulica que se divulgan se envían GN meta criogénico bombeado a presión a través de una red de los caños hacia el interior de una formación subterránea para crear fisuras en la formación o agrandarlas. El GN meta se produce en el sitio del pozo a partir de gas de una cañería cercana, o de un pozo de gas natural cercano (previamente completado), en vez de llevarlo hasta el sitio como gas natural licuado (“GNL”) o gas de petróleo licuado (“LPG”). El GN meta se puede bombear a cualquier presión que sea necesaria mediante diversos dispositivos de bombeo conocidos, se puede suministrar con una presión de fluido suficientemente alta y realizar un “choque térmico” en la formación subterránea de manera tal de fracturar la formación.

Cuando la formación “cede” (o se fractura), según lo indica el equipo de monitoreo de presión sobre el nivel de la superficie, las bombas en superficie aumentan la presión, de manera tal de mantener abiertas las fisuras, y esto es seguido por la inserción y administración del material de soporte mediante el GNC caliente. Dicha administración es posible porque el GN meta se puede bombear a alta presión y luego se puede calentar para producir a corriente de GNC a alta presión, que transportará al material de soporte hacia el interior de las fisuras formadas o ampliadas por el GN meta que se envió hacia abajo previamente. El material de soporte ideal puede ser seleccionado en el mismo sitio por expertos familiarizados con las condiciones locales y el conjunto de materiales de soporte disponibles, incluyendo arena o materiales de soporte artificiales tales como las esferas de cerámica. El material de soporte se puede lubricar, para facilitar su tránsito a traves de la cañería, y para evitar que raspe la cañería.

El material de soporte lubricado se suministra usando GNC caliente a alta presión, en vez de GN meta. Luego de la administración del material de soporte, la presión se puede liberar, relajando ligeramente la formación, pero las fisuras se pueden mantener abiertas con el material de soporte, permitiendo que el gas natural que se envió previamente, y el gas natural dentro de la formación se mezclen y se eleven hacia la superficie como una corriente. Durante las primeras etapas del proceso de fragmentación, incluyendo las anteriores a la administración del material de soporte, dicho GN que retorna se puede recomprimir y reenfriar para formar más GN meta, y luego recircularlo para proseguir con el proceso de fragmentación. Por lo tanto, el GN que se utiliza para producir el GN meta será una mezcla del GN meta que se envió previamente hacia abajo y todo el GN liberado por la formación fracturada.

Las diferentes corrientes de GN en las formas de realización que se divulgan, que varían en su fase, temperatura, presión, y función, son las siguientes. El GN meta se denomina aquí con el número 50a; el GNC caliente a alta presión se denomina aquí con el número 50b; la corriente de GNC y material de soporte se denomina aquí con el número 50c. Dichas tres corrientes, en diferentes momentos y para diferentes propósitos según se describe en detalle aquí, se envían hacia abajo al interior de la formación subterránea. El flujo de la corriente de GNC de retorno, que vuelve a la superficie desde la formación subterránea, se denomina aquí con el número 52.

Ahora con referencia a la Figura 2, se describirá una forma de realización indicativa de un sistema de fracturación no hidráulica. El sistema de fracturación no hidráulica 10 comprende un sub-sistema 12 que suministra GN meta, un tanque de almacenamiento criogénico 14 para almacenar el GN meta, y una red de los caños 20a-20g que conecta al equipo sobre la superficie con la formación subterránea 18. El equipo 12 de suministro de GN meta incluye un conjunto de equipos de producción, que puede comprender diferentes combinaciones de componentes tales como una máquina motriz 22, que puede ser cualquier motor apropiado, un compresor 24, un enfriador 26, un secador de gas 28, uno o más intercambiadores de calor 30 para el GN meta, y una bomba criogénica 32, y todos los otros componentes, incluyendo, pero de manera no taxativa, a válvulas, sensores, y expansores, que juntos forman una planta de gas natural 34 que puede producir GN meta en fase densa. También se incluye en el equipo por lo menos un dispositivo de desplazamiento positivo, es decir, el compresor 24 y la bomba criogénica 32 que funcionan como un dispositivo de desplazamiento positivo para desplazar al GN meta a través de los caños 20b-20c hacia el interior de una formación subterránea 18. Sin embargo, se debería notar que el dispositivo de desplazamiento positivo puede ser cualquier dispositivo que haga que un fluido se desplace, atrapando una cantidad fija del mismo y luego forzando, es decir, desplazando, a dicho volumen atrapado hacia el interior de un caño de descarga, e incluyen, pero de manera no taxativa, bombas de desplazamiento positivo, como por ejemplo bombas reciprocantes, o compresores configurados para llevar a cabo un trabajo de “bombeo”, como por ejemplo compresores de tornillo.

El tanque de almacenamiento criogénico 14 está conectado en comunicación de fluidos con el equipo 12 de suministro de GN meta a través de uno o más caños u otros conductos de manera que se pueda almacenar el GN meta producido para utilizarlo. A su vez, uno o más de los dispositivos de desplazamiento positivo (es decir, el compresor 24 y la bomba criogénica 32) están conectados en comunicación de fluidos con el tanque de almacenamiento criogénico 14 y el equipo 12 de suministro de GN meta. Por último, la red de caños 20a-20f se encuentra en conexión de fluidos con los dispositivos de desplazamiento positivo (es decir, el compresor 24 y la bomba criogénica 32) de modo que los mismos puedan “bombear” de manera efectiva al GN meta hacia el interior de los caños. Aunque son posibles muchas configuraciones, en una forma de realización indicativa, los dispositivos de desplazamiento positivo (compresor 24 y bomba criogénica 32) están conectados al caño 20b y/o al caño 20c.

El equipo 12 de suministro de GN meta se puede disponer como una única unidad sobre una formación subterránea que contiene gas natural (y/o petróleo o condensados), donde el pozo inmediatamente adyacente a la planta de gas natural 34 suministra GN meta, y/o donde otro pozo a cierta distancia actúa como el “venteo para extracción de metano” donde todo el GN caliente puede retornar a la superficie. Dicho segundo pozo puede estar conectado nuevamente al primer pozo y al equipo 12 de suministro de GN meta mediante una cañería de GN de superficie (o cercana a la superficie), completando un “circuito”. Dicho circuito, que puede contener varias válvulas para el alivio de presión, puede permitir que se acumule presión en la formación subterránea, y puede permitir una rápida reducción de la presión mediante las válvulas integradas. Dicha reducción rápida de la presión puede dar como resultado un enfriamiento del metano que se encuentra dentro de las fisuras subterráneas a las que sirve el “circuito” y puede actuar creando tensiones dinámicas en la formación debido a la fluctuación de la presión y al rápido enfriamiento del GN dentro del sistema, que potencialmente puede liberar más hidrocarburos de la formación.

Una variación puede tener dos (o más) instalaciones con equipos 12 de suministro de GN meta separados a cierta distancia, conectados a la amplia red de cañería subterránea por una o más conexiones de cañería montadas en la superficie entre las instalaciones de los equipos 12 de suministro de GN meta, permitiendo obtener un régimen flexible de inyección del GN meta e inyecciones de GNC caliente desde varias direcciones de una manera que intensifique el choque térmico en la formación subterránea, y pueda ofrecer varios “caminos de menor resistencia” para que el metano que se libera pueda elevarse hasta la superficie.

Por lo menos parte de la cañería subterránea puede tener perforaciones 21 en los caños horizontales que permitan que el GN meta 50a entre en las fisuras 19 de la formación subterránea 18. Como se expone en más adelante con mayor detalle, se puede proveer un diseño de dos caños que incluye un primer caño y su zona anular circundante así como un par de los caños separados por cierta distancia. El par de los caños se puede conectar en la superficie, entre sí, y con el equipo 12 de suministro de GN meta en dicho punto de conexión.

Se muestran la cañería subterránea, y el interior de la formación que contiene hidrocarburos, donde el caño 20c es la cañería vertical que suministra el GN meta 50a a la fracturación, y luego la corriente de GNC y el material de soporte 50c. Se muestra el sistema de cañería horizontal perforada 20d (no está a escala) a cierta profundidad bajo la superficie. La cañería vertical de GN meta se puede suplementar con un caño elevador vertical 20e, que permite que el GN meta 50a (y luego, el gas que se libera, el metano vaporizado, y/o los hidrocarburos recuperados) retornen a la superficie, como se expone con mayor detalle aquí, sin calentar la cañería criogénica, y permitiendo que el metano criogénico fluya hacia abajo mientras que el metano vaporizado más caliente fluya hacia arriba. Para obtener una mayor claridad, esta se muestra separada por cierta distancia del caño 20b, en un extremo distante del caño 20d. En caso de utilizarse dicha configuración, la porción de caño 20e que se encuentra sobre el nivel de la superficie puede retornar al equipo 12 de suministro de GN meta.

En algunas formas de realización indicativas se puede emplear un diseño de dos caños, que se muestra en la Figura 2. En esta configuración, el flujo descendente de GN meta 50a puede ocurrir al mismo tiempo que el flujo de retorno del GNC caliente 52, permitiendo un rápido enfriamiento de la formación subterránea 18 que se esté fracturando. Algunas formas de realización indicativas de diseños de dos caños incluyen un primer tramo de cañería sobre la superficie (aquí, los caños 20a y 20b), así como un par de los caños verticales subterráneos 20c, 20e separados por cierta distancia, donde los caños 20c y el caño perforado 20d actúan como el sistema de administración de GN meta 50a y material de soporte 42 y el caño 20e (situado, por ejemplo, a aproximadamente 200-500 pies de distancia) se encuentra “comunicado” con la misma formación y funciona como el “elevador” que permite que el GN meta que retorna (como flujo de retorno de GNC caliente 52) más todo el GN que se libera de la formación, se eleven hacia la superficie. Los caños 20e y 20a se pueden conectar en la superficie, entre sí y con el equipo 12 de suministro de GN meta en dicho punto de conexión, permitiendo de esa manera que el retorno del caño 20e pueda ser reenfriado y presurizado para volver a enviarlo abajo. En algunas formas de realización indicativas, el caño 20e está conectado en comunicación de fluidos con el equipo 12 de suministro de GN meta, que está conectado en comunicación de fluidos con el caño 20b.

Sin embargo, el caño 20e también puede estar situado en la misma perforación del pozo que el caño 20c. Más probablemente, para evitar costos excesivos, el caño 20e puede ser una zona anular que rodea al caño 20c. Dicho de otra manera, se puede utilizar una disposición de los caños concéntricos en la cual se pueden enviar hacia abajo las diferentes formas de GN descritas aquí en diferentes caños concéntricos y/o el GN puede retornar a la superficie en un caño concéntrico diferente a aquel por el que se envió el GN hacia la formación subterránea. Aquellos con experiencia en los sistemas de recuperación de gas natural pueden tomar diversas decisiones sobre cómo organizar la cañería vertical que se conecta con la cañería horizontal.

Algunas formas de realización indicativas comprenden además un sistema de GNC 36 para utilizar en el proceso de administración del material de soporte. El sistema de GNC 36 incluye diferentes combinaciones de componentes tales como un intercambiador de calor para el GNC 38 para calentar el GN meta altamente presurizado 50a para obtener GNC a alta presión 50b, así como válvulas y controles de programación lógica. Como se expone con mayor detalle aquí, la fuente de calor para calentar el GN meta bombeado a presión para obtener GNC puede ser el calor residual 23 proveniente de la máquina motriz 22. Si es necesario más calor del que se puede recuperar de la corriente residual de la máquina motriz, entonces se puede utilizar un calentador alimentado a gas (no se muestra) para suplementar el calor residual disponible. También se provee una tolva para el material de soporte 40, que está conectada en comunicación de fluidos con el sistema de GNC 36 para dispensar el material de soporte 42 dentro de la corriente de GNC a alta presión 50b que sale del sistema de GNC 36. Aunque en la Figura 2 se muestra como por bloques separados para obtener una mayor claridad, todo el equipo sobre el nivel de la superficie, incluyendo el equipo 12 de suministro de GN meta y el sistema de GNC 36, se puede instalar como un único proceso sin distinción entre las producciones de GN meta y GNC. Se debería notar que la Figura 2 ilustra un posible conjunto de relaciones entre el equipo sobre la superficie y las cañería subterráneas verticales y horizontales. Aquellos con experiencia en el arte probablemente encontrarán otras diversas disposiciones, que están contempladas en la presente divulgación.

Durante la operación, el equipo 12 de suministro de GN meta lleva a cabo un paso preliminar de producción del GN meta, y esto se puede realizar por cualquiera de los métodos o sistemas para comprimir y enfriar GN conocidos, de manera tal de convertirlo en GN meta 50a. Los procesos para producir GN meta comprenden aplicar al GN la temperatura y la presión apropiadas, y dichos parámetros de presión y temperatura se describen aquí con mayor detalle. Una ventaja significativa de las formas de realización que se divulgan es que el medio de fracturación se puede producir en el sitio de la formación subterránea que está siendo explotada. Más particularmente, el GN meta 50a se puede producir en el sitio del pozo a partir del gas de una cañería cercana o de I gas de un pozo de gas natural cercano (que puede estar “apartado” o puede estar conectado por una cañería), en vez de importarlo al sitio como GNL o LPG. Tanto el gas de alimentación para alimentar la máquina motriz 22 como el gas de alimentación para comprimir y enfriar para obtener GN meta se pueden obtener de un pozo cercano de GN, un pozo petrolífero completado cercano que produce “gas asociado", una cañería cercana, un única lote de GNL suministrado al sitio, o alguna combinación de fuentes de GN. Sin embargo, luego del arranque inicial, gran parte del GN meta 50a que se envió hacia abajo al interior de la formación subterránea 18 se extrae de la formación subterránea objetivo o se reciela del GNC que retorna a la superficie por el caño 20e, obviando la necesidad de suministrar más GN o GNL desde una fuente ajena al sitio, y obviando la necesidad de usar grandes recipientes de almacenamiento en el sitio. Para muchas instalaciones, las fuentes de GN cercanas disponibles obviarán la necesidad de “importar” GNL.

En algunas formas de realización indicativas, el GN meta 50a que se utiliza para la fracturación se produce en el equipo 12 de suministro de GN meta y se almacena en un tanque de almacenamiento 14 criogénico, de presión moderada (por ejemplo, aproximadamente 700-800 psia). El GN meta almacenado se bombea a presión con una bomba para líquido criogénico 32, o un dispositivo de desplazamiento positivo equivalente. Esta presión puede encontrarse dentro del rango entre aproximadamente 4.000-12.000 psia para muchas formaciones subterráneas, pero puede ser mayor que eso si la formación es muy profunda. Como se sabe en la teenología de la fracturación, formaciones más profundas requiere mayor presión. Cuando se envía hacia abajo el GNC a alta presión, para propósitos de choque térmico y/o de administración del material de soporte, se intercambia el calor del GN meta a alta presión 50a (ligeramente calentado por el calor del bombo) con el, gas de alimentación a baja presión a la temperatura ambiente usando el equipo 12 de suministro de GN meta, enfriando a dicho gas de alimentación y calentando el GN meta saliente a alta presión, por ejemplo, para obtener GNC a 30°F. Dicho enfriamiento del gas de alimentación al suministro de GN meta contribuye a reducir el trabajo necesario para producir más GN meta 50a. Se debería notar que el equipo 12 de suministro de GN meta ofrece la flexibilidad necesaria para producir GN meta a cualquier temperatura, por ejemplo, más frío que aproximadamente -150°F, a una presión de 700 psia (o mayor) permitiendo que dicho gas natural en fase metacrítica, no líquido, pueda ser bombeado a cualquier presión que se desee (por ejemplo, de hasta aproximadamente 12.000 psia) con bombas para líquidos criogénicos o dispositivos de desplazamiento positivo equivalentes. Dicho método evita la necesidad de utilizar compresores para llevar al metano frío hasta la alta presión.

El GN meta 50a sale del equipo 12 de suministro de GN meta y es bombeado a presión por uno o más de los dispositivos de desplazamiento positivo. Por ejemplo, la bomba criogénica 32 puede bombear el GN meta 50a hasta una presión suficiente para enviarlo por los caños 20b-20d, típicamente que puede ser mayor de aproximadamente 2.000 psia. Más particularmente, el “circuito” de gas de fracturación de los caños 20a-20f se puede variar en función de la temperatura y la presión del flujo descendente de GN meta 50a y en función de la duración de dicho flujo. Con el equipo 12 de suministro de GN meta y el dispositivo de desplazamiento positivo que produce un caudal apropiado, el GN meta 50a fluye hacia abajo del terreno y hacia la formación subterránea 18 a través del caño vertical 20c.

En una forma de realización indicativa, el GN meta bombeado a presión se puede enviar hacia abajo a la formación geológica a 2.800 psia o a una presión mayor en un rango de temperaturas de entre aproximadamente -170°F y -220°F y puede perder una cantidad significativa de presión dentro de la formación geológica, cayendo hasta aproximadamente 500 psia pero formando algo de GNL dentro de las fisuras de la formación en condiciones entre aproximadamente 500 psia a -158°F y 285 psia a -197°F. En otra forma de realización indicativa, el GN meta bombeado a presión se puede enviar hacia abajo a la formación geológica a 2,800 psia o a una presión mayor y dentro del rango entre -160°F y -200°F, y puede perder solo una parte de su presión dentro de la formación geológica, cayendo a 700 psia o a una presión mayor y calentándose un poco, habiendo entregado una porción de su poder refrigerante para el “choque térmico” de la formación geológica.

Cuando el GN meta 50a entra al caño 20c a través de la válvula 58 y fluye desde arriba hacia la zona subterránea, hace que la geología que rodea al (a los) caño(s) vertical(es) se congele en un patrón radial, proveyendo de esa manera una zona de aislamiento congelada. Debido a esta razón, no es necesario aislar los caños verticales. Una vez en la formación subterránea 18, el GN meta 50a sale del caño 20d a través de las perforaciones que se muestran aproximadamente como 21 y entrega una alta presión y causa un choque térmico en la formación 18. Cuando la formación 18 se fractura creando o agrandando las fisuras debido a la presión y al choque, el dispositivo de desplazamiento positivo en superficie incrementa la presión sobre el flujo de GN meta hasta la presión necesaria para que las fisuras de la formación permanezcan abiertas, listas para aceptar el material de soporte. Como se mencionó anteriormente, son típicas las presiones dentro del rango de entre aproximadamente 4.000-12.000 psia, pero la presión variará basado en la formación y la profundidad de la roca cargada de hidrocarburos, donde las formaciones muy profundas requieren mayores presiones. Para mantener las altas presiones que se acumulan durante el proceso de fragmentación, las válvulas de control que se incluyen en el caño 20e se pueden regular para “obturar” dicho caño sin permitir que se reduzca la presión debido al escape del GN. Como quedará claro para expertos en las téenicas de fracturación, la acumulación de presión se puede realizar por etapas, incluyendo la aislamiento por porciones de la perforación del pozo.

En este punto, se suministra el material de soporte 42 a las fisuras 19 de la formación subterránea 18. Se puede utilizar cualquier material de soporte apropiado, incluyendo, pero de manera no taxativa, arena, cerámicas, cenizas, u otro material duro y suave de ese tipo que se pueda seleccionar en el futuro. Las esferas de cerámica artificiales pequeñas de diversas escalas proveen un material de soporte uniforme, relativamente duro y suave. Además, las esferas de cerámica no tienden a agruparse entre sí formando terrones y bloquean las fisuras y no absorberán el lubricante que se agrega a la corriente de material de soporte.

Aunque la arena es el material de soporte estándar que se utiliza en la fracturación hidráulica basada en agua (o basada en N2) para mantener expandidas las fisuras y evitar que vuelvan a colapsar y se cierren, otros materiales granulosos, como por ejemplo cenizas pueden no ser apropiados para administrar con agua (es decir, para la fracturación hidráulica estándar) porque la combinación de cenizas y agua podría formar un compuesto similar al cemento que podría restringir el caudal del GN. Se debería notar, sin embargo, que las formas de realización que se divulgan, en las que no se utiliza agua, no presentan dicha limitación. Por lo tanto, en las formas de realización indicativas se puede utilizar arena, y otras partículas duras de escala pequeña, de forma uniforme, que “fluyen” cuando se las suministra como materiales de soporte con lubricantes sustancialmente no acuosos a través de un soplador diseñado apropiadamente que está integrado corriente abajo del equipo de GNC 36. En algunas formas de realización indicativas, el material de soporte 42 se lubrica con cualquier fluido apropiado no tóxico y de bajo costo, natural o sintético, incluyendo, pero de manera no taxativa a los aceites vegetales o al biodiesel. El lubricante funciona desplazando el material de soporte 42 suavemente, con baja fricción, a través de la cañería y hacia el interior de la formación subterránea.

El material de soporte lubricado 42 es suministrado por GNC caliente a alta presión 50b. La alta presión se obtiene bombeando el GN meta. Más particularmente, el GNC se puede producir bombeando el GN meta 50a a una alta presión, enviándolo a través del caño 20f a un intercambiador de calor 38 en el sistema de GNC 36 para calentarlo por intercambio de calor con la corriente de GN, enfriando de esa manera el gas de alimentación, y donde el calor residual 23 proveniente de la máquina motriz 22 puede calentar sustancialmente al GN, desplazándolo de una fase metacrítica a un estado supercrítico, calentando en última instancia al GN meta para obtener GNC. La corriente de GNC a alta presión 50b sale del sistema de GNC 36, y la tolva para el material de soporte 40 dispensa el material de soporte 42 de manera controlada, a través de las válvulas 55 y 56, dentro de la corriente de GNC a alta presión 50b. El material de soporte 42 se encuentra con la corriente de GNC a alta presión 50b en el caño 20a. El GNC caliente a alta presión 50b transportará el material de soporte lubricado 42 de una manera muy similar a como el aire arrastra la arena en una tormenta de arena, pero sin el efecto abrasivo del “arenado”.

La corriente de GNC y material de soporte 50c fluye luego de manera descendente a través de los caños 20b y 20c; pasa por el caño 20d, y sale a través de las perforaciones 21 para fluir hacia las profundidades de las fisuras más pequeñas que son el resultado del proceso de fracturación. Se debería notar que, debido a la administración de GNC caliente a alta presión, no es necesario que el lubricante (y el material de soporte) toleren las condiciones de administración de enfriamiento profundo, y por lo tanto no es necesario que el lubricante y el material de soporte sean completamente no acuosos. Además, de manera ventajosa, la administración (por GNC) del material de soporte caliente a las fisuras de la formación subterránea no causa la formación de cristales de hielo ni “terrones” de material de soporte lubricado congelado. Sin embargo, el GNC a alta presión 50b puede estar suficientemente frío como para administrar también pellets de acetileno congelado, que al calentarse producirán explosiones localizadas en la formación subterránea que contiene hidrocarburos. Un paso con dichas características se puede utilizar para intensificar el proceso de fragmentación antes de enviar un material de soporte.

Luego de la administración del material de soporte 42, se puede liberar la presión sobre la corriente de GNC y el material de soporte 50c, relajando ligeramente la formación subterránea 18. Sin embargo, el material de soporte 42 mantiene abiertas las fisuras 19 que hay en la formación 18, permitiendo que el gas natural que se envió previamente hacia abajo, y el gas natural dentro de la formación se mezclen y se eleven como una corriente hacia la superficie por el caño 20e. Se debería notar que los protocolos para realizar de manera óptima los pasos de fracturación, administración del material de soporte y recuperación del GN pueden variar dependiendo de la aplicación, e incluyen factores tales como la profundidad de la formación, la longitud de la cañería horizontal en la formación, los hidrocarburo(s) que se desea extraer, y de la geología de la formación.

Durante el proceso de fragmentación, el GN meta 50a es calentado por el calor ambiente de la formación subterránea 18 y luego pasa hacia arriba caño 20e o por el espacio anular que rodea al caño, retornando a la superficie como el flujo de retorno de GNC caliente 52 aún algo presurizado. El flujo de retorno (flujo ascendente), de la corriente de retorno de GNC 52 caliente, que eventualmente consistirá casi por completo en GN liberado de la formación geológica, inicialmente estará caliente al llegar a la superficie, pero se enfriará cada vez más con el transcurso del tiempo en función del resultado del equipo 12 de suministro de GN meta. Por lo tanto, el suministro de energía que necesita la planta de gas natural 34 en la superficie será cada vez menor a medida que continúa la fracturación. El ciclo de GN meta 50a profundamente enfriado que se produce en la superficie y que retorna como un flujo de retorno de GNC 52 cada vez más frío se repite hasta que la fracturación da como resultado un GN que fluye libremente, lo que se realiza sin necesidad de un flujo entrante de GNL al sitio a gran escala, y por cierto sin utilizar líquidos para la fracturación, administración del material de soporte, o para mitigar los efectos de dichos líquidos de fracturación. Luego de administrar el material de soporte, la corriente de GNC que retorna 52 puede transportar cierta cantidad de material de soporte que no quedó atrapada en las fisuras. Dichas partículas se pueden filtrar para separarlas de la corriente de gas que se envía de retorno antes de transportarla a los clientes fuera del sitio. Dicho transporte a los clientes fuera del sitio se puede realizar por cañería o mediante vehículos tanque de GNL o GNCC. (“GNCC” es equivalente al GN meta, sobre su presión crítica y por debajo de su temperatura crítica.) Si el suministro fuera del sitio se realiza en forma criogénica (GNL o GNCC), el equipo de GNCC 34 en el mismo sitio puede continuar operando aún más allá del proceso de fragmentación.

Como se expuso anteriormente, donde el GN meta se bombea a 2.800 psia o a una presión mayor dentro de un rango de temperaturas de entre aproximadamente -170°F y -220°F, subsiguientemente la presión cae hasta aproximadamente 500 psia, pero el GN meta forma algo de GNL dentro de las fisuras de la formación en condiciones entre aproximadamente 500 psia a -158°F y 285 psia a -197°F. Dicha porción del GN meta que se envió al pozo que no forma inmediatamente GNL ante la caída de presión puede retornar a la superficie para recielar el GN meta, seguido subsiguientemente de la porción que formó el GNL, luego de que dicho GNL se vaporizó por el calor de la formación.

El GN meta que se licúa para obtener GNL al liberar algo de la presión y cuando cae por debajo de la presión crítica del gas natural (aproximadamente 700 psia) se filtrará dentro de las fisuras como la fase líquida de GNL ligeramente más fría, mediante lo cual es calentado (por la formación circundante), o debido a un incremento de la presión debido al equipo de bombeo sobre el nivel de la superficie, el GNL se volverá a formar como un vapor a alta presión (metacrítico), expandiendo más las fisuras. Dependiendo de la extensión en que el GNL se forme en una fisura, dicha fisura se propagará porque el líquido llenará las grietas más pequeñas y luego incrementará la presión en dichos puntos a medida que el gas natural cambia de fase líquida a gaseosa, debido a la ganancia de calor proveniente de la geología adyacente. Este fenómeno permite ajustar las presiones en la formación más allá de la presión crítica del GN, “flexionando” así la formación y utilizando los desplazamiento de fases del GN (de un fluido metacrítico a líquido y de vuelta) como otra “herramienta” para extender o ampliar las fisuras de la formación. Dicho de otra manera, la VRGE puede producir un choque térmico en la formación y causar grietas por fatiga, permitiendo que el GN que hay en la formación cambie de fase una y otra vez.

Donde el GN meta bombeado a presión se envía hacia abajo a la formación geológica a 2.800 psia o a una presión mayor y dentro del rango entre -160°F t -200°F, el mismo puede perder solo una parte de su presión dentro de la formación geológica, cayendo a 700 psia o a una presión mayor y calentándose un poco, habiendo entregado una porción de su poder refrigerante para el “choque térmico” de la formación geológica. El GNC de retorno a 700 psia ya no será GN meta (porque estará más caliente que la temperatura crítica del metano), pero a 700 psia será apropiado para reenfriarlo para obtener GN meta, sin necesidad de comprimir dicha corriente de retorno. En las formas de realización donde el GN se utiliza como refrigerante, solo será necesario que los compresores 24 de la planta de GN meta 34 compriman al metano que actúa como el suministro de refrigerante del proceso de GN meta, sin necesidad de comprimir el “gas de alimentación” que se transforma en GN meta, reduciendo así adicionalmente el suministro de energía que es necesario para mantener la VRGE funcionando.

Como se mencionó anteriormente, el GNC caliente a alta presión 50b se puede enviar hacia la formación subterránea 18 mediante los caños 20a-20c con material de soporte o sin el mismo. En este caso, la función refrigerante del suministro de GN meta en superficie se puede redirigir para producir GNC a alta presión 50b, (sin los costos operativos excesivos asociados con la compresión normal) y permitir que el equipo envíe al pozo GNC caliente a alta presión 50b, efectuando un choque en la formación enfriada previamente, calentándola, y luego volviendo a someterla a otro choque cuando se envía hacia abajo el GN meta 50a (producido por el mismo equipo de refrigeración ahora redirigido). Más particularmente, si se estima que es efectivo el choque térmico de la formación subterránea 18, a GNC caliente una corriente 50b a alta presión puede seguir rápidamente a un período de circulación de GN meta 50a, y dichos pasos se pueden repetir cualquier número de veces.

El GNC caliente a alta presión 50b se puede hacer circular por la formación geológica, elevando a la temperatura de la formación hasta 600°F (y más), seguido rápidamente por la Inserción de GN meta a aproximadamente -200°F, lo que puede dar un delta de temperatura de aproximadamente 800°F entre las condiciones reinantes en la formación y el GN meta. Dichos pasos se pueden repetir cualquier número de veces. Una vez que la formación subterránea 18 está suficientemente fría (congelada) por el GN meta, se puede volver a enviar hacia abajo por 20c y 20d una corriente de GNC caliente a alta presión 50b, sometiendo a la formación a un significativo choque térmico, lo que dará como resultado una fracturación, haciendo que se propaguen las nuevas fisuras 19. Una vez que se estima que la fracturación se ha completado, el caño 20a puede suministrar GNC cargado de material de soporte 50c a una presión apropiada para impulsar al material de soporte 42 hacia el interior de las fisuras 19 formadas previamente. Cuando se libera la presión, el material de soporte 42 permanecerá en las fisuras, manteniéndolas abiertas y permitiendo que el GN y los otros hidrocarburos atrapados previamente (y todo el GNC caliente a alta presión 50b que se utilizó para la VRGE) retornen a la superficie por el caño 20e.

EL flujo de retorno de GNC caliente 52 puede ser recielado por la planta de gas natural 34 para volver a refrigerarlo y comprimirlo, de ser necesario, para transformarlo nuevamente en GN meta 50a. Más particularmente, el gas a alta presión cercana a la ambiente, ahora GNC 50b, se calienta más con el calor de compresión recuperado que se obtiene como resultado de la compresión del gas de alimentación del suministro de GN meta 12, elevando la temperatura del GNC caliente a alta presión 50b sobre los 150°F. Se puede realizar un calentamiento adicional del GNC caliente a alta presión 50b con el calor residual recuperado proveniente de la máquina motriz 22 del equipo 12 de suministro de GN meta (un motor o turbina de gas) o usando un calentador alimentado con GN u otra fuente de calor. El GN meta 50a producido y almacenado temporariamente en un recipiente compensador criogénico, se puede bombear a presión, sometiéndolo a una “recuperación del frío” (que se recupera del GN meta antes de calentarlo), luego calentándolo a más de aproximadamente 600°F, y enviándolo hacia la formación subterránea, bajo presión, para elevar la temperatura de la formación, antes de realizar el choque térmico de la formación con GN meta a alta presión, frío (aproximadamente -200°F).

Se puede permitir que el GN meta frío y presurizado 50a que hay en la formación subterránea 18 experimente un “caída de presión” (liberando una válvula en la superficie), lo que puede generar bolsillos de GNL en la formación. No ocurrirá emisión de metano durante dicha caída de presión, porque el GN a baja presión se puede enviar de retorno al compresor del equipo 12 de suministro de GN meta para su recompresión y refrigeración, para dar GN meta. El contenido de frío del GN meta 50a se puede recuperar para permitir que la refrigeración produzca más GN meta. El nuevo GN meta 50a se envía luego hacia abajo por los caños 20b y 20c para realizar una segunda pasada a través de la formación subterránea 18 para repetir el ciclo, que se puede continuar repitiendo cualquier número de veces. Con cada uno de dichos ciclos, la formación subterránea 18 experimenta un choque térmico, y el GN meta 50a continuará moviéndose hacia el interior de las fisuras en expansión.

El ciclo del material que se envía frío y retorna más caliente se puede repetir muchas veces, donde el único costo operativo es la refrigeración que produce el equipo 12 de suministro de GN meta. Dichos costos operativos serán sustancialmente menores que los de adquirir GNL de una fuente fuera del sitio (usualmente distante) y suministrar dicho GNL al sitio del pozo. Más particularmente, la gran mayoría del GN meta que se produce se puede utilizar en el proceso de fragmentación, utilizando un muy pequeño porcentaje como combustible para hacer funcionar el equipo 12 de suministro de GN meta. Por ejemplo, de cada cien unidades de gas natural que se procesan en el equipo 12 de suministro de GN meta, aproximadamente entre 80 y 95 unidades serán del GN meta producido para continuar con la fracturación y solo aproximadamente entre 5 y 20 unidades se utilizarán como combustible para hacer funcionar el equipo 12 de suministro de GN meta. A medida que continúa la fracturación, el GN que retorna estará cada vez más frío con cada ciclo, permitiendo que el equipo 12 de suministro de GN meta produzca tanto como 95 unidades de GN meta por cada 5 unidades de GN consumido como combustible para hacer funcionar la planta.

Es importante hacer notar que en los sistemas y procesos que se divulgan no se envía ningún líquido, ni aún GNL, directamente al interior del pozo ni de la formación subterránea. Cualquier humedad que pueda encontrarse en las profundidades de la formación, cerca del caño horizontal 20d, se congelará durante el período en que se envía el GN meta, expandiéndose como hielo y contribuyendo a fracturar la formación. Toda la humedad o los hidratos de metano que estén presentes en la formación se pueden vaporizar durante la administración del material de soporte y pueden elevarse hacia la superficie por el caño 20e, como una pequeña porción del flujo de retorno GN 52 que llega al equipo 12 de suministro de GN meta. En algunas formas de realización indicativas, dicho equipo puede incluir secadores y sistemas de eliminación de C02, como por ejemplo tamices moleculares. Los hidrocarburos más pesados, como por ejemplo propano, etano, butano y otros similares se pueden separar (por enfriamiento) en el equipo 12 de suministro de GN meta, y se pueden enviar para su comercialización en forma líquida, independientemente del GN. También se debería hacer notar que para la fracturación (y para la administración del material de soporte) no se utiliza ningún otro GN más que el original y los hidrocarburos que se liberan (ya sean GN, petróleo o condensados) retornan a la superficie.

Dicha corriente de GN recuperado/que se libera 57 (y/o corrientes de petróleo o condensados) es un producto valioso que se recupera gracias a las formas de realización de los procesos de fracturación y sistemas que se describen aquí, y, como tal, es la meta principal de la VRGE. La temperatura y la presión del GN se pueden calibrar para la modalidad en que este se tome de la VRGE para suministrarlo al mercado. Por ejemplo, si el sitio no estuviese cerca de una cañería de GN, entonces la corriente de GN 57 puede ser GNL (o GN meta), apropiado para transportar en recipientes criogénicos y se puede suministrar a dichos recipientes mediante el caño 20g. Sin embargo, si el pozo está cerca de una cañería, entonces la corriente de GN 57 puede ser GN a cualquier presión y temperatura apropiadas y se puede suministrar mediante el caño 20g. Cuanto más frío esté el GN, más denso será el mismo a cualquier presión determinada, y dicha densidad es más sensible a la temperatura del gas que a su presión.

Una vez que la formación subterránea 18 comienza a liberar el GN atrapado anteriormente, el equipo 12 de suministro de GN meta en el mismo sitio puede continuar cumpliendo una función útil. El mismo puede producir GNL (o GN meta) a partir del GN recuperado, permitiendo que el GN recuperado pueda ser enviado para su venta (en camiones, remolques, coches de ferrocarril o buques tanque), aún en ausencia de una cañería. Si el pozo está situado en una cañería de gas natural o cerca de la misma, el equipo 12 de suministro de GN meta se puede utilizar, más allá de su papel en la fracturación y administración del material de soporte, para incrementar la densidad de la corriente de GN recuperado comprimiéndola y enfriándola, permitiendo de esa manera que cualquier cañería de un determinado tamaño transporte una mayor cantidad de gas natural. Dicho de otra manera, el equipo que se utiliza para la fracturación y administración del material de soporte se puede trasladar a un nuevo sitio del pozo para continuar con su función en la fracturación o puede permanecer en su ligar original, aumentando la densidad del metano recuperado de manera tal que este se pueda llevar a los mercados de una manera más eficiente, a la vez que simultáneamente se incrementa la capacidad de la cañería que lo lleva a los mercados y también proveyendo refrigeración que se puede utilizar para separar los hidrocarburos más pesados (propano, etano, butano, etc.) de la corriente de GN.

Como se mencionó anteriormente, los sistemas y métodos de fracturación no hidráulica que se divulgan utilizan GN meta para producir nuevas fisuras y expandir las f existentes no darán como resultado ninguna liberación de metano a la atmósfera. Esto es así aún en el contexto de las formaciones subterráneas profundas con hidrocarburos que contienen grandes cantidades de hidrocarburos (incluyendo al metano), que han estado contenidas durante milenios por la presión litostática. En vez de eso, el metano criogénico que fractura la formación que contiene hidrocarburos 18 permitirá que el metano atrapado Cunto con todo el metano que se utiliza en la fracturación) se eleve hacia el equipo montado en la superficie a través de la red de caños 20, en condiciones controladas, donde será re-refrigerado por el equipo 12 de suministro de GN meta y/o se lo insertará en una cañería adyacente (o un camión o buque tanque de GNL, u otro recipiente de GNL) que transporte al metano hasta los clientes.

Los sistemas y procesos de fracturación no hidráulica que se divulgan se pueden instalar en pozos con acceso a una cañería cercana, permitiendo que el GN que fluye para suministrarlo al mercado de la manera estándar. Como alternativa, en lugares demasiado alejados de las cañerías, la VRGE permite la licuefacción en el mismo sitio (o producción de GN meta) del metano que se libera, permitiendo de esa manera que los pozos en dichos lugares obtengan el producto recuperado del mercado en camiones, remolques o buques tanque, aún en ausencia de una cañería. Donde el GN es suministrado por una cañería, la VRGE permitirá suministrar mayores cantidades de metano, porque el GN meta (y aún el GN moderadamente frío) tiene una densidad mucho mayor que el GN estándar, incrementando de esa manera la capacidad de las cañerías con dichas características. Una cañería de un determinado diámetro transportará más producto (en Ibs y BTUs) si dicho producto es más denso.

Las formas de realización de VRGE que se divulgan también son apropiadas para campos de gas de “calidad para cañerías” y para el gas con mayores concentraciones de C02, agua, N2 o hidrocarburos pesados, porque la VRGE puede incluir cualquier grado de depuración necesario para eliminar los componentes que no son metano del GN recuperado. (La fracturación hidráulica con agua o N2L no provee dicha opción). Muchas de las téenicas que se utiliza para “noquear” el C02, el agua, el N2 y los hidrocarburos pesados incluyen el uso de refrigeración. La VRGE, utilizando el sistema de producción de GN meta en superficie, puede asignar una porción de su capacidad de refrigeración (y salida de refrigeración “residual” de bajo grado) a dichos procesos de depuración. Por cierto, los hidrocarburos pesados (que frecuentemente se denominan gases naturales líquidos (“GNLs”), y que incluyen propano, butano, ¡sobutano, pentano y etano) que frecuentemente se encuentran en las corrientes de GN poseen un sustancial valor de mercado (a veces mayor que el valor del metano que se obtiene de la misma corriente de GN), y el uso de la refrigeración inherente a la VRGE para separar dichos hidrocarburos pesados para venderlos al mercado puede formar parte de las formas de realización indicativas de VRGE.

Para las formaciones que contienen hidrocarburos situadas más allá del alcance de las conexiones con cañerías de GN existentes efectivas en lo referente a los costos, situadas donde las cañerías cercanas tienen una capacidad limitada, o situadas donde el precio del GN es relativamente bajo en comparación con el precio del producto para el usuario final, la solución óptima para el metano recuperado es licuarlo y enviarlo al mercado en camiones (o buques) tanque para GNL, por fuera del sistema de cañerías, como un producto con “valor agregado”. Las formas de realización que se divulgan permiten que la misma planta de GN meta que produce el fluido para la fracturación sea también la instalación para la producción de GNL/GN meta que permite convertir el metano recuperado en GNL o GNCC y llevarlo al mercado por fuera de la red de cañerías de gas natural (mediante un camión o buque tanque).

También se debería comprender que los sistemas y métodos de fracturación no hidráulica que se divulgan se pueden adaptar para utilizarlos en formaciones geológicas compactas que contienen petróleo y/o condensados. Dichas instalaciones pueden tener diferentes conjuntos de protocolos como por ejemplo cuándo utilizar GN meta (para la fractu ración), cuándo enviar al pozo el material de soporte y a qué temperatura, y cuándo utilizar el GNC caliente para inducir el flujo de petróleo y/o condensados. Los hidrocarburos líquidos que pueden llegar a la superficie pueden incluir GN “asociado” suspendido en el líquido, que se puede dejar separar del líquido por ebullición. La salida de una instalación de ese tipo puede incluir petróleo crudo y/o condensados en forma líquida y el GN que se puede enfriar para obtener GN meta o GNL.

Cuando se aplica a las formaciones que contienen más petróleo que gas natural, las formas de realización de VRGE se pueden utilizar con flujo descendente de GN meta y un flujo de GNC caliente, alternativamente, realizando un choque térmico en la formación, y suministrando presión, pero donde el paso final es un flujo de GNC caliente para inducir el flujo de los hidrocarburos líquidos (por ejemplo, petróleo) atrapado anteriormente en la formación. El petróleo que se eleva puede contener cierta cantidad de GNC, que se puede separar por medios bien conocidos (tales como tratadores calentadores de pozo instalados en el sitio), con el metano recuperado y otros hidrocarburos gaseosos que se utilizan para alimentar el equipo, o se pueden enviar fuera del sitio como GN/GNL/GN meta/LPG/GNLs a los mercados que desean dichos productos, incluyendo a las plantas de procesamiento de gas.

Por lo tanto, se proveen sistemas, métodos y procesos de fractu ración no hidráulica. Se debería comprender que cualquiera de las anteriores configuraciones y componentes especializados se puede utilizar de manera intercambiable con cualquiera de los aparatos o sistemas de las formas de realización precedentes. Aunque aquí anteriormente se han descrito formas de realización ilustrativas, para alguien con experiencia en el arte será evidente que a las mismas se les pueden realizar diversos cambios y modificaciones sin apartarse del alcance de la divulgación. Es la intención que las reivindicaciones adjuntas cubran a todos dichos cambios y modificaciones que se encuentran dentro del verdadero espíritu y alcance de la invención.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Un método para fracturar formaciones subterráneas, CARACTERIZADO PORQUE comprende: bombear gas natural en fase metacrítica al interior de una formación subterránea para crear una o más fisuras en la formación o agrandarlas.

2. El método de la reivindicación 1 CARACTERIZADO PORQUE además comprende: mantener o incrementar la presión del gas natural en fase metacrítica que hay en la formación por bombeo de más gas natural en fase metacrítica al interior de las fisuras para mantener abiertas dichas fisuras.

3. El método de la reivindicación 2 CARACTERIZADO PORQUE además comprende suministrar un material de soporte al interior de la formación subterránea.

4. El método de la reivindicación 3 CARACTERIZADO PORQUE el material de soporte se lubrica.

5. El método de la reivindicación 3 CARACTERIZADO PORQUE el material de soporte se suministra con gas natural comprimido caliente.

6. El método de la reivindicación 5 CARACTERIZADO PORQUE el gas natural comprimido caliente se produce por bombeo de gas natural en fase metacrítica a presión y caliente.

7. El método de la reivindicación 5 CARACTERIZADO PORQUE además comprende liberar la presión del gas natural comprimido de manera tal que el material de soporte mantenga abiertas a las fisuras.

8. El método de la reivindicación 3 CARACTERIZADO PORQUE las fisuras se crean y se mantienen abiertas sin usar agua ni otros líquidos, y el material de soporte se suministra sin usar agua ni otros líquidos.

9. El método de la reivindicación 8 CARACTERIZADO PORQUE los pasos de fracturación y administración del material de soporte se llevan a cabo sin aditivos químicos para mitigar los efectos adversos del uso de líquidos.

10. El método de la reivindicación 1 CARACTERIZADO PORQUE el gas natural en fase metacrítica se produce en el mismo sitio.

11. Un proceso de fracturación no hidráulica CARACTERIZADO PORQUE comprende: bombear gas natural en fase metacrítica al interior de una formación subterránea para crear una o más fisuras en la formación o agrandarlas; y suministrar un material de soporte al interior de la formación subterránea.

12. El proceso de la reivindicación 11 CARACTERIZADO PORQUE además comprende mantener o incrementar la presión del gas natural en fase metacrítica para mantener abiertas dichas fisuras.

13. El proceso de la reivindicación 10 CARACTERIZADO PORQUE el material de soporte se lubrica.

14. El proceso de la reivindicación 10 CARACTERIZADO PORQUE el material de soporte se suministra con gas natural comprimido caliente producido por bombeo de un gas natural en fase metacrítica a presión y caliente.

15. El proceso de la reivindicación 10 CARACTERIZADO PORQUE las fisuras se crean y se mantienen abiertas sin usar agua ni otros líquidos y el material de soporte se suministra sin usar agua ni otros líquidos.

16. Un sistema de fracturación no hidráulica CARACTERIZADO PORQUE comprende: un suministro de gas natural en fase metacrítica; un tanque de almacenamiento criogénico para almacenar el gas natural en fase metacrítica, donde el tanque de almacenamiento criogénico está conectado en comunicación de fluidos con el suministro de gas natural en fase metacrítica; por lo menos un dispositivo de desplazamiento positivo conectado en comunicación de fluidos con el tanque de almacenamiento criogénico; una red de caños conectada en comunicación de fluidos con el por lo menos un dispositivo de desplazamiento positivo y el tanque de almacenamiento criogénico, donde por lo menos un caño se extiende hacia el interior de una formación subterránea.

17. El sistema de la reivindicación 16 CARACTERIZADO PORQUE el suministro de gas natural en fase metacrítica comprende una planta de gas natural en el mismo sitio configurada para convertir al gas natural en gas natural en fase metacrítica por compresión y refrigeración.

18. El sistema de la reivindicación 16 CARACTERIZADO PORQUE el gas natural en fase metacrítica fluye por la red de caños hacia el interior de la formación subterránea de manera tal que el gas natural en fase metacrítica crea una o más fisuras en la formación o las agranda.

19. El sistema de la reivindicación 18 CARACTERIZADO PORQUE el por lo menos un dispositivo de desplazamiento positivo incrementa la presión del gas natural en fase metacrítica para mantener abiertas a dichas fisuras.

20. El sistema de la reivindicación 18 CARACTERIZADO PORQUE además comprende un material de soporte; donde un gas natural comprimido a alta presión y caliente fluye por la red de caños y el material de soporte se suministra al interior de las fisuras de la formación subterránea mediante el gas natural comprimido a alta presión y caliente.