RU2652591C2

RU2652591C2 - Control system and apparatus for delivery of non-aqueous fracturing fluid

Info

Publication number: RU2652591C2
Application number: RU2016111661A
Authority: RU
Inventors: Вилльям ШАРМАХ; Дэниел ДАЛТОН; Грегори Дж. ПАННУЧИО
Original assignee: Праксайр Текнолоджи, Инк.
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2014-06-19
Publication date: 2018-04-27
Also published as: MX2016002590A; RU2016111661A; MX388595B; CN105683489A; CA2918748C; CN105683489B; WO2015030908A3; CA2918748A1; WO2015030908A2

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: system is described that provides a proppant for mixing in a fluid stream from a liquefied gas using an eductor to produce a proppant slurry, which is effectively regulated by a control valve system and the associated PLC controller. Said system ensures the operation of the system at various static pressure values and keeps the proppant completely flowable throughout the entire fracturing operation.

EFFECT: technical result is higher efficiency of controlling the concentration of proppant in the hydraulic fracturing fluid.

26 cl, 6 dwg, 1 tbl

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF THE INVENTION

[0001] Описана система регулирования и связанные с ней методика и установка для реализации способа с эдуктором-смесителем, который обеспечивает возможность инжектирования проппантного материала в неводный поток текучей среды гидроразрыва, используемый при операциях гидравлического разрыва пласта. Система и установка включают в себя эдуктор, герметичный сосуд, который служит резервуаром для проппанта, систему клапанов, расположенную между эдуктором и герметичным сосудом, и систему регулирования давления для изменения давления в герметичном сосуде с проппантом в ходе операции гидроразрыва. В системе регулирования используется сочетание положения регулировочного клапана и давления в резервуаре для проппанта для корректировки и задания скорости подачи проппанта в эдуктор для смешивания с неводной текучей средой и для регулирования концентраций проппанта в потоке текучей среды гидроразрыва.[0001] A control system and associated methodology and apparatus for implementing a method with an eductor-mixer are described, which makes it possible to inject proppant material into a non-aqueous hydraulic fracturing fluid stream used in hydraulic fracturing operations. The system and installation include an eductor, a sealed vessel that serves as a proppant reservoir, a valve system located between the eductor and the sealed vessel, and a pressure control system for changing the pressure in the sealed proppant vessel during the fracturing operation. The control system uses a combination of the position of the control valve and the pressure in the proppant reservoir to adjust and set the feed rate of proppant to the eductor for mixing with non-aqueous fluid and to control proppant concentrations in the fracturing fluid stream.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

[0002] Использование диоксида углерода для повышения добычи нефти и газа из пластов хорошо известно. Гидроразрыв на основе сжиженного газа является уникальным по сравнению с использованием традиционных текучих сред, таких как вода, и имеет определенные преимущества в пластах, чувствительных к воздействию воды и с низким давлением, включая стимулирование обратного потока текучей среды (т.е. извлечения воды/текучей среды, использованной при проведении гидроразрыва), что сводит к минимуму повреждение пласта, вызванное водой. См. Michael J. Economides, T. M. (2007). Modern Fracturing: Enhancing Natural Gas Production. (S. Weiss, Ed.) Houston, Texas, USA: Energy Tribune Publishing Inc. LCO₂, используемый при проведении гидроразрыва, обычно добавляется к высоконапорному потоку из воды и проппанта (обычно твердых частиц, таких как песок, полимерные гранулы, маркеры, гравий, и т.д. различных размеров и плотности) в устье скважины. Объединение воды с проппантом и добавление отдельного потока сжатого LCO₂ является наиболее обычным способом образования текучей среды гидроразрыва, активизированной CO₂.В значительной степени это объясняется тем, что проще смешивать проппант с водой при атмосферном давлении, чем добавлять проппант в жидкий диоксид углерода при давлении выше тройной точки углекислого газа (т.е. более 75,1 фунт/кв.дюйм абс. (0,52 МПа абс.)).[0002] The use of carbon dioxide to increase oil and gas production from reservoirs is well known. Hydraulic fracturing based on liquefied gas is unique compared to the use of traditional fluids such as water and has certain advantages in reservoirs that are sensitive to water and low pressure, including stimulating the return flow of the fluid (i.e., water / fluid recovery medium used during hydraulic fracturing), which minimizes formation damage caused by water. See Michael J. Economides, T. M. (2007). Modern Fracturing: Enhancing Natural Gas Production. (S. Weiss, Ed.) Houston, Texas, USA: Energy Tribune Publishing Inc. LCO₂The fracturing used is usually added to the high-pressure flow from water and proppant (usually solid particles such as sand, polymer granules, markers, gravel, etc. of various sizes and densities) at the wellhead. Combining water with proppant and adding a separate stream of compressed LCO₂ is the most common method of generating activated carbon fracture fluid₂.This is largely explained by the fact that it is easier to mix proppant with water at atmospheric pressure than to add proppant to liquid carbon dioxide at a pressure above the triple point of carbon dioxide (i.e., more than 75.1 psi (0, 52 MPa abs.)).

[0003] Оборудование является доступным и может использоваться для небольших операций гидроразрыва (например, чтобы поместить приблизительно до 20 тонн проппанта) для смешивания проппанта непосредственно с текучей средой гидроразрыва на основе жидкого диоксида углерода. Данное оборудование включает в себя находящийся под давлением сосуд и распределительную систему, которая осуществляет смешивание проппанта в потоке жидкого СО₂ до подачи в насосы высокого давления. Проппант загружают в смеситель CO₂. Смеситель герметизируют и после этого заполняют CO₂. В процессе гидроразрыва проппант смешивается с текучей средой гидроразрыва с помощью шнеков с гидравлическим приводом или самотеком через регулировочный клапан. См. Michael J. Economides, T. M. (2007). Modern Fracturing: Enhancing Natural Gas Production. (S. Weiss, Ed.) Houston, Texas, USA: Energy Tribune Publishing Inc. Как только порция LCO₂ и проппанта исчерпана, проведение гидроразрыва должно быть закончено или приостановлено для пополнения смесителя дополнительным проппантом.[0003] The equipment is affordable and can be used for small fracturing operations (for example, to place up to about 20 tons of proppant) for mixing proppant directly with liquid carbon dioxide fracturing fluid. This equipment includes a pressurized vessel and a distribution system that mixes proppant in a stream of liquid CO ₂ before being fed to high pressure pumps. The proppant is loaded into a CO ₂ mixer. The mixer is sealed and then filled with CO ₂ . During the fracturing process, the proppant is mixed with the fracturing fluid using hydraulically driven augers or by gravity flow through a control valve. See Michael J. Economides, TM (2007). Modern Fracturing: Enhancing Natural Gas Production. (S. Weiss, Ed.) Houston, Texas, USA: Energy Tribune Publishing Inc. Once the portion of LCO ₂ and proppant has been exhausted, fracturing should be completed or suspended to replenish the mixer with additional proppant.

[0004] Предыдущие попытки, как описано в патенте US 4374545, предусматривают периодический процесс создания суспензии гидроразрыва из проппанта и LCO₂. Каждый модуль способен дозировать до 20 тонн проппанта одного типа и производит регулирование подачи проппанта с помощью использования дозирующего шнека. Добавление LCO₂ в нижнюю часть сосуда позволяет текучей и не содержащей пара суспензии проппанта покидать систему, а также поддерживает давление в сосуде.[0004] Previous attempts, as described in US Pat. No. 4,374,545, involve a batch process of creating a frac suspension from proppant and LCO ₂ . Each module is capable of dosing up to 20 tons of one type of proppant and adjusts the proppant flow using a metering screw. The addition of LCO ₂ to the bottom of the vessel allows the flowing and vapor-free proppant suspension to leave the system and also maintains pressure in the vessel.

[0005] Другая система описана в патентах US 8408289 и US 8689876, которые иллюстрируют вертикальный сосуд, где проппант дозируется в СНГ (сжиженный нефтяной газ), служащий базовой текучей средой гидроразрыва. Заполнение проппантом меняется в потоке текучей среды гидроразрыва, содержащей СНГ, за счет использования силы тяжести (посредством регулировочного клапана) или с помощью одного или более шнеков, расположенных внутри и вдоль нижней части источника подачи проппанта, или расположенных за пределами источника подачи проппанта. Инертный газ (в виде азота) закачивается в сосуд во время работы для поддержания давления в сосуде, чтобы гарантировать, что смесь СНГ останется в жидкой фазе для предотвращения обратного потока в сосуд.[0005] Another system is described in US 8408289 and US 8689876, which illustrate a vertical vessel, where the proppant is dosed in the CIS (liquefied petroleum gas), which serves as the base fracturing fluid. The proppant filling is changed in the frac fluid containing the LPG by using gravity (via a control valve) or by using one or more screws located inside and along the bottom of the proppant supply source, or located outside the proppant supply source. An inert gas (in the form of nitrogen) is pumped into the vessel during operation to maintain pressure in the vessel to ensure that the LPG mixture remains in the liquid phase to prevent backflow into the vessel.

[0006] Немеханический насос, такой как эдуктор, может использоваться для смешивания проппанта в потоке текучей среды гидроразрыва. Немеханические насосы имеют преимущество отсутствия движущихся частей, обычно имеют низкую стоимость и простые компоненты оборудования, и уже широко используются при введении соответствующего материала. Например, международная публикация WO 2012087388 описывает эдукторную систему для введения и смешивания полимерных добавок в потоке текучей среды гидроразрыва.[0006] A non-mechanical pump, such as an eductor, can be used to mix proppant in a fracturing fluid stream. Non-mechanical pumps have the advantage of no moving parts, usually have low cost and simple equipment components, and are already widely used in the introduction of the appropriate material. For example, international publication WO 2012087388 describes an eductor system for introducing and mixing polymer additives in a fracturing fluid stream.

[0007] Основное применение жидкостного эдуктора для перемещения и смешивания твердых частиц в значительной степени определяется отношением движущего потока (т.е. входящего потока текучей среды в эдуктор (без добавления проппанта)) к скорости увлечения твердых частиц для регулирования концентрации твердых частиц. По мере того, как жидкости проходят через сужающееся сопло эдуктора, потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию, в результате чего образуется струйный поток с высокой скоростью. Данное изменение в энергии приводит к локализованному снижению статического давления, что создает всасывание в корпусе эдуктора. Это всасывание позволяет материалу втягиваться в эдуктор и увлекаться текучей средой (LCO₂ и т.д.). Эдуктор служит двойной цели: смешиванию в сопле, а также втягиванию материала в текучую среду с обеспечением тщательного перемешивания. В более традиционных способах, таких как использование песка или аналогичного проппантного материала для получения суспензий на водной основе, вязкостные свойства воды способствуют втягиванию твердых материалов в корпус эдуктора, где происходит всасывание. Сложности появляются, когда необходимо создать суспензию твердых частиц в текучей среде с относительно низкой вязкостью (по сравнению с водой), такой как жидкий диоксид углерода (LCO₂). Настоящее изобретение удовлетворяет потребность добавления проппанта в такие текучие среды на основе более полного регулирования, обеспечивая доставку однородной текучей среды гидроразрыва к насосным установкам высокого давления перед закачиванием в устье скважины.[0007] The main use of a liquid eductor for conveying and mixing solid particles is largely determined by the ratio of the driving stream (ie, the incoming fluid stream to the eductor (without adding proppant)) to the entrainment rate of the solid particles to control the concentration of solid particles. As liquids pass through the narrowing nozzle of the eductor, the potential energy is converted into kinetic energy, resulting in a high-velocity jet stream. This change in energy leads to a localized decrease in static pressure, which creates suction in the eductor housing. This suction allows the material to be drawn into the eductor and entrained fluid (LCO _2, etc.). The eductor serves a dual purpose: mixing in the nozzle, as well as drawing the material into the fluid to ensure thorough mixing. In more traditional methods, such as using sand or a similar proppant material to form water-based suspensions, the viscous properties of water help to draw solid materials into the eductor housing where suction takes place. Difficulties arise when it is necessary to create a suspension of solid particles in a fluid with a relatively low viscosity (compared to water), such as liquid carbon dioxide (LCO ₂ ). The present invention satisfies the need to add proppant to such fluids based on more complete control by delivering uniform fracturing fluid to high pressure pumping units before being pumped into the wellhead.

[0008] Система и способ, описанные в патенте US 7735551, используются для смешивания газообразного азота с проппантом для гидроразрыва подземного нефтегазоносного или угольного пласта. Смешивание проппанта и газа происходит при давлении, достаточном для гидроразрыва пласта. В одном варианте осуществления используется эдуктор для введения проппанта в парообразный поток, причем эдуктор находится в сообщении со стволом скважины. Проппантный материал или подается под действием силы тяжести из резервуара для проппанта в эдуктор с помощью регулировочного клапана, или подача регулируется с помощью шнека. Описанная система предусматривает использование или положения клапана или скорости шнека для регулирования поступления проппанта в парообразный поток для достижения заданных заполнений проппантом. Давление в головном пространстве резервуара для проппанта поддерживается на постоянном уровне во время всей стимуляции.[0008] The system and method described in US Pat. No. 7,735,551 are used to mix gaseous nitrogen with proppant to fracture an underground oil and gas or coal seam. The mixing of proppant and gas occurs at a pressure sufficient for hydraulic fracturing. In one embodiment, an eductor is used to introduce proppant into the vapor stream, the eductor being in communication with the wellbore. The proppant material is either fed by gravity from the proppant tank to the eductor using a control valve, or the feed is controlled by a screw. The described system involves the use of either valve position or screw speed to control the flow of proppant into the vapor stream to achieve predetermined proppant fillings. The pressure in the head space of the proppant reservoir is maintained constant throughout the stimulation.

[0009] Для преодоления недостатков предшествующего уровня техники задачей настоящего изобретения является создание механизма регулирования для обеспечения функционирования системы доставки проппанта в сжиженный газ, такой как LCO₂, для целей гидроразрыва подземного пласта. Хотя описываемый в настоящем документе сжиженный газ относится к LCO₂, в качестве примера он может быть сочетанием несмешивающихся и смешивающихся текучих сред, таких СО₂ и метанол, CO₂ и биодизель, или CO₂ и вода. В частности, разработанный механизм регулирования использует эдуктор вместе с регулировочным клапаном проппанта и подушечным давлением (как определено ниже) в резервуаре для проппанта для регулирования заполнения проппантом при заданных концентрациях по существу равномерным образом.[0009] To overcome the disadvantages of the prior art object of the present invention to provide an adjusting mechanism for the operation deliver proppant into liquefied gas system such as LCO _2, for purposes of fracturing a subterranean formation. Although the liquefied gas described herein refers to LCO ₂ , it can be exemplified by a combination of immiscible and miscible fluids such as CO ₂ and methanol, CO ₂ and biodiesel, or CO ₂ and water. In particular, the developed control mechanism uses an eductor together with a proppant control valve and pad pressure (as defined below) in the proppant tank to control proppant filling at given concentrations in a substantially uniform manner.

[00010] Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение системы, предназначенной для смешивания проппанта и текучей среды гидроразрыва при давлениях, существенно более низких, чем поверхностное давление обработки (например, на уровне или ниже 400 фунт/кв. дюйм (2,76 МПа)).[00010] Another object of the present invention is to provide a system for mixing proppant and fracturing fluid at pressures substantially lower than the surface treatment pressure (eg, at or below 400 psi (2.76 MPa)) .

[0011] Еще одной задачей настоящего изобретения является создание системы, в которой эдуктор может использоваться вместе с жидкостью, и при этом указанная система не использует шнек для целей дозирования проппанта в текучую среду гидроразрыва.[0011] Another objective of the present invention is to provide a system in which the eductor can be used together with the liquid, and this system does not use a screw for the purpose of dispensing proppant into the fracturing fluid.

[0012] Другие цели и аспекты настоящего изобретения станут очевидны специалисту в данной области после рассмотрения описания, чертежей и формулы изобретения, приводимых ниже.[0012] Other objects and aspects of the present invention will become apparent to a person skilled in the art after reviewing the description, drawings, and claims below.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

[0013] Настоящее изобретение описывает систему и связанную с ней установку для изменения скоростей увлечения проппанта сжиженным газом или жидкостью с относительно низкой вязкостью (т.е. меньше, чем у воды при 1 сантипуаз (сП)), (например, диоксидом углерода), использующую эдуктор. В частности, в данной системе применяется резервуар для проппанта, система клапанов, эдуктор и источник давления для создания надлежащей концентрации проппанта в движущемся потоке текучей среды гидроразрыва для использования при стимулировании подземных пластов, например, новых и существующих нефтегазовых скважин. Шнек не используется для дозирования проппанта в настоящем изобретении. Сосуд изолируют от атмосферы для достижения надлежащего изменения давления. Рабочее давление оборудования в настоящем изобретении, включающем в себя резервуар для проппанта и эдуктор, находится в диапазоне от примерно 100 до 400 фунт/кв. дюйм (0,69-2,76 МПа).[0013] The present invention describes a system and associated apparatus for varying proppant entrainment rates with a liquefied gas or a relatively low viscosity liquid (ie, less than that of water at 1 centipoise (cP)), (eg, carbon dioxide), using eductor. In particular, this system uses a proppant tank, valve system, eductor and pressure source to create the proper proppant concentration in a moving fracturing fluid stream for use in stimulating subterranean formations, for example, new and existing oil and gas wells. The screw is not used to dispense proppant in the present invention. The vessel is isolated from the atmosphere to achieve a proper pressure change. The operating pressure of the equipment in the present invention, including the proppant tank and eductor, is in the range of about 100 to 400 psi. inch (0.69-2.76 MPa).

[0014] Эдуктор твердых частиц - транспортирующей жидкости используется для смешивания и ускорения проппанта внутри основного жидкостного потока. Эдуктор может варьировать в размерах (с различными соплами и хвостовой частью), чтобы приспособиться к скоростям потока, необходимым для конкретной скважины. После того, как определено требующееся количество движущего потока, реализуется система регулирования. Система регулирования использует по меньшей мере один клапан для регулирования потока проппанта из одного или более находящихся под давлением резервуаров для проппанта в эдуктор; посредством этого осуществляется смешивание материала с движущим потоком. Газ и/или жидкость подаются в верхнюю часть резервуара для проппанта для регулирования статического давления (как определено ниже) в резервуаре для проппанта. Изменение статического давления в резервуаре для проппанта расширяет спектр достижимых скоростей поступления проппанта из резервуара в эдуктор.[0014] A particulate conveying fluid eductor is used to mix and accelerate proppant within the main fluid stream. The eductor can vary in size (with different nozzles and a tail) to adapt to the flow rates needed for a particular well. After the required amount of the driving stream is determined, a control system is implemented. The control system uses at least one valve to control proppant flow from one or more pressurized proppant tanks to the eductor; through this, the material is mixed with the driving stream. Gas and / or liquid is supplied to the top of the proppant tank to control the static pressure (as defined below) in the proppant tank. Changing the static pressure in the proppant tank expands the range of achievable proppant flow rates from the tank to the eductor.

[0015] В одном аспекте изобретения предложен способ регулирования концентрации проппанта в текучей среде гидроразрыва, которая используется при стимуляции подземного пласта. Способ включает в себя:[0015] In one aspect of the invention, a method for controlling proppant concentration in a fracturing fluid that is used to stimulate a subterranean formation is provided. The method includes:

[0016] подачу потока движущей текучей среды из сжиженного газа при давлении от примерно 150 до 400 фунт/кв.дюйм изб. (1,03-2,76 МПа изб.) в эдуктор, при этом сжиженный газ смешивается с проппантом или суспензией проппанта в эдукторе с образованием текучей среды гидроразрыва, при этом находящийся под давлением резервуар для проппанта находится в положении для подачи суспензии проппанта в по меньшей мере один эдуктор;[0016] the flow of the fluid from the liquefied gas at a pressure of from about 150 to 400 psi (1.03-2.76 MPa g) into the eductor, while the liquefied gas is mixed with proppant or a suspension of proppant in the eductor with the formation of hydraulic fracturing fluid, while the pressurized proppant reservoir is in the position for feeding the proppant suspension into at least one eductor;

А) изменение подушечного давления в находящемся под давлением резервуаре для проппанта на величину от примерно -30 до 40 фунт/кв. дюйм (от примерно -0,21 до 0,28 МПа); иA) a change in pad pressure in the pressurized proppant reservoir by about −30 to 40 psi. inch (from about -0.21 to 0.28 MPa); and

В) дополнительное регулирование регулировочного клапана проппанта, расположенного между эдуктором и находящимся под давлением резервуаром для проппанта, для регулирования концентрации проппанта в диапазоне от примерно 0,1 до 10 фунт/гал проппанта (0,01-1,20 кг/л) в текучей среде гидроразрыва.C) additional regulation of the proppant control valve located between the eductor and the pressurized proppant reservoir to control the proppant concentration in the range from about 0.1 to 10 lb / gal proppant (0.01-1.20 kg / l) in fluid fracturing medium.

[0017] В другом аспекте изобретения предложена система регулирования концентрации проппанта в текучей среде гидроразрыва, которая используется при стимуляции подземного пласта. Система включает в себя:[0017] In another aspect of the invention, there is provided a system for controlling proppant concentration in a fracturing fluid that is used to stimulate a subterranean formation. The system includes:

А) обеспечение резервуара для проппанта, содержащего проппант или суспензию проппанта и находящегося в положении для подачи проппанта или суспензии проппанта в эдуктор;A) providing a proppant reservoir containing proppant or suspension of proppant and in position to supply proppant or suspension of proppant to the eductor;

В) обеспечение эдуктора для приема потока движущей текучей среды из сжиженного газа при давлении 150-450 фунт/кв. дюйм изб. (1,0-3,1 МПа), при этом эдуктор расположен ниже резервуара для проппанта и образует текучую среду, содержащую проппант, на выходе из эдуктора, после приема проппанта или суспензии проппанта из резервуара для проппанта; иC) providing an eductor for receiving a flow of driving fluid from a liquefied gas at a pressure of 150-450 psi. inch hut (1.0-3.1 MPa), wherein the eductor is located below the proppant reservoir and forms a proppant-containing fluid at the outlet of the eductor after receiving proppant or a proppant suspension from the proppant reservoir; and

С) обеспечение регулировочного клапана проппанта, расположенного между резервуаром для проппанта и эдуктором, при этом подушечное давление в резервуаре для проппанта варьирует от примерно -30 до 40 фунт/кв. дюйм (от примерно -0,21 до 0,28 МПа) для достижения концентрации, находящейся в диапазоне от примерно 0,1 до 10 фунт/гал проппанта (0,01-1,20 кг/л) в текучей среде гидроразрыва.C) providing a proppant control valve located between the proppant tank and the eductor, with pad pressure in the proppant tank varying from about -30 to 40 psi. inch (from about -0.21 to 0.28 MPa) to achieve a concentration in the range of from about 0.1 to 10 lb / gal proppant (0.01-1.20 kg / l) in the fracturing fluid.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0018] Указанные выше и другие аспекты, признаки и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из следующих чертежей, на которых:[0018] The above and other aspects, features and advantages of the present invention will be more apparent from the following drawings, in which:

[0019] на фиг. 1 представлен график, который иллюстрирует различия между скоростью движущего потока и влиянием на массовый расход песка/проппанта, сравнивая использование воды и сжиженного диоксида углерода.[0019] in FIG. 1 is a graph that illustrates the differences between the speed of a moving stream and the effect on sand / proppant mass flow, comparing the use of water and liquefied carbon dioxide.

[0020] На фиг. 2 представлен график, показывающий влияние подушечного давления на концентрацию проппанта в потоке текучей среды гидроразрыва для различных положений регулируемого компьютером клапана.[0020] FIG. 2 is a graph showing the effect of cushion pressure on proppant concentration in a fracture fluid stream for various positions of a computer-controlled valve.

[0021] На фиг. 3 представлена схема, отображающая вариант осуществления системы смеситель/резервуар, которая обеспечивает регулируемое инжектирование и смешивание проппанта с текучей средой сжиженного газа для гидроразрыва геологического пласта, при использовании эдуктора.[0021] FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of a mixer / tank system that provides controlled injection and mixing of proppant with a liquefied gas fluid to fracture a geological formation using an eductor.

[0022] На фиг. 4 представлена еще одна иллюстрация другого варианта осуществления общей системы с указанием некоторых аспектов регулирования процесса.[0022] FIG. 4 is yet another illustration of another embodiment of a general system, indicating some aspects of process control.

[0023] На фиг. 5 приводится графическое представление различных положений регулировочного клапана проппанта при низких подушечных давлениях и скорости движущего потока 23 гал/мин (87 л/мин).[0023] FIG. 5 is a graphical representation of the various positions of the proppant control valve at low cushion pressures and a flow rate of 23 gal / min (87 l / min).

[0024] На фиг. 6 приводится графическое представление различных положений регулировочного клапана проппанта при высоких подушечных давлениях и скорости движущего потока 23 гал/мин (87 л/мин).[0024] FIG. Figure 6 is a graphical representation of the various positions of the proppant control valve at high cushion pressures and a driving speed of 23 gal / min (87 l / min).

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0025] Настоящее изобретение включает в себя систему и установку для обеспечения непрерывной или полупериодической подачи жидкости гидроразрыва, при этом для скорости потока и способа регулирования скорости потока используется эдуктор, так что проппант может быть тщательно смешан с текучей средой в процессе образования потока текучей среды гидроразрыва и регулируется с помощью использования регулировочных клапанов и давлений в резервуаре для проппанта. Употребляемые здесь термины «текучая среда гидроразрыва» или «жидкость гидроразрыва» используются взаимозаменяемо и относятся к продукту, направляемому ниже по потоку к насосной установке для гидроразрыва. Эдуктор и сопряженная система клапанов должны быть правильно подобраны по размерам, чтобы обеспечивать эффективное ускорение проппанта и получаемой объединенной текучей среды суспензии проппанта в желаемой концентрации - в зависимости от требуемой скорости потока жидкости гидроразрыва. Эдукторы, которые могут применяться, включают в себя, например, струйные насосы, эжекторы, насосы Вентури, сифонные насосы, аспираторы, смесительные тройники, инжекторные насосы и т.д. Эдукторы могут включать в себя сопла переменного размера или отверстия, которые могут регулироваться посредством программируемого логического контроллера, или тому подобное, для поддержания допускаемого кавитационного запаса (NPSH) давления ниже по потоку от резервуара для проппанта, что обсуждается ниже. Это позволяет использовать широкий диапазон скоростей потока без смены сопла или самого эдуктора. На стороне всасывания эдуктора расположен большой резервуар (называемый резервуаром для проппанта) для содержания сухого проппанта или суспензии проппанта (смесь проппанта и сжиженного газа потенциально с другими добавками). Поступление проппанта или суспензии из резервуара в поток текучей среды регулируется с помощью клапана, расположенного между эдуктором и резервуаром. Для целей настоящего изобретения данный клапан будет называться «регулировочный клапан проппанта». Этот регулировочный клапан проппанта может быть одним из многочисленных типов, включая скользящий запор, ножевой клапан, пережимающий клапан и штуцерный клапан. Проппант загружают в резервуар через люк или посредством пневматической закладки, и после этого сосуд герметизируют. Затем в систему могут быть добавлены сухой газ (газы) или сжиженные газы. Сухой газ обычно добавляют в верхнюю часть резервуара, чтобы предотвратить аэрозолизацию проппанта.[0025] The present invention includes a system and apparatus for providing continuous or semi-periodic flow of fracturing fluid, an eductor being used for flow rate and a method of controlling flow rate, so that proppant can be thoroughly mixed with the fluid during the formation of the fracturing fluid flow and is regulated by the use of control valves and pressure in the proppant tank. The terms “fracturing fluid” or “fracturing fluid” as used herein are used interchangeably and refer to a product sent downstream to a fracturing pumping unit. The eductor and the coupled valve system must be sized appropriately to provide efficient acceleration of the proppant and the resulting combined fluid to the proppant suspension at the desired concentration, depending on the required fracturing fluid flow rate. Inductors that can be used include, for example, jet pumps, ejectors, venturi pumps, siphon pumps, aspirators, mixing tees, injection pumps, etc. The eductors may include variable-size nozzles or openings that can be controlled by a programmable logic controller, or the like, to maintain an allowable cavitation margin (NPSH) of pressure downstream of the proppant reservoir, as discussed below. This allows you to use a wide range of flow rates without changing the nozzle or the eductor itself. On the suction side of the eductor there is a large reservoir (called a proppant reservoir) for containing dry proppant or a suspension of proppant (a mixture of proppant and liquefied gas potentially with other additives). The flow of proppant or suspension from the reservoir to the fluid stream is controlled by a valve located between the eductor and the reservoir. For the purposes of the present invention, this valve will be referred to as a "proppant control valve." This proppant control valve can be one of many types, including a sliding lock, a knife valve, a pinch valve, and a union valve. The proppant is loaded into the tank through the hatch or by means of a pneumatic tab, and then the vessel is sealed. Dry gas (s) or liquefied gases can then be added to the system. Dry gas is usually added to the top of the tank to prevent proppant aerosolization.

[0026] Сжиженный газ может быть добавлен через нижнюю часть резервуара по отдельному трубопроводу для жидкости (называемому трубопроводом добавления жидкости), соединенному с нижней частью сосуда или, в качестве альтернативы, со стороной всасывания эдуктора. Сжиженный газ добавляют в нижнюю часть резервуара первоначально, чтобы предотвратить образование газовых карманов. Во время проведения гидроразрыва, сжиженный газ также может добавляться в нижнюю часть резервуара, чтобы стимулировать образование суспензии твердые частицы - сжиженный газ.[0026] Liquefied gas can be added through the bottom of the tank through a separate fluid line (called a liquid line) connected to the bottom of the vessel or, alternatively, to the suction side of the eductor. Liquefied gas is added to the bottom of the tank initially to prevent the formation of gas pockets. During hydraulic fracturing, liquefied gas can also be added to the bottom of the tank to stimulate the formation of a suspension of solid particles - liquefied gas.

[0027] Подготовка системы и использование установки для осуществления методики процесса в целом описывается следующим образом: проппант загружается в резервуар для проппанта, и в резервуар нагнетается газ до давления, превышающего давление в тройной точке сжиженного газа, чтобы гарантировать, что жидкость сохранится в резервуаре при добавлении сжиженного газа.[0027] The preparation of the system and the use of the installation to implement the process methodology is generally described as follows: the proppant is loaded into the proppant tank, and gas is pumped into the tank to a pressure higher than the pressure at the triple point of the liquefied gas to ensure that the liquid remains in the tank adding liquefied gas.

[0028] После установления движущего потока регулировочный клапан проппанта открывают, чтобы начать смешивание проппантного материала с потоком текучей среды гидроразрыва. Заполнение проппантом в текучей среде гидроразрыва и/или расход объединенного потока обычно измеряют с помощью радиоизотопного денситометра, магнитного расходомера, расходомера Кориолиса или других подходящих измерительных устройств. В настоящем изобретении корректировки положения открытия регулировочного клапана проппанта (т.е. между отверстиями различных размеров) определяют, исходя из измеренной концентрации твердых частиц ручными способами или с помощью использования автоматического, регулируемого компьютером, контура управления. Регулирование открытия и закрытия клапана позволяет осуществлять надлежащее дозирование проппанта в эдуктор. Концентрация твердых частиц в текучей среде гидроразрыва синонимична заполнению проппантом. Регулировка статического давления в резервуаре для проппанта используется для обеспечения более широкого диапазона функциональности клапана (как более подробно описано ниже). Дозирование проппанта с помощью регулировки регулировочного клапана проппанта и статического давления в резервуаре для проппанта позволяет обеспечить желаемое заполнение проппантом на галлон (или другую единицу меры жидкостей) текучей среды гидроразрыва. Эта загрузка или концентрация, как правило, находится в диапазоне от по меньшей мере 0,1 до 10 фунтов на галлон (0,01-1,20 кг/л). Еще более предпочтительный диапазон для некоторых операций гидроразрыва составляет от 0,1 до 4 фунт/гал (0,01-0,48 кг/л).[0028] After the motive stream has been established, the proppant control valve is opened to begin mixing the proppant material with the fracturing fluid stream. Proppant filling in frac fluid and / or combined flow rate is usually measured using a radioisotope densitometer, magnetic flowmeter, Coriolis flowmeter, or other suitable measuring devices. In the present invention, adjustments to the opening position of the proppant control valve (i.e. between openings of various sizes) are determined based on the measured concentration of particulate matter by manual methods or by using an automatic, computer-controlled, control loop. Regulation of the opening and closing of the valve allows proper dosing of proppant to the eductor. The concentration of solids in the fracturing fluid is synonymous with proppant filling. The adjustment of the static pressure in the proppant tank is used to provide a wider range of valve functionality (as described in more detail below). Dosing the proppant by adjusting the proppant control valve and the static pressure in the proppant tank allows you to provide the desired proppant filling per gallon (or other unit of measure of liquids) of the fracturing fluid. This charge or concentration is typically in the range of at least 0.1 to 10 pounds per gallon (0.01-1.20 kg / l). An even more preferred range for some fracturing operations is from 0.1 to 4 lb / gal (0.01-0.48 kg / l).

[0029] Использование подушечного давления (определяемого в данном изобретении как разница в давлении в головной части резервуара для проппанта и на выходе из эдуктора) обеспечивает необходимое статическое давление, увеличивающее общую способность достижения желаемой загрузки проппантом. Статическое давление в резервуаре в настоящем изобретении измеряется как разница в давлении в нижней части резервуара относительно давления, измеренного на выходе из эдуктора.[0029] The use of pad pressure (defined in this invention as the difference in pressure at the head of the proppant tank and at the outlet of the eductor) provides the necessary static pressure, increasing the overall ability to achieve the desired proppant load. The static pressure in the tank in the present invention is measured as the difference in pressure in the lower part of the tank relative to the pressure measured at the outlet of the eductor.

[0030] Изменений в статическом давлении обычно достигают с помощью регулирования потока сжатого газа (такого как газообразный диоксид углерода или азот) или жидкости (такой как сжиженный углекислый газ), подаваемого в верхнюю часть резервуара для проппанта. Кроме того, регулировочный клапан сброса давления может использоваться для сброса избыточного давления в головном пространстве резервуара. В идеале, подушечное давление меняется в ходе операции гидроразрыва, и рабочий диапазон поддерживается в пределах от -20 до 30 фунт/кв. дюйм (от -0,14 до 0,21 МПа). Избыточное подушечное давление может привести к более высокому заполнению проппантом, чем желательно в потоке текучей среды гидроразрыва. Подушечное давление, которое является слишком высоким, может привести к повышенной чувствительности регулировочного клапана проппанта, и точного регулирования требуемых концентраций проппанта добиться может быть более трудно. В этом случае подушечное давление должно быть уменьшено. В качестве альтернативы, подушечное давление, которое является слишком низким, может привести к ограничению поступления проппанта из резервуара для проппанта, в связи с чем концентрация проппанта в текучей среде гидроразрыва оказывается ниже, чем заданное значение. В этом случае подушечное давление должно быть увеличено.[0030] Changes in static pressure are usually achieved by controlling the flow of compressed gas (such as carbon dioxide gas or nitrogen) or liquid (such as liquefied carbon dioxide) supplied to the top of the proppant tank. In addition, a pressure relief control valve can be used to relieve excess pressure in the head space of the tank. Ideally, cushion pressure changes during a fracturing operation, and the operating range is maintained between -20 and 30 psi. inch (from -0.14 to 0.21 MPa). Excessive cushion pressure may result in higher proppant filling than is desirable in a fracturing fluid stream. Air pressure that is too high can lead to increased sensitivity of the proppant control valve, and it can be more difficult to precisely control the required proppant concentrations. In this case, the pillow pressure should be reduced. Alternatively, pad pressure that is too low may limit proppant flow from the proppant reservoir, and therefore the proppant concentration in the fracturing fluid is lower than a predetermined value. In this case, the pillow pressure should be increased.

[0031] Рабочие статические давления и давления на выходе эдуктора должны поддерживаться превышающими давление паров текучих сред гидроразрыва при рабочей температуре и/или превышать требуемую величину NPSH. Например, поддержание надлежащего давления для обеспечения сохранения жидкого диоксида углерода (LCO2) в однофазной текучей среде (жидкости) в насосных установках высокого давления для гидроразрыва требует примерно 50 фунт/кв. дюйм (0,34 МПа) NPSH, или, по меньшей мере, давления, существенно превышающего условия насыщения, для нормальной, безопасной и надежной работы насосных установок высокого давления. Значительные количества пара или подача текучей среды с более низкой величиной NPSH увеличивает риск появления воздушной пробки или кавитации. Эти условия негативно отразятся на производительности и могут привести к повреждению насосов высокого давления. Из-за риска образования воздушной пробки и кавитации операторы должны быть осведомлены о перепадах давления, необходимых для обеспечения надлежащей работы эдуктора.[0031] The working static and outlet pressure pressures must be maintained above the vapor pressure of the fracturing fluids at the operating temperature and / or exceed the required NPSH. For example, maintaining the proper pressure to maintain liquid carbon dioxide (LCO2) in a single-phase fluid (liquid) in high pressure fracturing pumping units requires about 50 psi. inch (0.34 MPa) NPSH, or at least a pressure well above the saturation condition, for normal, safe and reliable operation of high-pressure pump units. Significant amounts of steam or a fluid supply with a lower NPSH value increases the risk of air congestion or cavitation. These conditions will adversely affect performance and may result in damage to high pressure pumps. Due to the risk of air congestion and cavitation, operators must be aware of the pressure drops necessary to ensure proper operation of the eductor.

[0032] Рекомендуемые рабочие диапазоны давления для эдукторов обычно составляют от 15 фунт/кв. дюйм до 60 фунт/кв. дюйм (0,10-0,41 МПа), в зависимости от существующей «доступной» NPSH (или давления, доступного оператору, для обеспечения надлежащей производительности эдуктора при одновременном сохранении достаточного давления, превышающего давление насыщения, как описано выше). Скорости движущего потока, которые не в состоянии создать, по меньшей мере, перепад давления в эдукторе 10 фунт/кв. дюйм (0,07 МПа) или более, приведут к плохо разгружаемому проппанту или переполнению проппантом в последующем трубопроводе.[0032] Recommended operating pressure ranges for eductors are typically 15 psi. inch to 60 psi inch (0.10-0.41 MPa), depending on the existing “available” NPSH (or pressure available to the operator to ensure proper eductor performance while maintaining sufficient pressure in excess of saturation pressure as described above). Driving flow rates that are not able to create at least a pressure drop in the eductor of 10 psi. an inch (0.07 MPa) or more will result in poorly discharged proppant or proppant overflow in a subsequent pipeline.

[0033] Обходной трубопровод для текучей среды гидроразрыва присоединен вокруг эдуктора и также может быть использован для обеспечения возможностей увеличения скоростей потока текучей среды гидроразрыва без повышенных перепадов давления через эдуктор или для дополнительного разбавления концентрации проппанта в текучей среде гидроразрыва, выходящей из эдуктора. Это особенно полезно, когда необходимы более высокие, чем ожидается, скорости потока текучей среды гидроразрыва для поддержания соответствующего уровня допускаемого кавитационного запаса (NPSH). Например, если проведение гидроразрыва требует скорости перекачивания 40 барр./мин (63595,5 л/мин), и установленный эдуктор может обрабатывать только до 30 барр./мин (4769,6 л/мин) без появления опасности сохранения необходимой NPSH для давления на выходе, поток 10 барр./мин (1589,9 л/мин) может быть обведен вокруг эдуктора, в результате чего общий поток составит 40 барр./мин (63595,5 л/мин), при снижении максимальной концентрации проппанта, создаваемой смесительной установкой в потоке текучей среды гидроразрыва.[0033] A bypass for the fracturing fluid is connected around the eductor and can also be used to provide opportunities to increase the flow rates of the fracturing fluid without increased pressure drops through the eductor or to further dilute the proppant concentration in the fracturing fluid exiting the eductor. This is especially useful when higher than expected fracture fluid flow rates are needed to maintain an appropriate level of allowable cavitation margin (NPSH). For example, if hydraulic fracturing requires a pumping speed of 40 barrels per minute (63,595.5 l / min), and the installed eductor can only process up to 30 barrels per minute (4769.6 l / min) without the risk of maintaining the required NPSH for pressure at the outlet, a flow of 10 barrels per minute (1589.9 l / min) can be circled around the eductor, resulting in a total flow of 40 barrels per minute (63,595.5 l / min), while reducing the maximum proppant concentration created a mixing unit in a fracturing fluid stream.

[0034] Фактическая работа системы описывается с помощью двух отдельных стадий.[0034] The actual operation of the system is described in two separate steps.

А. ПРЕДПУСКОВАЯ СТАДИЯ:A. BEGINNING STAGE:

Во время предпусковой стадии выполняются следующие шаги:During the pre-launch stage, the following steps are performed:

(1) Резервуар для проппанта изолируют от эдуктора, и проппант/песок загружают в резервуар для проппанта через отверстие, расположенное на верху резервуара, или посредством трубопроводов пневматической закладки.(1) The proppant tank is isolated from the eductor, and the proppant / sand is loaded into the proppant tank through an opening located at the top of the tank, or through pipelines of a pneumatic bookmark.

(2) После этого в резервуаре для проппанта создают повышенное давление с помощью трубопровода добавления пара в верхней части резервуара.(2) Thereafter, increased pressure is generated in the proppant tank using a steam addition pipe at the top of the tank.

(3) Резервуар для проппанта после этого заполняют жидкостью через трубопровод для жидкости, находящийся в нижней части резервуара.(3) The proppant reservoir is then filled with fluid through a fluid conduit located at the bottom of the reservoir.

а) Одновременно жидкие добавки могут подаваться в верхнюю часть резервуара для проппанта для заполнения или для поддержания уровня жидкости в резервуаре.a) At the same time, liquid additives can be fed to the top of the proppant tank to fill or to maintain the liquid level in the tank.

b) Регулировочный клапан сброса давления используется для поддержания заданного давления в резервуаре для проппанта во время заполнения.b) A pressure relief control valve is used to maintain the set pressure in the proppant tank during filling.

(4) Как только заполнение закончено, может начинаться стадия работы.(4) Once the filling is completed, the work phase may begin.

B. Стадия работы:B. Stage of work:

(1) Текучую среду или движущую среду закачивают в основной трубопровод текучей среды через эдуктор.(1) A fluid or driving medium is pumped into the main fluid conduit through an eductor.

(a) Обходной трубопровод, который обходит эдуктор, может использоваться для расширения скоростей поступления текучей среды гидроразрыва за пределы ограничений, вызванных перепадом давления через эдуктор и, возможно, для предотвращения кавитации расположенных ниже по потоку насосов.(a) A bypass pipe that bypasses the eductor can be used to expand the flow rates of the fracturing fluid beyond the limits caused by the pressure drop across the eductor and possibly to prevent cavitation of downstream pumps.

(2) Регулировочный клапан проппанта далее открывают, и проппант получает возможность смешиваться в основном трубопроводе текучей среды в эдукторе.(2) The proppant control valve is then opened, and the proppant is allowed to mix in the main fluid conduit in the eductor.

а) Стопорный клапан может быть расположен рядом с регулировочным клапаном проппанта, чтобы выступать в качестве уплотнения в том случае, если регулировочный клапан проппанта не функционирует в качестве герметичного клапана.a) A check valve may be located adjacent to the proppant control valve to act as a seal if the proppant control valve does not function as a tight valve.

(3) Подушечное давление регулируют до заданного значения. Подушечное давление увеличивается с помощью поступления сжатого газа (или жидкости) в верхнюю часть резервуара проппанта. Подушечное давление уменьшается с помощью открытия регулировочного клапана сброса давления.(3) The air pressure is adjusted to a predetermined value. Cushion pressure is increased by the flow of compressed gas (or liquid) into the upper part of the proppant tank. Air pressure is reduced by opening the pressure relief control valve.

(4) Степень открытия регулировочного клапана проппанта регулируют для достижения желаемой концентрации проппанта в текучей среде гидроразрыва.(4) The degree of opening of the proppant control valve is adjusted to achieve the desired proppant concentration in the fracturing fluid.

(5) Подушечное давление можно скорректировать к новому значению для расширения диапазона достижимых концентраций.(5) Cushion pressure can be adjusted to a new value to expand the range of achievable concentrations.

[0035] На фиг. 1 показано соотношение между скоростью увлечения проппанта и скоростью движущего потока (т.е. скоростью потока воды или жидкого СО_2, поступающего в эдуктор) при использовании эдуктора модели 264 производства компании Schutte & Koerting. На фиг. 1 линия с пометкой «[1]» иллюстрирует производительность эдуктора, перекачивающего проппант и водную суспензию при использовании воды в качестве движущей текучей среды (как «базовая линия» для сравнения). Область и точки, отмеченные «[2]», иллюстрируют аналогичные условия, в которых однако вместо воды используется LCO₂ в качестве движущей и суспендирующей текучей среды. Низкая вязкость жидкого диоксида углерода (опять по сравнению с вязкостью воды), как полагают, приводит к различиям в тенденциях между скоростью поступления движущей текучей среды и скоростью увлечения и, таким образом, требуется стратегия регулирования, как предусмотрено в настоящем изобретении.[0035] FIG. Figure 1 shows the relationship between the proppant entrainment rate and the driving flow rate (i.e., the flow rate of water or liquid CO ₂ entering the eductor) using an Schutte & Koerting model 264 eductor. In FIG. Line 1 marked “[1]” illustrates the performance of an eductor pumping proppant and aqueous suspension using water as a driving fluid (as a “baseline” for comparison). The area and points marked “[2]” illustrate similar conditions in which, however, LCO ₂ is used as a driving and suspending fluid instead of water. The low viscosity of liquid carbon dioxide (again compared to the viscosity of water) is believed to lead to differences in trends between the flow rate of the driving fluid and the entrainment rate, and thus require a control strategy as provided in the present invention.

[0036] На фиг. 2 показана концентрация проппанта как функция подушечного давления и положения регулировочного клапана проппанта (например, клапана равнолинейного типа) при использовании жидкого диоксида углерода в качестве текучей среды гидроразрыва. На фиг. 2 проиллюстрирована получаемая концентрация проппанта в зависимости от подушечного давления и степени открытия регулировочного клапана проппанта. Как показано в настоящем документе, система регулирования функционирует в пределах диапазона подушечного давления от -25 до +30 фунт/кв. дюйм (от -0,17 до +0,21 МПа), и может еще функционировать в пределах диапазона от -30 до +40 фунт/кв. дюйм (-0,21 МПа до +0,28 МПа). В настоящем изобретении подушечное давление используется как средство грубой регулировки заполнения проппантом, тогда как степень открытия регулировочного клапана проппанта используется как средство точной регулировки заполнения проппантом.[0036] FIG. Figure 2 shows the proppant concentration as a function of pad pressure and the position of the proppant control valve (e.g., a straight-line valve) when using liquid carbon dioxide as a fracturing fluid. In FIG. 2 illustrates the resulting proppant concentration depending on the pad pressure and the degree of opening of the proppant control valve. As shown herein, the control system operates within the range of pad pressure from -25 to +30 psi. inch (from -0.17 to +0.21 MPa), and can still function within the range from -30 to +40 psi. inch (-0.21 MPa to +0.28 MPa). In the present invention, pad pressure is used as a means of coarse adjusting proppant filling, while the degree of opening of the proppant control valve is used as a means of fine adjusting proppant filling.

[0037] На фиг. 3 представлен общий вид процесса с помощью технологической схемы, иллюстрирующей основные элементы настоящего изобретения. Текучая среда жидкого диоксида углерода (LCO₂) подается в виде потока 101. Обычно поток 101 будет подаваться из бустерного насоса сжиженного газа. Давление потока 101 обычно составляет 200-400 фунт/кв.дюйм изб. (1,38-2,76 МПа изб.). LCO₂ направляется через эдуктор 104 и смешивается с проппантом из резервуара 102 для проппанта, который ориентирован в положении, достаточном для подачи проппанта в эдуктор, и предпочтительно в вертикальном или почти вертикальном положении. Кроме того, текучая среда в резервуаре 102 для проппанта может быть переохлаждена для создания требуемой NPSH ниже по потоку. Например, понижение давления в резервуаре и/или переохлаждение жидкости в резервуаре используется, чтобы достичь требуемой NPSH. Эдуктор 104 служит двойной цели: вызывает смешивание в технологических трубопроводах, а также создает всасывание для вытягивания проппанта из резервуара 102, тем самым приводя к некоторой степени однородности в потоке 107 продукта. Типичные скорости поступления LCO₂ в потоке 101 для данной системы будут составлять от 10 до 80 барр./мин (1589,9-12719,0 л/мин). Подходящий размер сужающегося сопла в эдукторе 104 выбирают, чтобы получить перепад давления 30-50 фунт/кв. дюйм (0,21-0,34 МПа) для выбранного потока 101 жидкости/движущей текучей среды. Рекомендуемый перепад давления при работе эдуктора 104 составляет от 15 фунт/кв. дюйм (0,10 МПа) до 60 фунт/кв. дюйм (0,41 МПа), в зависимости от существующей «доступной» NPSH потока 107. В ходе операции гидроразрыва регулировочный клапан 105 проппанта регулирует поток проппанта или суспензии проппанта из резервуара 102 для проппанта в эдуктор 104. Один или более этих эдукторов могут быть размещены и соединены параллельно и могут действовать как одно устройство. Например, два семидюймовых (17,8 см) эдуктора могут использоваться вместо одного девятидюймого (22,9 см) эдуктора в зависимости от необходимой скорости потока. Эдукторы и другие компоненты системы могут быть выполнены из модулей, меняющихся и отключаемых из системы. Измеритель 106 может быть любым одним устройством или сочетанием радиоизотопного денситометра, расходомера Кориолиса или другого подходящего измерительного устройства, которое обеспечивает обратную связь по концентрации заполнения текучей среды гидроразрыва, плотности или другому параметру, позволяющему определить концентрацию проппанта перед инжектированием в устье скважины. Степень открытия регулировочного клапана 105 проппанта можно корректировать, исходя из показаний измерителя 106. Объем сжатой жидкости или газа 103, подаваемых в верхнюю часть резервуара 102 проппанта, позволяет изменять статическое давление, находящееся в диапазоне примерно 80-400 фунт/кв. дюйм (0,55-2,76 МПа) в резервуаре 102 для проппанта. Корректировка статического давления системы изменяет общую пропускную способность регулировочного клапана 105 проппанта. Полученную из LCO₂ и проппанта текучую среду гидроразрыва подают в насосные установки высокого давления с помощью потока 107. Для данной или заранее определенной скорости движущего потока регулировочный клапан 105 проппанта или подушечное давление, или и то и другое вместе используют для достижения желаемой концентрации с помощью дозирования раствора проппанта в движущий поток. В альтернативном варианте осуществления фазовый сепаратор (не показан) или система охлаждения (не показана) могут использоваться для удаления пара и подачи конденсированной текучей среды гидроразрыва после эдуктора в насосные установки высокого давления.[0037] FIG. 3 is a perspective view of a process using a flow chart illustrating the basic elements of the present invention. Liquid carbon dioxide (LCO ₂ ) fluid is supplied as stream 101. Typically, stream 101 will be supplied from a liquefied gas booster pump. The pressure of the stream 101 is usually 200-400 psi. (1.38-2.76 MPa gage). LCO _{2 is} guided through the eductor 104 and mixed with the proppant from the proppant tank 102, which is oriented in a position sufficient to supply proppant to the eductor, and preferably in a vertical or nearly vertical position. In addition, the fluid in the proppant tank 102 may be supercooled to create the desired NPSH downstream. For example, lowering the pressure in the tank and / or supercooling the liquid in the tank is used to achieve the desired NPSH. The eductor 104 serves a dual purpose: induces mixing in the process pipelines, and also creates suction to draw the proppant from the reservoir 102, thereby leading to some degree of uniformity in the product stream 107. Typical flow rates of LCO ₂ in stream 101 for a given system will be between 10 and 80 barrels per minute (1589.9-12719.0 l / min). A suitable tapering nozzle size in eductor 104 is chosen to obtain a pressure drop of 30-50 psi. inch (0.21-0.34 MPa) for the selected fluid flow 101 / fluid. The recommended pressure drop during operation of eductor 104 is between 15 psi. inch (0.10 MPa) to 60 psi inch (0.41 MPa), depending on the existing “available” NPSH flow 107. During a fracturing operation, a proppant control valve 105 controls the flow of proppant or proppant slurry from proppant tank 102 to eductor 104. One or more of these eductors can be placed and connected in parallel and can act as one device. For example, two seven-inch (17.8 cm) eductors can be used instead of one nine-inch (22.9 cm) eductors depending on the required flow rate. The eductors and other components of the system can be made of modules that are changing and disconnecting from the system. The meter 106 may be any one device or a combination of a radioisotope densitometer, a Coriolis flowmeter, or other suitable measuring device that provides feedback on the fracture fluid filling concentration, density, or other parameter that allows proppant concentration to be determined before injection into the wellhead. The degree of opening of the proppant control valve 105 can be adjusted based on the meter 106. The volume of compressed liquid or gas 103 supplied to the top of the proppant tank 102 allows a static pressure in the range of about 80-400 psi to be changed. an inch (0.55-2.76 MPa) in the proppant tank 102. Correcting the static pressure of the system changes the overall throughput of the proppant control valve 105. Resulting from LCO ₂ and proppant fracturing fluid is fed to the high pressure pumping units via flow 107. For a given or predetermined motive flow rate adjusting valve 105 proppant or cushioning pressure, or both are used together to achieve the desired concentration by dosing proppant solution in a driving stream. In an alternative embodiment, a phase separator (not shown) or a cooling system (not shown) can be used to remove steam and supply condensed fracturing fluid after the eductor to the high pressure pump units.

[0038] На фиг. 4 представлена схема, которая иллюстрирует другой вариант осуществления настоящего изобретения. В данном варианте осуществления может быть создан параллельный отводимый поток 302 LCO₂,который обходит эдуктор 305. Это может быть полезно, например, на тех стадиях операции гидроразрыва, когда проппант не требуется (обычно называемых «подушкой» или «подушечной стадией»).Этот обходящий поток 302 также может быть использован, чтобы помочь регулировать конечное заполнение проппантом. Поступление в поток 302 и в движущий поток 301 регулируется, соответственно, регулировочными клапанами 304 и 303 потоков. Движущий поток 301 направляется в эдуктор 305, где регулировочный клапан 306 проппанта регулирует поток проппанта из резервуара 315 для проппанта в эдуктор 305. Стопорный клапан 307, расположенный между регулировочным клапаном 306 и резервуаром для проппанта, используется для изоляции резервуара 315 для проппанта от эдуктора 305. Жидкость LCO₂ вводят по трубопроводу 308 в нижнюю часть резервуара 315, чтобы способствовать формированию суспензии твердых частиц в жидкости. Поток в трубопроводе 308 регулируется регулировочным клапаном 309 потока и активно обеспечивает перемешивание проппанта внутри резервуара 315 во время работы. Это создает динамическое диспергирование, которое помогает удалению проппанта из резервуара 315 и способствует увеличению однородности и степени гомогенности суспензии перед поступлением в эдуктор 305. Аналогичный трубопровод 310 LCO₂регулируется другим регулировочным клапаном 311 потока, обеспечивающим поступление текучей среды в верхнюю часть резервуара 315. Данная текучая среда используется для поддержания уровня жидкого СО₂ над уровнем проппанта в резервуаре 315, чтобы гарантировать, что газ из головного пространства резервуара 315 не будет входить в эдуктор 305, что предотвращает сквозное прохождение пара в насосные установки высокого давления по трубопроводу 317. Кроме того, поддержание этого верхнего уровня жидкости также способствует потоку проппанта из резервуара 315 за счет уменьшения образования комков и улучшения текучести проппанта. Трубопровод 312 сжатого газа может использоваться для закачивания пара в верхнюю часть резервуара 315 для изменения и регулирования статического давления резервуара 315. Примеры газов, которые могут использоваться для корректировки давления, включают без ограничения диоксид углерода и азот. Поток сжатого газа в резервуар 315 для проппанта регулируется с помощью регулировочного клапана 313 давления. В сочетании с регулировочным клапаном 313 давления работает регулировочный клапан 314 сброса давления. Этот клапан работает для уменьшения избыточного давления, созданного в головном пространстве резервуара 315 для проппанта. Давление в головном пространстве резервуара 315 для проппанта может быть как увеличено, так и понижено во время работы посредством регулировочных клапанов 313 и 314. Изменения давления в головном пространстве в резервуаре 315 приводят к изменению общей пропускной способности регулировочного клапана 306 заполнения проппантом. Денситометр 316 используется для определения заполнения проппантом во время работы. Показания плотности используются для изменения степени открытия регулировочного клапана 306 проппанта для достижения желаемой концентрации. После этого поток текучей среды гидроразрыва 317 направляется к насосным установкам высокого давления. Насосные установки высокого давления дополнительно повышают давление потока проппанта и сжиженного газа до поверхностного давления обработки и находятся в сообщении с устьем скважины.[0038] FIG. 4 is a diagram that illustrates another embodiment of the present invention. In this embodiment, a parallel LCO divert stream 302 may be created.₂which bypasses eductor 305. This may be useful, for example, in those stages of a fracturing operation where proppant is not required (commonly referred to as a “pillow” or “pillow stage”).This bypass stream 302 can also be used to help regulate the final proppant filling. The flow into the stream 302 and into the driving stream 301 is controlled, respectively, by the flow control valves 304 and 303. The driving stream 301 is directed to the eductor 305, where the proppant control valve 306 controls the proppant flow from the proppant tank 315 to the eductor 305. The stop valve 307, located between the control valve 306 and the proppant tank, is used to isolate the proppant tank 315 from the eductor 305. LCO fluid₂ injected through a pipe 308 into the lower part of the tank 315 to facilitate the formation of a suspension of solid particles in the liquid. The flow in the pipe 308 is controlled by the flow control valve 309 and actively provides proppant mixing inside the tank 315 during operation. This creates a dynamic dispersion that helps remove proppant from reservoir 315 and helps increase the uniformity and degree of homogeneity of the suspension before entering the eductor 305. A similar LCO pipe 310₂controlled by another flow control valve 311 that allows fluid to enter the top of the tank 315. This fluid is used to maintain the level of liquid CO₂ above the proppant level in the tank 315 to ensure that gas from the head space of the tank 315 will not enter the eductor 305, which prevents the passage of steam into the high-pressure pump units through conduit 317. In addition, maintaining this upper liquid level also contributes to the flow of proppant from reservoir 315 by reducing lump formation and improving proppant flow. Compressed gas pipe 312 can be used to inject steam into the top of tank 315 to change and control the static pressure of tank 315. Examples of gases that can be used to adjust pressure include, but are not limited to, carbon dioxide and nitrogen. The flow of compressed gas into the proppant tank 315 is controlled by a pressure control valve 313. In conjunction with a pressure control valve 313, a pressure relief valve 314 operates. This valve works to reduce the overpressure created in the head space of the proppant tank 315. The pressure in the head space of the proppant tank 315 can be either increased or decreased during operation by the control valves 313 and 314. Changes in the pressure in the head space in the proppant tank 315 change the overall throughput of the proppant fill control valve 306. A densitometer 316 is used to determine proppant filling during operation. Density readings are used to change the degree of opening of the proppant control valve 306 to achieve the desired concentration. After that, the hydraulic fracturing fluid flow 317 is directed to the high pressure pumping units. High pressure pumping units additionally increase the flow pressure of the proppant and liquefied gas to the surface treatment pressure and are in communication with the wellhead.

[0039] Система регулирования и методика достижения желаемой концентрации проппанта дополнительно поясняется в рабочих примерах ниже. Эти примеры, однако, не следует рассматривать как ограничивающие настоящее изобретение.[0039] The control system and methodology for achieving the desired proppant concentration is further explained in the working examples below. These examples, however, should not be construed as limiting the present invention.

Рабочий пример 1: Скорость движущего потока 20 барр./мин (3180,0 л/мин)Working example 1: Driving flow rate of 20 barrels / min (3180.0 l / min)

[0040] Данные в таблице 1 ниже представляют смоделированный пример, где приводятся требования к подушечному давлению резервуара (PP) и степени открытия клапана в процентах (VP) (для регулировочного клапана проппанта с коэффициентом пропускной способности (CV) 200) для получения желаемых концентраций проппанта от 0,25 до 4 фунтов проппанта на галлон LCO₂ (0,03-0,48 кг/л) в суспензии текучей среды гидроразрыва, как предписано схемой проведения гидроразрыва. Схема проведения обработки используется, чтобы обеспечить «предварительно запрограммированный» набор команд (т.е. набор команд для ПЛК-контроллера загружается в систему, и ПЛК-контроллер находится в сообщении с регулировочным клапаном проппанта и корректирует подушечное давление в резервуаре с помощью контуров управления). Естественно, оператор может вручную переопределить набор команд, если необходимо изменить концентрацию проппанта в суспензии. Определение положения регулировочного клапана и рабочего давления в головном пространстве резервуара для проппанта сначала осуществляется с помощью итеративного процесса, выполняемого в условиях эксплуатации. Во время проведения операций гидроразрыва давление в резервуаре корректируют, чтобы обеспечить определенное подушечное давление (PP) и положение клапана (VP), необходимые для достижения желаемой концентрации, исходя из выбранной скорости движущего потока и коэффициента пропускной способности регулировочного клапана проппанта. Схема проведения обработки не может быть установлена без надлежащего определения подушечного давления и положения регулировочного клапана проппанта. Для того, чтобы создать возможность обеспечения диапазона от нижнего предела заполнения проппантом до верхнего предела заполнения проппантом, необходимо изменять подушечное давление для достижения заполнения проппантом в предопределенных диапазонах. Скорость движущего потока устанавливается с помощью определения конкретной скорости закачивания, необходимой для проведения гидроразрыва.[0040] The data in Table 1 below presents a simulated example that shows the requirements for reservoir pressure (PP) and valve opening percentage (VP) (for a proppant control valve with a flow rate coefficient (CV) 200) to obtain the desired proppant concentrations 0.25 to 4 pounds of proppant per gallon of LCO ₂ (0.03-0.48 kg / l) in a fracturing fluid suspension, as prescribed by the fracturing scheme. The processing scheme is used to provide a “pre-programmed” set of commands (ie, a set of commands for the PLC controller is loaded into the system, and the PLC controller is in communication with the proppant control valve and corrects the pad pressure in the tank using control circuits) . Naturally, the operator can manually override the command set if it is necessary to change the concentration of proppant in the suspension. Determining the position of the control valve and the working pressure in the head space of the proppant tank is first carried out using an iterative process performed in the field. During hydraulic fracturing operations, the pressure in the tank is adjusted to provide the specific cushion pressure (PP) and valve position (VP) necessary to achieve the desired concentration based on the selected motive flow rate and the throughput coefficient of the proppant control valve. The treatment scheme cannot be established without proper determination of the pad pressure and the position of the proppant control valve. In order to make it possible to provide a range from the lower proppant filling limit to the upper proppant filling limit, it is necessary to change the pad pressure to achieve proppant filling in predetermined ranges. The speed of the moving stream is established by determining the specific injection speed necessary for hydraulic fracturing.

[0041] Система (как например, описанная в любом из приведенных выше иллюстративных вариантов осуществления) первоначально установлена на низкое подушечное давление, причем в данном приведенном примере используется низкое подушечное давление -15 фунт/кв. дюйм (-0,10 МПа). Установка системы на данное низкое давление позволяет достичь лучшего регулирования низкого заполнения проппантом (например, 0,25 фунт/гал (0,03 кг/л), 0,50 фунт/гал (0,06 кг/л)) с помощью регулировочного клапана проппанта. Регулировочный клапан проппанта первоначально корректируют для увеличения концентрации проппанта в потоке текучей среды гидроразрыва, как предписано схемой обработки, которую загружают в ПЛК-контроллер. В приведенном примере степень открытия клапана корректируют от 10% до 40% для достижения заполнения проппантом от 0,25 до 1,5 фунт/гал (0,03-0,18 кг/л). После достижения 1,5 фунт/гал (0,18 кг/л) подушечное давление повышают для лучшего достижения более высоких заполнений проппантом (например, 3,5; 4,0; 4+ фунт/гал (0,42; 0,48; 0,48+ кг/л)). В примере подушечное давление корректируют от -15 фунт/кв. дюйм (-0,10 МПа) до 15 фунт/кв. дюйм (0,10 МПа). Повышение давления производится таким образом, что оно оказывает минимальное воздействие на положение регулировочного клапана проппанта (в данном примере это сделано при 1,5-2,0 фунтах на галлон (0,18-0,24 кг/л), и поэтому осуществляется при заданном заполнении. Как только новое подушечное давление установлено, процесс завершается с помощью регулировок регулировочного клапана проппанта.[0041] The system (such as that described in any of the above illustrative embodiments) is initially set to low pad pressure, wherein a low pad pressure of -15 psi is used in this example. inch (-0.10 MPa). Setting the system to this low pressure allows for better control of low proppant filling (e.g. 0.25 lb / gal (0.03 kg / l), 0.50 lb / gal (0.06 kg / l) with an adjusting valve proppant. The proppant control valve is initially adjusted to increase the proppant concentration in the fracturing fluid stream, as prescribed by the processing circuit, which is loaded into the PLC controller. In the above example, the valve opening degree is adjusted from 10% to 40% to achieve proppant filling from 0.25 to 1.5 lb / gal (0.03-0.18 kg / l). After reaching 1.5 lbs / gal (0.18 kg / l), pad pressure is increased to better achieve higher proppant fillings (e.g. 3.5; 4.0; 4+ lbs / gal (0.42; 0.48 ; 0.48+ kg / l)). In the example, pad pressure is adjusted from -15 psi. inch (-0.10 MPa) up to 15 psi inch (0.10 MPa). The pressure is increased in such a way that it has a minimal effect on the position of the proppant control valve (in this example, this is done at 1.5-2.0 pounds per gallon (0.18-0.24 kg / l), and therefore Once the new pad pressure has been established, the process is completed by adjusting the proppant control valve.

[0042] Следующее осуществляют, чтобы свести к минимуму эксплуатационную сложность: головное давление меняют только один раз в процессе; систему регулируют с помощью только одного параметра за один раз (меняется или головное давление или положение регулировочного клапана проппанта, но не то и другое вместе), или если регулируют два параметра, один из них изменяют минимально; регулировочный клапан проппанта и подушечное давление регулируют в одном направлении (всегда, когда головное давление повышается, - регулировочный клапан проппанта открывается).[0042] The following is carried out in order to minimize operational complexity: the head pressure is changed only once in the process; the system is controlled with only one parameter at a time (either the head pressure or the position of the proppant control valve changes, but not both), or if two parameters are adjusted, one of them is changed minimally; the proppant control valve and cushion pressure are regulated in one direction (whenever the head pressure rises, the proppant control valve opens).

ТАБЛИЦА 1TABLE 1 Рабочие условия для различных концентраций проппанта при интенсивности подачи движущей текучей среды к устью скважины 20 барр./мин (3180,0 л/мин)Operating conditions for various proppant concentrations at a flow rate of driving fluid to the wellhead of 20 barrels / min (3180.0 l / min) Концентрация проппанта,
фунт/гал,(кг/л)Proppant concentration,
lb / gal, (kg / l) PP
фунт/кв.дюйм, (МПа)PP
psi (MPa) VP
(% открытия)VP
(% discoveries) CV 200
Установка/ПоложениеCV 200
Installation / Position 0,25 (0,03)0.25 (0.03) -15 (-0,10)-15 (-0.10) 10%10% 0,5 (0,06)0.5 (0.06) -15 (-0,10)-15 (-0.10) 19%19% 0,75 (0,09)0.75 (0.09) -15 (-0,10)-15 (-0.10) 25%25% 1 (0,12)1 (0.12) -15 (-0,10)-15 (-0.10) 30%thirty% 1,5 (0,18)1.5 (0.18) -15 (-0,10)-15 (-0.10) 40%40% 2 (0,24)2 (0.24) 15 (0,10)15 (0.10) 40%40% 2,5 (0,30)2.5 (0.30) 15 (0,10)15 (0.10) 48%48% 3 (0,36)3 (0.36) 15 (0,10)15 (0.10) 56%56% 3,5 (0,42)3.5 (0.42) 15 (0,10)15 (0.10) 67%67% 4 (0,48)4 (0.48) 15 (0,10)15 (0.10) 82%82% 0,5 (0,06)0.5 (0.06) 15 (0,10)15 (0.10) 14%fourteen% 0 (0)0 (0) 15 (0,10)15 (0.10) 0%0%

РАБОЧИЙ ПРИМЕР 2: ПИЛОТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ, ПРОВЕДЕННЫЕ ПРИ СКОРОСТИ ДВИЖУЩЕГО ПОТОКА 23 ГАЛЛОНА В МИНУТУ (87 Л/МИН).WORKING EXAMPLE 2: PILOT TESTS PERFORMED AT A MOTION FLOW SPEED OF 23 GALLONS PER MINUTE (87 L / MIN).

[0043] Результаты работы системы пилотной установки, аналогичной описанной выше и показанной на фиг. 3, приведены в данном рабочем примере 2. В этой системе концентрацию текучей среды гидроразрыва регулировали с помощью изменения степени открытия регулировочного клапана проппанта, при работе резервуара для проппанта в условиях «низкого» (т.е. от -5 до -27 фунт/кв. дюйм (от -0,03 МПа до -0,19 МПа) и «высокого» (т.е. от 11 до 27 фунт/кв. дюйм (от 0,08 МПа до -0,19 МПа) подушечного давления. Поток движущей текучей среды составлял 23 галлона в минуту (87 л/мин) для обоих условий подушечного давления.[0043] The results of a pilot installation system similar to that described above and shown in FIG. 3 are shown in this working example 2. In this system, the concentration of the fracturing fluid was controlled by changing the degree of opening of the proppant control valve when the proppant tank was operating in a “low” (i.e., from -5 to -27 psi) inch (from -0.03 MPa to -0.19 MPa) and "high" (i.e. from 11 to 27 psi (from 0.08 MPa to -0.19 MPa) pillow pressure. The motive fluid flow was 23 gallons per minute (87 L / min) for both pressure conditions.

[0044] На фиг. 5 проиллюстрирована полученная концентрация в результате работы пилотной установки для диапазона «низкого» подушечного давления. Положение открытия регулировочного клапана проппанта варьировало от 8% до 70%, и отмечались концентрации проппанта от 0,25 до 3,27 фунт/гал (0,03-0,39 кг/л). Концентрация проппанта не поднималась выше 3,27 фунт/гал (0,39 кг/л), когда степень открытия регулировочного клапана проппанта увеличивалась свыше 70%.[0044] FIG. 5 illustrates the concentration obtained as a result of the operation of the pilot plant for the range of "low" air pressure. The opening position of the proppant control valve ranged from 8% to 70%, and proppant concentrations from 0.25 to 3.27 lb / gal (0.03-0.39 kg / l) were noted. The proppant concentration did not rise above 3.27 lb / gal (0.39 kg / l) when the degree of opening of the proppant control valve increased above 70%.

На фиг. 6 приводятся результаты изменения положения регулировочного клапана проппанта для диапазона «высокого» подушечного давления. Положение регулировочного клапана варьировало от 10% до 23% открытия, и отмечались концентрации проппанта от 0,75 до 4,04 фунт/гал (0,09-0,48 кг/л). Минимальная достижимая концентрация для условия «высокого» подушечного давления составляла 0,75 фунт/гал.In FIG. 6 shows the results of changing the position of the proppant control valve for the range of "high" pillow pressure. The position of the control valve ranged from 10% to 23% of the opening, and proppant concentrations of 0.75 to 4.04 lb / gal (0.09-0.48 kg / l) were noted. The minimum achievable concentration for the “high” puff pressure condition was 0.75 psi.

[0045] Результаты пилотных испытаний при «низком» и «высоком» подушечном давлении, описанные в данном примере, показывают, что необходимо изменять и подушечное давление и положение регулировочного клапана проппанта для достижения полного диапазона заполнений проппантом, необходимого для проведения гидроразрыва (например, от 0,25 до 4,0+ фунт/гал (от 0,03 до 0,48+ кг/л)).[0045] The results of pilot tests at “low” and “high” pillow pressure described in this example show that it is necessary to change both the pillow pressure and the position of the proppant control valve to achieve the full range of proppant fillings necessary for fracturing (for example, 0.25 to 4.0+ lb / gal (0.03 to 0.48+ kg / l)).

[0046] Хотя изобретение было подробно описано со ссылкой на его иллюстративные варианты осуществления, специалисту в данной области техники будет понятно, что различные изменения и модификации могут быть сделаны, и могут быть использованы эквиваленты без отклонения от объема прилагаемой формулы изобретения.[0046] Although the invention has been described in detail with reference to its illustrative embodiments, one skilled in the art will understand that various changes and modifications can be made and equivalents can be used without departing from the scope of the attached claims.

Claims

1. The method of controlling the concentration of proppant in the hydraulic fracturing fluid, which is used to stimulate the underground formation, including:

supplying a flow of motive fluid from a liquefied gas at a pressure of from about 150 to 400 psi (1.03-2.76 MPa g) at least one eductor, wherein the liquefied gas is mixed with the proppant or suspension of proppant in the eductor to form a fracturing fluid, while the pressurized proppant reservoir is in the feed position suspensions of proppant in at least one eductor;

a change in pad pressure in the pressurized proppant tank by about −30 to 40 psi. inch (from about -0.21 to 0.28 MPa); and

additional control of the proppant control valve located between the eductor and the pressurized proppant reservoir to control proppant concentration in the range of about 0.1 to 10 lb / gal proppant (0.01-1.20 kg / l) in the fracturing fluid .

2. The method according to claim 1, in which the pressure of the liquefied gas supplied to the eductor is from about 200 to 300 psi. inch hut (1.38-2.07 MPa gage).

3. The method according to claim 1, in which the flow of the driving fluid from the liquefied gas is mainly carbon dioxide.

4. The method according to claim 1, further comprising: a flow rate of a moving fluid in the range of about 10-80 barrels per minute (1590-12719 l / min).

5. The method according to claim 1, further comprising: dosing the proppant into the flow of the driving fluid without the use of a screw.

6. The method according to claim 1, further comprising: selecting the size of the eductor and setting the flow of the driving fluid to achieve a pressure difference of the liquefied gas through the eductor from about 15 to 60 psi. inch (0.10-0.41 MPa).

7. The method according to claim 1, further comprising supplying a portion of the flow of the driving fluid of the liquefied gas through a bypass pipe downstream of the eductor.

8. The method according to claim 1, further comprising supplying liquefied gas to the upper part of the proppant tank to regulate the cushion pressure therein or to maintain a liquid level above the proppant medium.

9. The method according to claim 1, further comprising: supplying compressed gas to the upper part of the proppant tank to control the pad pressure.

10. The method according to claim 9, in which the compressed gas contains carbon dioxide or nitrogen.

11. The method according to claim 1, further comprising lowering the pad pressure using the pressure relief valve.

12. The method according to claim 1, further comprising supplying liquefied gas to the bottom of the proppant tank to facilitate mixing of the proppant and liquefied gas contained therein.

13. The method according to claim 1, in which the concentration of proppant in the hydraulic fracturing fluid is measured using a densitometer or a concentration meter located downstream of the eductor.

14. The method according to claim 1, providing at least two eductors connected in parallel to form a fracturing fluid.

15. The method according to claim 1, providing subcooling of the proppant or suspension of proppant in a pressurized proppant reservoir to create the required allowable cavitation reserve (NPSH) downstream.

16. The method according to claim 1, further directing the fracturing fluid to high pressure pumping units.

17. A system for controlling the concentration of proppant in a hydraulic fracturing fluid, which is used to stimulate an underground formation, configured to:

providing a reservoir for proppant containing proppant or suspension of proppant and in position to supply proppant or suspension of proppant to the eductor;

providing an eductor for receiving a flow of driving fluid from a liquefied gas at a pressure of 150-450 psi. inch hut (1.0-3.1 MPa gage), wherein the eductor is located below the proppant reservoir and forms a fracturing fluid containing proppant at the outlet of the eductor after receiving proppant or proppant suspension from the proppant reservoir; and

providing a proppant control valve located between the proppant tank and the eductor, wherein the pad pressure in the proppant tank varies from about -30 to 40 psi. inch (from about -0.21 to 0.28 MPa) to achieve a concentration in the range of from about 0.1 to 10 lb / gal proppant (0.01-1.20 kg / l) in the fracturing fluid.

18. The system of claim 17, further comprising a concentration meter downstream of the eductor, wherein the concentration meter may be selected from a Coriolis flowmeter, a radioisotope densitometer, and a magnetic flowmeter.

19. The system of claim 17, further comprising a computer in communication with the concentration meter, wherein the computer receives readings from the concentration meter, compares them with a predetermined value, and changes the opening of the proppant control valve to achieve the desired concentration.

20. The system of claim 17, further comprising a programmable logic controller for modifying pad pressure and the degree of opening of the proppant control valve in the system.

21. The system according to 17, the system does not contain a screw for dispensing proppant or suspension of proppant in a moving stream of liquefied gas.

22. The system of claim 17, further comprising a bypass pipe supplying a portion of the flow of the motive fluid of the liquefied gas, which is combined with the fracturing fluid downstream of the eductor.

23. The system of claim 17, further comprising a fluid addition conduit in communication with the bottom of the proppant reservoir, the fluid being added to aid in suspending the proppant solids in suspension.

24. The system of claim 17, further comprising a fluid addition conduit in communication with the upper portion of the proppant reservoir, wherein a fluid level is created above the proppant medium.

25. The system of claim 17, further comprising a steam addition conduit in communication with the top of the proppant tank, the steam being used to change the pad pressure in the proppant tank.

26. The system of claim 17, further comprising a pressure relief adjusting valve located on top of the proppant reservoir to relieve excess pressure created in the head space of the proppant reservoir.