流體的混合方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種用于混合流體的系統(tǒng)包括：至少兩個(gè)壓力容器，與所述至少兩個(gè)壓力容器中的至少一個(gè)流體連通的配料斗，與所述配料斗流體連通的混合器以及與所述混合器流體連通的流體管路。一種混合流體的自動(dòng)方法包括：測量鉆機(jī)流體系統(tǒng)中的流體的特性；將內(nèi)容物從鉆機(jī)存儲(chǔ)容器傳輸至配料斗；將內(nèi)容物從所述配料斗傳輸至混合器；基于測量的特性，確定要加入鉆機(jī)流體系統(tǒng)中的流體流的內(nèi)容物的量；以及將確定量的內(nèi)容物在混合器中與來自鉆機(jī)流體系統(tǒng)的流體流相混合。
【專利說明】流體的混合方法及系統(tǒng)

【背景技術(shù)】
[0001]在鉆井領(lǐng)域，鉆頭被用來向地殼中鉆進(jìn)數(shù)千英尺。鉆機(jī)通常包含在鉆井平臺(tái)上方延伸的鐵架塔。在鉆井操作中，鉆桿的接頭首尾相連后，所述鐵架塔支撐接頭。由于鉆頭被往地下深壓，因此更多的鉆桿接頭被用于不斷延長的“柱”或“鉆柱”，因此所述鉆柱通常包括多個(gè)鉆桿接頭。
[0002]“鉆井泥漿”流體被從鉆井平臺(tái)泵送，通過鉆桿，然后到達(dá)鉆桿下端或末端處支撐的鉆頭。所述鉆井泥漿為鉆頭提供潤滑，并把鉆井中由于鉆頭向下鉆進(jìn)所產(chǎn)生的鉆屑帶走。鉆屑在鉆井泥漿的回流流中被帶走，經(jīng)過井中環(huán)空，回到地面上的鉆井平臺(tái)。當(dāng)所述鉆井泥漿到達(dá)平臺(tái)后，會(huì)被本領(lǐng)域中熟知的作為鉆井巖屑或鉆孔巖屑的小塊的頁巖和巖石污染。一旦鉆井巖屑、鉆井泥漿和其他的廢棄物到達(dá)平臺(tái)，通常使用“泥漿振動(dòng)篩”將鉆井泥漿從鉆孔巖屑中除去，以便可以重復(fù)利用所述鉆井泥漿。剩下的鉆孔巖屑、廢棄物和鉆井泥漿殘?jiān)又贿\(yùn)送到保持槽以進(jìn)行棄置。在一些情形下，例如一些特定類型的鉆井泥漿，鉆井泥漿可能不被重復(fù)利用，也必須進(jìn)行處理。通常，未循環(huán)使用的鉆井泥漿以通過容器運(yùn)送至處理地點(diǎn)的方式相對于鉆孔巖屑及其他廢棄物單獨(dú)進(jìn)行處理。
[0003]鉆井流體在鉆井地點(diǎn)被混合，且還可以包括不同的添加劑。所述添加劑可以通過袋子被運(yùn)送至鉆井地點(diǎn)，然后打開袋子，袋子中的內(nèi)容物被加入到基礎(chǔ)流體(例如水、油或合成基礎(chǔ)流體)中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]一方面，本文公開的實(shí)施例涉及一種用于混合流體的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:至少兩個(gè)壓力容器；與所述至少兩個(gè)壓力容器中的至少一個(gè)流體連通的配料斗；與所述配料斗流體連通的混合器；和與所述混合器流體連通的流體管路。
[0005]另一方面，本文公開的實(shí)施例涉及一種混合流體的方法，所述方法包括:提供從至少兩個(gè)壓力容器至配料斗的內(nèi)容物流；確定從所述至少兩個(gè)壓力容器傳輸至所述配料斗的內(nèi)容物的質(zhì)量；測量流經(jīng)流體管路的流體的特性，其中，所述流體管路與所述配料斗流體連通；以及從所述配料斗傳輸某一體積的內(nèi)容物至混合器，其中，傳輸?shù)捏w積基于測量出的流體的特性而調(diào)節(jié)。
[0006]又一方面，本文公開的實(shí)施例涉及一種用于混合流體的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:設(shè)置在井場的第一位置處的第一壓力容器；設(shè)置在井場的第二位置處的第二壓力容器；配料斗，其與所述第一和第二壓力容器中的至少一個(gè)流體連通；螺旋推運(yùn)器，其設(shè)置于所述配料斗的末端處，并與所述配料斗流體連通；以及混合器，與所述螺旋推運(yùn)器流體連通。
[0007]再一方面，本文公開的實(shí)施例涉及一種混合流體的自動(dòng)方法，所述方法包括:測量鉆機(jī)流體系統(tǒng)中的流體的特性；將內(nèi)容物從鉆機(jī)存儲(chǔ)容器傳輸至配料斗；將內(nèi)容物從所述配料斗傳輸至混合器；基于測量的特性，確定要加入鉆機(jī)流體系統(tǒng)中的流體流的內(nèi)容物的量；以及將確定量的內(nèi)容物在混合器中與來自鉆機(jī)流體系統(tǒng)的流體流相混合。
[0008]提供這個(gè)
【發(fā)明內(nèi)容】
部分，用于選擇性地介紹一系列概念，該概念在下文詳細(xì)的說明書中進(jìn)一步描述。本
【發(fā)明內(nèi)容】
不旨在標(biāo)識(shí)所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵或必要特征，也不旨在用于幫助限制所要求保護(hù)的主題的范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是根據(jù)本公開的實(shí)施例的混合系統(tǒng)的示意圖。
[0010]圖2是根據(jù)本公開的實(shí)施例的混合系統(tǒng)的示意圖。
[0011]圖3是根據(jù)本公開的實(shí)施例的混合系統(tǒng)的示意圖。
[0012]圖4-6是根據(jù)本公開的實(shí)施例的壓力容器的不同視圖。
[0013]圖7A、7B和圖8是根據(jù)本公開的實(shí)施例的混合器的不同視圖。
[0014]圖9和圖10是根據(jù)本公開的實(shí)施例的流體混合方法的流程圖。
[0015]圖11是根據(jù)本公開的實(shí)施例的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016]一方面，本文公開的實(shí)施例總體涉及用于混合流體的系統(tǒng)和方法。更具體地，本文公開的實(shí)施例涉及用于在鉆井位置混合流體的系統(tǒng)和方法。仍然更具體地，本文公開的實(shí)施例涉及用于在鉆井位置混合鉆井流體和固井流體的系統(tǒng)和方法。
[0017]在鉆井位置，在鉆井和接下來的井孔操作、例如固井、修井、鉆屑回注和類似的操作中，多種流體被混合。所述流體的組成根據(jù)所進(jìn)行的操作的類型可以不同，正因?yàn)槿绱?，所述流體在使用前，基礎(chǔ)流體中可以加入不同的流體添加劑或者流體內(nèi)容物。流體添加劑的例子可包括例如重晶石、膨潤土、碳酸鈣和其他可以用來調(diào)節(jié)一種或多種流體特性的添加劑。通過使用流體添加劑可以調(diào)節(jié)的能測量的流體特性的例子包括黏度/流變、pH、密度、凝膠強(qiáng)度、API濾失量(API fluid loss)和電穩(wěn)定性?；A(chǔ)流體的例子包括水基流體、油基流體和合成物基流體。
[0018]向井場傳送或在井場處傳送流體添加劑可能會(huì)經(jīng)常導(dǎo)致加入混合器中以形成特殊流體的多個(gè)重袋的添加劑的傳送。這樣的操作通常使用人工操作方法，造成了操作工人的健康和安全問題?？商鎿Q地，機(jī)械式袋切割機(jī)器可以用來提高操作速度，但是具有相當(dāng)大的成本和空間需求。
[0019]混合系統(tǒng)
[0020]參照圖1，示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的混合系統(tǒng)100的示意圖。在此實(shí)施例中，多個(gè)壓力容器110被置于鉆井位置處。如圖所示，多個(gè)壓力容器110被設(shè)置為一個(gè)在另一個(gè)上部；然而在替代的實(shí)施例中，多個(gè)壓力容器110也可以被設(shè)置為一個(gè)緊挨著另一個(gè)而形成并排的結(jié)構(gòu)，或者被置于井場的不同地點(diǎn)。壓力容器110的操作將在下文中詳細(xì)說明。通常，壓力容器110是被構(gòu)造成用于保持流體添加劑內(nèi)容物的容器，并通過氣動(dòng)轉(zhuǎn)移推動(dòng)所述內(nèi)容物轉(zhuǎn)移。正因?yàn)槿绱耍瑝毫θ萜?10可以與一個(gè)或多個(gè)空氣壓縮機(jī)(未示出)流體地連接。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在一些實(shí)施例中，壓力容器110可以與作為鉆機(jī)基本設(shè)備的一部分的空氣壓縮機(jī)流體相連，而在其他一些實(shí)施例中，可使用附加的空氣壓縮機(jī)。
[0021]壓力容器110與配料斗120通過流體導(dǎo)管130流體地連接。流體導(dǎo)管130可以包括各種能夠允許內(nèi)容物從壓力容器110氣動(dòng)傳輸?shù)脚淞隙?20的管道系統(tǒng)。配料斗120是被配置為用來接收并保持一定量的內(nèi)容物的容器。根據(jù)混合操作的需求，可以改變配料斗的容量。例如，在一些實(shí)施例中，配料斗120的容量可以大概是4.0m3，而在其他的實(shí)例中，所述容量可以是大約1.5m3或0.5m3。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，配料斗120的具體容量可以基于被混合的鉆井流體的量和加入所述流體中的流體添加劑的量而改變。如果較少量的流體被混合或者相對較少的添加劑被加入所述流體中，配料斗120可以相對較小。
[0022]配料斗120與質(zhì)量測量裝置140耦合，在本實(shí)施例中，所述質(zhì)量測量裝置是多個(gè)稱重傳感器。所述稱重傳感器配置為以任何給定時(shí)間間隔計(jì)算配料斗120內(nèi)的內(nèi)容物的質(zhì)量。因此，當(dāng)內(nèi)容物從壓力容器110傳輸至配料斗120時(shí)，質(zhì)量測量裝置140可以基本連續(xù)地計(jì)算配料斗中的內(nèi)容物的重量。在其他的實(shí)施例中，質(zhì)量測量裝置140可以僅用于進(jìn)行累計(jì)質(zhì)量測量。
[0023]混合系統(tǒng)100進(jìn)一步包括混合器150，其置于配料斗120下方?；旌掀?50可以是能混合固體流體添加劑至流體中的任何類型的混合器。在一個(gè)實(shí)施例中，混合器150可包括剪切混合器、靜態(tài)混合器和/或動(dòng)態(tài)混合器。在一些實(shí)施例中，高剪切動(dòng)態(tài)混合器(例如這里示出的流體連續(xù)混合器)可以提供高效的、無氣泡的自泵混合，以進(jìn)一步使流體添加劑在基礎(chǔ)流體內(nèi)均勻分散。
[0024]混合器150從流體管路160接收基礎(chǔ)流體流?；旌掀鲗⒔邮兆耘淞隙?20的內(nèi)容物引入接收自流體管路160的流體流中，并且產(chǎn)生的流體進(jìn)入到井場處的主動(dòng)流體系統(tǒng)(未示出)中。
[0025]在一些實(shí)施例中，例如在圖1示出的實(shí)施例中，螺旋推運(yùn)器170可以被置于配料斗120和混合器150之間。螺旋推運(yùn)器170置于配料斗120的下末端處，并且控制由配料斗120傳輸?shù)交旌掀?50的內(nèi)容物的速度?？梢酝ㄟ^馬達(dá)175控制螺旋推運(yùn)器170，馬達(dá)175從人機(jī)接口( “HMI”)(未示出)接收控制信號。
[0026]HMI，除可操作地連接于螺旋推運(yùn)器170外，還可以可操作地連接于質(zhì)量測量裝置140。因此，HMI可以從質(zhì)量測量裝置140接收配料斗120中的最新的內(nèi)容物的質(zhì)量，并且可以用來控制螺旋推運(yùn)器170的速度，從而控制從配料斗120傳輸進(jìn)入混合器150中的內(nèi)容物的速率。
[0027]在可替代的實(shí)施例中，壓力容器110還可具有被設(shè)置為與其可操作接觸的質(zhì)量測量裝置115。在這樣的實(shí)施例中，從壓力容器110移走的內(nèi)容物的質(zhì)量可以被確定，并傳輸至HMI。在這樣的實(shí)施例中，配料斗120還可以具有質(zhì)量測量裝置140，從而在確定轉(zhuǎn)移的質(zhì)量時(shí)提供了冗余。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在一些實(shí)施例中，不管是否使用HMI，質(zhì)量測量裝置140和115的質(zhì)量測量結(jié)果可以被傳送至中央控制系統(tǒng)(未示出)。
[0028]參見圖2，示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的混合系統(tǒng)200的示意圖。在本實(shí)施例中，混合系統(tǒng)200配置為從鉆機(jī)存儲(chǔ)容器210接收內(nèi)容物流。如圖所示，鉆機(jī)存儲(chǔ)容器210被置于配料斗220上方，正因?yàn)槿绱?，鉆機(jī)存儲(chǔ)容器210中的內(nèi)容物可以通過例如打開設(shè)置在兩者之間的閥(未示出)而由重力作用供給到配料斗220中。
[0029]一個(gè)或多個(gè)質(zhì)量測量裝置240可以被置于鉆機(jī)存儲(chǔ)容器210和配料斗220之間?？商鎿Q地或附加于質(zhì)量測量裝置240，一個(gè)或多個(gè)質(zhì)量測量裝置245可以被置于配料斗220下方。從而，可以計(jì)算被引入配料斗220或混合器250中的內(nèi)容物的質(zhì)量。
[0030]與混合系統(tǒng)100 —樣，混合系統(tǒng)200包括與配料斗220流體連通的混合器250。螺旋推運(yùn)器220設(shè)置于配料斗220和混合器250之間。配料斗270包括配置為控制螺旋推運(yùn)器270的速度的馬達(dá)275。螺旋推運(yùn)器270可以與HMI (未示出)可操作地連接。HMI還可以可操作地連接至質(zhì)量測量裝置240和245中的一個(gè)或多個(gè)。因此，與混合系統(tǒng)100 —樣，HMI可控制從鉆機(jī)存儲(chǔ)容器210和配料斗220至混合器250的內(nèi)容物的傳輸。
[0031]參見圖3，示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的混合系統(tǒng)300的示意圖。在本實(shí)施例中，混合系統(tǒng)300配置成從鉆機(jī)存儲(chǔ)容器310接收內(nèi)容物流。如圖所示，鉆機(jī)存儲(chǔ)容器310設(shè)置于混合器350之上，正因?yàn)槿绱?，鉆機(jī)存儲(chǔ)容器310中的內(nèi)容物可以通過例如打開設(shè)置在兩者之間的閥(未示出)而由重力作用供給到配料斗350中。一個(gè)或多個(gè)質(zhì)量測量裝置340可以被置于鉆機(jī)存儲(chǔ)容器310和混合器350之間。從而，可以計(jì)算被引入混合器350中的內(nèi)容物的質(zhì)量。
[0032]與混合系統(tǒng)100和200 —樣，混合系統(tǒng)300包括與鉆機(jī)存儲(chǔ)容器310流體連通的混合器350。在本實(shí)施例中，基于由質(zhì)量測量裝置340計(jì)算的重量，鉆機(jī)存儲(chǔ)容器310與混合器350之間的閥(未示出)可以被調(diào)節(jié)、即開或關(guān)。
[0033]參見圖1、2和3，在一些實(shí)施例中，流體添加劑可以存儲(chǔ)于鉆井位置或井場中的大料倉中，然后氣動(dòng)傳輸至鉆機(jī)存儲(chǔ)容器210和310。在這類實(shí)施例中，鉆機(jī)存儲(chǔ)容器210和310可以是壓力容器110，例如針對混合系統(tǒng)100描述的那些壓力容器。鉆機(jī)存儲(chǔ)容器210和310的容量還可以比壓力容器110的容量小?；诖耍@機(jī)存儲(chǔ)容器210和310可以用來保持相比存儲(chǔ)于壓力容器110中的添加劑不經(jīng)常使用或不如此大量使用的添加劑。在這類實(shí)施例中，一些分離的壓力容器110和鉆機(jī)存儲(chǔ)容器210和310可以被連接，以允許各種添加劑混合物加入流體中。在這類實(shí)施例中，可以使用任何數(shù)量的配料斗110和220和混合器150、250和350。在一些實(shí)施例中，各容器110、210和310的內(nèi)容物在混合前可以保持分離，因此，混合器150、250和350可以配置為從任何數(shù)量的容器110、210和310接收內(nèi)容物流。因?yàn)榭梢允褂萌魏螖?shù)量的容器110、210和310，因此，容器110、210和310可以設(shè)置于井場周圍的各個(gè)地方。
[0034]下文描述的是容器110、210和310的多種設(shè)計(jì)選擇。此外，還描述了混合器的設(shè)計(jì)選擇。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，下文所描述的設(shè)計(jì)選擇是下文所描述的實(shí)施例可使用的部件的一些例子，而不旨在限制之前所公開的范圍。
[0035]壓力容器
[0036]參見圖4A至4C，示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的壓力容器。圖4A是壓力容器的俯視圖，圖4B和4C是側(cè)視圖。根據(jù)本文公開的多個(gè)方面，一種可以使用的壓力容器包括IS0-PUMP?，其可以從德克薩斯休斯頓M-1 L.L.C公司商業(yè)獲得。在這個(gè)實(shí)施例中，壓力容器400可以由支撐結(jié)構(gòu)401包圍。支撐結(jié)構(gòu)401可以保持壓力容器400以進(jìn)行保護(hù)，和/或允許容器從例如補(bǔ)給船運(yùn)送至采油平臺(tái)。一般地，壓力容器400包括具有下傾斜部分403的容器402，以方便材料在壓力容器400和其他處理和/或傳送設(shè)備(未示出)之間流動(dòng)。能夠用于本公開的實(shí)施例的壓力容器400的更進(jìn)一步描述記載于已轉(zhuǎn)讓給本專利申請的受讓人的美國專利N0.7033124中，該專利通過參考方式包含于此。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在本公開的一些實(shí)施例中，可以使用其他幾何形狀的壓力容器400，包括那些底部不是圓錐形的壓力容器。
[0037]壓力容器400還包括用于接收材料的材料入口 404和用于在傳輸過程中向容器402中注入空氣以及向大氣中排放空氣的空氣入口與出口 405。一些容器可具有輔助空氣入口 406，從而允許小股沖擊空氣注入容器402，以對因沉淀而可能變密實(shí)的干材料進(jìn)行分解。除入口 404、405和406外，壓力容器400還包括允許干材料從容器402中脫離的出口407。所述出口 407可以與柔性軟管相連，從而，允許壓力容器400將材料在壓力容器400之間傳輸，或者傳輸至常壓容器。
[0038]參見圖5A至示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的壓力容器500。圖5A和5C示出了壓力容器500的俯視圖，圖5B和示出了壓力容器500的側(cè)視圖。
[0039]現(xiàn)在具體地參見圖5A，示出了根據(jù)本公開的一個(gè)方面的壓力容器500的俯視示意圖。在此實(shí)施例中，壓力容器500具有圓形的外部幾何形狀和多個(gè)用于從中排出材料的出口 501。此外，壓力容器500具有多個(gè)內(nèi)部導(dǎo)流結(jié)構(gòu)502，以將材料流弓I導(dǎo)至具體的出口 501。例如，當(dāng)材料被傳輸?shù)綁毫θ萜?00中時(shí)，材料可以被分成多個(gè)分離的流，這樣一定體積的材料通過多個(gè)出口 501中的每一個(gè)排出。因此，具有每一個(gè)對應(yīng)于多個(gè)出口 501中的一個(gè)的多個(gè)導(dǎo)流結(jié)構(gòu)502的壓力容器500可以增加從壓力容器500排出材料的效率。
[0040]在操作過程中，被傳輸至壓力容器500中的材料可能具有塑性性能并且開始聚結(jié)。在傳統(tǒng)的運(yùn)輸容器中僅具有單個(gè)出口，聚結(jié)的材料可能會(huì)阻塞所述出口，從而阻擋了材料從其流過。然而，本實(shí)施例如此配置，使得即使單一出口 501被聚結(jié)的材料阻塞，也不會(huì)完全阻止材料從壓力容器500流出。而且，導(dǎo)流結(jié)構(gòu)502配置成幫助防止材料聚結(jié)。當(dāng)材料從壓力容器500中向下部流動(dòng)時(shí)，材料會(huì)與所述導(dǎo)流結(jié)構(gòu)502接觸，并被分成分離的流。因此，將材料分成多股分離的流的導(dǎo)流結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步防止材料聚結(jié)，并防止堵塞和阻塞其中一個(gè)或多個(gè)出口 501。
[0041]參見圖5B，示出了根據(jù)本公開的一個(gè)方面的圖5A中的壓力容器500的剖視圖。在此方面，壓力容器500被示出包括多個(gè)出口 501和多個(gè)用于引導(dǎo)流過壓力容器500的材料流的內(nèi)部導(dǎo)流結(jié)構(gòu)502。在此方面，每一個(gè)出口 501被配置為通到排出管路503。因此，當(dāng)材料流過壓力容器500時(shí)，它們可以與一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)流結(jié)構(gòu)502接觸，被分隔成分離的流，然后從對應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)流結(jié)構(gòu)502的某個(gè)具體的出口 501排出。這樣的實(shí)施例可以允許從壓力容器500更加高效地傳輸材料。
[0042]現(xiàn)在參見圖5C，示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的壓力容器500的俯視示意圖。在此實(shí)施例中，壓力容器500具有圓形的外部幾何形狀和多個(gè)用于從中排出材料的出口501。此外，壓力容器500具有多個(gè)內(nèi)部導(dǎo)流結(jié)構(gòu)502，以將材料流引導(dǎo)至多個(gè)出口 501中的特定的一個(gè)。例如，當(dāng)材料被傳輸至壓力容器500中時(shí)，所述材料可以被分成多個(gè)分離的流，這樣一定體積的材料通過多個(gè)出口 501中的每一個(gè)排出。因此，具有每一個(gè)對應(yīng)于多個(gè)出口 501中的一個(gè)的多個(gè)導(dǎo)流結(jié)構(gòu)502的壓力容器可有益于從壓力容器500排出材料。
[0043]參見圖5D，示出了根據(jù)本公開的一個(gè)方面的圖5C中的壓力容器500的剖視圖。在此方面，壓力容器500被示出包括多個(gè)出口 501和多個(gè)用于引導(dǎo)流過壓力容器500的材料流的內(nèi)部導(dǎo)流結(jié)構(gòu)502。在此實(shí)施例中，每一個(gè)出口 501被配置為分離地通到排出管路503。因此，當(dāng)材料從壓力容器500中流過時(shí)，它們可以與其中一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)流結(jié)構(gòu)502接觸，被分成分離的流，然后從對應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)流結(jié)構(gòu)502的某個(gè)具體的出口 501排出。這樣的實(shí)施例可以允許從壓力容器500更加高效地傳輸材料。
[0044]因?yàn)槌隹?501在與排出管路503接合之前不合并，因此可進(jìn)一步減少由于聚結(jié)的材料所引起的一個(gè)或多個(gè)出口 501的阻塞。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離本公開的范圍的情況下，導(dǎo)流結(jié)構(gòu)502和出口 501的具體結(jié)構(gòu)可以改變。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，可以使用具有兩個(gè)出口 501和單個(gè)導(dǎo)流結(jié)構(gòu)502的壓力容器500，然而在其他實(shí)施例中，可以使用具有三個(gè)或更多個(gè)出口 501和導(dǎo)流結(jié)構(gòu)502的壓力容器500。此外，導(dǎo)流結(jié)構(gòu)502和/或壓力容器500內(nèi)產(chǎn)生的分離流的數(shù)量可以與出口 501的數(shù)量不同。例如，在一方面，對應(yīng)于兩個(gè)出口 501，壓力容器500可以包括三個(gè)導(dǎo)流結(jié)構(gòu)502。在其他實(shí)施例中，出口 501的數(shù)量可比導(dǎo)流結(jié)構(gòu)502的數(shù)量大。
[0045]而且，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，根據(jù)給定的壓力容器500的設(shè)計(jì)需求，導(dǎo)流結(jié)構(gòu)502的幾何形狀可以不同。在一方面，導(dǎo)流結(jié)構(gòu)502可以被構(gòu)造為三角形，而在其他實(shí)施例中，導(dǎo)流結(jié)構(gòu)502可基本上是圓柱形、圓錐形、截頭圓錐形、金字塔形、多邊形或是不規(guī)則的幾何形狀。此外，壓力容器500中的導(dǎo)流結(jié)構(gòu)502的布置同樣可以改變。例如，導(dǎo)流結(jié)構(gòu)502可以布置為同心環(huán)繞壓力容器500的中心點(diǎn)，或者在壓力容器500內(nèi)任意布置。而且，在一些實(shí)施例中，導(dǎo)流結(jié)構(gòu)502可以布置成蜂窩狀，以進(jìn)一步增強(qiáng)其中的材料流動(dòng)。
[0046]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，壓力容器500內(nèi)的導(dǎo)流結(jié)構(gòu)502的具體布置可以根據(jù)傳輸操作的需求而改變。隨著導(dǎo)流結(jié)構(gòu)502的幾何形狀的改變，對應(yīng)于導(dǎo)流結(jié)構(gòu)502的出口 501的幾何形狀同樣可以改變。例如，如圖5A-?所示，出口 501具有大體上圓錐形幾何形狀。在其他實(shí)施例中，出口 501可以具有截頭圓錐形、多邊形、圓柱形或其他允許出口 501對應(yīng)于壓力容器500中的材料流的幾何形狀。
[0047]現(xiàn)在參見圖6A至6B，示出了根據(jù)本公開的多個(gè)方面的替代性壓力容器。特別地，圖6A示出了壓力容器的側(cè)視圖，而圖6B示出了壓力容器的端視圖。
[0048]在此方面中，壓力容器600包括置于支撐結(jié)構(gòu)602內(nèi)的容器601。所述容器601包括多個(gè)終止于平的頂端604的圓錐形部分603，從而形成多個(gè)出料斗部分605。壓力容器600還包括配置成接收空氣流的空氣入口 606以及配置成接收材料流的材料入口 607。在材料傳輸至和/或從壓力容器600傳輸?shù)倪^程中，空氣被注入空氣入口 606，并通過過濾元件608。過濾元件608實(shí)現(xiàn)空氣的清潔，從而在與容器601內(nèi)的材料接觸前，將灰塵顆粒和雜質(zhì)從空氣流中清除。在頂端604處的閥609然后可以打開，從而實(shí)現(xiàn)材料從容器601中流過出口 610。水平放置的壓力容器600的例子被詳細(xì)描述于Brain Snowdon的美國專利公開N0.2007/0187432中，該專利公開通過參考方式包含于此。
[0049]混合器
[0050]在一些實(shí)施例中，混合器可以包括高速、快速吸入、動(dòng)態(tài)噴射器料斗，例如可從位于德克薩斯州休斯頓的M-1 Swaco, L.L.C公司商業(yè)獲得的HIRIDE料斗。簡要地參見圖7A、7B和8，分別是根據(jù)本公開的實(shí)施例的這樣的混合器700的透視圖、側(cè)視圖和端視圖?；旌掀?00包括桌子710和動(dòng)態(tài)噴射器720。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在一些實(shí)施例中，混合器700不需要使用桌子710。當(dāng)添加劑從桌子710流入噴射器720中時(shí)，所述添加劑進(jìn)入具有最小壓降噴嘴的管道。所述流從所述噴嘴的下游側(cè)高速流出，從而形成具有相對較低壓力的區(qū)域，這將添加劑吸入所述噴嘴下游的空隙空間中。所述添加劑然后被抽吸通過擴(kuò)散器的開口，其中，擴(kuò)散器促進(jìn)湍流以及添加劑與流體的混合。在一些實(shí)施例中，可以通過噴射器720上的注射口 730向所述添加劑中添加附加的流體或添加劑。
[0051]在添加劑從所述擴(kuò)散器的第一部分排出后，添加劑被吸入所述擴(kuò)散器的第二部分中，這再次改變流速，產(chǎn)生附加湍流和再循環(huán)區(qū)。所述流然后進(jìn)入擴(kuò)散器的第二喉部，并從管道中排出，這同樣引起所述流速的變化并產(chǎn)生附加湍流和再循環(huán)。當(dāng)添加劑流與流體流排出噴射器720時(shí)，所有材料被混合，并有效地夾帶在所述混合物中。由于噴射器720的設(shè)計(jì)，混合器700提供了在大約800加侖每分鐘(gpm)的流速下可以提供大約6000(1剪切速率的剪切源。所述混合器107的設(shè)計(jì)還提供了將所述添加劑吸入噴射器720的真空，并隨著所述流排出混合器700，增強(qiáng)了所述添加劑與流體的混合。
[0052]流體混合方法
[0053]參見圖9，示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的流體混合方法的流程圖。首先，當(dāng)在鉆井位置混合流體時(shí)，內(nèi)容物從設(shè)置于轉(zhuǎn)移工具上的存儲(chǔ)容器被傳輸至鉆機(jī)存儲(chǔ)容器900。存儲(chǔ)容器和/或所述鉆機(jī)存儲(chǔ)容器可以是前述的任何類型的容器，包括壓力容器。轉(zhuǎn)移工具通常指可以用于向井場輸送大量材料的任何類型的容器。在陸上鉆機(jī)的情況下，所述運(yùn)輸容器可以包括卡車或者火車，而在海上鉆機(jī)的情況下，所述運(yùn)輸容器可以包括補(bǔ)給船。一旦進(jìn)入鉆機(jī)存儲(chǔ)容器中，在使用之前，所述內(nèi)容物可以保留一段時(shí)間。
[0054]在內(nèi)容物(包括流體添加劑)從所述存儲(chǔ)容器被傳輸至鉆機(jī)存儲(chǔ)容器900后，所述內(nèi)容物從鉆機(jī)存儲(chǔ)容器中被傳輸至配料斗910。如前所述，所述內(nèi)容物從鉆機(jī)存儲(chǔ)容器被傳輸至配料斗910可以通過氣動(dòng)傳輸實(shí)現(xiàn)。在此系統(tǒng)中，鉆機(jī)存儲(chǔ)容器可以通過使用空氣壓縮機(jī)加壓，以轉(zhuǎn)移鉆機(jī)存儲(chǔ)容器中的內(nèi)容物。所述內(nèi)容物可以被允許從所述鉆機(jī)存儲(chǔ)容器流至所述配料斗。
[0055]在所述內(nèi)容物被從鉆機(jī)存儲(chǔ)容器傳輸至配料斗910后，所述內(nèi)容物被從所述配料斗傳輸至混合器920?；谒褂玫呐淞隙泛突旌掀鞯念愋停鰞?nèi)容物可以從配料斗先流入螺旋推運(yùn)器。然后，所述螺旋推運(yùn)器可以將所述內(nèi)容物以受控速率從所述螺旋推運(yùn)器存入所述混合器。
[0056]在所述內(nèi)容物被傳輸至混合器920后，所述內(nèi)容物與來自鉆機(jī)流體系統(tǒng)的流體流混合930。為了產(chǎn)生具有期望特性的混合流體，可以在流體進(jìn)入混合器前測量流體的特性，例如，可以在主動(dòng)流體系統(tǒng)中、在蓄積坑中或者在線使用在線流量計(jì)測量流體的特性。基于所確定的流體特性，調(diào)節(jié)所述內(nèi)容物從所述配料斗至所述混合器的傳輸速率。
[0057]在一些實(shí)施例中，在內(nèi)容物從所述鉆機(jī)存儲(chǔ)容器傳輸至所述配料斗910之前，可以測量所述鉆機(jī)存儲(chǔ)容器中的內(nèi)容物的質(zhì)量。在此實(shí)施例中，確定出用于特定的固體內(nèi)容物的空氣流速率，以便可計(jì)算出從鉆機(jī)存儲(chǔ)容器傳輸至配料斗的固體體積。給出特定的固體內(nèi)容物的空氣流速率后，可以計(jì)算出在特定的時(shí)間間隔內(nèi)被傳輸?shù)膬?nèi)容物的體積。然后可以調(diào)節(jié)螺旋推運(yùn)器的速率，使得通過混合器向基礎(chǔ)流體中加入合適體積的內(nèi)容物。
[0058]在一些實(shí)施例中，質(zhì)量測量裝置可以與配料斗連接，以便確定配料斗中的內(nèi)容物的質(zhì)量。所述質(zhì)量被傳送至HMI，且用來控制螺旋推運(yùn)器的速度，并且因此控制傳輸至混合器的固體內(nèi)容物的體積。在HMI接收來自質(zhì)量測量裝置的質(zhì)量更新的實(shí)施例中，可以使用自動(dòng)控制回路來自動(dòng)控制特定類型的固體內(nèi)容物至混合器的傳輸。例如，由于HMI接收有關(guān)配料斗中的固體內(nèi)容物的質(zhì)量的更新數(shù)據(jù)且可以接收包括流體特性的數(shù)據(jù)，HMI可以自動(dòng)調(diào)節(jié)螺旋推運(yùn)器的速度，以便產(chǎn)生特定的流體。
[0059]參見圖10，示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的流體混合方法的流程圖。在此實(shí)施例中，內(nèi)容物流被從至少兩個(gè)壓力容器提供至配料斗1000。在所述內(nèi)容物流被傳輸1000后，傳輸?shù)膬?nèi)容物的質(zhì)量被確定1010。所述質(zhì)量可以通過使用HMI接收來自所述壓力容器或配料斗上的質(zhì)量測量裝置的質(zhì)量數(shù)據(jù)來確定1010。
[0060]流經(jīng)流體管路的流體的特性也被測量1020，并被傳送至HMI。所述流體的特性可以通過使用在線傳感器，或者通過使用主動(dòng)鉆井系統(tǒng)中的傳感器來測量。HMI然后可以將流體特性數(shù)據(jù)和接收自質(zhì)量測量裝置的數(shù)據(jù)與期望的流體特性相比較，以確定如何繼續(xù)。當(dāng)HMI確定了如何繼續(xù)后，基于所述測量的流體特性，所述配料斗中的一定體積的內(nèi)容物被傳輸至所述混合器930。
[0061]例如，操作者可以向HMI中輸入流經(jīng)流體管路的流體的期望的流體參數(shù)。然后，HMI可以將通過傳感器測量的流經(jīng)流體管路的流體的特性與由操作者輸入的相應(yīng)期望的流體參數(shù)相比較，并且確定這兩者間的差異。如果HMI確定測量的特性與期望特性之間存在不同，則基于確定的差異和接收自質(zhì)量測量裝置的數(shù)據(jù)，HMI就可以向所述壓力容器發(fā)送控制信號，以提供從壓力容器至混合器及流體管路中的所選量(即，質(zhì)量或體積)的材料。因此，這里所描述的系統(tǒng)和方法提供了一種安全高效的方法，對流體管路中的流體自動(dòng)配量以保持流經(jīng)流體管路的流體的期望的流體特性。這樣的自動(dòng)系統(tǒng)和方法允許對流體進(jìn)行監(jiān)視和調(diào)節(jié)，而不需要人工操作和裝載材料袋。
[0062]本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，HMI也可以基于提供的數(shù)據(jù)做出其他決定。在一個(gè)實(shí)施例中，來自質(zhì)量測量裝置的數(shù)據(jù)可以被提供給HMI。基于所述數(shù)據(jù)，HMI可以確定所述配料斗中的內(nèi)容物是否足夠以便允許繼續(xù)進(jìn)行混合操作。如果所述配料斗內(nèi)的內(nèi)容物不夠，HMI可以向所述壓力容器發(fā)送控制信號，以便向所述配料斗中傳輸更多的內(nèi)容物。與此相似地，HMI可以從所述壓力容器接收指示壓力容器內(nèi)的內(nèi)容物質(zhì)量的數(shù)據(jù)，以便使HMI可以確定所述內(nèi)容物用完前還能進(jìn)行多久的混合操作。在其他實(shí)施例中，HMI可以與鉆機(jī)管理系統(tǒng)連接。從而，HMI可以提供關(guān)于內(nèi)容物的庫存以及混合操作的狀態(tài)的數(shù)據(jù)。
[0063]本公開的實(shí)施例幾乎可在任何類型的計(jì)算機(jī)上實(shí)施，而無論其所使用的平臺(tái)。具體地，HMI可具有計(jì)算機(jī)實(shí)施接口。例如，如圖11所示，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1200包括一個(gè)或多個(gè)處理器1202、相應(yīng)的存儲(chǔ)器1204(例如，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)，高速緩沖存儲(chǔ)器，閃存等)、存儲(chǔ)設(shè)備1206(例如，硬盤，如高密度磁盤驅(qū)動(dòng)器或數(shù)字式激光視盤(DVD)驅(qū)動(dòng)器形式的光驅(qū)，閃存盤等)和許多其他現(xiàn)今計(jì)算機(jī)典型的元件或功能部件(未示出)。計(jì)算機(jī)1200還可以包括輸入裝置，例如鍵盤1208、鼠標(biāo)1210、或者麥克風(fēng)(未示出)。
[0064]進(jìn)一步地，計(jì)算機(jī)1200可包括輸出裝置，例如顯示器1212(例如，液晶顯示器(IXD)，等離子顯示器，陰極射線管(CRT)顯示器)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1200可以通過網(wǎng)絡(luò)接口連接(未示出)連接網(wǎng)絡(luò)1214(例如，局域網(wǎng)(LAN)，如因特網(wǎng)的廣域網(wǎng)(WAN)，或任何其他類似類型的網(wǎng)絡(luò))。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，存在很多不同類型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，且前述的輸入和輸出裝置也可以采用其他形式。一般來講，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1200要實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例，至少包括起碼的處理、輸入和/或必要的輸出裝置。
[0065]進(jìn)一步地，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，前述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1200的一個(gè)或多個(gè)部件可以遠(yuǎn)程設(shè)置，并與其他部件通過網(wǎng)絡(luò)連接。進(jìn)一步地，本發(fā)明的實(shí)施例可以在具有多個(gè)節(jié)點(diǎn)的分布式系統(tǒng)上實(shí)施，其中，本發(fā)明的每個(gè)部分(例如，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫，簽名產(chǎn)生器，簽名分析器，等)可以設(shè)于所述分布式系統(tǒng)的不同節(jié)點(diǎn)上。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述節(jié)點(diǎn)對應(yīng)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?？商鎿Q地，所述節(jié)點(diǎn)可以對應(yīng)于具有相應(yīng)的物理存儲(chǔ)器的處理器。所述節(jié)點(diǎn)可以可替代地對應(yīng)于具有共享存儲(chǔ)器和/或資源的處理器。進(jìn)一步地，操作本發(fā)明的實(shí)施例的軟件指令可以存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)可讀取介質(zhì)上，例如光盤(CD)、軟盤、磁帶、文檔或其他計(jì)算機(jī)可讀取的存儲(chǔ)裝置中。
[0066]有利地，本公開的實(shí)施例可以提供流體混合的更高效、更安全的方法和系統(tǒng)。更具體地，本公開的實(shí)施例可提供在鉆井位置進(jìn)行鉆井流體混合的更高效、更安全的方法和系統(tǒng)。更具體地，這里公開的系統(tǒng)和方法可提供一種自動(dòng)流體管理系統(tǒng)，例如，泥槳管理系統(tǒng)，其可以提供流體在流體管路中的自動(dòng)配量，以保持流經(jīng)流體管路的流體的期望的流體特性。
[0067]雖然上文僅詳細(xì)地描述了幾個(gè)示例性的實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該容易理解，在實(shí)質(zhì)上不脫離本公開的范圍的情況下，可以對示例性的實(shí)施例進(jìn)行多種變型。相應(yīng)地，所有這樣的變型應(yīng)當(dāng)被包含于權(quán)利要求所限定的本公開的范圍內(nèi)。在權(quán)利要求中，裝置加功能的表述被預(yù)期覆蓋在此描述的執(zhí)行所述功能的結(jié)構(gòu)，不僅限于在結(jié)構(gòu)上的等同物，還包括等同的結(jié)構(gòu)。因此，盡管釘子和螺釘可能在結(jié)構(gòu)上不等價(jià)，因?yàn)獒斪泳哂袌A柱形表面以便緊固木質(zhì)部件，而螺釘具有螺旋形表面，然而在固定木質(zhì)部件的環(huán)境下，釘子和螺釘可以是等價(jià)的結(jié)構(gòu)。 申請人:的明確意圖是不為本文的任何權(quán)利要求的任何限制援引35U.S.C.§ 112第6段，除了權(quán)利要求明確使用詞語“用于…的裝置” 和相關(guān)聯(lián)的功能。
【權(quán)利要求】
1.一種用于混合流體的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 至少兩個(gè)壓力容器； 與所述至少兩個(gè)壓力容器中的至少一個(gè)流體連通的配料斗； 與所述配料斗流體連通的混合器；以及 與所述混合器流體連通的流體管路。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，至少進(jìn)一步包括第二配料斗，其中，所述配料斗與所述至少兩個(gè)壓力容器中的一個(gè)流體連通，且所述第二配料斗與所述至少兩個(gè)壓力容器中的第二個(gè)流體連通。
3.如任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中，所述配料斗包括設(shè)置于配料斗的末端處的螺旋推運(yùn)器。
4.如任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中，所述配料斗可操作地連接于質(zhì)量測量裝置。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述質(zhì)量測量裝置被配置為用于計(jì)算配料斗中的內(nèi)容物的質(zhì)量。
6.如權(quán)利要求4或5所述的系統(tǒng)，其中，所述質(zhì)量測量裝置可操作地連接于人機(jī)接口。
7.如權(quán)利要求6所 述的系統(tǒng)，其中，源自所述配料斗的內(nèi)容物流通過人機(jī)接口控制。
8.一種混合流體的方法，所述方法包括: 提供從至少兩個(gè)壓力容器至配料斗的內(nèi)容物流； 確定從所述至少兩個(gè)壓力容器傳輸至所述配料斗的內(nèi)容物的質(zhì)量； 測量流經(jīng)流體管路的流體的特性，其中，所述流體管路與所述配料斗流體連通；以及從所述配料斗傳輸某一體積的內(nèi)容物至混合器，其中，傳輸?shù)捏w積基于測量出的流體的特性而調(diào)節(jié)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括確定用于所述內(nèi)容物的空氣流速率。
10.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其中，通過調(diào)節(jié)設(shè)置于所述配料斗和所述混合器之間的螺旋推運(yùn)器的速度來控制所述傳輸。
11.如權(quán)利要求8-10中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述提供進(jìn)一步包括:從所述至少兩個(gè)壓力容器提供至少兩種內(nèi)容物至配料斗，其中，所述至少兩種內(nèi)容物依次或同時(shí)被提供至所述配料斗。
12.一種用于混合流體的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 設(shè)置在井場的第一位置處的第一壓力容器； 設(shè)置在井場的第二位置處的第二壓力容器； 配料斗，其與所述第一和第二壓力容器中的至少一個(gè)流體連通； 螺旋推運(yùn)器，其設(shè)置于所述配料斗的末端處，并與所述配料斗流體連通；以及 混合器，與所述螺旋推運(yùn)器流體連通。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括第二配料斗，其中，所述配料斗與所述第一壓力容器流體連通，且所述第二配料斗與所述第二壓力容器流體連通。
14.如權(quán)利要求12或13所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與所述第一和第二壓力容器中的至少一個(gè)流體連通的至少一個(gè)空氣壓縮機(jī)。
15.一種混合流體的自動(dòng)方法，所述方法包括:測量鉆機(jī)流體系統(tǒng)中的流體的特性； 將內(nèi)容物從鉆機(jī)存儲(chǔ)容器傳輸至配料斗； 將內(nèi)容物從所述配料斗傳輸至混合器； 基于測量的特性，確定要加入鉆機(jī)流體系統(tǒng)中的流體流的內(nèi)容物的量；以及 將確定量的內(nèi)容物在混合器中與來自鉆機(jī)流體系統(tǒng)的流體流相混合。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述鉆機(jī)存儲(chǔ)容器包括壓力容器。
17.如權(quán)利要求15或16所述的方法，進(jìn)一步包括:將期望的流體特性與測量的鉆機(jī)流體系統(tǒng)中的流體的特性相比較。
18.如權(quán)利要求15-17中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括:基于確定的需要加入的內(nèi)容物的量，自動(dòng)調(diào)節(jié)內(nèi)容物從所述配料斗至所述混合器的傳輸速率。
19.如權(quán)利要求15-18中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括: 測量所述鉆機(jī)存儲(chǔ)容器中的內(nèi)容物的質(zhì)量；以及 基于測量的鉆機(jī)存儲(chǔ)容器中的內(nèi)容物的質(zhì)量和確定的需要加入的內(nèi)容物的量，自動(dòng)調(diào)節(jié)內(nèi)容物從所述鉆機(jī)存儲(chǔ)容器和所述配料斗中的至少一個(gè)的傳輸速率。
20.如權(quán)利要求 15-19中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括:從設(shè)置于轉(zhuǎn)移工具上的存儲(chǔ)容器向所述鉆機(jī)存儲(chǔ)容器傳輸內(nèi)容物。
【文檔編號】B01F13/06GK104053496SQ201280067474
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月18日
【發(fā)明者】C·勞德, D·克內(nèi)佩爾, G·M·洛根 申請人:M-I有限公司, M-I鉆井液英國有限公司