本申請(qǐng)要求2014年6月4日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.62/007862的權(quán)益，所述美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)以全文引用的方式并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開大體上涉及的領(lǐng)域是測(cè)量和監(jiān)視化學(xué)品處置設(shè)備，且更特定來說涉及監(jiān)視和確知在井筒中使用的流體的制備時(shí)使用的化學(xué)品的質(zhì)量，或者在自動(dòng)化環(huán)境中處理地下地層。

背景技術(shù)：

本部分提供背景信息以促進(jìn)對(duì)本公開的各種方面的較好理解。應(yīng)了解，本文檔的本部分中的陳述應(yīng)當(dāng)鑒于此來閱讀，且不作為對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的承認(rèn)。

油氣井的鉆制和完成涉及在復(fù)雜環(huán)境中使用許多不同的設(shè)備組件。這些復(fù)雜系統(tǒng)的關(guān)鍵元件是控制和監(jiān)視系統(tǒng)。這些系統(tǒng)一般包含傳感器和其它元件，它們向反饋環(huán)路中的控制單元發(fā)信號(hào)?？刂茊卧O(jiān)視著系統(tǒng)，從而提供穩(wěn)定性且確保系統(tǒng)以所需參數(shù)操作。傳感器經(jīng)常放置于系統(tǒng)內(nèi)的特定位置，以提供控制單元起作用所必要的信息。舉例來說，在壓裂操作中，必須以特定參數(shù)提供壓裂。傳感器監(jiān)視流體的流動(dòng)速率、壓力、密度、粘度和其它可測(cè)量值，且此信息被反饋到控制單元和/或反饋到手動(dòng)監(jiān)視系統(tǒng)是否有故障的操作者。當(dāng)前系統(tǒng)正常依賴于操作者在故障發(fā)生時(shí)采取動(dòng)作。這些故障會(huì)影響工作性能且導(dǎo)致工作失敗。而且，操作者通常接收到來自控制系統(tǒng)的關(guān)于其當(dāng)前操作狀態(tài)相對(duì)于其預(yù)期狀態(tài)的最少反饋。在一些情況下，操作者可能不知道即將到來或立即的故障。

在例如液壓壓裂操作等油田操作期間監(jiān)視在井現(xiàn)場(chǎng)使用的液體化學(xué)材料出于許多原因來說是重要的，包含以化學(xué)材料制備的處理流體的質(zhì)量，以及總體操作的成功。通常，用大的儲(chǔ)存器皿儲(chǔ)存和消耗化學(xué)品，例如水平管型運(yùn)輸郵輪和垂直化學(xué)容器。在流體制備中使用的不同的十到十五種數(shù)千加侖化學(xué)品的情況下，化學(xué)品供應(yīng)者不斷地再填充容器，且在數(shù)量、標(biāo)識(shí)以及質(zhì)量方面監(jiān)視材料的庫(kù)存是重要的。隨著自動(dòng)化的趨勢(shì)增加以及在井現(xiàn)場(chǎng)對(duì)操作者的依賴減少，方法和系統(tǒng)需要有效地識(shí)別化學(xué)品，確定在容器填充或再填充過程以及化學(xué)材料的任何相分離期間可能會(huì)發(fā)生的潛在污染，排除油田操作中的任何即將到來或立即的故障。

此外，在制備處理流體中使用的一些化學(xué)材料中溶解有固體，且一些是乳狀液。當(dāng)儲(chǔ)存超過一段時(shí)間時(shí)，這些化學(xué)材料可能有在容器中分離的趨勢(shì)，這可能很難檢測(cè)。因此，確?；旌衔锞哂凶銐蛸|(zhì)量來進(jìn)而制備具有可接受質(zhì)量的處理流體是油田操作中的關(guān)鍵。

需要監(jiān)視和確知在井現(xiàn)場(chǎng)流體的制備中使用的不同化學(xué)材料的狀況以使得在存在不符合的情況下可以采取調(diào)節(jié)步驟的方法和系統(tǒng)，且至少部分地通過以下公開中描述的實(shí)施方案滿足此需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本部分提供本公開的一般概述，并且不一定是本公開的完整范圍或本公開的所有特征的全面公開。

在本公開的第一方面中，方法包括：提供與容器集成在一起的能量化波源；將來自所述能量化波源的能量化波傳輸通過駐留于所述容器中的第一材料；由檢測(cè)器接收來自形成于所述第一材料的表面與第二材料的第一表面之間的界面表面的第一反射能量化波；由所述檢測(cè)器接收來自所述第二材料的第二表面的第二反射能量化波；分析所述第一反射能量化波和所述第二反射波以識(shí)別所述第一材料和所述第二材料；以及確定所述第一材料和所述第二材料的分離程度。所述方法可以進(jìn)一步包括：在自動(dòng)化環(huán)境中混合所述第一材料和所述第二材料以形成均質(zhì)混合物；以及將所述均質(zhì)混合物排放到地下處理流體制備工藝設(shè)備中。還可以在混合所述第一材料和所述第二材料期間現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量所述第一材料和所述第二材料的分離程度。在一些情況下，所述第一材料和所述第二材料是可混溶的，而在其它實(shí)例中，所述第一材料和所述第二材料是不可混溶的。所述能量化波可以是超聲波、聲納波、電磁波、無線電波或光波。

在本公開的另一方面中，方法包括：提供與容器集成在一起的能量化波源；將來自所述能量化波源的能量化波傳輸?shù)今v留于所述容器中的第一材料的第一表面；由檢測(cè)器接收來自所述第一材料的所述第一表面的第一反射能量化波；由所述檢測(cè)器接收來自形成于所述第一材料的表面與第二材料的第一表面之間的界面表面的第二反射能量化波；由所述檢測(cè)器接收來自所述第二材料的第二表面的第三反射能量化波；分析所述第一反射能量化波和所述第二反射能量化波以識(shí)別所述第一材料和所述第二材料，且確定所述第一材料和所述第二材料的分離程度；以及分析所述第一反射能量化波、所述第二反射能量化波和所述第三反射能量化波以確知駐留于所述容器中的所述第一材料和所述第二材料的體積。所述方法可以進(jìn)一步包括：在自動(dòng)化環(huán)境中混合所述第一材料和所述第二材料以形成均質(zhì)混合物；以及將所述均質(zhì)混合物排放到地下處理流體制備工藝設(shè)備中。

又一個(gè)方面提供方法，所述方法涉及：提供容器，所述容器具有垂直安置于其中的至少一個(gè)管，其中能量化波源和檢測(cè)器與所述至少一個(gè)管連接，并且沿著駐留于所述容器中的多個(gè)材料層中的每一層傳輸例如導(dǎo)波雷達(dá)等能量化束通過所述管。從所述多個(gè)層中的每一層接收來自所傳輸能量化波的反射能量化波，且進(jìn)行分析以識(shí)別形成所述多個(gè)層中的每一層的每一者的材料和液位。所述方法可用以確定形成所述多個(gè)層的所述材料內(nèi)的分離程度，或者甚至確知駐留于所述容器中的單獨(dú)材料的體積。所述方法可以進(jìn)一步包括：在自動(dòng)化環(huán)境中混合所述多個(gè)層以形成均質(zhì)混合物；以及將所述均質(zhì)混合物排放到地下處理流體制備工藝設(shè)備中。

附圖說明

下文將參考附圖描述本公開的某些實(shí)施方案，其中相同參考標(biāo)號(hào)表示相同元件。然而應(yīng)了解，附圖圖示了本文描述的各種實(shí)現(xiàn)方式且并非有意限制本文描述的各種技術(shù)和方法的范圍，且：

圖1以橫截面圖圖示了在根據(jù)本公開的一方面的一些方法中有用的設(shè)備；

圖2以橫截面圖描繪了在根據(jù)本公開的一些方法中有用的另一設(shè)備；

圖3以橫截面圖圖示了在根據(jù)本公開的一些方面的一些方法中使用的可安置于移動(dòng)平臺(tái)上的水平容器；

圖4以橫截面圖描繪了在根據(jù)本公開的一方面的某種方法中有用的垂直安置于容器內(nèi)的至少一個(gè)管的使用，其中能量化波源和檢測(cè)器與所述管連接；以及

圖5圖式了根據(jù)本公開的方法用以在自動(dòng)化布置中制備具有改善的且更可靠的性質(zhì)的井筒流體的情形。

具體實(shí)施方式

以下對(duì)變化的描述本質(zhì)上僅是說明性的，且絕不希望限制本公開的范圍、其應(yīng)用或者用途。本文呈現(xiàn)說明和實(shí)施例僅是為了說明本公開的各種實(shí)施方案的目的，且不應(yīng)解釋為對(duì)本公開的范圍和適用性的限制。

除非明確陳述相反情況，否則“或”指代包含性“或”而不是排他性“或”。舉例來說，以下各項(xiàng)中的任一者滿足條件A或B：A為真(或存在)并且B為假(或不存在)，A為假(或不存在)并且B為真(或存在)，以及A和B均為真(或存在)。

另外，“一”的使用用來描述本文的實(shí)施方案的元件和組件。這是僅僅為了方便而達(dá)成并給出根據(jù)本公開的概念的一般性意義。此描述應(yīng)當(dāng)理解為包含一個(gè)或至少一個(gè)，并且單數(shù)形式也包含復(fù)數(shù)形式，除非另外陳述。

本文使用的術(shù)語和短語是用于描述性目的，且不應(yīng)解釋為范圍上的限制。例如“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或“涉及”及其變化等語言希望為廣義的且涵蓋隨后列出的主題、等效物以及未敘述的額外主題。

而且，如本文使用，對(duì)“一個(gè)實(shí)施方案”或“實(shí)施方案”的任何參考都意味著結(jié)合所述實(shí)施方案描述的特定元件、特征、結(jié)構(gòu)或特性包含在至少一個(gè)實(shí)施方案中。短語“在一個(gè)實(shí)施方案中”在說明書中各處的出現(xiàn)不一定指代同一個(gè)實(shí)施方案。

根據(jù)本公開的實(shí)施方案利用能量化波技術(shù)，所述技術(shù)與材料容器整合或另外關(guān)聯(lián)到材料容器以檢測(cè)化學(xué)品的類型，以及潛在地確知駐存于容器中的化學(xué)品的任何分離。本公開的實(shí)施方案提供的一些改進(jìn)包含在遠(yuǎn)程井現(xiàn)場(chǎng)在自動(dòng)化環(huán)境中制備地下地層處理流體中使用的多種材料的材料質(zhì)量、材料數(shù)量和/或分離的檢測(cè)。然而，在用例如水平管型運(yùn)輸郵輪和垂直化學(xué)容器等大的儲(chǔ)存容器儲(chǔ)存和消耗化學(xué)品的任何材料/化學(xué)處理情形中，容器可以是有用的。如本文使用，術(shù)語“自動(dòng)化的”或“自動(dòng)化”意味著通過高度自動(dòng)手段(例如通過電子裝置)來操作或控制過程的技術(shù)、方法或系統(tǒng)，從而使人為干預(yù)減到最少且不需要來自人操作者的連續(xù)輸入。

在油田操作中，操作中可能利用不同的十到十五種數(shù)千加侖化學(xué)品，且第三方供應(yīng)者連續(xù)再填充容器，且駐留于容器中的化學(xué)品被排放以制備各種井現(xiàn)場(chǎng)流體。在許多情況下，在容器中的材料的數(shù)量以及質(zhì)量方面監(jiān)視庫(kù)存以及檢測(cè)每一容器中儲(chǔ)存的是哪一種化學(xué)組合物是重要的。本公開的實(shí)施方案實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，因此減少在井現(xiàn)場(chǎng)對(duì)操作者的依賴，且系統(tǒng)充分可靠且準(zhǔn)確地檢測(cè)化學(xué)品、在填充再填充過程期間可能發(fā)生的任何潛在污染，以及化學(xué)品的相分離。一些使用的化學(xué)品已經(jīng)溶解了固體和/或是乳狀液，這在操作之間不使用超過一段時(shí)間時(shí)可能在容器中分離，此狀況難以通過人監(jiān)視來檢測(cè)，但通過根據(jù)本公開的實(shí)施方案能容易且自動(dòng)地檢測(cè)。本公開的實(shí)施方案通過引入一種系統(tǒng)而對(duì)操作提供益處，所述系統(tǒng)監(jiān)視且跟蹤不同化學(xué)品的狀況，使得即使在駐留于容器中的化學(xué)品存在不符合時(shí)也可以制定緩解方法。

原則上，在能量化波脈沖被傳輸?shù)矫浇?例如空氣)時(shí)，其行進(jìn)通過媒介直到遇到媒介性質(zhì)的突然改變，例如對(duì)于超聲傳感器來說的密度、對(duì)于電磁波來說的介電常數(shù)，或?qū)τ诠饣蚱窆鈦碚f的顏色或光學(xué)性質(zhì)。入射于新媒介的表面上的波隨后經(jīng)歷例如反射、透射和吸收等現(xiàn)象。波的一部分被反射，且其余部分透射到新媒介中。反射率和透射率一起之和為一。波反射的振幅取決于新媒介性質(zhì)以及波行進(jìn)的新媒介與舊媒介之間的對(duì)比。因此通過分析波的振幅，可能間接地推斷所存在材料的類型。舉例來說，在雷達(dá)電磁波中，反射率隨著介電常數(shù)而變，且可能在酸、堿、中性和油基或水基化學(xué)品之間進(jìn)行區(qū)分。取決于正進(jìn)行的測(cè)量的分辨率可以做出較精細(xì)的區(qū)分。

參考圖1，以橫截面圖描繪在本公開的一些方法中有用的設(shè)備。設(shè)備100包含容器102，所述容器圖示為垂直容器。然而，雖然示出垂直容器，但在范圍和精神內(nèi)是使用任何適用的容器形狀，包含垂直容器、水平管運(yùn)輸容器、立方體便攜箱、桶和類似物。能量化波源104與容器集成在一起，圖示于容器102的頂部側(cè)上。能量化波106從能量化波源104傳輸?shù)今v留于容器102中的第一材料108的表面。在到達(dá)材料108的表面后，能量化波106的一部分從表面反射從而形成反射能量化波110，且行進(jìn)到檢測(cè)器112。能量化波106與反射能量化波110之間形成的角度使所述兩個(gè)相異波分離，且反射能量化波110由檢測(cè)器112接收到的位置可以指示容器102內(nèi)的材料108的表面液位。在一些情況下，反射能量化波110行進(jìn)的距離且因此從能量化波106初始透射到材料108的表面且作為能量化波110反射回到檢測(cè)器112所過去的時(shí)間與容器102內(nèi)的材料108的表面的位置成正比。此值可用以確知駐留于容器102中的材料的總體最上部表面位置。

在能量化波移動(dòng)到材料108中時(shí)，其不僅減慢，而且在密度較大的媒介108中波長(zhǎng)改變且變得較短。能量化波的頻率在其進(jìn)入材料108時(shí)不改變，能量化波106在材料108中的速度v與頻率f和波長(zhǎng)l兩者相關(guān)且是它們的乘積：

1)V＝l·f

組合以上用于速率的表達(dá)式1)與折射率的定義，可以求解在材料108中的波長(zhǎng)l＝v/f與在進(jìn)入材料108之前的波長(zhǎng)l₀＝c/f之間的關(guān)系并且表達(dá)為‘n’：

2)

在以上等式中，消除了頻率，因?yàn)轭l率在能量化波106移動(dòng)到材料108中時(shí)不改變。值n指示材料108的識(shí)別，且在材料混合物的情況下指示混合物的質(zhì)量狀態(tài)。

為了說明根據(jù)本公開的實(shí)施方案中可以如何有效地使用值n，在能量化波106移動(dòng)通過第一材料108且到達(dá)形成于材料108的第二表面與第二材料116的第一表面之間的界面表面時(shí)，產(chǎn)生第二反射能量化波114。第二反射能量化波114行進(jìn)通過材料108，進(jìn)入材料108的表面材料108的表面上方的區(qū)域中，且由檢測(cè)器112接收。n的值與反射能量化波114的波長(zhǎng)(λ)相關(guān)，且因此指示材料108的識(shí)別。此外，反射能量化波114行進(jìn)的距離以及從能量化波106初始透射到形成于材料108的第二表面與第二材料116的第一表面之間的界面表面過去的時(shí)間和反射能量化波114行進(jìn)到檢測(cè)器112的時(shí)間與容器102內(nèi)的材料116的上部表面的位置成正比。此距離/時(shí)間值可用以確知駐留于容器102中的材料108的液位和體積。

此外，如圖1中圖示，能量化波106的一部分隨后移動(dòng)通過第二材料116且隨后到達(dá)容器102的底部，或安置于其中的反射性表面118。隨后形成第三反射能量化波120，其行進(jìn)通過第二材料116、通過第一材料108且隨后到達(dá)且由檢測(cè)器112接收。在能量化波106移動(dòng)通過第二材料116時(shí)，形成另一波長(zhǎng)(λ)，且因此形成對(duì)于第二材料116特定且指示其識(shí)別的值n。另外，當(dāng)與材料108的表面的位置相比時(shí)，反射能量化波120行進(jìn)的距離以及從能量化波106初始透射到容器102的底部或安置于其中的反射性表面118所過去的時(shí)間或者反射能量化波120行進(jìn)到檢測(cè)器112的時(shí)間與容器102內(nèi)的材料的總體體積成正比。此外，此距離/時(shí)間值可用以通過減去材料108的液位或體積而確知駐留于容器102中的材料116的液位和體積。

在確定材料108和116的相對(duì)量和識(shí)別后，可以在必要時(shí)適當(dāng)調(diào)節(jié)所述材料，然后排放到工藝流中。舉例來說，如果材料108和116經(jīng)過相分離，那么可以通過旋轉(zhuǎn)混合刀片122以賦予足夠能量來形成均質(zhì)混合物而對(duì)所述材料賦予混合?？梢酝ㄟ^本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的任何合適裝置來使混合刀片122旋轉(zhuǎn)。在整個(gè)混合中，可以通過將能量化波106從波源104傳輸?shù)交旌衔镏星以跈z測(cè)器112處接收已行進(jìn)通過混合物的反射能量化波而現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視所形成混合物的狀況。當(dāng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)波長(zhǎng)(λ)且因此表示混合物質(zhì)量的n的值時(shí)，可以將混合物從排放導(dǎo)管124排放到較大的材料處理布置中，例如批次混合或連續(xù)混合過程。在井現(xiàn)場(chǎng)材料的情況下，可以將混合物引入到用于制備地下地層處理流體的后續(xù)混合器或分散器中，所述處理流體例如為鉆井流體、壓裂流體、礫石充填流體、基質(zhì)酸化流體、清洗流體和類似流體。此外，在材料從容器102排放且進(jìn)入材料處理布置中期間，可通過從波源104傳輸能量化波106到混合物的表面且在檢測(cè)器112處接收反射能量化波來連續(xù)監(jiān)視混合物的減小液位，以測(cè)量和確?；旌衔镞M(jìn)入材料處理布置的排放速率。

再次參見圖1，在本公開的一些實(shí)施方案中，方法中使用的組件的系統(tǒng)可以與控制器126集成在一起，所述控制器可以是計(jì)算機(jī)、微處理器或PLC，這實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自動(dòng)化。系統(tǒng)的自動(dòng)化可以消除操作者進(jìn)行物理測(cè)量和視覺觀測(cè)以確定駐留于容器102中的材料的液位、識(shí)別和質(zhì)量的需要。在操作中，控制器126通過合適的導(dǎo)體128連接到傳輸器104和檢測(cè)器112，所述控制器能夠控制能量化波106的特性以及接收與例如110、114和120等檢測(cè)到的反射能量化波對(duì)應(yīng)的信號(hào)。在一些方面中，在控制器126接收到指示容器102中的材料需要例如混合等動(dòng)作的信號(hào)時(shí)，控制器126通過導(dǎo)體130控制電機(jī)(未圖示)，其使混合器122旋轉(zhuǎn)以調(diào)節(jié)材料以用于在較大材料處理布置中的有效使用，且制備改善質(zhì)量的材料。這可以在自動(dòng)情形中實(shí)現(xiàn)，其中將從檢測(cè)器接收到的信號(hào)與相關(guān)曲線進(jìn)行比較且自動(dòng)起始混合，直到所接收信號(hào)與均質(zhì)化的混合物的目標(biāo)波長(zhǎng)(λ)或值n對(duì)應(yīng)。凈效應(yīng)是最終產(chǎn)品中的材料混合物的改善性能，其中不存在人操作者輸入。雖然示出導(dǎo)體用于將控制器126連接到設(shè)備的各種組件，但在本公開的實(shí)施方案中可以使用本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的任何合適的數(shù)據(jù)通信技術(shù)，包含局域無線通信、無線電通信、光學(xué)通信和類似技術(shù)。

在本公開的又一方面中，產(chǎn)生能量化波的傳輸器104以及接收反射能量化波的檢測(cè)器112可以用于監(jiān)視通過入口132引入到或另外填充到容器102中的一種或多種材料?？梢詫⒗?08等材料引入到容器中，且在填充期間，能量化波106和反射能量化波110可以產(chǎn)生指示駐留于容器102中的材料108的液位的信號(hào)。利用控制器126，材料的填充可以繼續(xù)，或者當(dāng)目標(biāo)水平的材料已引入到容器中時(shí)停止。此外，接合從容器102排放混合物，控制器可以發(fā)信號(hào)以用于通過入口132將材料補(bǔ)充到容器中。

電子液位傳感器可以集成到在本公開的一些方法中有用的一些設(shè)備中。電子液位傳感器134可以附著到容器102的內(nèi)部。可以在靜態(tài)條件下測(cè)量液位，或者在正將材料添加到容器102中或從容器102排放時(shí)進(jìn)行連續(xù)測(cè)量。用于材料含量的測(cè)量的一些示例性液位傳感器方法包含：超聲液位傳感器，其基于聲波傳輸和接收的原理以及材料的高度而操作，其中來自傳輸器的高頻率聲波由內(nèi)含物的頂部表面反射到接收器；雷達(dá)液位傳感器，其基于電磁波傳輸和接收的原理而操作，其中來自傳輸器的電磁波由內(nèi)含物的頂部表面反射到接收器，且從往返行程時(shí)間推斷內(nèi)含物的高度；或者電容傳感器，其測(cè)量?jī)筛饘贄U之間或金屬桿與地之間的電容，其中筒倉(cāng)內(nèi)含物具有不同于空氣的介電常數(shù)，且所述兩根桿之間或桿與地之間的電容根據(jù)內(nèi)含物的頂部表面的液位而變化。電子液位傳感器134可以經(jīng)由導(dǎo)體136與控制器126集成在一起，作為設(shè)備的總體自動(dòng)化和控制的部分。

在本公開的實(shí)施方案中，例如圖1中描繪的材料108和116等所識(shí)別和分析的材料可以是能夠通過能量化波進(jìn)行此檢測(cè)和分析的任何材料。一些非限制性實(shí)施例包含單相液體、例如乳狀液等多相液體、鹽溶液、酸溶液、堿溶液、液體相和顆粒的漿液、聚合物溶液、聚合物懸浮液、表面活性劑懸浮液和類似物。

圖2圖示了以橫截面圖描繪的在本公開的一些方法中有用的另一設(shè)備。設(shè)備200包含容器202，且能量化波源204與容器集成在一起，圖示于容器202的底部側(cè)上。檢測(cè)器212被配置成與源204集成在一起。能量化波206從能量化波源204傳輸通過駐留于容器202中的第一材料208。在到達(dá)材料208的上表面后，能量化波206的一部分從表面反射從而形成反射能量化波210，接著行進(jìn)到檢測(cè)器212。能量化波206與反射能量化波210之間形成的角度使所述兩個(gè)相異波分離，且反射能量化波210由檢測(cè)器212接收到的位置可以指示材料208的表面液位。在一些情況下，反射能量化波210行進(jìn)的距離且因此從能量化波206初始透射到材料208的表面且作為能量化波210反射回到檢測(cè)器212所過去的時(shí)間與容器202內(nèi)的材料208的表面的位置成正比。n的值與反射能量化波210的波長(zhǎng)(λ)相關(guān)，且指示材料208的識(shí)別。

能量化波206的一部分隨后移動(dòng)通過第二材料216且到達(dá)第二材料216的上表面，在此產(chǎn)生第二反射能量化波214。第二反射能量化波214行進(jìn)通過材料216，進(jìn)入材料208，且由檢測(cè)器212接收。n的值與反射能量化波214的波長(zhǎng)(λ)相關(guān)，且因此指示材料216的識(shí)別。此外，反射能量化波214行進(jìn)的距離以及從能量化波206初始透射通過第一材料208和第二材料216過去的時(shí)間和反射能量化波214行進(jìn)到檢測(cè)器212的時(shí)間與駐留于容器202中的材料的最上部表面位置的位置成正比。由此，此時(shí)間和距離可用以確知容器202中的總體材料量。

在確定容器202中的材料208和216的相對(duì)量和識(shí)別后，可以在必要時(shí)調(diào)節(jié)所述材料，然后排放到工藝流中。在這些實(shí)例中，可以使混合刀片222旋轉(zhuǎn)以賦予足夠能量來形成材料的均質(zhì)混合物?？梢酝ㄟ^將能量化波206從波源204傳輸?shù)交旌衔镏星以跈z測(cè)器212處接收已行進(jìn)通過混合物的反射能量化波而現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視正形成混合物的狀況。當(dāng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)波長(zhǎng)(λ)且因此表示混合物質(zhì)量的n的值時(shí)，可以將混合物從排放導(dǎo)管224排放到較大的材料處理布置中。如上所述，可以將混合物引入到用于制備地下地層處理流體的后續(xù)混合器或分散器中。此外，在材料從容器202排放且進(jìn)入材料處理布置中期間，可通過從波源204傳輸能量化波206到混合物的表面且在檢測(cè)器212處接收反射能量化波來連續(xù)監(jiān)視混合物的減小液位，以測(cè)量和確?；旌衔镞M(jìn)入材料處理布置的排放速率。

再次參見圖2，方法中使用的組件的系統(tǒng)也可以與控制器226集成在一起，所述控制器可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化，因此消除操作者進(jìn)行物理測(cè)量和視覺觀測(cè)以確定駐留于容器202中的材料的液位、識(shí)別和質(zhì)量的需要。在操作中，控制器226通過合適的導(dǎo)體228連接到傳輸器204和檢測(cè)器212?？刂破?26能夠控制能量化波206的特性以及接收與例如210和214等檢測(cè)到的反射能量化波對(duì)應(yīng)的信號(hào)?？刂破?26可以接收指示容器202中的材料需要例如混合等動(dòng)作的信號(hào)，且控制器226通過導(dǎo)體230控制電機(jī)(未圖示)，其使混合器222旋轉(zhuǎn)以調(diào)節(jié)材料以用于有效使用。這可以在自動(dòng)情形中實(shí)現(xiàn)，其中將從檢測(cè)器接收到的信號(hào)與相關(guān)曲線進(jìn)行比較且自動(dòng)起始混合，直到所接收信號(hào)與均質(zhì)化的混合物的目標(biāo)波長(zhǎng)(λ)或值n對(duì)應(yīng)。凈效應(yīng)是最終產(chǎn)品中的材料混合物的改善性能，其中不存在人操作者參與。

在一些方面中，產(chǎn)生能量化波的傳輸器204以及接收反射能量化波的檢測(cè)器212可以用于監(jiān)視通過入口232引入到或另外填充到容器202中的一種或多種材料?？梢詫⒗?16或208等材料填充到容器中，且能量化波206和反射能量化波214或210可以產(chǎn)生指示駐留于容器202中的材料216或208的液位的信號(hào)。利用控制器226，材料的填充可以繼續(xù)，或者當(dāng)目標(biāo)水平的材料已引入到容器中時(shí)停止。此外，接合從容器202排放混合物，控制器可以發(fā)信號(hào)以用于通過入口232將材料補(bǔ)充到容器中。此外，類似于圖1中描述的實(shí)施方案，電子液位傳感器234可以附著到容器202的內(nèi)部?？梢栽陟o態(tài)條件下測(cè)量液位，或者在正將材料添加到容器202中或從容器202排放時(shí)進(jìn)行連續(xù)測(cè)量。電子液位傳感器234可以經(jīng)由導(dǎo)體236與控制器226集成在一起，作為設(shè)備200的總體自動(dòng)化和控制的部分。

雖然圖1和2描繪作為支撐于架子上的基本上垂直容器的容器102和202，但本公開的實(shí)施方案也包含使用可安置于移動(dòng)平臺(tái)上的水平容器，例如圖3中所示，其為此種設(shè)備的一般表示。設(shè)備300包含安置于拖車350上的水平定向的容器302。拖車350可以包含用于移動(dòng)材料運(yùn)輸所知的典型組件，例如鵝頸管352、框架354、車輪356和類似物，用于將材料從一個(gè)位置移動(dòng)到另一位置。容器302包含集成能量化波源304和檢測(cè)器312。能量化波306從源304傳輸?shù)降谝徊牧?08的表面，且在到達(dá)材料308的表面后，能量化波306的一部分從表面反射從而形成反射能量化波310，且行進(jìn)到檢測(cè)器312。反射能量化波310由檢測(cè)器312接收的位置可以指示容器302內(nèi)的材料308的表面液位。反射能量化波310行進(jìn)的距離且因此從能量化波306初始透射到材料308的表面且作為能量化波310反射回到檢測(cè)器312所過去的時(shí)間與材料308的表面的位置成正比。此值可用以確知駐留于容器302中的材料的總體最上部表面位置。

能量化波306的一部分隨后移動(dòng)通過第一材料308到達(dá)形成于材料308的第二表面與第二材料316的第一表面之間的界面表面。在所述界面表面處產(chǎn)生第二反射能量化波314，其隨后行進(jìn)通過材料308進(jìn)入材料308的表面上方的區(qū)域，且由檢測(cè)器312接收。n的值與反射能量化波314的波長(zhǎng)(λ)相關(guān)，且因此指示材料308的識(shí)別。反射能量化波314行進(jìn)的距離以及從能量化波306的初始透射到在檢測(cè)器312處接收到反射能量化波314過去的時(shí)間指示駐留于容器302中的材料308的液位和體積。能量化波306的另一部分移動(dòng)通過第二材料316且隨后到達(dá)容器302的底部。隨后形成第三反射能量化波320，其行進(jìn)通過第二材料316、通過第一材料308且隨后到達(dá)檢測(cè)器312。在能量化波306移動(dòng)通過第二材料316時(shí)，形成另一波長(zhǎng)(λ)，且因此形成對(duì)于第二材料316特定且指示其識(shí)別的值n。

設(shè)備300的一些組件與控制器326集成在一起，從而實(shí)現(xiàn)用于駐留于容器302中的材料的識(shí)別和質(zhì)量的系統(tǒng)的自動(dòng)化?？刂破?26通過導(dǎo)體328與傳輸器304和檢測(cè)器312連接。控制器326能夠控制能量化波306的特性以及接收與例如306、314和320等檢測(cè)到的反射能量化波對(duì)應(yīng)的信號(hào)?？刂破?26可以接收指示容器302中的材料需要例如混合等動(dòng)作的信號(hào)，且控制器326控制混合器322的旋轉(zhuǎn)以調(diào)節(jié)材料。這是在自動(dòng)情形中實(shí)現(xiàn)，其中將從檢測(cè)器接收到的信號(hào)與相關(guān)曲線進(jìn)行比較且自動(dòng)起始混合，直到所接收信號(hào)與均質(zhì)化的混合物的目標(biāo)波長(zhǎng)(λ)或值n對(duì)應(yīng)。

在本公開的另一實(shí)施方案中，方法包含使用垂直安置容器的至少一個(gè)管，其中能量化波源和檢測(cè)器安置于所述至少一個(gè)管或消力井內(nèi)。參考圖4，根據(jù)所述方法使用的設(shè)備400包含安裝于拖車450上的水平容器402，但可以是任何實(shí)際的容器形狀或大小。容器402包含集成能量化波源和檢測(cè)器404，其中管406安置于容器402中。例如導(dǎo)波雷達(dá)等能量化波從源404傳輸縱向通過管406，且能量化波的部分反射回到集成能量化波源和檢測(cè)器404。能量化波406沿著第一媒介416行進(jìn)，且能量化波406的初始波長(zhǎng)可以或可以不被第一媒介416更改。檢測(cè)到的反射能量化波406的波長(zhǎng)可以指示第一媒介416的識(shí)別。在到達(dá)第一媒介416與另一材料418的界面408后，反射信號(hào)產(chǎn)生且由集成能量化波源和檢測(cè)器404接收，其指示容器402中的材料418的表面位置或液位。

能量化波的一部分沿著材料418進(jìn)一步行進(jìn)通過管406，且檢測(cè)到的反射能量化波的波長(zhǎng)可用以識(shí)別材料418。在材料418與另一材料420的界面410處，反射信號(hào)產(chǎn)生且由集成能量化波源和檢測(cè)器404接收，其指示容器402中的材料420的表面位置。所傳輸能量化波412的一部分隨后沿著材料420進(jìn)一步行進(jìn)通過管，且檢測(cè)到的反射能量化波的波長(zhǎng)可用以識(shí)別材料420。

設(shè)備400的組件可以與控制器422集成在一起，從而實(shí)現(xiàn)用于駐留于容器402中的材料的識(shí)別和質(zhì)量的系統(tǒng)的自動(dòng)化?？刂破?22與集成能量化波源和檢測(cè)器404連接，且能夠控制所傳輸能量化波的特性以及接收與檢測(cè)到的反射能量化波對(duì)應(yīng)的信號(hào)?？刂破?22可以接收指示容器402中的材料需要例如混合等動(dòng)作的信號(hào)，且控制器422控制混合器424的旋轉(zhuǎn)以調(diào)節(jié)材料。這是在自動(dòng)情形中實(shí)現(xiàn)，其中將從檢測(cè)器接收到的信號(hào)與相關(guān)曲線進(jìn)行比較且自動(dòng)起始混合，直到所接收信號(hào)與均質(zhì)化的混合物的目標(biāo)波長(zhǎng)(λ)或值n對(duì)應(yīng)。在確知分離程度后，可以混合所述多個(gè)層以形成均質(zhì)混合物，且隨后排放到流體制備設(shè)備中，例如地下處理流體制備工藝設(shè)備。

在又其它實(shí)施方案中，并非通過從安置于容器內(nèi)的源發(fā)送能量化波來分析流體，而是可以通過容器壁在外部將波耦合到媒介中。在這些實(shí)施方案中，可以利用例如聲納或檢波器等長(zhǎng)范圍波來發(fā)送能量化波通過多個(gè)層且反射回到檢測(cè)器，以提供有用的組成和界面性質(zhì)。一些其它方法實(shí)施方案采用外部安置的能量化波源和檢測(cè)器來確知化學(xué)品類型、狀況和液位，這些是基于電容性/電磁傳感器。在這些情況下，多個(gè)電極可以纏繞在容器周圍且用以檢測(cè)通過容器壁且進(jìn)入流體媒介的局部電容。電容改變實(shí)現(xiàn)了化學(xué)品及其用于識(shí)別的特性的檢測(cè)。類似地，電磁通量可以從容器外部耦合以檢測(cè)容器內(nèi)的媒介的性質(zhì)的變化。

在油田井現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中，根據(jù)本公開的方法可以有用于制備用于鉆井、壓裂、礫石充填、基質(zhì)酸化、清洗和類似的流體。圖5描繪此情形，其中例如上文描述的那些設(shè)備用以在自動(dòng)化布置中制備具有改善的且更可靠的性質(zhì)的井筒流體。大體上，井筒500通過管路504與流體加壓泵送系統(tǒng)502流體連接。流體加壓泵送系統(tǒng)502可以是本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的任何泵系統(tǒng)，用于以目標(biāo)壓力將特定類型的流體遞送到井筒中。流體加壓泵送系統(tǒng)502通過管路508流體連接到混合系統(tǒng)506。一個(gè)或多個(gè)材料容器510、512和514分別通過導(dǎo)管516、518和520連接到混合系統(tǒng)506。雖然示出三個(gè)材料容器，但任何合適數(shù)目的容器可以與混合系統(tǒng)506連接。材料容器510、512和514中的每一者包含如上所述在自動(dòng)化方案中使用的能量化波源和檢測(cè)器，以在必要時(shí)識(shí)別、定量和調(diào)節(jié)駐留于容器510、512和514中的材料。能量化波源和檢測(cè)器與中央控制器522連接，所述中央控制器可以用于監(jiān)視和確保材料的質(zhì)量和數(shù)量，而不依賴于通過人操作者對(duì)駐留于容器中的材料的物理觀測(cè)。

中央控制器522可以進(jìn)一步與混合系統(tǒng)506和流體加壓泵送系統(tǒng)502集成且連接在一起以監(jiān)視正在制備的流體的特性和性質(zhì)，以及在將處理流體引入到井筒500中時(shí)監(jiān)視和控制流體壓力。在一些實(shí)例中，如果正在制備的流體的特性不在目標(biāo)規(guī)范內(nèi)，那么中央控制器522可以檢測(cè)哪一個(gè)容器中的哪種材料可能是不符合要求的問題的來源?？梢詴和Ａ黧w制備，調(diào)節(jié)材料用于使用，且繼續(xù)進(jìn)行流體制備和后續(xù)的泵送。替代地，在用于制備和泵送流體之前可以預(yù)先調(diào)節(jié)所有材料。在每一情況下，改善的流體性質(zhì)是過程的凈結(jié)果。

已經(jīng)出于圖示和描述的目的而提供前文對(duì)實(shí)施方案的描述。提供實(shí)例性實(shí)施方案以使得本公開將為充分詳盡的，并且將本公開的范圍傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。闡述例如特定組件、裝置和方法的實(shí)施例等許多具體細(xì)節(jié)，以提供對(duì)本公開的實(shí)施方案的詳盡理解，但不希望為詳盡的或限制本公開。將了解以下內(nèi)容在本公開的范圍內(nèi)：特定實(shí)施方案的個(gè)別元件或特征一般不限于所述特定實(shí)施方案，而是在適用的情況下可以互換并可以在選定實(shí)施方案中使用，即使并未具體展示或描述也是如此。也可以用許多方式改變特定實(shí)施方案的個(gè)別元件或特征。這些變化不應(yīng)當(dāng)視為與本公開的偏離，并且所有這些修改都既定包含在本公開的范圍內(nèi)。

而且，在一些實(shí)例性實(shí)施方案中，未詳細(xì)描述眾所周知的過程、眾所周知的裝置結(jié)構(gòu)以及眾所周知的技術(shù)。此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易了解，在用以實(shí)現(xiàn)本公開中所描述情形的設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造和操作中，例如可能存在設(shè)備設(shè)計(jì)、構(gòu)造、條件、組件腐蝕、組件之間的間隙的變化。

雖然本文可能使用術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等來描述各種元件、組件、區(qū)、層和/或區(qū)段，但這些元件、組件、區(qū)、層和/或區(qū)段不應(yīng)受這些術(shù)語限制。這些術(shù)語可僅用于區(qū)分一個(gè)元件、組件、區(qū)、層或區(qū)段與另一區(qū)、層或區(qū)段。例如“第一”、“第二”和其它數(shù)字術(shù)語等術(shù)語當(dāng)在本文使用時(shí)并不暗示順序或次序，除非上下文清楚地指示。因此，在不脫離實(shí)例性實(shí)施方案的教示的情況下，以下論述的第一元件、組件、區(qū)、層或區(qū)段可以稱為第二元件、組件、區(qū)、層或區(qū)段。

例如“內(nèi)部”、“外部”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”和類似術(shù)語等空間上相對(duì)的術(shù)語可以在本文用來便于描述如圖中圖示的一個(gè)元件或特征與另一元件或特征的關(guān)系。除了附圖中描繪的定向之外，空間上相對(duì)的術(shù)語可能還有意涵蓋在使用或操作中的裝置的不同定向。舉例來說，如果圖中的裝置被翻轉(zhuǎn)，那么被描述為在其它元件或特征的“下方”或“下面”的元件則將會(huì)定向于其它元件或特征的“上方”。因此，實(shí)施例術(shù)語“下方”可以涵蓋上方和下方兩種定向。裝置可以另外方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或處于其它定向)且相應(yīng)地解釋本文使用的空間上相對(duì)的描述符。

雖然上文已經(jīng)詳細(xì)描述了本公開的少數(shù)實(shí)施方案，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易了解，在不實(shí)質(zhì)上脫離本公開的教示的情況下許多修改是可能的。因此，希望此類修改包含于如權(quán)利要求書中界定的本公開的范圍內(nèi)。