流體的混合方法及系統的制作方法
【專利摘要】一種用于混合流體的系統包括：至少兩個壓力容器，與所述至少兩個壓力容器中的至少一個流體連通的配料斗，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方法包括：測量鉆機流體系統中的流體的特性；將內容物從鉆機存儲容器傳輸至配料斗；將內容物從所述配料斗傳輸至混合器；基于測量的特性，確定要加入鉆機流體系統中的流體流的內容物的量；以及將確定量的內容物在混合器中與來自鉆機流體系統的流體流相混合。
【專利說明】流體的混合方法及系統
【背景技術】
[0001]在鉆井領域，鉆頭被用來向地殼中鉆進數千英尺。鉆機通常包含在鉆井平臺上方延伸的鐵架塔。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鉆桿接頭。
[0002]“鉆井泥漿”流體被從鉆井平臺泵送，通過鉆桿，然后到達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所產生的鉆屑帶走。鉆屑在鉆井泥漿的回流流中被帶走，經過井中環空，回到地面上的鉆井平臺。當所述鉆井泥漿到達平臺后，會被本領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平臺，通常使用“泥漿振動篩”將鉆井泥漿從鉆孔巖屑中除去，以便可以重復利用所述鉆井泥漿。剩下的鉆孔巖屑、廢棄物和鉆井泥漿殘渣接著被運送到保持槽以進行棄置。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利用，也必須進行處理。通常，未循環使用的鉆井泥漿以通過容器運送至處理地點的方式相對于鉆孔巖屑及其他廢棄物單獨進行處理。
[0003]鉆井流體在鉆井地點被混合，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送至鉆井地點，然后打開袋子，袋子中的內容物被加入到基礎流體(例如水、油或合成基礎流體)中。
【發明內容】
[0004]一方面，本文公開的實施例涉及一種用于混合流體的系統，所述系統包括:至少兩個壓力容器；與所述至少兩個壓力容器中的至少一個流體連通的配料斗；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:提供從至少兩個壓力容器至配料斗的內容物流；確定從所述至少兩個壓力容器傳輸至所述配料斗的內容物的質量；測量流經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容物至混合器，其中，傳輸的體積基于測量出的流體的特性而調節。
[0006]又一方面，本文公開的實施例涉及一種用于混合流體的系統，所述系統包括:設置在井場的第一位置處的第一壓力容器；設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流體連通；螺旋推運器，其設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，與所述螺旋推運器流體連通。
[0007]再一方面，本文公開的實施例涉及一種混合流體的自動方法，所述方法包括:測量鉆機流體系統中的流體的特性；將內容物從鉆機存儲容器傳輸至配料斗；將內容物從所述配料斗傳輸至混合器；基于測量的特性，確定要加入鉆機流體系統中的流體流的內容物的量；以及將確定量的內容物在混合器中與來自鉆機流體系統的流體流相混合。
[0008]提供這個
【發明內容】
部分，用于選擇性地介紹一系列概念，該概念在下文詳細的說明書中進一步描述。本
【發明內容】
不旨在標識所要求保護的主題的關鍵或必要特征，也不旨在用于幫助限制所要求保護的主題的范圍。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1是根據本公開的實施例的混合系統的示意圖。
[0010]圖2是根據本公開的實施例的混合系統的示意圖。
[0011]圖3是根據本公開的實施例的混合系統的示意圖。
[0012]圖4-6是根據本公開的實施例的壓力容器的不同視圖。
[0013]圖7A、7B和圖8是根據本公開的實施例的混合器的不同視圖。
[0014]圖9和圖10是根據本公開的實施例的流體混合方法的流程圖。
[0015]圖11是根據本公開的實施例的計算機系統的示意圖。
【具體實施方式】
[0016]一方面，本文公開的實施例總體涉及用于混合流體的系統和方法。更具體地，本文公開的實施例涉及用于在鉆井位置混合流體的系統和方法。仍然更具體地，本文公開的實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所進行的操作的類型可以不同，正因為如此，所述流體在使用前，基礎流體中可以加入不同的流體添加劑或者流體內容物。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節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節的能測量的流體特性的例子包括黏度/流變、pH、密度、凝膠強度、API濾失量(API fluid loss)和電穩定性。基礎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經常導致加入混合器中以形成特殊流體的多個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。可替換地，機械式袋切割機器可以用來提高操作速度，但是具有相當大的成本和空間需求。
[0019]混合系統
[0020]參照圖1，示出了根據本公開的實施例的混合系統100的示意圖。在此實施例中，多個壓力容器110被置于鉆井位置處。如圖所示，多個壓力容器110被設置為一個在另一個上部；然而在替代的實施例中，多個壓力容器110也可以被設置為一個緊挨著另一個而形成并排的結構，或者被置于井場的不同地點。壓力容器110的操作將在下文中詳細說明。通常，壓力容器110是被構造成用于保持流體添加劑內容物的容器，并通過氣動轉移推動所述內容物轉移。正因為如此，壓力容器110可以與一個或多個空氣壓縮機(未示出)流體地連接。本領域技術人員應該理解，在一些實施例中，壓力容器110可以與作為鉆機基本設備的一部分的空氣壓縮機流體相連，而在其他一些實施例中，可使用附加的空氣壓縮機。
[0021]壓力容器110與配料斗120通過流體導管130流體地連接。流體導管130可以包括各種能夠允許內容物從壓力容器110氣動傳輸到配料斗120的管道系統。配料斗120是被配置為用來接收并保持一定量的內容物的容器。根據混合操作的需求，可以改變配料斗的容量。例如，在一些實施例中，配料斗120的容量可以大概是4.0m3，而在其他的實例中，所述容量可以是大約1.5m3或0.5m3。本領域技術人員應該理解，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與質量測量裝置140耦合，在本實施例中，所述質量測量裝置是多個稱重傳感器。所述稱重傳感器配置為以任何給定時間間隔計算配料斗120內的內容物的質量。因此，當內容物從壓力容器110傳輸至配料斗120時，質量測量裝置140可以基本連續地計算配料斗中的內容物的重量。在其他的實施例中，質量測量裝置140可以僅用于進行累計質量測量。
[0023]混合系統100進一步包括混合器150，其置于配料斗120下方。混合器150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。在一個實施例中，混合器150可包括剪切混合器、靜態混合器和/或動態混合器。在一些實施例中，高剪切動態混合器(例如這里示出的流體連續混合器)可以提供高效的、無氣泡的自泵混合，以進一步使流體添加劑在基礎流體內均勻分散。
[0024]混合器150從流體管路160接收基礎流體流。混合器將接收自配料斗120的內容物引入接收自流體管路160的流體流中，并且產生的流體進入到井場處的主動流體系統(未示出)中。
[0025]在一些實施例中，例如在圖1示出的實施例中，螺旋推運器170可以被置于配料斗120和混合器150之間。螺旋推運器170置于配料斗120的下末端處，并且控制由配料斗120傳輸到混合器150的內容物的速度。可以通過馬達175控制螺旋推運器170，馬達175從人機接口( “HMI”)(未示出)接收控制信號。
[0026]HMI，除可操作地連接于螺旋推運器170外，還可以可操作地連接于質量測量裝置140。因此，HMI可以從質量測量裝置140接收配料斗120中的最新的內容物的質量，并且可以用來控制螺旋推運器170的速度，從而控制從配料斗120傳輸進入混合器150中的內容物的速率。
[0027]在可替代的實施例中，壓力容器110還可具有被設置為與其可操作接觸的質量測量裝置115。在這樣的實施例中，從壓力容器110移走的內容物的質量可以被確定，并傳輸至HMI。在這樣的實施例中，配料斗120還可以具有質量測量裝置140，從而在確定轉移的質量時提供了冗余。本領域技術人員應該理解，在一些實施例中，不管是否使用HMI，質量測量裝置140和115的質量測量結果可以被傳送至中央控制系統(未示出)。
[0028]參見圖2，示出了根據本公開的實施例的混合系統200的示意圖。在本實施例中，混合系統200配置為從鉆機存儲容器210接收內容物流。如圖所示，鉆機存儲容器210被置于配料斗220上方，正因為如此，鉆機存儲容器210中的內容物可以通過例如打開設置在兩者之間的閥(未示出)而由重力作用供給到配料斗220中。
[0029]一個或多個質量測量裝置240可以被置于鉆機存儲容器210和配料斗220之間。可替換地或附加于質量測量裝置240，一個或多個質量測量裝置245可以被置于配料斗220下方。從而，可以計算被引入配料斗220或混合器250中的內容物的質量。
[0030]與混合系統100 —樣，混合系統200包括與配料斗220流體連通的混合器250。螺旋推運器220設置于配料斗220和混合器250之間。配料斗270包括配置為控制螺旋推運器270的速度的馬達275。螺旋推運器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量測量裝置240和245中的一個或多個。因此，與混合系統100 —樣，HMI可控制從鉆機存儲容器210和配料斗220至混合器250的內容物的傳輸。
[0031]參見圖3，示出了根據本公開的實施例的混合系統300的示意圖。在本實施例中，混合系統300配置成從鉆機存儲容器310接收內容物流。如圖所示，鉆機存儲容器310設置于混合器350之上，正因為如此，鉆機存儲容器310中的內容物可以通過例如打開設置在兩者之間的閥(未示出)而由重力作用供給到配料斗350中。一個或多個質量測量裝置340可以被置于鉆機存儲容器310和混合器350之間。從而，可以計算被引入混合器350中的內容物的質量。
[0032]與混合系統100和200 —樣，混合系統300包括與鉆機存儲容器310流體連通的混合器350。在本實施例中，基于由質量測量裝置340計算的重量，鉆機存儲容器310與混合器350之間的閥(未示出)可以被調節、即開或關。
[0033]參見圖1、2和3，在一些實施例中，流體添加劑可以存儲于鉆井位置或井場中的大料倉中，然后氣動傳輸至鉆機存儲容器210和310。在這類實施例中，鉆機存儲容器210和310可以是壓力容器110，例如針對混合系統100描述的那些壓力容器。鉆機存儲容器210和310的容量還可以比壓力容器110的容量小。基于此，鉆機存儲容器210和310可以用來保持相比存儲于壓力容器110中的添加劑不經常使用或不如此大量使用的添加劑。在這類實施例中，一些分離的壓力容器110和鉆機存儲容器210和310可以被連接，以允許各種添加劑混合物加入流體中。在這類實施例中，可以使用任何數量的配料斗110和220和混合器150、250和350。在一些實施例中，各容器110、210和310的內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量的容器110、210和310接收內容物流。因為可以使用任何數量的容器110、210和310，因此，容器110、210和310可以設置于井場周圍的各個地方。
[0034]下文描述的是容器110、210和310的多種設計選擇。此外，還描述了混合器的設計選擇。本領域技術人員應該理解，下文所描述的設計選擇是下文所描述的實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，示出了根據本公開的實施例的壓力容器。圖4A是壓力容器的俯視圖，圖4B和4C是側視圖。根據本文公開的多個方面，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公司商業獲得。在這個實施例中，壓力容器400可以由支撐結構401包圍。支撐結構401可以保持壓力容器400以進行保護，和/或允許容器從例如補給船運送至采油平臺。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/或傳送設備(未示出)之間流動。能夠用于本公開的實施例的壓力容器400的更進一步描述記載于已轉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。本領域技術人員應該理解，在本公開的一些實施例中，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的干材料進行分解。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至示出了根據本公開的實施例的壓力容器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的側視圖。
[0039]現在具體地參見圖5A，示出了根據本公開的一個方面的壓力容器500的俯視示意圖。在此實施例中，壓力容器500具有圓形的外部幾何形狀和多個用于從中排出材料的出口 501。此外，壓力容器500具有多個內部導流結構502，以將材料流弓I導至具體的出口 501。例如，當材料被傳輸到壓力容器500中時，材料可以被分成多個分離的流，這樣一定體積的材料通過多個出口 501中的每一個排出。因此，具有每一個對應于多個出口 501中的一個的多個導流結構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。在傳統的運輸容器中僅具有單個出口，聚結的材料可能會阻塞所述出口，從而阻擋了材料從其流過。然而，本實施例如此配置，使得即使單一出口 501被聚結的材料阻塞，也不會完全阻止材料從壓力容器500流出。而且，導流結構502配置成幫助防止材料聚結。當材料從壓力容器500中向下部流動時，材料會與所述導流結構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流結構可以進一步防止材料聚結，并防止堵塞和阻塞其中一個或多個出口 501。
[0041]參見圖5B，示出了根據本公開的一個方面的圖5A中的壓力容器500的剖視圖。在此方面，壓力容器500被示出包括多個出口 501和多個用于引導流過壓力容器500的材料流的內部導流結構502。在此方面，每一個出口 501被配置為通到排出管路503。因此，當材料流過壓力容器500時，它們可以與一個或多個導流結構502接觸，被分隔成分離的流，然后從對應于一個或多個導流結構502的某個具體的出口 501排出。這樣的實施例可以允許從壓力容器500更加高效地傳輸材料。
[0042]現在參見圖5C，示出了根據本公開的一個實施例的壓力容器500的俯視示意圖。在此實施例中，壓力容器500具有圓形的外部幾何形狀和多個用于從中排出材料的出口501。此外，壓力容器500具有多個內部導流結構502，以將材料流引導至多個出口 501中的特定的一個。例如，當材料被傳輸至壓力容器500中時，所述材料可以被分成多個分離的流，這樣一定體積的材料通過多個出口 501中的每一個排出。因此，具有每一個對應于多個出口 501中的一個的多個導流結構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，示出了根據本公開的一個方面的圖5C中的壓力容器500的剖視圖。在此方面，壓力容器500被示出包括多個出口 501和多個用于引導流過壓力容器500的材料流的內部導流結構502。在此實施例中，每一個出口 501被配置為分離地通到排出管路503。因此，當材料從壓力容器500中流過時，它們可以與其中一個或多個導流結構502接觸，被分成分離的流，然后從對應于一個或多個導流結構502的某個具體的出口 501排出。這樣的實施例可以允許從壓力容器500更加高效地傳輸材料。
[0044]因為出口 501在與排出管路503接合之前不合并，因此可進一步減少由于聚結的材料所引起的一個或多個出口 501的阻塞。本領域技術人員應該理解，在不脫離本公開的范圍的情況下，導流結構502和出口 501的具體結構可以改變。例如，在一個實施例中，可以使用具有兩個出口 501和單個導流結構502的壓力容器500，然而在其他實施例中，可以使用具有三個或更多個出口 501和導流結構502的壓力容器500。此外，導流結構502和/或壓力容器500內產生的分離流的數量可以與出口 501的數量不同。例如，在一方面，對應于兩個出口 501，壓力容器500可以包括三個導流結構502。在其他實施例中，出口 501的數量可比導流結構502的數量大。
[0045]而且，本領域技術人員應該理解，根據給定的壓力容器500的設計需求，導流結構502的幾何形狀可以不同。在一方面，導流結構502可以被構造為三角形，而在其他實施例中，導流結構502可基本上是圓柱形、圓錐形、截頭圓錐形、金字塔形、多邊形或是不規則的幾何形狀。此外，壓力容器500中的導流結構502的布置同樣可以改變。例如，導流結構502可以布置為同心環繞壓力容器500的中心點，或者在壓力容器500內任意布置。而且，在一些實施例中，導流結構502可以布置成蜂窩狀，以進一步增強其中的材料流動。
[0046]本領域技術人員應該理解，壓力容器500內的導流結構502的具體布置可以根據傳輸操作的需求而改變。隨著導流結構502的幾何形狀的改變，對應于導流結構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對應于壓力容器500中的材料流的幾何形狀。
[0047]現在參見圖6A至6B，示出了根據本公開的多個方面的替代性壓力容器。特別地，圖6A示出了壓力容器的側視圖，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包括置于支撐結構602內的容器601。所述容器601包括多個終止于平的頂端604的圓錐形部分603，從而形成多個出料斗部分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傳輸的過程中，空氣被注入空氣入口 606，并通過過濾元件608。過濾元件608實現空氣的清潔，從而在與容器601內的材料接觸前，將灰塵顆粒和雜質從空氣流中清除。在頂端604處的閥609然后可以打開，從而實現材料從容器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]在一些實施例中，混合器可以包括高速、快速吸入、動態噴射器料斗，例如可從位于德克薩斯州休斯頓的M-1 Swaco, L.L.C公司商業獲得的HIRIDE料斗。簡要地參見圖7A、7B和8，分別是根據本公開的實施例的這樣的混合器700的透視圖、側視圖和端視圖。混合器700包括桌子710和動態噴射器720。本領域技術人員應該理解，在一些實施例中，混合器700不需要使用桌子710。當添加劑從桌子710流入噴射器720中時，所述添加劑進入具有最小壓降噴嘴的管道。所述流從所述噴嘴的下游側高速流出，從而形成具有相對較低壓力的區域，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散器的開口，其中，擴散器促進湍流以及添加劑與流體的混合。在一些實施例中，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]在添加劑從所述擴散器的第一部分排出后，添加劑被吸入所述擴散器的第二部分中，這再次改變流速，產生附加湍流和再循環區。所述流然后進入擴散器的第二喉部，并從管道中排出，這同樣引起所述流速的變化并產生附加湍流和再循環。當添加劑流與流體流排出噴射器720時，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的設計，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的設計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，示出了根據本公開的實施例的流體混合方法的流程圖。首先，當在鉆井位置混合流體時，內容物從設置于轉移工具上的存儲容器被傳輸至鉆機存儲容器900。存儲容器和/或所述鉆機存儲容器可以是前述的任何類型的容器，包括壓力容器。轉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。在陸上鉆機的情況下，所述運輸容器可以包括卡車或者火車，而在海上鉆機的情況下，所述運輸容器可以包括補給船。一旦進入鉆機存儲容器中，在使用之前，所述內容物可以保留一段時間。
[0054]在內容物(包括流體添加劑)從所述存儲容器被傳輸至鉆機存儲容器900后，所述內容物從鉆機存儲容器中被傳輸至配料斗910。如前所述，所述內容物從鉆機存儲容器被傳輸至配料斗910可以通過氣動傳輸實現。在此系統中，鉆機存儲容器可以通過使用空氣壓縮機加壓，以轉移鉆機存儲容器中的內容物。所述內容物可以被允許從所述鉆機存儲容器流至所述配料斗。
[0055]在所述內容物被從鉆機存儲容器傳輸至配料斗910后，所述內容物被從所述配料斗傳輸至混合器920。基于所使用的配料斗和混合器的類型，所述內容物可以從配料斗先流入螺旋推運器。然后，所述螺旋推運器可以將所述內容物以受控速率從所述螺旋推運器存入所述混合器。
[0056]在所述內容物被傳輸至混合器920后，所述內容物與來自鉆機流體系統的流體流混合930。為了產生具有期望特性的混合流體，可以在流體進入混合器前測量流體的特性，例如，可以在主動流體系統中、在蓄積坑中或者在線使用在線流量計測量流體的特性。基于所確定的流體特性，調節所述內容物從所述配料斗至所述混合器的傳輸速率。
[0057]在一些實施例中，在內容物從所述鉆機存儲容器傳輸至所述配料斗910之前，可以測量所述鉆機存儲容器中的內容物的質量。在此實施例中，確定出用于特定的固體內容物的空氣流速率，以便可計算出從鉆機存儲容器傳輸至配料斗的固體體積。給出特定的固體內容物的空氣流速率后，可以計算出在特定的時間間隔內被傳輸的內容物的體積。然后可以調節螺旋推運器的速率，使得通過混合器向基礎流體中加入合適體積的內容物。
[0058]在一些實施例中，質量測量裝置可以與配料斗連接，以便確定配料斗中的內容物的質量。所述質量被傳送至HMI，且用來控制螺旋推運器的速度，并且因此控制傳輸至混合器的固體內容物的體積。在HMI接收來自質量測量裝置的質量更新的實施例中，可以使用自動控制回路來自動控制特定類型的固體內容物至混合器的傳輸。例如，由于HMI接收有關配料斗中的固體內容物的質量的更新數據且可以接收包括流體特性的數據，HMI可以自動調節螺旋推運器的速度，以便產生特定的流體。
[0059]參見圖10，示出了根據本公開的實施例的流體混合方法的流程圖。在此實施例中，內容物流被從至少兩個壓力容器提供至配料斗1000。在所述內容物流被傳輸1000后，傳輸的內容物的質量被確定1010。所述質量可以通過使用HMI接收來自所述壓力容器或配料斗上的質量測量裝置的質量數據來確定1010。
[0060]流經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，或者通過使用主動鉆井系統中的傳感器來測量。HMI然后可以將流體特性數據和接收自質量測量裝置的數據與期望的流體特性相比較，以確定如何繼續。當HMI確定了如何繼續后，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中輸入流經流體管路的流體的期望的流體參數。然后，HMI可以將通過傳感器測量的流經流體管路的流體的特性與由操作者輸入的相應期望的流體參數相比較，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量測量裝置的數據，HMI就可以向所述壓力容器發送控制信號，以提供從壓力容器至混合器及流體管路中的所選量(即，質量或體積)的材料。因此，這里所描述的系統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配量以保持流經流體管路的流體的期望的流體特性。這樣的自動系統和方法允許對流體進行監視和調節，而不需要人工操作和裝載材料袋。
[0062]本領域的技術人員應該理解，HMI也可以基于提供的數據做出其他決定。在一個實施例中，來自質量測量裝置的數據可以被提供給HMI。基于所述數據，HMI可以確定所述配料斗中的內容物是否足夠以便允許繼續進行混合操作。如果所述配料斗內的內容物不夠，HMI可以向所述壓力容器發送控制信號，以便向所述配料斗中傳輸更多的內容物。與此相似地，HMI可以從所述壓力容器接收指示壓力容器內的內容物質量的數據，以便使HMI可以確定所述內容物用完前還能進行多久的混合操作。在其他實施例中，HMI可以與鉆機管理系統連接。從而，HMI可以提供關于內容物的庫存以及混合操作的狀態的數據。
[0063]本公開的實施例幾乎可在任何類型的計算機上實施，而無論其所使用的平臺。具體地，HMI可具有計算機實施接口。例如，如圖11所示，計算機系統1200包括一個或多個處理器1202、相應的存儲器1204(例如，隨機存取存儲器(RAM)，高速緩沖存儲器，閃存等)、存儲設備1206(例如，硬盤，如高密度磁盤驅動器或數字式激光視盤(DVD)驅動器形式的光驅，閃存盤等)和許多其他現今計算機典型的元件或功能部件(未示出)。計算機1200還可以包括輸入裝置，例如鍵盤1208、鼠標1210、或者麥克風(未示出)。
[0064]進一步地，計算機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)。計算機系統1200可以通過網絡接口連接(未示出)連接網絡1214(例如，局域網(LAN)，如因特網的廣域網(WAN)，或任何其他類似類型的網絡)。本領域技術人員應該理解，存在很多不同類型的計算機系統，且前述的輸入和輸出裝置也可以采用其他形式。一般來講，計算機系統1200要實現本發明的實施例，至少包括起碼的處理、輸入和/或必要的輸出裝置。
[0065]進一步地，本領域技術人員應該理解，前述的計算機系統1200的一個或多個部件可以遠程設置，并與其他部件通過網絡連接。進一步地，本發明的實施例可以在具有多個節點的分布式系統上實施，其中，本發明的每個部分(例如，數據存儲庫，簽名產生器，簽名分析器，等)可以設于所述分布式系統的不同節點上。在本發明的一個實施例中，所述節點對應于計算機系統。可替換地，所述節點可以對應于具有相應的物理存儲器的處理器。所述節點可以可替代地對應于具有共享存儲器和/或資源的處理器。進一步地，操作本發明的實施例的軟件指令可以存儲于計算機可讀取介質上，例如光盤(CD)、軟盤、磁帶、文檔或其他計算機可讀取的存儲裝置中。
[0066]有利地，本公開的實施例可以提供流體混合的更高效、更安全的方法和系統。更具體地，本公開的實施例可提供在鉆井位置進行鉆井流體混合的更高效、更安全的方法和系統。更具體地，這里公開的系統和方法可提供一種自動流體管理系統，例如，泥槳管理系統，其可以提供流體在流體管路中的自動配量，以保持流經流體管路的流體的期望的流體特性。
[0067]雖然上文僅詳細地描述了幾個示例性的實施例，但本領域技術人員應該容易理解，在實質上不脫離本公開的范圍的情況下，可以對示例性的實施例進行多種變型。相應地，所有這樣的變型應當被包含于權利要求所限定的本公開的范圍內。在權利要求中，裝置加功能的表述被預期覆蓋在此描述的執行所述功能的結構，不僅限于在結構上的等同物，還包括等同的結構。因此，盡管釘子和螺釘可能在結構上不等價，因為釘子具有圓柱形表面以便緊固木質部件，而螺釘具有螺旋形表面，然而在固定木質部件的環境下，釘子和螺釘可以是等價的結構。 申請人:的明確意圖是不為本文的任何權利要求的任何限制援引35U.S.C.§ 112第6段，除了權利要求明確使用詞語“用于…的裝置” 和相關聯的功能。
【權利要求】
1.一種用于混合流體的系統，所述系統包括: 至少兩個壓力容器； 與所述至少兩個壓力容器中的至少一個流體連通的配料斗； 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.如權利要求1所述的系統，至少進一步包括第二配料斗，其中，所述配料斗與所述至少兩個壓力容器中的一個流體連通，且所述第二配料斗與所述至少兩個壓力容器中的第二個流體連通。
3.如任一項前述權利要求所述的系統，其中，所述配料斗包括設置于配料斗的末端處的螺旋推運器。
4.如任一項前述權利要求所述的系統，其中，所述配料斗可操作地連接于質量測量裝置。
5.如權利要求4所述的系統，其中，所述質量測量裝置被配置為用于計算配料斗中的內容物的質量。
6.如權利要求4或5所述的系統，其中，所述質量測量裝置可操作地連接于人機接口。
7.如權利要求6所 述的系統，其中，源自所述配料斗的內容物流通過人機接口控制。
8.一種混合流體的方法，所述方法包括: 提供從至少兩個壓力容器至配料斗的內容物流； 確定從所述至少兩個壓力容器傳輸至所述配料斗的內容物的質量； 測量流經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容物至混合器，其中，傳輸的體積基于測量出的流體的特性而調節。
9.如權利要求8所述的方法，進一步包括確定用于所述內容物的空氣流速率。
10.如權利要求8或9所述的方法，其中，通過調節設置于所述配料斗和所述混合器之間的螺旋推運器的速度來控制所述傳輸。
11.如權利要求8-10中任一項所述的方法，其中，所述提供進一步包括:從所述至少兩個壓力容器提供至少兩種內容物至配料斗，其中，所述至少兩種內容物依次或同時被提供至所述配料斗。
12.一種用于混合流體的系統，所述系統包括: 設置在井場的第一位置處的第一壓力容器； 設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流體連通； 螺旋推運器，其設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，與所述螺旋推運器流體連通。
13.如權利要求12所述的系統，進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.如權利要求12或13所述的系統，進一步包括與所述第一和第二壓力容器中的至少一個流體連通的至少一個空氣壓縮機。
15.一種混合流體的自動方法，所述方法包括:測量鉆機流體系統中的流體的特性； 將內容物從鉆機存儲容器傳輸至配料斗； 將內容物從所述配料斗傳輸至混合器； 基于測量的特性，確定要加入鉆機流體系統中的流體流的內容物的量；以及 將確定量的內容物在混合器中與來自鉆機流體系統的流體流相混合。
16.如權利要求15所述的方法，其中，所述鉆機存儲容器包括壓力容器。
17.如權利要求15或16所述的方法，進一步包括:將期望的流體特性與測量的鉆機流體系統中的流體的特性相比較。
18.如權利要求15-17中任一項所述的方法，進一步包括:基于確定的需要加入的內容物的量，自動調節內容物從所述配料斗至所述混合器的傳輸速率。
19.如權利要求15-18中任一項所述的方法，進一步包括: 測量所述鉆機存儲容器中的內容物的質量；以及 基于測量的鉆機存儲容器中的內容物的質量和確定的需要加入的內容物的量，自動調節內容物從所述鉆機存儲容器和所述配料斗中的至少一個的傳輸速率。
20.如權利要求 15-19中任一項所述的方法，進一步包括:從設置于轉移工具上的存儲容器向所述鉆機存儲容器傳輸內容物。
【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 優先權日:2011年11月18日
【發明者】C·勞德, D·克內佩爾, G·M·洛根 申請人:M-I有限公司, M-I鉆井液英國有限公司