(57)【要約】ここに開示したのは、コリオリ流量計（２２２）と制御システム（２２４）とを備えた測定システム（２００）である。先ず、コリオリ流量計にベース流体（２５０）を流す。コリオリ流量計は、そのベース流体の密度を測定して、ベース流体密度測定値を制御システムへ送出する。次に、そのベース流体にプロパント（２５２）を添加してフラクチャリング流体（２０２）を調製する。続いて、コリオリ流量計にそのフラクチャリング流体を流す。コリオリ流量計は、そのフラクチャリング流体の密度を測定して、フラクチャリング流体密度測定値を制御システムへ送出する。制御システムは、ベース流体密度測定値と、フラクチャリング流体密度測定値と、プロパントの密度とに基づいて、フラクチャリング流体に含まれるプロパントの含有量を求める。
2006514282.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コリオリ流量計（２２２）と制御システム（２２４）とを備えた測定システム（２００）において、
前記コリオリ流量計は、該コリオリ流量計を通過して流れるベース流体（２５０）の密度を測定してベース流体密度測定値を生成し、該ベース流体密度測定値を送出するように構成されるとともに、前記ベース流体とプロパント（２５２）との混合物から成り該コリオリ流量計を通過して流れるフラクチャリング流体（２０２）の密度を測定してフラクチャリング流体密度測定値を生成し、該フラクチャリング流体密度測定値を送出するように構成されており、
前記制御システムは、前記ベース流体密度測定値と前記フラクチャリング流体密度測定値とを受取り、前記ベース流体密度測定値と、前記フラクチャリング流体密度測定値と、前記プロパントの密度とに基づいて、前記フラクチャリング流体に含まれる前記プロパントの含有量を求めるように構成されている、
ことを特徴とする測定システム（２００）。
【請求項２】
前記コリオリ流量計（２２２）が直管形コリオリ流量計（４００）から成ることを特徴とする請求項１記載の測定システム（２００）。
【請求項３】
前記コリオリ流量計（２２２）は、前記フラクチャリング流体（２０２）の前記密度を測定するために該フラクチャリング流体のスリップ・ストリーム（２８０）を該コリオリ流量計へ流入させるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の測定システム（２００）。
【請求項４】
第１端（２７１）が前記コリオリ流量計（２２２）の流入口に接続し第２端（２７２）がタンク（２１０）の吐出部（２１８）に接続した第１管路（２２６）と、
第１端（２８１）が前記コリオリ流量計の流出口に接続し第２端（２８２）が前記タンクに接続した第２管路（２２７）とを更に備え、
前記タンクの前記吐出部から吐出された物質のスリップ・ストリーム（２８０）が前記第１管路へ流入し、前記第１管路を通過し、前記コリオリ流量計を通過し、前記第２管路を通過して前記タンクに還流するようにした、
ことを特徴とする請求項１記載の測定システム（２００）。
【請求項５】
前記制御システム（２２４）が、前記プロパント（２５２）の密度を求めるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の測定システム（２００）。
【請求項６】
前記制御システム（２２４）が、前記プロパント（２５２）の前記含有量をユーザに提示するように構成されたディスプレイ・システム（３０２）を備えていることを特徴とする請求項１記載の測定システム（２００）。
【請求項７】
前記制御システム（２２４）が、前記プロパント（２５２）の前記含有量を表す信号を補助システムへ送信するように構成された補助インターフェース（３０６）を備えていることを特徴とする請求項１記載の測定システム（２００）。
【請求項８】
前記制御システム（２２４）が、ユーザが入力した前記プロパント（２５２）の前記密度を受取るように構成されたユーザ・インターフェース（３０４）を備えていることを特徴とする請求項１記載の測定システム（２００）。
【請求項９】
前記制御システム（２２４）が、
前記フラクチャリング流体（２０２）の流速を算出し、
前記フラクチャリング流体の前記流速がスレショルド値を超えているか否かを判定し、
前記フラクチャリング流体の前記流速が前記スレショルド値をを超えていたならばそのことを表示する、
ように構成されていることを特徴とする請求項１記載の測定システム（２００）。
【請求項１０】
前記制御システム（２２４）が、
前記コリオリ流量計（２２２）で測定された複数の前記ベース流体密度測定値に基づいて前記ベース流体（２５０）の平均密度を算出し、
前記ベース流体の前記平均密度と、前記フラクチャリング流体密度測定値と、前記プロパントの前記密度とに基づいて、前記フラクチャリング流体（２０２）に含まれる前記プロパント（２５２）の前記含有量を求める、
ように構成されていることを特徴とする請求項１記載の測定システム（２００）。
【請求項１１】
前記コリオリ流量計（２２２）が、前記フラクチャリング流体（２０２）の質量流量を測定して、前記フラクチャリング流体の前記質量流量と該コリオリ流量計の駆動利得との少なくとも一方を前記制御システム（２２４）へ供給するように構成されており、
前記制御システムが、前記フラクチャリング流体の前記質量流量と前記コリオリ流量計の前記駆動利得との少なくとも一方をユーザへ提示するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１記載の測定システム（２００）。
【請求項１２】
フラクチャリング流体に含まれるプロパントの含有量を測定する方法であって、前記プロパントの密度を求めるステップを含む方法において、
ベース流体（２５０）の密度をコリオリ流量計（２２２）で測定してベース流体密度測定値を生成するステップと、
前記ベース流体とプロパント（２５２）との混合物から成るフラクチャリング流体（２０２）の密度を前記コリオリ流量計で測定してフラクチャリング流体密度測定値を生成するステップと、
前記ベース流体密度測定値と、前記フラクチャリング流体密度測定値と、前記プロパントの密度とに基づいて、前記フラクチャリング流体に含まれる前記プロパントの含有量を求めるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記フラクチャリング流体（２０２）の密度を前記コリオリ流量計（２２２）で測定する前記ステップが、
前記フラクチャリング流体の前記密度を直管形コリオリ流量計（４００）で測定するステップから成る、
ことを特徴する請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記フラクチャリング流体（２０２）の密度を前記コリオリ流量計（２２２）で測定する前記ステップが、
前記フラクチャリング流体の前記密度を測定するために該フラクチャリング流体のスリップ・ストリーム（２８０）を前記コリオリ流量計へ流入させるステップを含んでいる、
ことを特徴する請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
第１管路（２２６）の第１端（２７１）を前記コリオリ流量計（２２２）の流入口に接続するステップと、
前記第１管路（２２６）の第２端（２７２）をタンク（２１０）の吐出部（２１８）に接続するステップと、
第２管路（２２７）の第１端（２８１）を前記コリオリ流量計の流出口に接続するステップと、
前記第２管路（２２７）の第２端（２８２）を前記タンクに接続するステップとを更に含み、
前記タンクの前記吐出部から吐出された物質のスリップ・ストリーム（２８０）が前記第１管路へ流入し、前記第１管路を通過し、前記コリオリ流量計を通過し、前記第２管路を通過して前記タンクに還流するようにする、
ことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１６】
前記プロパント（２５２）の前記含有量をユーザに提示するステップを更に含むことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１７】
前記プロパント（２５２）の前記含有量を表す信号を補助システムへ送信するステップを更に含むことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１８】
ユーザから前記プロパント（２５２）の前記密度を受取るステップを更に含むことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１９】
前記フラクチャリング流体（２０２）の流速を算出するステップと、
前記フラクチャリング流体の前記流速がスレショルド値を超えているか否かを判定するステップと、
前記フラクチャリング流体の前記流速が前記スレショルド値をを超えていたならばそのことを表示するステップと、
を更に含むことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項２０】
前記コリオリ流量計（２２２）で測定された複数の前記ベース流体密度測定値に基づいて前記ベース流体（２５０）の平均密度を算出するステップと、
前記ベース流体の前記平均密度と、前記フラクチャリング流体密度測定値と、前記プロパントの前記密度とに基づいて、前記フラクチャリング流体（２０２）に含まれる前記プロパント（２５２）の含有量を求めるステップと、
を更に含むことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項２１】
前記フラクチャリング流体（２０２）の質量流量を前記コリオリ流量計（２２２）で測定するステップと、
前記フラクチャリング流体の前記質量流量と前記コリオリ流量計の前記駆動利得との少なくとも一方をユーザへ提示するステップと、
を更に含むことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定システムの分野に関するものであり、より詳しくは、コリオリ流量計で測定して得られた測定値に基づいて、フラクチャリング流体に含まれるプロパント(Proppant)の含有量を求めるシステム及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
石油やガスなどの地下資源は、坑井を掘削して採取する。ある程度の深さまで坑井を掘削したならば、セメントでケーシングを形成する。坑井は、地中の幾つもの層を貫いて掘削され、掘削技術者は、それら層のうちの所望の層にタップを設ける。ある所望の層にタップを設ける際に、掘削技術者は、その層内のケーシングの一部を破砕してフラクチャー（破断口）を形成する。フラクチャーを形成するために用いられる方法には、水圧式フラクチャリング（水圧破砕法）や、空圧式フラクチャリング（空圧破砕法）があり、更にその他の破砕法が用いられることもある。ケーシングにフラクチャーを形成したならば、続いて、掘削技術者は、ポンプを用いてそのフラクチャーの中へフラクチャリング流体を注入し、それによって、そのフラクチャーを開いた状態に維持する。フラクチャリング流体は、フラクチャーが閉じるのを防止しつつ、しかも、そのフラクチャーを通過して流体が流れ得る状態を維持するものである。これによって、石油やガスが、より容易に、そのフラクチャーを通過して坑井内へ流動できるようになる。
【０００３】
フラクチャリング流体は、ベース流体とプロパントとから成る。ベース流体を調製するには、大容量タンクの中の水に、グアーゴムを投入する。タンクに装備したミキサがグアーゴムと水を連続的に攪拌して混合し、それによってベース流体が調製される。攪拌され混合されたベース流体は、糖蜜のような粘稠性を有する液体である。
【０００４】
プロパントは、例えば砂などであり、これをタンクの中のベース流体に混合することによって、フラクチャリング流体が調製される。砂の混合量は、土の種類や、土の状態、及びその他の要因によって決まるものである。タンクに装備したミキサがベース流体と砂を攪拌して混合し、それによってフラクチャリング流体が調製される。続いて、フラクチャーを開いた状態に維持するために、ポンプを用いてそのフラクチャリング流体を坑井内へ注入する。フラクチャリング流体に含まれる砂の含有量が、そのフラクチャリング流体がどれほど良好にフラクチャーを開いた状態に維持できるかを決める要因となる。
【０００５】
従って、フラクチャリング流体に含まれる砂の含有量は重要であり、そのため掘削技術者は、砂の添加量を測定することを必要としている。ところが、これは容易なことではなく、なぜならば、フラクチャリング流体の調製はバッチ方式で行われるのではなく、フラクチャリング流体は連続的に攪拌されているからである。そのため掘削技術者は、フラクチャリング流体に含まれる砂の含有量を求めるために、ニュークリア・デンシトメータ（核放射線式密度計）を用いて、ポンプにより坑井内へ注入されているフラクチャリング流体の密度を測定するようにしている。そして、ニュークリア・デンシトメータによって得られた密度測定値をコントローラへ供給して、フラクチャリング流体に添加された砂の量を算出させる。これによって、掘削技術者は、砂の量を所望レベルに調節することが可能となる。図１は、このようなフラクチャリング流体の供給システムの具体例を示したものであり、これについては後に詳述する。
【０００６】
しかしながら、ニュークリア・デンシトメータを使用することには多くの問題が付随している。例えば、核関連技術を取り巻く数々の法令が存在するため、州境ないし国境を越えてニュークリア・デンシトメータを輸送することは必ずしも容易ではない。また、ニュークリア・デンシトメータの操作及び輸送には、安全上の懸念がつきまとうということがある。更に、ニュークリア・デンシトメータのオペレータは、監督当局による資格認定ないし免許付与を受ける必要がある。これらの要因が、ニュークリア・デンシトメータを使用することを不都合なものにしている。
【０００７】
コリオリ流量計は、流体の質量流量や密度、及びその他のデータを測定して得るために用いられている。コリオリ流量計の具体例は、米国特許第4,109,524号公報（1978年8月29日発行）、米国特許第4,491,025号公報（1985年1月1日発行）、それに米国再発行特許第31,450号公報（1982年2月11日発行）に開示されており、これら特許はいずれもJ. E. スミスらを発明者とするものである。コリオリ流量計は、直管または屈曲管で構成された１本または複数本の流管を備えている。コリオリ流量計の各流管は複数の固有振動モードを有し、それら固有振動モードは、単純曲げ振動、単純ひねり振動、単純ねじり振動などであることもあり、それらの複合振動であることもある。各流管は、その複数の固有振動モードのうちの１つの固有振動モードの、共振周波数で振動するように駆動される。流体は、流量計の流入口側に接続された管路から、流量計の中へ流入する。流体は流管の中を流れて、流量計の流出側から流出する。流管の質量と流管の中を流れている流体の質量とを合わせた合計質量が、流体が中を流れている振動系の固有振動モードを決定する要因の１つとなる。
【０００８】
流体が流管の中を流れ始めると、コリオリの力のために、流管に沿った夫々の位置が、互いに異なった位相を持つようになる。流管の流入側の位相は、通常、駆動装置の位相よりも遅れ、一方、流管の流出側の位相は、駆動装置の位相よりも先行する。流管に取付けられた複数のピックオフが、流管の運動を測定し、そして、測定した流管の運動を表すピックオフ信号を夫々に発生する。
【０００９】
流量計に接続されている流量計電子回路ないし補助電子回路が、それらピックオフ信号を受取る。流量計電子回路は、それらピックオフ信号に処理を施して、それらピックオフ信号の間の位相差を求める。２つのピックオフの間の位相差は、流管を通過して流れている流体の質量流量に比例する。流量計電子回路は更に、それらピックオフ信号の一方または両方に処理を施して、その流体の密度を求めることもある。
【００１０】
しかしながら、これまでコリオリ流量計は、フラクチャリング流体の密度を測定するためには用いられていなかった。その第１の理由は、フラクチャリング流体をポンプで坑井内へ注入する際に用いられる配管が、通常、例えば８インチ管などの大口径管であるということがある。８インチ管の中の流れを測定できるだけの大寸法のコリオリ流量計は、これまで製作されていない。また第２の理由として、コリオリ流量計の殆どは、その流管が屈曲管で構成されているということがある。屈曲管で構成された流管の中を流れる砂は、強力な侵蝕性を発揮するため、屈曲管形コリオリ流量計を使用することは、実用性を有する選択肢とはなり得なかったのである。もし、屈曲管で構成された流管の中に砂を流したならば、その流管は数時間もしないうちに損傷してしまうであろう。これらの理由から、フラクチャリング流体の測定にこりは使用されておらず、ニュークリア・デンシトメータが使われ続けていたのである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、コリオリ流量計と制御システムとを備えた測定システムによって、上述した諸問題の解決を促進するものである。先ず、コリオリ流量計にベース流体を流す。コリオリ流量計は、そのベース流体の密度を測定して、ベース流体密度測定値を制御システムへ送出する。次に、そのベース流体にプロパントを添加してフラクチャリング流体を調製する。続いて、コリオリ流量計にそのフラクチャリング流体を流す。コリオリ流量計は、そのフラクチャリング流体の密度を測定して、フラクチャリング流体密度測定値を制御システムへ送出する。制御システムは、ベース流体密度測定値と、フラクチャリング流体密度測定値と、プロパントの密度とに基づいて、フラクチャリング流体に含まれるプロパントの含有量を求める。
【００１２】
かかる測定システムによれば、核関連技術を用いずに、コリオリ技術によってだいたいすることを好適に可能にするものである。コリオリ流量計を使用することによって、高精度の密度測定値を得ることができ、しかも、放射線源及び放射線機器の操作及び輸送に関わる問題を払拭することができる。コリオリ流量計は更に、ニュークリア・デンシトメータに本来的に付随する安全上の懸念とも無縁である。
【００１３】
本発明の別の実施例においては、コリオリ流量計に、物質のスリップ・ストリームが流入するようにしている。スリップ・ストリームを流入させるために、測定システムは、第１管路及び第２管路を更に備えている。第１管路は、第１端がコリオリ流量計の流入口に接続し、第２端がタンクの吐出部に接続している。第２管路は、第１端がコリオリ流量計の流出口に接続し第２端がタンクに接続している。第１管路には、タンクの吐出部から吐出された物質のスリップ・ストリームが流入する。このスリップ・ストリームは前記第１管路を通過し、前記コリオリ流量計を通過し、前記第２管路を通過して前記タンクへ還流する。スリップ・ストリームを測定するようにしたため、測定流量を小さくすることができ、例えば測定対象の流れを１インチ管の中の流れとすることも可能である。
【００１４】
本発明のその他の実施の形態について開示すると、次の通りである。
【００１５】
以下の記載は本発明の様々な局面を列挙したものである。本発明の１つの局面として、コリオリ流量計と制御システムとを備えた測定システムがあり、この測定システムにおいては、
前記コリオリ流量計は、該コリオリ流量計を通過して流れるベース流体（２５０）の密度を測定してベース流体密度測定値を生成し、該ベース流体密度測定値を送出するように構成されるとともに、前記ベース流体とプロパント（２５２）との混合物から成り該コリオリ流量計を通過して流れるフラクチャリング流体（２０２）の密度を測定してフラクチャリング流体密度測定値を生成し、該フラクチャリング流体密度測定値を送出するように構成されており、
前記制御システムは、前記ベース流体密度測定値と前記フラクチャリング流体密度測定値とを受取り、前記ベース流体密度測定値と、前記フラクチャリング流体密度測定値と、前記プロパントの密度とに基づいて、前記フラクチャリング流体に含まれる前記プロパントの含有量を求めるように構成されている、
ことを特徴とする。
【００１６】
前記コリオリ流量計は、直管形コリオリ流量計から成るものとすることが好ましい。
【００１７】
前記コリオリ流量計は、前記フラクチャリング流体のスリップ・ストリームが該コリオリ流量計へ流入することによって、該コリオリ流量計が前記フラクチャリング流体の密度を測定するようにしたものとすることが好ましい。
【００１８】
前記測定システムは、
第１端が前記コリオリ流量計の流入口に接続し第２端がタンクの吐出部に接続した第１管路と、
第１端が前記コリオリ流量計の流出口に接続し第２端が前記タンクに接続した第２管路とを更に備え、
前記タンクの前記吐出部から吐出された物質のスリップ・ストリームが前記第１管路へ流入し、前記第１管路を通過し、前記コリオリ流量計を通過し、前記第２管路を通過して前記タンクに還流するようにしたものとすることが好ましい。
【００１９】
前記制御システムが、前記プロパントの密度を求めるように構成されているものとすることが好ましい。
【００２０】
前記制御システムが、前記プロパントの前記含有量をユーザに提示するように構成されたディスプレイ・システムを備えているものとすることが好ましい。
【００２１】
前記制御システムが、前記プロパントの前記含有量を表す信号を補助システムへ送信するように構成された補助インターフェースを備えているものとすることが好ましい。
【００２２】
前記制御システムが、ユーザが入力した前記プロパントの前記密度を受取るように構成されたユーザ・インターフェースを備えているものとすることが好ましい。
【００２３】
前記制御システムが、
前記フラクチャリング流体の流速を算出し、
前記フラクチャリング流体の前記流速がスレショルド値を超えているか否かを判定し、
前記フラクチャリング流体の前記流速が前記スレショルド値をを超えていたならばそのことを表示する、
ように構成されているものとすることが好ましい。
【００２４】
前記制御システムが、
前記コリオリ流量計で測定された複数の前記ベース流体密度測定値に基づいて前記ベース流体の平均密度を算出し、
前記ベース流体の前記平均密度と、前記フラクチャリング流体密度測定値と、前記プロパントの前記密度とに基づいて、前記フラクチャリング流体に含まれる前記プロパントの前記含有量を求める、
ように構成されているものとすることが好ましい。
【００２５】
前記コリオリ流量計が、前記フラクチャリング流体の質量流量を測定して、前記フラクチャリング流体の前記質量流量と該コリオリ流量計の駆動利得との少なくとも一方を前記制御システムへ供給するように構成されており、
前記制御システムが、前記フラクチャリング流体の前記質量流量と前記コリオリ流量計の前記駆動利得との少なくとも一方をユーザへ提示するように構成されている、
ものとすることが好ましい。
【００２６】
本発明の別の１つの局面として、フラクチャリング流体に含まれるプロパントの含有量を測定する方法であって、前記プロパントの密度を求めるステップを含む方法があり、この方法においては、
ベース流体の密度をコリオリ流量計で測定してベース流体密度測定値を生成するステップと、
前記ベース流体とプロパントとの混合物から成るフラクチャリング流体の密度を前記コリオリ流量計で測定してフラクチャリング流体密度測定値を生成するステップと、
前記ベース流体密度測定値と、前記フラクチャリング流体密度測定値と、前記プロパントの密度とに基づいて、前記フラクチャリング流体に含まれる前記プロパントの含有量を求めるステップと、
を含むことを特徴とする。
【００２７】
前記フラクチャリング流体の密度を前記コリオリ流量計で測定する前記ステップが、
前記フラクチャリング流体の前記密度を直管形コリオリ流量計で測定するステップから成る、
ものとすることが好ましい。
【００２８】
前記フラクチャリング流体の密度を前記コリオリ流量計で測定する前記ステップが、
前記フラクチャリング流体のスリップ・ストリームを前記コリオリ流量計へ流入させて前記フラクチャリング流体の前記密度を測定するステップから成る、
ものとすることが好ましい。
【００２９】
前記方法が、
第１管路の第１端を前記コリオリ流量計の流入口に接続するステップと、
前記第１管路の第２端をタンクの吐出部に接続するステップと、
第２管路の第１端を前記コリオリ流量計の流出口に接続するステップと、
前記第２管路の第２端を前記タンクに接続するステップとを更に含み、
前記タンクの前記吐出部から吐出された物質のスリップ・ストリームが前記第１管路へ流入し、前記第１管路を通過し、前記コリオリ流量計を通過し、前記第２管路を通過して前記タンクに還流するようにする、
ものとすることが好ましい。
【００３０】
前記方法が、前記プロパントの前記含有量をユーザに提示するステップを更に含むものとすることが好ましい。
【００３１】
前記方法が、前記プロパントの前記含有量を表す信号を補助システムへ送信するステップを更に含むものとすることが好ましい。
【００３２】
前記方法が、ユーザから前記プロパントの前記密度を受取るステップを更に含むものとすることが好ましい。
【００３３】
前記方法が、
前記フラクチャリング流体の流速を算出するステップと、
前記フラクチャリング流体の前記流速がスレショルド値を超えているか否かを判定するステップと、
前記フラクチャリング流体の前記流速が前記スレショルド値をを超えていたならばそのことを表示するステップと、
を更に含むものとすることが好ましい。
【００３４】
前記方法が、
前記コリオリ流量計で測定された複数の前記ベース流体密度測定値に基づいて前記ベース流体の平均密度を算出するステップと、
前記ベース流体の前記平均密度と、前記フラクチャリング流体密度測定値と、前記プロパントの前記密度とに基づいて、前記フラクチャリング流体に含まれる前記プロパントの含有量を求めるステップと、
を更に含むものとすることが好ましい。
【００３５】
前記方法が、
前記フラクチャリング流体の質量流量を前記コリオリ流量計で測定するステップと、
前記フラクチャリング流体の前記質量流量と前記コリオリ流量計の前記駆動利得との少なくとも一方をユーザへ提示するステップと、
を更に含むものとすることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
図１は、本発明を理解し易くするために提示する、坑井内へフラクチャリング流体を供給する従来の供給システムを示した図である。図２〜図５並びに以下の説明は、本発明の最良の形態の製作法及び使用法を当業者に教示することを目的として提示する、本発明の具体的な実施例を図示し説明したものである。本発明の原理を教示することを旨として、本発明の特徴のうち、従来から存在する特徴については、説明を簡略化したものもあり、また、省略したものもある。当業者であれば、以下に説明する実施例に基づいて、本発明の範囲に含まれるその他の様々な変更例にも想到し得ることは当然である。従って、本発明は、以下に説明する具体的な実施例に限定されるのではなく、特許請求の範囲に記載されたもの、並びにその均等物に相当するものに限定されるものである。
【００３７】
フラクチャリング流体を供給するための従来のシステム−図１
図１は、坑井内へフラクチャリング流体１０２を供給するための従来のフラクチャリング流体システム１００を示した図である。フラクチャリング流体システム１００は、タンク／ミキサ１１０、還流管１１１、供給管１１２、吐出管１１８、バルブ１１３、ポンプ１２３、ニュークリア・デンシトメータ１１４、及びコントローラ１１６を備えている。吐出管１１８は、一端がタンク／ミキサ１１０に接続され、他端がバルブ１１３の一端に接続されている。ポンプ１２８及びニュークリア・デンシトメータ１１４は、吐出管１１８に接続されている。還流管１１１は、一端がバルブ１１３に接続され、他端がタンク／ミキサ１１０に接続されている。供給管１１２はバルブ１１３に接続されており、また、この供給管１１２は、フラクチャリング流体１０２を坑井内へ供給するように構成されている。バルブ１１３は、フラクチャリング流体１０２の流れを、還流管１１１と供給管１１２とのいずれか一方へ流すように機能するものである。供給管１１２、還流管１１１、及び吐出管１１８は、いずれも直径が８インチ以上の配管である。コントローラ１１６はニュークリア・デンシトメータ１１４に接続されている。
【００３８】
動作について説明すると、タンク／ミキサ１１０へは、水１２０、ガム１２２、及び砂１２４が投入される。タンク／ミキサ１１０は、水１２０、グアーゴム１２２、及び砂１２４を攪拌して混合し、それによってフラクチャリング流体１０２が調製される。フラクチャリング流体１０２を調製するために、水１２０及びガム１２２に対して混合する砂の量は、土の種類や、土の状態などをはじめとする、様々な要因によって決まるものである。フラクチャリング流体システム１００を操作するオペレータは、ニュークリア・デンシトメータ１１４及びコントローラ１１６を使用して、フラクチャリング流体１０２に含まれる砂の量を測定する。
【００３９】
フラクチャリング流体１０２の流れの全体が吐出管１１８内を流れ、ニュークリア・デンシトメータ１１４は、そのフラクチャリング流体１０２の密度を測定する。ニュークリア・デンシトメータ１１４は、フラクチャリング流体１０２の密度測定値をコントローラ１１６へ送出する。コントローラ１１６は、砂１２４の密度、水１２０の密度、及びガム１２２の密度の値を、既知の値として保持している。これらの値は、例えば、オペレータがコントローラ１１６に入力するものである。コントローラ１１６は、フラクチャリング流体１０２の密度測定値と、既知の値である砂１２４、水１２０、及びガム１２２の密度の値とに基づいて、フラクチャリング流体１０２に含まれる砂の含有量を算出する。コントローラ１１６はディスプレイ１３６を備えている。コントローラ１１６は、フラクチャリング流体１０２に含まれる砂の含有量を、ディスプレイ１３６を使用してオペレータに提示する。
【００４０】
既述のごとくニュークリア・デンシトメータ１１４を使用することには多くの問題が付随している。例えば、州境ないし国境を越えてニュークリア・デンシトメータを輸送する際には面倒な手続きを要求されることがあり、ニュークリア・デンシトメータの操作及び輸送には、安全上の懸念がつきまとい、また、ニュークリア・デンシトメータのオペレータは、監督当局による資格認定ないし免許付与を受ける必要がある。これらの要因が、ニュークリア・デンシトメータを使用することを不都合なものにしている。
【００４１】
測定システム及びその動作−図２
図２は、本発明の実施の形態における測定システム２００を示した図である。測定システム２００は、坑井（不図示）内へフラクチャリング流体２０２を供給するフラクチャリング流体システム２０１を動作させるように構成されている。フラクチャリング流体システム２０１は、タンク／ミキサ２１０、吐出管２１８、バルブ２１３、還流管２１１、供給管２１２、ポンプ２２８、及び測定システム２００を備えている。吐出管２１８は、一端がタンク／ミキサ２１０に接続され、他端がバルブ２１３に接続されている。吐出管２１８には更に、ポンプ２２８も接続されている。還流管２１１は、一端がバルブ２１３に接続され、他端がタンク／ミキサ２１０に接続されている。供給管２１２はバルブ２１３に接続されていて、フラクチャリング流体２０２を坑井内へ輸送するように構成されている。バルブ２１３は、流体を還流管２１１と供給管２１２との一方へ流すものである。フラクチャリング流体システム２０１は、以上の他にも、多くの構成要素を備え得るものであるが、それら構成要素は図の見やすさを考慮して不図示とした。
【００４２】
測定システム２００は、コリオリ流量計２２２と制御システム２２４とを備えている。更に、測定システム２００が管路２２６〜２２７を備えているようにしてもよく、ここでは、それら管路２２６〜２２７によって、吐出管２１８からのスリップ・ストリームが形成されるようにしている。管路２２６〜２２７としては、例えば直径１インチのゴム管などを用いることができる。管路２２６の両端部を引用符号２７１と２７２とで示した。端部２７１はコリオリ流量計２２２の流入端に接続しており、端部２７２は吐出管２１８に接続している。端部２７２を吐出管２１８に接続する位置は、吐出管２１８のエルボの部分とすれば、最も良好な結果が得られる。管路２２７の両端部を引用符号２８１と２８２とで示した。端部２８１はコリオリ流量計２２２の流出端に接続しており、端部２８２はタンク／ミキサ２１０に接続している。管路２２６、コリオリ流量計２２２、それに管路２２７は、物質のスリップ・ストリーム２８０がこれらに流入するように構成してある。スリップ・ストリーム２８０は、管路２２６へ流入し、この管路２２６を通過し、コリオリ流量計２２２を通過し、管路２２７を通過して、タンク／ミキサ２１０へ還流する。
【００４３】
本発明の理解が容易なように、以下に幾つかの用語の定義を記しておく。コリオリ流量計とは、コリオリの原理に基づいて物質の密度を測定するように構成された測定用機器のことをいう。コリオリ流量計の具体例を挙げるならば、米国、コロラド州、Boulderに所在のMicro Motion社が製造している「T-100型」直管式流量計などがある。また、フラクチャリング流体とは、坑井内のフラクチャーが閉じてしまうのを防止して、流体が通過できる隙間を確保するために用いる、流体、物質、ないし混合物のことをいう。プロパントとは、フラクチャーを開いた状態に維持し易くするために、フラクチャリング流体に配合する、物質ないし添加材料のことをいう。プロパントの具体例としては砂がある。ベース流体とは、プロパントが混合されることによってフラクチャリング流体となる、物質ないし添加材料のことをいう。また、管路とは、ホース、チューブ、配管、パイプ、等々から成るものをいう。
【００４４】
動作について説明すると、先ず、タンク／ミキサ２１０へ、ベース流体２５０を投入して攪拌させておく。また、バルブ２１３の切替位置は循環側に設定し、ポンプ２２８が、吐出管２１８及び還流管２１１を介してベース流体２５０を循環させるようにしておく。循環が行われているとき、管路２２６へは、ベース流体２５０のスリップ・ストリーム２８０が流入している。流入したベース流体２５０のスリップ・ストリーム２８０は、管路２２６を通過し、コリオリ流量計２２２を通過し、管路２２７を通過して、タンク／ミキサ２１０へ還流する。ベース流体２５０がコリオリ流量計２２２を通過する際に、コリオリ流量計２２２が、そのベース流体２５０の密度を測定する。コリオリ流量計２２２は、ベース流体密度測定値を制御システム２２４へ送出する。
【００４５】
この状態で、タンク／ミキサ２１０にプロパント２５２を投入すると、タンク／ミキサ２１０が、そのプロパント２５２とベース流体２５０とを混合し、それによってフラクチャリング流体２０２が調製される。また、バルブ２１３の切替位置は循環側に設定し、ポンプ２２８が、吐出管２１８及び還流管２１１を介してフラクチャリング流体２０２を循環させるようにしておく。循環が行われているとき、管路２２６へは、フラクチャリング流体２０２のスリップ・ストリーム２８０が流入している。流入したフラクチャリング流体２０２のスリップ・ストリーム２８０は、管路２２６を通過し、コリオリ流量計２２２を通過し、管路２２７を通過して、タンク／ミキサ２１０へ還流する。フラクチャリング流体２０２がコリオリ流量計２２２を通過する際に、コリオリ流量計２２２が、そのフラクチャリング流体２０２の密度を測定する。コリオリ流量計２２２は、フラクチャリング流体密度測定値を制御システム２２４へ送出する。
【００４６】
以上によって、制御システム２２４へ、ベース流体密度測定値と、フラクチャリング流体密度測定値とが供給される。更に、制御システム２２４へは、プロパント２５２の密度の値も供給される。制御システム２２４へ供給されるプロパント２５２の密度の値は、オペレータに入力させるようにしてもよく、メモリから読み出すようにしてもよく、或いはその他のデータ供給源から受信するようにしてもよい。制御システム２２４は、これらのベース流体密度測定値と、フラクチャリング流体密度測定値と、プロパント２５２の密度とに基づいて、フラクチャリング流体２０２に含まれるプロパント２５２の含有量を求める。フラクチャリング流体システム２０１のオペレータは、制御システム２２４が求めたフラクチャリング流体２０２に含まれるプロパント２５２の含有量の値を見て、フラクチャリング流体２０２へ添加するプロパント２５２の添加量を調整することができる。尚、当業者であれば、在来の測定システムにいかなる改変を加えれば測定システム２００となしうるかは自明のことである。
【００４７】
フラクチャリング流体２０２に含まれるプロパント２５２の含有量が適当な量に達したならば、バルブ２１３を切換えて、フラクチャリング流体２０２をポンプによって、供給管２１２を介して坑井内へ注入する。尚、供給管２１２に、フラクチャリング流体２０２をポンプによって坑井内へ注入するための、例えば大型ポンプなどのその他のデバイスないしシステムを接続するようにしてもよい。
【００４８】
制御システム−図３
図３は本発明の実施の形態における制御システム２２４の具体例を示した図である。制御システム２２４は、ディスプレイ３０２、ユーザ・インターフェース３０４、及び補助インターフェース３０６を備えている。制御システム２２４の具体例を挙げるならば、例えば「Daniel FloBoss 407型（Danielは登録商標、FloBossは商標である）」などである。ディスプレイ３０２は、オペレータに関連データを表示するように構成したものである。ディスプレイ３０２の具体例を挙げるならば、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などである。ユーザ・インターフェース３０４は、オペレータが制御システム２２４へ情報を入力できるように構成したものである。インターフェース３０４の具体例を挙げるならば、例えば、キーパッドなどである。補助インターフェース３０６は、補助システム（不図示）との間で情報の送受信を行うように構成したものである。補助インターフェース３０６の具体例を挙げるならば、例えば、シリアル・データ・ポートなどである。
【００４９】
更に、制御システム２２４が、プロセッサと、記憶媒体とを備えているようにしてもよい。その場合、その記憶媒体に格納した命令によって、制御システム２２４の動作を制御するようにすることができる。その命令は、プロセッサによって取出され、実行される。命令の具体例を挙げるならば、例えば、ソフトウェア、プログラムコード、それにファームウェアなどである。記憶媒体の具体例を挙げるならば、例えば、メモリ・デバイス、テープ、ディスク、集積回路、それにサーバなどである。命令は、プロセッサにより実行されるとき、動作命令として機能するものであって、プロセッサを本発明に従って動作させるものである。「プロセッサ」という用語は、ただ１個の処理装置を意味することもあれば、相互に関連して動作する処理装置群を意味することもある。プロセッサの具体例を挙げるならば、例えば、コンピュータ、集積回路、それに論理回路などである。尚、当業者であれば、命令、プロセッサ、並びに記憶媒体については熟知していて当然である。
【００５０】
コリオリ流量計−図４
図４は本発明の実施の形態におけるコリオリ流量計４００の具体例を示した図である。図４のコリオリ流量計４００は、図２に示したコリオリ流量計２２２として使用し得るものである。コリオリ流量計４００は、コリオリ・センサ４０２と、流量計電子回路４０４とを備えている。流量計電子回路４０４は、導線４０６を介してコリオリ・センサ４０２に接続されている。流量計電子回路４０４は、導線４０８を介して密度、質量流量、体積流量、合計質量流量、等々の情報を送出するように構成されている。
【００５１】
コリオリ・センサ４０２は、流管４１０、バランス・バー４１２、２個のプロセス接続部材４１４〜４１５、２個のピックオフ４２４〜４２５、それに温度センサ４２６を備えている。流管４１０は、その左端部分を引用符号４１０Ｌで表し、その右端部分を引用符号４１０Ｒで表してある。流管４１０と、その左端部分４１０Ｌと、その右端部分４１０Ｒとは、コリオリ・センサ４０２の全長に亘って延在しており、即ち、流管４１０の流入端から、この流管４１０の流出端までが、コリオリ・センサ４０２の全長をなしている。バランス・バー４１２は、その両端が、夫々の取付バー４１６を介して流管４１０に取付けられている。
【００５２】
左端部分４１０Ｌには、流入側プロセス接続部材４１４が取付けられており、右端部分４１０Ｒには、流出側プロセス接続部材４１５が取付けられている。それら流入側プロセス接続部材４１４及び流出側プロセス接続部材４１５は、コリオリ・センサ４０２を配管（不図示）に接続するための部材である。
【００５３】
駆動装置４２２と、左側ピックオフ４２４と、右側ピックオフ４２５とは、一般的な取付方式によって、流管４１０及びバランス・バー４１２に取付けられている。流量計電子回路４０４は、導線４３２を介して駆動装置４２２に駆動信号を供給する。駆動装置４２２は、この駆動信号に応答して、流管４１０とバランス・バー４１２とを互いに逆位相で振動させ、その振動周波数は、内部に流体が充填されている流管４１０の共振周波数である。振動している流管４１０の、その振動には、周知のごとく、流管４１０のコリオリ撓みによる振動分が含まれている。ピックオフ４２４及び４２５は、そのコリオリ撓みを検出し、そして、検出したコリオリ撓みを表すピックオフ信号を、夫々、導線４３４と導線３４５とを介して送出する。
【００５４】
温度センサ４２６は流管４１０に取付けられている。温度センサ４２６は、流管４１０の中を流れている流体の温度を検出する。温度センサ４２６は、温度信号を生成し、その温度信号を、導線４３６を介して流量計電子回路４０４へ送出する。
【００５５】
測定システムの動作例−図５
図５に示したのは、本発明の実施の形態における測定システム２００の動作例５００を示したフローチャートである。先ず、オペレータが、制御システム２２４及びコリオリ流量計２２２に電源を投入する。制御システム２２４へは、この制御システム２２４のメモリをクリアするよう命じるクリア命令が供給される。これは、オペレータが、ユーザ・インターフェース３０４を操作して「クリア」命令を入力することによって行われる。ステップ５０４では、制御システム２２４が、オペレータにプロンプトを出して、プロパント２５２の密度を入力するよう促す。これは、制御システム２２４が、ディスプレイ３０２に「プロパントの密度を入力してください」という表示を出すことによって行われる。オペレータは、ユーザ・インターフェース３０４を操作して、プロパント２５２の密度を、例えばポンド／ガロンの単位で入力する。プロパント２５２が砂である場合には、その密度は、例えば22.1ポンド／ガロン（約2.65キログラム／リットル）である。ステップ５０６では、オペレータが入力したプロパント２５２の密度を、制御システム２２４が受取っている。尚、プロパントの密度は、オペレータに入力させる以外にも、メモリから読み出すようにしてもよく、他のシステムから受信するようにしてもよい。
【００５６】
このときタンク／ミキサ２１０は、プロパント２５２を含まないベース流体２５０だけを攪拌している。また、このときバルブ２１３の切替位置は循環側に設定されており、ポンプ２２８がベース流体２５０を、吐出管２１８及び還流管２１１を介して循環させている。また、このベース流体２５０のスリップ・ストリーム２８０が、管路２２６へ流入している。ベース流体２５０のスリップ・ストリーム２８０は、管路２２６を通過し、コリオリ流量計２２２を通過し、管路２２７を通過して、タンク／ミキサ２１０へ還流している。ステップ５０８では、ベース流体２５０がコリオリ流量計２２２の中を流れており、コリオリ流量計２２２は、そのベース流体２５０の密度を測定する。コリオリ流量計２２２は、ベース流体密度測定値を制御システム２２４へ送出する。ステップ５１０では、制御システム２２４が、そのベース流体密度測定値をオペレータへ表示する。尚、ステップ５０８では、コリオリ流量計２２２が、ベース流体２５０の質量流量やベース流体２５０の温度などのその他のパラメータを併せて測定するようにしてもよい。また更に、その場合には、ステップ５１０において、制御システム２２４が、質量流量や温度などのその他のパラメータを併せてオペレータへ表示するようにしてもよい。複数のパラメータを表示するときには、オペレータが、それらパラメータをスクロールして、所望のパラメータを見ることができるようにしておくとよい。
【００５７】
ステップ５１２では、制御システム２２４がベース流体２５０の平均密度を算出する。この平均密度を算出するために、制御システム２２４は、ベース流体２５０の１０個の密度測定値の平均値を取る。別法として、この平均密度を算出するために、制御システム２２４が、５秒間に測定された密度測定値の平均値を取るようにしてもよい。また、平均密度を算出している間、制御システム２２４がオペレータへ「ベース流体が安定するのを待っています」と表示するようにしてもよい。或いはまた、オペレータが算出命令に発したときに、その命令に応答して制御システム２２４が平均密度の算出を実行するようにしてもよい。その場合には、例えば、オペレータが、制御システム２２４に表示されている密度の測定値及び温度の測定値を監視して、それら測定値が安定したか否かを判断する。そして、オペレータは、それら測定値が安定した後に、制御システム２２４に対して、平均密度を算出するよう命令を発すればよい。
【００５８】
ステップ５１４では、制御システム２２４が、算出したばかりの平均密度の値が安定した値であるか否かを判定する。この判定を行うには、例えば、最近の５秒間に平均密度の値が１％以上の変動を生じていたならば、平均密度の値が安定していないと判定するようにすればよい。そして、そのような変動を生じていた場合には、制御システム２２４がオペレータへ「密度が安定していません」と表示して、ステップ５１２へ戻るようにする。一方、最近の５秒間に平均密度の値が１％以上の変動を生じていなかったならば、その平均密度の値は安定しており、使用可能な値である。ステップ５１６では、制御システム２２４が、ベース流体２５０の平均密度の安定した値をオペレータへ表示する。
【００５９】
この時点で、タンク／ミキサ２１０が、フラクチャリング流体２０２を調製するためにベース流体２５０にプロパント２５２を添加しはじめる。バルブ２１３の切替位置は循環側に設定されているため、ポンプ３２８が、吐出管２１８及び還流管２１１を介してフラクチャリング流体２０２を循環させる。ポンプ３２８によって、フラクチャリング流体を循環させるようにしているのは、フラクチャリング流体２０２を連続的に攪拌して、フラクチャリング流体の特性を適切なものにするためである。また、このとき、フラクチャリング流体２０２のスリップ・ストリーム２８０が管路２２６へ流入している。フラクチャリング流体２０２のスリップ・ストリーム２８０は、管路２２６を通過し、コリオリ流量計２２２を通過し、管路２２７を通過して、タンク／ミキサ２１０へ還流している。ステップ５１８では、フラクチャリング流体２０２が、コリオリ流量計２２２の中を流れており、コリオリ流量計２２２はそのフラクチャリング流体２０２の密度を測定する。コリオリ流量計２２２は、そのフラクチャリング流体の密度の測定値を制御システム２２４へ送出する。
【００６０】
続いて、制御システム２２４は、フラクチャリング流体２０２へ混入した砂の重量を算出する。この砂の混入量を算出するために、制御システム２２４は、以下に示す一連の数式を使用する。ステップ５２０では、制御システム２２４が、下の式〔１〕を用いて、フラクチャリング流体２０２に含まれている固形物の含有率（%S）を算出する。
【００６１】
%S = (ρfrac fluid -ρbase fluid) / (ρproppant -ρbase fluid)         式〔１〕
この式〔１〕において、ρfrac fluidはフラクチャリング流体２０２の密度、ρbase fluidはベース流体２５０の密度、ρproppantはプロパント２５２の密度である。
【００６２】
ステップ５２２では、制御システム２２４が、下の式〔２〕を用いて、プロパントによる置換容積（P.D.）を算出する。
【００６３】
P.D. = 231 /ρproppant                                  式〔２〕
この式〔２〕において、ρproppantはプロパント２５２の密度である。
【００６４】
ステップ５２４では、制御システム２２４が、下の式〔３〕を用いて、フラクチャリング流体２０２に添加された砂の重量である砂添加重量（P.S.A.）を算出する。
【００６５】
P.S.A. = (%S * 231) / ((1 - %S) + P.D.)                  式〔３〕
尚、砂添加重量（P.S.A.）は、プロパント添加重量（P.P.A.）と呼ばれることもある。
【００６６】
制御システム２２４が、以上の式〔１〕〜式〔３〕を用いる替わりに、下の式〔４〕を用いて、砂添加重量を求めるようにしてもよい。
【００６７】
P.S.A. = (ρfrac fluid -ρbase fluid) / ((1 - (ρfrac fluid /ρproppant))   式〔４〕
この式〔４〕において、ρfrac fluidはフラクチャリング流体２０２の密度、ρbase fluidはベース流体２５０の密度、ρproppantはプロパント２５２の密度である。
【００６８】
ステップ５２６では、制御システム２２４が、フラクチャリング流体２０２に添加された砂の重量である砂添加重量を表示する。制御システム２２４が砂添加重量を表示する際の単位は、水１ガロンあたりの添加された砂の重量をポンドを単位として表したものである。制御システム２２４は更に、砂添加重量を表す信号を生成する。この信号は、補助システム（不図示）へ送出される信号であり、４ｍＡ〜２０ｍＡの信号である。尚、ステップ５１８では、コリオリ流量計２２２が、フラクチャリング流体２０２の質量流量やフラクチャリング流体２０２の温度などのその他のパラメータを併せて測定するようにしてもよい。またその場合には、ステップ５２６において、制御システム２２４が、質量流量や温度などのその他のパラメータを併せてオペレータへ表示するようにしてもよい。複数のパラメータを表示するときには、オペレータが、それらパラメータをスクロールして、所望のパラメータを見ることができるようにしておくとよい。この後、制御システム２２４はステップ５１８へ戻る。
【００６９】
この方法５００が更に、ステップ５２８及びステップ５３０を含むようにしてもよい。ステップ５２８では、制御システム２２４が、フラクチャリング流体２０２の流速をスレショルド値と比較する。制御システム２２４は、下の式〔５〕を用いて、フラクチャリング流体２０２の流速（velocity material）を算出する。
【００７０】
velocity material = flow rate material * A.F.           式〔５〕
この式〔５〕において、A.F.は断面係数であり、flow rate materialは物質の流量である。断面係数（A.F.）は、オペレータに入力させるようにしてもよく、メモリから読み出すようにしてもよく、他のシステムから受信するようにしてもよい。フラクチャリング流体２０２の流速がスレショルド値を超えていたならば、制御システム２２４は、ステップ５３０において、流速がスレショルド値を超えていることを表示する。例えば、フラクチャリング流体２０２の流速が 12 ft/sec（約3.6 m／秒）を超えていたならば、制御システム２２４が警報を発するようにしておいてもよい。フラクチャリング流体２０２の流速がスレショルド値を超えていなかったならば、制御システム２２４はステップ５１８へ戻る。
【００７１】
制御システム２２４は、フラクチャリング流体２０２へ添加された砂の重量である砂添加重量を連続して算出し続けることができる。また、タンク／ミキサ２１０は、攪拌及び混合をバッチ式に実行するシステムではなく、連続的に攪拌及び混合を実行し続けるシステムである。そのため、オペレータは、タンク／ミキサ２１０が、フラクチャリング流体２０２を坑井内へ供給し続けている間も、制御システム２２４に砂添加重量の測定を行わせておくことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】坑井内へフラクチャリング流体を供給するための従来の供給システムを示した図である。
【図２】本発明の実施の形態における測定システムを示した図である。
【図３】本発明の実施の形態における制御システムの具体例を示した図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるコリオリ流量計の具体例を示した図である。本発明の１つの実施の形態に係る発泡剤注入アセンブリを示した図である。
【図５】本発明の実施の形態における測定システムの動作例を示したフローチャートである。
【図１】
2006514282.tif 000003
【図２】
2006514282.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006514282.tif 000006
【図５】
2006514282.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成17年8月8日(2005.8.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コリオリ流量計（２２２）と制御システム（２２４）とを備えた測定システム（２００）において、
前記コリオリ流量計は、該コリオリ流量計を通過して流れるベース流体（２５０）の密度を測定してベース流体密度測定値を生成し、該ベース流体密度測定値を送出するように構成され、前記ベース流体とプロパント（２５２）との混合物から成るフラクチャリング流体（２０２）の密度を測定するために該フラクチャリング流体のスリップ・ストリーム（２８０）を該コリオリ流量計へ流入させるように構成され、更に、該コリオリ流量計を通過して流れる前記フラクチャリング流体（２０２）の密度を測定してフラクチャリング流体密度測定値を生成し、該フラクチャリング流体密度測定値を送出するように構成されており、
前記制御システムは、前記ベース流体密度測定値と前記フラクチャリング流体密度測定値とを受取り、前記ベース流体密度測定値と、前記フラクチャリング流体密度測定値と、前記プロパントの密度とに基づいて、前記フラクチャリング流体に含まれる前記プロパントの含有量を求めるように構成されている、
ことを特徴とする測定システム（２００）。
【請求項２】
前記コリオリ流量計（２２２）が直管形コリオリ流量計（４００）から成ることを特徴とする請求項１記載の測定システム（２００）。
【請求項３】
第１端（２７１）が前記コリオリ流量計（２２２）の流入口に接続し第２端（２７２）がタンク（２１０）の吐出部（２１８）に接続した第１管路（２２６）と、
第１端（２８１）が前記コリオリ流量計の流出口に接続し第２端（２８２）が前記タンクに接続した第２管路（２２７）とを更に備え、
前記タンクの前記吐出部から吐出された物質のスリップ・ストリーム（２８０）が前記第１管路へ流入し、前記第１管路を通過し、前記コリオリ流量計を通過し、前記第２管路を通過して前記タンクに還流するようにした、
ことを特徴とする請求項１記載の測定システム（２００）。
【請求項４】
前記制御システム（２２４）が、前記プロパント（２５２）の密度を求めるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の測定システム（２００）。
【請求項５】
前記制御システム（２２４）が、前記プロパント（２５２）の前記含有量をユーザに提示するように構成されたディスプレイ・システム（３０２）を備えていることを特徴とする請求項１記載の測定システム（２００）。
【請求項６】
前記制御システム（２２４）が、前記プロパント（２５２）の前記含有量を表す信号を補助システムへ送信するように構成された補助インターフェース（３０６）を備えていることを特徴とする請求項１記載の測定システム（２００）。
【請求項７】
前記制御システム（２２４）が、ユーザが入力した前記プロパント（２５２）の前記密度を受取るように構成されたユーザ・インターフェース（３０４）を備えていることを特徴とする請求項１記載の測定システム（２００）。
【請求項８】
前記制御システム（２２４）が、
前記フラクチャリング流体（２０２）の流速を算出し、
前記フラクチャリング流体の前記流速がスレショルド値を超えているか否かを判定し、
前記フラクチャリング流体の前記流速が前記スレショルド値をを超えていたならばそのことを表示する、
ように構成されていることを特徴とする請求項１記載の測定システム（２００）。
【請求項９】
前記制御システム（２２４）が、
前記コリオリ流量計（２２２）で測定された複数の前記ベース流体密度測定値に基づいて前記ベース流体（２５０）の平均密度を算出し、
前記ベース流体の前記平均密度と、前記フラクチャリング流体密度測定値と、前記プロパントの前記密度とに基づいて、前記フラクチャリング流体（２０２）に含まれる前記プロパント（２５２）の前記含有量を求める、
ように構成されていることを特徴とする請求項１記載の測定システム（２００）。
【請求項１０】
前記コリオリ流量計（２２２）が、前記フラクチャリング流体（２０２）の質量流量を測定して、前記フラクチャリング流体の前記質量流量と該コリオリ流量計の駆動利得との少なくとも一方を前記制御システム（２２４）へ供給するように構成されており、
前記制御システムが、前記フラクチャリング流体の前記質量流量と前記コリオリ流量計の前記駆動利得との少なくとも一方をユーザへ提示するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１記載の測定システム（２００）。
【請求項１１】
フラクチャリング流体に含まれるプロパントの含有量を測定する方法であって、前記プロパントの密度を求めるステップを含む方法において、
ベース流体（２５０）の密度をコリオリ流量計（２２２）で測定してベース流体密度測定値を生成するステップと、
前記ベース流体とプロパント（２５２）との混合物から成るフラクチャリング流体（２０２）の密度を測定するために該フラクチャリング流体のスリップ・ストリーム（２８０）を前記コリオリ流量計へ流入させるステップと、
前記フラクチャリング流体（２０２）の密度を前記コリオリ流量計で測定してフラクチャリング流体密度測定値を生成するステップと、
前記ベース流体密度測定値と、前記フラクチャリング流体密度測定値と、前記プロパントの密度とに基づいて、前記フラクチャリング流体に含まれる前記プロパントの含有量を求めるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記フラクチャリング流体（２０２）の密度を前記コリオリ流量計（２２２）で測定する前記ステップが、
前記フラクチャリング流体の前記密度を直管形コリオリ流量計（４００）で測定するステップから成る、
ことを特徴する請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
第１管路（２２６）の第１端（２７１）を前記コリオリ流量計（２２２）の流入口に接続するステップと、
前記第１管路（２２６）の第２端（２７２）をタンク（２１０）の吐出部（２１８）に接続するステップと、
第２管路（２２７）の第１端（２８１）を前記コリオリ流量計の流出口に接続するステップと、
前記第２管路（２２７）の第２端（２８２）を前記タンクに接続するステップとを更に含み、
前記タンクの前記吐出部から吐出された物質のスリップ・ストリーム（２８０）が前記第１管路へ流入し、前記第１管路を通過し、前記コリオリ流量計を通過し、前記第２管路を通過して前記タンクに還流するようにする、
ことを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
前記プロパント（２５２）の前記含有量をユーザに提示するステップを更に含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
前記プロパント（２５２）の前記含有量を表す信号を補助システムへ送信するステップを更に含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１６】
ユーザから前記プロパント（２５２）の前記密度を受取るステップを更に含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１７】
前記フラクチャリング流体（２０２）の流速を算出するステップと、
前記フラクチャリング流体の前記流速がスレショルド値を超えているか否かを判定するステップと、
前記フラクチャリング流体の前記流速が前記スレショルド値をを超えていたならばそのことを表示するステップと、
を更に含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１８】
前記コリオリ流量計（２２２）で測定された複数の前記ベース流体密度測定値に基づいて前記ベース流体（２５０）の平均密度を算出するステップと、
前記ベース流体の前記平均密度と、前記フラクチャリング流体密度測定値と、前記プロパントの前記密度とに基づいて、前記フラクチャリング流体（２０２）に含まれる前記プロパント（２５２）の含有量を求めるステップと、
を更に含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１９】
前記フラクチャリング流体（２０２）の質量流量を前記コリオリ流量計（２２２）で測定するステップと、
前記フラクチャリング流体の前記質量流量と前記コリオリ流量計の前記駆動利得との少なくとも一方をユーザへ提示するステップと、
を更に含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定システムの分野に関するものであり、より詳しくは、コリオリ流量計で測定して得られた測定値に基づいて、フラクチャリング流体に含まれるプロパント(Proppant)の含有量を求めるシステム及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
石油やガスなどの地下資源は、坑井を掘削して採取する。ある程度の深さまで坑井を掘削したならば、セメントでケーシングを形成する。坑井は、地中の幾つもの層を貫いて掘削され、掘削技術者は、それら層のうちの所望の層にタップを設ける。ある所望の層にタップを設ける際に、掘削技術者は、その層内のケーシングの一部を破砕してフラクチャー（破断口）を形成する。フラクチャーを形成するために用いられる方法には、水圧式フラクチャリング（水圧破砕法）や、空圧式フラクチャリング（空圧破砕法）があり、更にその他の破砕法が用いられることもある。ケーシングにフラクチャーを形成したならば、続いて、掘削技術者は、ポンプを用いてそのフラクチャーの中へフラクチャリング流体を注入し、それによって、そのフラクチャーを開いた状態に維持する。フラクチャリング流体は、フラクチャーが閉じるのを防止しつつ、しかも、そのフラクチャーを通過して流体が流れ得る状態を維持するものである。これによって、石油やガスが、より容易に、そのフラクチャーを通過して坑井内へ流動できるようになる。
【０００３】
フラクチャリング流体は、ベース流体とプロパントとから成る。ベース流体を調製するには、大容量タンクの中の水に、グアーゴムを投入する。タンクに装備したミキサがグアーゴムと水を連続的に攪拌して混合し、それによってベース流体が調製される。攪拌され混合されたベース流体は、糖蜜のような粘稠性を有する液体である。
【０００４】
プロパントは、例えば砂などであり、これをタンクの中のベース流体に混合することによって、フラクチャリング流体が調製される。砂の混合量は、土の種類や、土の状態、及びその他の要因によって決まるものである。タンクに装備したミキサがベース流体と砂を攪拌して混合し、それによってフラクチャリング流体が調製される。続いて、フラクチャーを開いた状態に維持するために、ポンプを用いてそのフラクチャリング流体を坑井内へ注入する。フラクチャリング流体に含まれる砂の含有量が、そのフラクチャリング流体がどれほど良好にフラクチャーを開いた状態に維持できるかを決める要因となる。
【０００５】
従って、フラクチャリング流体に含まれる砂の含有量は重要であり、そのため掘削技術者は、砂の添加量を測定することを必要としている。ところが、これは容易なことではなく、なぜならば、フラクチャリング流体の調製はバッチ方式で行われるのではなく、フラクチャリング流体は連続的に攪拌されているからである。そのため掘削技術者は、フラクチャリング流体に含まれる砂の含有量を求めるために、ニュークリア・デンシトメータ（核放射線式密度計）を用いて、ポンプにより坑井内へ注入されているフラクチャリング流体の密度を測定するようにしている。そして、ニュークリア・デンシトメータによって得られた密度測定値をコントローラへ供給して、フラクチャリング流体に添加された砂の量を算出させる。これによって、掘削技術者は、砂の量を所望レベルに調節することが可能となる。図１は、このようなフラクチャリング流体の供給システムの具体例を示したものであり、これについては後に詳述する。
【０００６】
しかしながら、ニュークリア・デンシトメータを使用することには多くの問題が付随している。例えば、核関連技術を取り巻く数々の法令が存在するため、州境ないし国境を越えてニュークリア・デンシトメータを輸送することは必ずしも容易ではない。また、ニュークリア・デンシトメータの操作及び輸送には、安全上の懸念がつきまとうということがある。更に、ニュークリア・デンシトメータのオペレータは、監督当局による資格認定ないし免許付与を受ける必要がある。これらの要因が、ニュークリア・デンシトメータを使用することを不都合なものにしている。
【０００７】
コリオリ流量計は、流体の質量流量や密度、及びその他のデータを測定して得るために用いられている。コリオリ流量計の具体例は、米国特許第4,109,524号公報（1978年8月29日発行）、米国特許第4,491,025号公報（1985年1月1日発行）、それに米国再発行特許第31,450号公報（1982年2月11日発行）に開示されており、これら特許はいずれもJ. E. スミスらを発明者とするものである。コリオリ流量計は、直管または屈曲管で構成された１本または複数本の流管を備えている。コリオリ流量計の各流管は複数の固有振動モードを有し、それら固有振動モードは、単純曲げ振動、単純ひねり振動、単純ねじり振動などであることもあり、それらの複合振動であることもある。各流管は、その複数の固有振動モードのうちの１つの固有振動モードの、共振周波数で振動するように駆動される。流体は、流量計の流入口側に接続された管路から、流量計の中へ流入する。流体は流管の中を流れて、流量計の流出側から流出する。流管の質量と流管の中を流れている流体の質量とを合わせた合計質量が、流体が中を流れている振動系の固有振動モードを決定する要因の１つとなる。
【０００８】
流体が流管の中を流れ始めると、コリオリの力のために、流管に沿った夫々の位置が、互いに異なった位相を持つようになる。流管の流入側の位相は、通常、駆動装置の位相よりも遅れ、一方、流管の流出側の位相は、駆動装置の位相よりも先行する。流管に取付けられた複数のピックオフが、流管の運動を測定し、そして、測定した流管の運動を表すピックオフ信号を夫々に発生する。
【０００９】
流量計に接続されている流量計電子回路ないし補助電子回路が、それらピックオフ信号を受取る。流量計電子回路は、それらピックオフ信号に処理を施して、それらピックオフ信号の間の位相差を求める。２つのピックオフの間の位相差は、流管を通過して流れている流体の質量流量に比例する。流量計電子回路は更に、それらピックオフ信号の一方または両方に処理を施して、その流体の密度を求めることもある。
【００１０】
しかしながら、これまでコリオリ流量計は、フラクチャリング流体の密度を測定するためには用いられていなかった。その第１の理由は、フラクチャリング流体をポンプで坑井内へ注入する際に用いられる配管が、通常、例えば８インチ管などの大口径管であるということがある。８インチ管の中の流れを測定できるだけの大寸法のコリオリ流量計は、これまで製作されていない。また第２の理由として、コリオリ流量計の殆どは、その流管が屈曲管で構成されているということがある。屈曲管で構成された流管の中を流れる砂は、強力な侵蝕性を発揮するため、屈曲管形コリオリ流量計を使用することは、実用性を有する選択肢とはなり得なかったのである。もし、屈曲管で構成された流管の中に砂を流したならば、その流管は数時間もしないうちに損傷してしまうであろう。これらの理由から、フラクチャリング流体の測定にこりは使用されておらず、ニュークリア・デンシトメータが使われ続けていたのである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、コリオリ流量計と制御システムとを備えた測定システムによって、上述した諸問題の解決を促進するものである。先ず、コリオリ流量計にベース流体を流す。コリオリ流量計は、そのベース流体の密度を測定して、ベース流体密度測定値を制御システムへ送出する。次に、そのベース流体にプロパントを添加してフラクチャリング流体を調製する。続いて、コリオリ流量計にそのフラクチャリング流体を流す。コリオリ流量計は、そのフラクチャリング流体の密度を測定して、フラクチャリング流体密度測定値を制御システムへ送出する。制御システムは、ベース流体密度測定値と、フラクチャリング流体密度測定値と、プロパントの密度とに基づいて、フラクチャリング流体に含まれるプロパントの含有量を求める。
【００１２】
かかる測定システムによれば、核関連技術を用いずに、コリオリ技術によってだいたいすることを好適に可能にするものである。コリオリ流量計を使用することによって、高精度の密度測定値を得ることができ、しかも、放射線源及び放射線機器の操作及び輸送に関わる問題を払拭することができる。コリオリ流量計は更に、ニュークリア・デンシトメータに本来的に付随する安全上の懸念とも無縁である。
【００１３】
本発明の別の実施例においては、コリオリ流量計に、物質のスリップ・ストリームが流入するようにしている。スリップ・ストリームを流入させるために、測定システムは、第１管路及び第２管路を更に備えている。第１管路は、第１端がコリオリ流量計の流入口に接続し、第２端がタンクの吐出部に接続している。第２管路は、第１端がコリオリ流量計の流出口に接続し第２端がタンクに接続している。第１管路には、タンクの吐出部から吐出された物質のスリップ・ストリームが流入する。このスリップ・ストリームは前記第１管路を通過し、前記コリオリ流量計を通過し、前記第２管路を通過して前記タンクへ還流する。スリップ・ストリームを測定するようにしたため、測定流量を小さくすることができ、例えば測定対象の流れを１インチ管の中の流れとすることも可能である。
【００１４】
本発明のその他の実施の形態について開示すると、次の通りである。
【００１５】
以下の記載は本発明の様々な局面を列挙したものである。本発明の１つの局面として、コリオリ流量計と制御システムとを備えた測定システムがあり、この測定システムにおいては、
前記コリオリ流量計は、該コリオリ流量計を通過して流れるベース流体の密度を測定してベース流体密度測定値を生成し、該ベース流体密度測定値を送出するように構成され、前記ベース流体とプロパントとの混合物から成るフラクチャリング流体の密度を測定するために該フラクチャリング流体のスリップ・ストリームが該コリオリ流量計へ流入するように構成され、更に、該コリオリ流量計を通過して流れる前記フラクチャリング流体の密度を測定してフラクチャリング流体密度測定値を生成し、該フラクチャリング流体密度測定値を送出するように構成されており、
前記制御システムは、前記ベース流体密度測定値と前記フラクチャリング流体密度測定値とを受取り、前記ベース流体密度測定値と、前記フラクチャリング流体密度測定値と、前記プロパントの密度とに基づいて、前記フラクチャリング流体に含まれる前記プロパントの含有量を求めるように構成されている、
ことを特徴とする。
【００１６】
前記コリオリ流量計は、直管形コリオリ流量計から成るものとすることが好ましい。
【００１７】
前記測定システムは、
第１端が前記コリオリ流量計の流入口に接続し第２端がタンクの吐出部に接続した第１管路と、
第１端が前記コリオリ流量計の流出口に接続し第２端が前記タンクに接続した第２管路とを更に備え、
前記タンクの前記吐出部から吐出された物質のスリップ・ストリームが前記第１管路へ流入し、前記第１管路を通過し、前記コリオリ流量計を通過し、前記第２管路を通過して前記タンクに還流するようにしたものとすることが好ましい。
【００１８】
前記制御システムが、前記プロパントの密度を求めるように構成されているものとすることが好ましい。
【００１９】
前記制御システムが、前記プロパントの前記含有量をユーザに提示するように構成されたディスプレイ・システムを備えているものとすることが好ましい。
【００２０】
前記制御システムが、前記プロパントの前記含有量を表す信号を補助システムへ送信するように構成された補助インターフェースを備えているものとすることが好ましい。
【００２１】
前記制御システムが、ユーザが入力した前記プロパントの前記密度を受取るように構成されたユーザ・インターフェースを備えているものとすることが好ましい。
【００２２】
前記制御システムが、
前記フラクチャリング流体の流速を算出し、
前記フラクチャリング流体の前記流速がスレショルド値を超えているか否かを判定し、
前記フラクチャリング流体の前記流速が前記スレショルド値をを超えていたならばそのことを表示する、
ように構成されているものとすることが好ましい。
【００２３】
前記制御システムが、
前記コリオリ流量計で測定された複数の前記ベース流体密度測定値に基づいて前記ベース流体の平均密度を算出し、
前記ベース流体の前記平均密度と、前記フラクチャリング流体密度測定値と、前記プロパントの前記密度とに基づいて、前記フラクチャリング流体に含まれる前記プロパントの前記含有量を求める、
ように構成されているものとすることが好ましい。
【００２４】
前記コリオリ流量計が、前記フラクチャリング流体の質量流量を測定して、前記フラクチャリング流体の前記質量流量と該コリオリ流量計の駆動利得との少なくとも一方を前記制御システムへ供給するように構成されており、
前記制御システムが、前記フラクチャリング流体の前記質量流量と前記コリオリ流量計の前記駆動利得との少なくとも一方をユーザへ提示するように構成されている、
ものとすることが好ましい。
【００２５】
本発明の別の１つの局面として、フラクチャリング流体に含まれるプロパントの含有量を測定する方法であって、前記プロパントの密度を求めるステップを含む方法があり、この方法においては、
ベース流体の密度をコリオリ流量計で測定して、ベース流体密度測定値を生成するステップと、
前記ベース流体とプロパントとの混合物から成るフラクチャリング流体の密度を測定するために該フラクチャリング流体のスリップ・ストリームを前記コリオリ流量計へ流入させるステップと、
前記フラクチャリング流体の密度を前記コリオリ流量計で測定してフラクチャリング流体密度測定値を生成するステップと、
前記ベース流体密度測定値と、前記フラクチャリング流体密度測定値と、前記プロパントの密度とに基づいて、前記フラクチャリング流体に含まれる前記プロパントの含有量を求めるステップと、
を含むことを特徴とする。
【００２６】
前記フラクチャリング流体の密度を前記コリオリ流量計で測定する前記ステップが、
前記フラクチャリング流体の前記密度を直管形コリオリ流量計で測定するステップから成る、
ものとすることが好ましい。
【００２７】
前記方法が、
第１管路の第１端を前記コリオリ流量計の流入口に接続するステップと、
前記第１管路の第２端をタンクの吐出部に接続するステップと、
第２管路の第１端を前記コリオリ流量計の流出口に接続するステップと、
前記第２管路の第２端を前記タンクに接続するステップとを更に含み、
前記タンクの前記吐出部から吐出された物質のスリップ・ストリームが前記第１管路へ流入し、前記第１管路を通過し、前記コリオリ流量計を通過し、前記第２管路を通過して前記タンクに還流するようにする、
ものとすることが好ましい。
【００２８】
前記方法が、前記プロパントの前記含有量をユーザに提示するステップを更に含むものとすることが好ましい。
【００２９】
前記方法が、前記プロパントの前記含有量を表す信号を補助システムへ送信するステップを更に含むものとすることが好ましい。
【００３０】
前記方法が、ユーザから前記プロパントの前記密度を受取るステップを更に含むものとすることが好ましい。
【００３１】
前記方法が、
前記フラクチャリング流体の流速を算出するステップと、
前記フラクチャリング流体の前記流速がスレショルド値を超えているか否かを判定するステップと、
前記フラクチャリング流体の前記流速が前記スレショルド値をを超えていたならばそのことを表示するステップと、
を更に含むものとすることが好ましい。
【００３２】
前記方法が、
前記コリオリ流量計で測定された複数の前記ベース流体密度測定値に基づいて前記ベース流体の平均密度を算出するステップと、
前記ベース流体の前記平均密度と、前記フラクチャリング流体密度測定値と、前記プロパントの前記密度とに基づいて、前記フラクチャリング流体に含まれる前記プロパントの含有量を求めるステップと、
を更に含むものとすることが好ましい。
【００３３】
前記方法が、
前記フラクチャリング流体の質量流量を前記コリオリ流量計で測定するステップと、
前記フラクチャリング流体の前記質量流量と前記コリオリ流量計の前記駆動利得との少なくとも一方をユーザへ提示するステップと、
を更に含むものとすることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
図１は、本発明を理解し易くするために提示する、坑井内へフラクチャリング流体を供給する従来の供給システムを示した図である。図２〜図５並びに以下の説明は、本発明の最良の形態の製作法及び使用法を当業者に教示することを目的として提示する、本発明の具体的な実施例を図示し説明したものである。本発明の原理を教示することを旨として、本発明の特徴のうち、従来から存在する特徴については、説明を簡略化したものもあり、また、省略したものもある。当業者であれば、以下に説明する実施例に基づいて、本発明の範囲に含まれるその他の様々な変更例にも想到し得ることは当然である。従って、本発明は、以下に説明する具体的な実施例に限定されるのではなく、特許請求の範囲に記載されたもの、並びにその均等物に相当するものに限定されるものである。
【００３５】
フラクチャリング流体を供給するための従来のシステム−図１
図１は、坑井内へフラクチャリング流体１０２を供給するための従来のフラクチャリング流体システム１００を示した図である。フラクチャリング流体システム１００は、タンク／ミキサ１１０、還流管１１１、供給管１１２、吐出管１１８、バルブ１１３、ポンプ１２３、ニュークリア・デンシトメータ１１４、及びコントローラ１１６を備えている。吐出管１１８は、一端がタンク／ミキサ１１０に接続され、他端がバルブ１１３の一端に接続されている。ポンプ１２８及びニュークリア・デンシトメータ１１４は、吐出管１１８に接続されている。還流管１１１は、一端がバルブ１１３に接続され、他端がタンク／ミキサ１１０に接続されている。供給管１１２はバルブ１１３に接続されており、また、この供給管１１２は、フラクチャリング流体１０２を坑井内へ供給するように構成されている。バルブ１１３は、フラクチャリング流体１０２の流れを、還流管１１１と供給管１１２とのいずれか一方へ流すように機能するものである。供給管１１２、還流管１１１、及び吐出管１１８は、いずれも直径が８インチ以上の配管である。コントローラ１１６はニュークリア・デンシトメータ１１４に接続されている。
【００３６】
動作について説明すると、タンク／ミキサ１１０へは、水１２０、ガム１２２、及び砂１２４が投入される。タンク／ミキサ１１０は、水１２０、グアーゴム１２２、及び砂１２４を攪拌して混合し、それによってフラクチャリング流体１０２が調製される。フラクチャリング流体１０２を調製するために、水１２０及びガム１２２に対して混合する砂の量は、土の種類や、土の状態などをはじめとする、様々な要因によって決まるものである。フラクチャリング流体システム１００を操作するオペレータは、ニュークリア・デンシトメータ１１４及びコントローラ１１６を使用して、フラクチャリング流体１０２に含まれる砂の量を測定する。
【００３７】
フラクチャリング流体１０２の流れの全体が吐出管１１８内を流れ、ニュークリア・デンシトメータ１１４は、そのフラクチャリング流体１０２の密度を測定する。ニュークリア・デンシトメータ１１４は、フラクチャリング流体１０２の密度測定値をコントローラ１１６へ送出する。コントローラ１１６は、砂１２４の密度、水１２０の密度、及びガム１２２の密度の値を、既知の値として保持している。これらの値は、例えば、オペレータがコントローラ１１６に入力するものである。コントローラ１１６は、フラクチャリング流体１０２の密度測定値と、既知の値である砂１２４、水１２０、及びガム１２２の密度の値とに基づいて、フラクチャリング流体１０２に含まれる砂の含有量を算出する。コントローラ１１６はディスプレイ１３６を備えている。コントローラ１１６は、フラクチャリング流体１０２に含まれる砂の含有量を、ディスプレイ１３６を使用してオペレータに提示する。
【００３８】
既述のごとくニュークリア・デンシトメータ１１４を使用することには多くの問題が付随している。例えば、州境ないし国境を越えてニュークリア・デンシトメータを輸送する際には面倒な手続きを要求されることがあり、ニュークリア・デンシトメータの操作及び輸送には、安全上の懸念がつきまとい、また、ニュークリア・デンシトメータのオペレータは、監督当局による資格認定ないし免許付与を受ける必要がある。これらの要因が、ニュークリア・デンシトメータを使用することを不都合なものにしている。
【００３９】
測定システム及びその動作−図２
図２は、本発明の実施の形態における測定システム２００を示した図である。測定システム２００は、坑井（不図示）内へフラクチャリング流体２０２を供給するフラクチャリング流体システム２０１を動作させるように構成されている。フラクチャリング流体システム２０１は、タンク／ミキサ２１０、吐出管２１８、バルブ２１３、還流管２１１、供給管２１２、ポンプ２２８、及び測定システム２００を備えている。吐出管２１８は、一端がタンク／ミキサ２１０に接続され、他端がバルブ２１３に接続されている。吐出管２１８には更に、ポンプ２２８も接続されている。還流管２１１は、一端がバルブ２１３に接続され、他端がタンク／ミキサ２１０に接続されている。供給管２１２はバルブ２１３に接続されていて、フラクチャリング流体２０２を坑井内へ輸送するように構成されている。バルブ２１３は、流体を還流管２１１と供給管２１２との一方へ流すものである。フラクチャリング流体システム２０１は、以上の他にも、多くの構成要素を備え得るものであるが、それら構成要素は図の見やすさを考慮して不図示とした。
【００４０】
測定システム２００は、コリオリ流量計２２２と制御システム２２４とを備えている。更に、測定システム２００が管路２２６〜２２７を備えているようにしてもよく、ここでは、それら管路２２６〜２２７によって、吐出管２１８からのスリップ・ストリームが形成されるようにしている。管路２２６〜２２７としては、例えば直径１インチのゴム管などを用いることができる。管路２２６の両端部を引用符号２７１と２７２とで示した。端部２７１はコリオリ流量計２２２の流入端に接続しており、端部２７２は吐出管２１８に接続している。端部２７２を吐出管２１８に接続する位置は、吐出管２１８のエルボの部分とすれば、最も良好な結果が得られる。管路２２７の両端部を引用符号２８１と２８２とで示した。端部２８１はコリオリ流量計２２２の流出端に接続しており、端部２８２はタンク／ミキサ２１０に接続している。管路２２６、コリオリ流量計２２２、それに管路２２７は、物質のスリップ・ストリーム２８０がこれらに流入するように構成してある。スリップ・ストリーム２８０は、管路２２６へ流入し、この管路２２６を通過し、コリオリ流量計２２２を通過し、管路２２７を通過して、タンク／ミキサ２１０へ還流する。
【００４１】
本発明の理解が容易なように、以下に幾つかの用語の定義を記しておく。コリオリ流量計とは、コリオリの原理に基づいて物質の密度を測定するように構成された測定用機器のことをいう。コリオリ流量計の具体例を挙げるならば、米国、コロラド州、Boulderに所在のMicro Motion社が製造している「T-100型」直管式流量計などがある。また、フラクチャリング流体とは、坑井内のフラクチャーが閉じてしまうのを防止して、流体が通過できる隙間を確保するために用いる、流体、物質、ないし混合物のことをいう。プロパントとは、フラクチャーを開いた状態に維持し易くするために、フラクチャリング流体に配合する、物質ないし添加材料のことをいう。プロパントの具体例としては砂がある。ベース流体とは、プロパントが混合されることによってフラクチャリング流体となる、物質ないし添加材料のことをいう。また、管路とは、ホース、チューブ、配管、パイプ、等々から成るものをいう。
【００４２】
動作について説明すると、先ず、タンク／ミキサ２１０へ、ベース流体２５０を投入して攪拌させておく。また、バルブ２１３の切替位置は循環側に設定し、ポンプ２２８が、吐出管２１８及び還流管２１１を介してベース流体２５０を循環させるようにしておく。循環が行われているとき、管路２２６へは、ベース流体２５０のスリップ・ストリーム２８０が流入している。流入したベース流体２５０のスリップ・ストリーム２８０は、管路２２６を通過し、コリオリ流量計２２２を通過し、管路２２７を通過して、タンク／ミキサ２１０へ還流する。ベース流体２５０がコリオリ流量計２２２を通過する際に、コリオリ流量計２２２が、そのベース流体２５０の密度を測定する。コリオリ流量計２２２は、ベース流体密度測定値を制御システム２２４へ送出する。
【００４３】
この状態で、タンク／ミキサ２１０にプロパント２５２を投入すると、タンク／ミキサ２１０が、そのプロパント２５２とベース流体２５０とを混合し、それによってフラクチャリング流体２０２が調製される。また、バルブ２１３の切替位置は循環側に設定し、ポンプ２２８が、吐出管２１８及び還流管２１１を介してフラクチャリング流体２０２を循環させるようにしておく。循環が行われているとき、管路２２６へは、フラクチャリング流体２０２のスリップ・ストリーム２８０が流入している。流入したフラクチャリング流体２０２のスリップ・ストリーム２８０は、管路２２６を通過し、コリオリ流量計２２２を通過し、管路２２７を通過して、タンク／ミキサ２１０へ還流する。フラクチャリング流体２０２がコリオリ流量計２２２を通過する際に、コリオリ流量計２２２が、そのフラクチャリング流体２０２の密度を測定する。コリオリ流量計２２２は、フラクチャリング流体密度測定値を制御システム２２４へ送出する。
【００４４】
以上によって、制御システム２２４へ、ベース流体密度測定値と、フラクチャリング流体密度測定値とが供給される。更に、制御システム２２４へは、プロパント２５２の密度の値も供給される。制御システム２２４へ供給されるプロパント２５２の密度の値は、オペレータに入力させるようにしてもよく、メモリから読み出すようにしてもよく、或いはその他のデータ供給源から受信するようにしてもよい。制御システム２２４は、これらのベース流体密度測定値と、フラクチャリング流体密度測定値と、プロパント２５２の密度とに基づいて、フラクチャリング流体２０２に含まれるプロパント２５２の含有量を求める。フラクチャリング流体システム２０１のオペレータは、制御システム２２４が求めたフラクチャリング流体２０２に含まれるプロパント２５２の含有量の値を見て、フラクチャリング流体２０２へ添加するプロパント２５２の添加量を調整することができる。尚、当業者であれば、在来の測定システムにいかなる改変を加えれば測定システム２００となしうるかは自明のことである。
【００４５】
フラクチャリング流体２０２に含まれるプロパント２５２の含有量が適当な量に達したならば、バルブ２１３を切換えて、フラクチャリング流体２０２をポンプによって、供給管２１２を介して坑井内へ注入する。尚、供給管２１２に、フラクチャリング流体２０２をポンプによって坑井内へ注入するための、例えば大型ポンプなどのその他のデバイスないしシステムを接続するようにしてもよい。
【００４６】
制御システム−図３
図３は本発明の実施の形態における制御システム２２４の具体例を示した図である。制御システム２２４は、ディスプレイ３０２、ユーザ・インターフェース３０４、及び補助インターフェース３０６を備えている。制御システム２２４の具体例を挙げるならば、例えば「Daniel FloBoss 407型（Danielは登録商標、FloBossは商標である）」などである。ディスプレイ３０２は、オペレータに関連データを表示するように構成したものである。ディスプレイ３０２の具体例を挙げるならば、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などである。ユーザ・インターフェース３０４は、オペレータが制御システム２２４へ情報を入力できるように構成したものである。インターフェース３０４の具体例を挙げるならば、例えば、キーパッドなどである。補助インターフェース３０６は、補助システム（不図示）との間で情報の送受信を行うように構成したものである。補助インターフェース３０６の具体例を挙げるならば、例えば、シリアル・データ・ポートなどである。
【００４７】
更に、制御システム２２４が、プロセッサと、記憶媒体とを備えているようにしてもよい。その場合、その記憶媒体に格納した命令によって、制御システム２２４の動作を制御するようにすることができる。その命令は、プロセッサによって取出され、実行される。命令の具体例を挙げるならば、例えば、ソフトウェア、プログラムコード、それにファームウェアなどである。記憶媒体の具体例を挙げるならば、例えば、メモリ・デバイス、テープ、ディスク、集積回路、それにサーバなどである。命令は、プロセッサにより実行されるとき、動作命令として機能するものであって、プロセッサを本発明に従って動作させるものである。「プロセッサ」という用語は、ただ１個の処理装置を意味することもあれば、相互に関連して動作する処理装置群を意味することもある。プロセッサの具体例を挙げるならば、例えば、コンピュータ、集積回路、それに論理回路などである。尚、当業者であれば、命令、プロセッサ、並びに記憶媒体については熟知していて当然である。
【００４８】
コリオリ流量計−図４
図４は本発明の実施の形態におけるコリオリ流量計４００の具体例を示した図である。図４のコリオリ流量計４００は、図２に示したコリオリ流量計２２２として使用し得るものである。コリオリ流量計４００は、コリオリ・センサ４０２と、流量計電子回路４０４とを備えている。流量計電子回路４０４は、導線４０６を介してコリオリ・センサ４０２に接続されている。流量計電子回路４０４は、導線４０８を介して密度、質量流量、体積流量、合計質量流量、等々の情報を送出するように構成されている。
【００４９】
コリオリ・センサ４０２は、流管４１０、バランス・バー４１２、２個のプロセス接続部材４１４〜４１５、２個のピックオフ４２４〜４２５、それに温度センサ４２６を備えている。流管４１０は、その左端部分を引用符号４１０Ｌで表し、その右端部分を引用符号４１０Ｒで表してある。流管４１０と、その左端部分４１０Ｌと、その右端部分４１０Ｒとは、コリオリ・センサ４０２の全長に亘って延在しており、即ち、流管４１０の流入端から、この流管４１０の流出端までが、コリオリ・センサ４０２の全長をなしている。バランス・バー４１２は、その両端が、夫々の取付バー４１６を介して流管４１０に取付けられている。
【００５０】
左端部分４１０Ｌには、流入側プロセス接続部材４１４が取付けられており、右端部分４１０Ｒには、流出側プロセス接続部材４１５が取付けられている。それら流入側プロセス接続部材４１４及び流出側プロセス接続部材４１５は、コリオリ・センサ４０２を配管（不図示）に接続するための部材である。
【００５１】
駆動装置４２２と、左側ピックオフ４２４と、右側ピックオフ４２５とは、一般的な取付方式によって、流管４１０及びバランス・バー４１２に取付けられている。流量計電子回路４０４は、導線４３２を介して駆動装置４２２に駆動信号を供給する。駆動装置４２２は、この駆動信号に応答して、流管４１０とバランス・バー４１２とを互いに逆位相で振動させ、その振動周波数は、内部に流体が充填されている流管４１０の共振周波数である。振動している流管４１０の、その振動には、周知のごとく、流管４１０のコリオリ撓みによる振動分が含まれている。ピックオフ４２４及び４２５は、そのコリオリ撓みを検出し、そして、検出したコリオリ撓みを表すピックオフ信号を、夫々、導線４３４と導線３４５とを介して送出する。
【００５２】
温度センサ４２６は流管４１０に取付けられている。温度センサ４２６は、流管４１０の中を流れている流体の温度を検出する。温度センサ４２６は、温度信号を生成し、その温度信号を、導線４３６を介して流量計電子回路４０４へ送出する。
【００５３】
測定システムの動作例−図５
図５に示したのは、本発明の実施の形態における測定システム２００の動作例５００を示したフローチャートである。先ず、オペレータが、制御システム２２４及びコリオリ流量計２２２に電源を投入する。制御システム２２４へは、この制御システム２２４のメモリをクリアするよう命じるクリア命令が供給される。これは、オペレータが、ユーザ・インターフェース３０４を操作して「クリア」命令を入力することによって行われる。ステップ５０４では、制御システム２２４が、オペレータにプロンプトを出して、プロパント２５２の密度を入力するよう促す。これは、制御システム２２４が、ディスプレイ３０２に「プロパントの密度を入力してください」という表示を出すことによって行われる。オペレータは、ユーザ・インターフェース３０４を操作して、プロパント２５２の密度を、例えばポンド／ガロンの単位で入力する。プロパント２５２が砂である場合には、その密度は、例えば22.1ポンド／ガロン（約2.65キログラム／リットル）である。ステップ５０６では、オペレータが入力したプロパント２５２の密度を、制御システム２２４が受取っている。尚、プロパントの密度は、オペレータに入力させる以外にも、メモリから読み出すようにしてもよく、他のシステムから受信するようにしてもよい。
【００５４】
このときタンク／ミキサ２１０は、プロパント２５２を含まないベース流体２５０だけを攪拌している。また、このときバルブ２１３の切替位置は循環側に設定されており、ポンプ２２８がベース流体２５０を、吐出管２１８及び還流管２１１を介して循環させている。また、このベース流体２５０のスリップ・ストリーム２８０が、管路２２６へ流入している。ベース流体２５０のスリップ・ストリーム２８０は、管路２２６を通過し、コリオリ流量計２２２を通過し、管路２２７を通過して、タンク／ミキサ２１０へ還流している。ステップ５０８では、ベース流体２５０がコリオリ流量計２２２の中を流れており、コリオリ流量計２２２は、そのベース流体２５０の密度を測定する。コリオリ流量計２２２は、ベース流体密度測定値を制御システム２２４へ送出する。ステップ５１０では、制御システム２２４が、そのベース流体密度測定値をオペレータへ表示する。尚、ステップ５０８では、コリオリ流量計２２２が、ベース流体２５０の質量流量やベース流体２５０の温度などのその他のパラメータを併せて測定するようにしてもよい。また更に、その場合には、ステップ５１０において、制御システム２２４が、質量流量や温度などのその他のパラメータを併せてオペレータへ表示するようにしてもよい。複数のパラメータを表示するときには、オペレータが、それらパラメータをスクロールして、所望のパラメータを見ることができるようにしておくとよい。
【００５５】
ステップ５１２では、制御システム２２４がベース流体２５０の平均密度を算出する。この平均密度を算出するために、制御システム２２４は、ベース流体２５０の１０個の密度測定値の平均値を取る。別法として、この平均密度を算出するために、制御システム２２４が、５秒間に測定された密度測定値の平均値を取るようにしてもよい。また、平均密度を算出している間、制御システム２２４がオペレータへ「ベース流体が安定するのを待っています」と表示するようにしてもよい。或いはまた、オペレータが算出命令に発したときに、その命令に応答して制御システム２２４が平均密度の算出を実行するようにしてもよい。その場合には、例えば、オペレータが、制御システム２２４に表示されている密度の測定値及び温度の測定値を監視して、それら測定値が安定したか否かを判断する。そして、オペレータは、それら測定値が安定した後に、制御システム２２４に対して、平均密度を算出するよう命令を発すればよい。
【００５６】
ステップ５１４では、制御システム２２４が、算出したばかりの平均密度の値が安定した値であるか否かを判定する。この判定を行うには、例えば、最近の５秒間に平均密度の値が１％以上の変動を生じていたならば、平均密度の値が安定していないと判定するようにすればよい。そして、そのような変動を生じていた場合には、制御システム２２４がオペレータへ「密度が安定していません」と表示して、ステップ５１２へ戻るようにする。一方、最近の５秒間に平均密度の値が１％以上の変動を生じていなかったならば、その平均密度の値は安定しており、使用可能な値である。ステップ５１６では、制御システム２２４が、ベース流体２５０の平均密度の安定した値をオペレータへ表示する。
【００５７】
この時点で、タンク／ミキサ２１０が、フラクチャリング流体２０２を調製するためにベース流体２５０にプロパント２５２を添加しはじめる。バルブ２１３の切替位置は循環側に設定されているため、ポンプ３２８が、吐出管２１８及び還流管２１１を介してフラクチャリング流体２０２を循環させる。ポンプ３２８によって、フラクチャリング流体を循環させるようにしているのは、フラクチャリング流体２０２を連続的に攪拌して、フラクチャリング流体の特性を適切なものにするためである。また、このとき、フラクチャリング流体２０２のスリップ・ストリーム２８０が管路２２６へ流入している。フラクチャリング流体２０２のスリップ・ストリーム２８０は、管路２２６を通過し、コリオリ流量計２２２を通過し、管路２２７を通過して、タンク／ミキサ２１０へ還流している。ステップ５１８では、フラクチャリング流体２０２が、コリオリ流量計２２２の中を流れており、コリオリ流量計２２２はそのフラクチャリング流体２０２の密度を測定する。コリオリ流量計２２２は、そのフラクチャリング流体の密度の測定値を制御システム２２４へ送出する。
【００５８】
続いて、制御システム２２４は、フラクチャリング流体２０２へ混入した砂の重量を算出する。この砂の混入量を算出するために、制御システム２２４は、以下に示す一連の数式を使用する。ステップ５２０では、制御システム２２４が、下の式〔１〕を用いて、フラクチャリング流体２０２に含まれている固形物の含有率（%S）を算出する。
【００５９】
%S = (ρfrac fluid -ρbase fluid) / (ρproppant -ρbase fluid)         式〔１〕
この式〔１〕において、ρfrac fluidはフラクチャリング流体２０２の密度、ρbase fluidはベース流体２５０の密度、ρproppantはプロパント２５２の密度である。
【００６０】
ステップ５２２では、制御システム２２４が、下の式〔２〕を用いて、プロパントによる置換容積（P.D.）を算出する。
【００６１】
P.D. = 231 /ρproppant                                  式〔２〕
この式〔２〕において、ρproppantはプロパント２５２の密度である。
【００６２】
ステップ５２４では、制御システム２２４が、下の式〔３〕を用いて、フラクチャリング流体２０２に添加された砂の重量である砂添加重量（P.S.A.）を算出する。
【００６３】
P.S.A. = (%S * 231) / ((1 - %S) + P.D.)                  式〔３〕
尚、砂添加重量（P.S.A.）は、プロパント添加重量（P.P.A.）と呼ばれることもある。
【００６４】
制御システム２２４が、以上の式〔１〕〜式〔３〕を用いる替わりに、下の式〔４〕を用いて、砂添加重量を求めるようにしてもよい。
【００６５】
P.S.A. = (ρfrac fluid -ρbase fluid) / ((1 - (ρfrac fluid /ρproppant))   式〔４〕
この式〔４〕において、ρfrac fluidはフラクチャリング流体２０２の密度、ρbase fluidはベース流体２５０の密度、ρproppantはプロパント２５２の密度である。
【００６６】
ステップ５２６では、制御システム２２４が、フラクチャリング流体２０２に添加された砂の重量である砂添加重量を表示する。制御システム２２４が砂添加重量を表示する際の単位は、水１ガロンあたりの添加された砂の重量をポンドを単位として表したものである。制御システム２２４は更に、砂添加重量を表す信号を生成する。この信号は、補助システム（不図示）へ送出される信号であり、４ｍＡ〜２０ｍＡの信号である。尚、ステップ５１８では、コリオリ流量計２２２が、フラクチャリング流体２０２の質量流量やフラクチャリング流体２０２の温度などのその他のパラメータを併せて測定するようにしてもよい。またその場合には、ステップ５２６において、制御システム２２４が、質量流量や温度などのその他のパラメータを併せてオペレータへ表示するようにしてもよい。複数のパラメータを表示するときには、オペレータが、それらパラメータをスクロールして、所望のパラメータを見ることができるようにしておくとよい。この後、制御システム２２４はステップ５１８へ戻る。
【００６７】
この方法５００が更に、ステップ５２８及びステップ５３０を含むようにしてもよい。ステップ５２８では、制御システム２２４が、フラクチャリング流体２０２の流速をスレショルド値と比較する。制御システム２２４は、下の式〔５〕を用いて、フラクチャリング流体２０２の流速（velocity material）を算出する。
【００６８】
velocity material = flow rate material * A.F.           式〔５〕
この式〔５〕において、A.F.は断面係数であり、flow rate materialは物質の流量である。断面係数（A.F.）は、オペレータに入力させるようにしてもよく、メモリから読み出すようにしてもよく、他のシステムから受信するようにしてもよい。フラクチャリング流体２０２の流速がスレショルド値を超えていたならば、制御システム２２４は、ステップ５３０において、流速がスレショルド値を超えていることを表示する。例えば、フラクチャリング流体２０２の流速が 12 ft/sec（約3.6 m／秒）を超えていたならば、制御システム２２４が警報を発するようにしておいてもよい。フラクチャリング流体２０２の流速がスレショルド値を超えていなかったならば、制御システム２２４はステップ５１８へ戻る。
【００６９】
制御システム２２４は、フラクチャリング流体２０２へ添加された砂の重量である砂添加重量を連続して算出し続けることができる。また、タンク／ミキサ２１０は、攪拌及び混合をバッチ式に実行するシステムではなく、連続的に攪拌及び混合を実行し続けるシステムである。そのため、オペレータは、タンク／ミキサ２１０が、フラクチャリング流体２０２を坑井内へ供給し続けている間も、制御システム２２４に砂添加重量の測定を行わせておくことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】坑井内へフラクチャリング流体を供給するための従来の供給システムを示した図である。
【図２】本発明の実施の形態における測定システムを示した図である。
【図３】本発明の実施の形態における制御システムの具体例を示した図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるコリオリ流量計の具体例を示した図である。本発明の１つの実施の形態に係る発泡剤注入アセンブリを示した図である。
【図５】本発明の実施の形態における測定システムの動作例を示したフローチャートである。
【国際調査報告】
2006514282.tif 000008
2006514282.tif 000009
2006514282.tif 000010