СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ГИДРАТАЦИИ
SYSTEMS AND METHODS OF HYDRATION

[1] Данная заявка испрашивает приоритет по временной заявке U.S. Provisional Application No. 61/991,685 под названием “Continuous Gel Mixing Apparatus and Method,” Attorney Docket No. IS14.8447-US-PSP, зарегистрирована 12 мая 2014 г., в целом включена в данный документ в виде ссылки.
Предпосылки изобретения
[2] Текучие смеси или гели с высокой вязкостью, содержащие гидратируемый материал и/или добавки, смешиваемые с водой и/или другой гидратирующей текучей средой, применяются в гидроразрыве пласта и других подземных операциях обработки скважины. Данные текучие смеси с высокой вязкостью составляются на буровой площадке или транспортируются на буровую площадку с удаленной площадки. Гидратация является процессом, в котором гидратируемый материал сольватируется, абсорбируется и/или иначе вступает в реакцию с гидратирующей текучей средой, создавая текучую смесь с высокой вязкостью. Степень гидратации гидратируемого материала можно увеличивать, выдерживая гидратируемый материал в гидратирующей текучей среде на этапе способа в течение времени выдерживания, например, которое может проходить в одной или нескольких емкостях гидратации.
[3] Гидратация и связанное c ней увеличение вязкости происходит в течение времени, соответствующего времени выдерживания гидратируемого материала в гидратирующей текучей среде. Таким образом, скорость гидратации гидратируемого материала является фактором в операциях гидратации, особенно тщательно исследуемым в непрерывной операции гидратации, с помощью которой текучая смесь с высокой вязкостью непрерывно производится на месте работы по ходу работ на буровой площадке. Для получения достаточной гидратации и/или вязкости применяются баки значительной длины или последовательность крупных баков, обеспечивающих гидратируемому материалу достаточный объем и, следовательно, время выдерживания в гидратирующей текучей среде. Такие емкости транспортируются на буровую площадку или место вблизи площадки. Например, гидратируемый материал можно смешивать с гидратирующей текучей средой до введения в последовательность баков, и в процессе прохода текучей смеси через последовательность баков гидратируемый материал может гидратироваться в достаточной степени.
[4] Обычный бак гидратации с гравитационным потоком не может работать с текучей смесью высокой концентрации. Поэтому, другие баки, имеющие большие объемы, применяются для достаточного разбавления текучей смеси до получения достаточно низкой вязкости, обеспечивающей проход текучей смеси через бак гидратации с гравитационным потоком. Баки гидратации, имеющие большие объемы, занимают большую площадь, создают трудности при транспортировке и/или могут являться нетранспортабельными.
Сущность изобретения
[5] Данный краткий обзор представляет подборку концепций, дополнительно рассмотренных ниже в подробном описании изобретения. Данный обзор в общем не идентифицирует неотъемлемые признаки заявленного объекта изобретения и не ограничивает его объем.
[6] Настоящее изобретение представляет способ, который включает в себя перемещение по существу непрерывного потока геля, имеющего первую концентрацию, перемещение по существу непрерывного потока текучей среды на водной основе и соединение по существу непрерывных потоков геля, имеющего первую концентрацию, и текучей среды на водной основе для создания по существу непрерывного потока геля, имеющего вторую концентрацию. Вторая концентрации значительно ниже первой концентрации. Способ может также включать в себя использование геля, имеющего вторую концентрацию, в скважинном гидроразрыве пласта.
[7] Настоящее изобретение также представляет способ, который включает в себя по существу непрерывную подачу гидратируемого материала и гидратирующей текучей среды в миксер, и по существу непрерывную работу миксера, смешивающего гидратируемый материал и гидратирующую текучую среду для создания первого по существу непрерывного потока. Первый по существу непрерывный поток включает в себя гель, имеющий первую концентрацию гидратируемого материала и первую вязкость. Способ также включает в себя по существу непрерывное перемещение первого по существу непрерывного потока через гидратор закрытого типа для создания второго по существу непрерывного потока. Второй по существу непрерывный поток включает в себя гель, имеющий первую концентрацию гидратируемого материала и вторую вязкость, которая значительно больше первой вязкости. Способ также включает в себя по существу непрерывное соединение второго по существу непрерывного потока и третьего по существу непрерывного потока для создания четвертого по существу непрерывного потока. Третий по существу непрерывный поток по существу включает в себя текучую среду на водной основе. Четвертый по существу непрерывный поток включает в себя гель, имеющий вторую концентрацию гидратируемого материала, которая значительно меньше первой концентрации. Способ также включает в себя использование геля из четвертого по существу непрерывного потока в скважинном гидроразрыве пласта.
[8] Настоящее изобретение также представляет устройство, которое включает в себя систему, функционально предназначенную для создания по существу непрерывной подачи геля, имеющего первую концентрацию гидратируемого материала для применения в скважинном гидроразрыве пласта. Система включает в себя миксер, принимающий и смешивающий гидратируемый материал и текучую среду на водной основе для создания по существу непрерывной подачи геля, имеющего вторую концентрацию гидратируемого материала. Вторая концентрация гидратируемого материала значительно больше первой концентрации гидратируемого материала. Система также включает в себя бак закрытого типа, имеющий внутренний путь потока, по которому проходит по существу непрерывная подача геля, имеющего вторую концентрацию гидратируемого материала за период времени, достаточный для обеспечения увеличения до заданного уровня вязкости геля по существу при непрерывной подаче, имеющего вторую концентрацию гидратируемого материала. Система также включает в себя разбавитель, функционально выполненный с возможностью разбавления по существу при непрерывный подаче, геля увеличенной вязкости, имеющего вторую концентрацию гидратируемого материала, при по существу непрерывной подаче геля, имеющего первую концентрацию гидратируемого материала.
[9] Данные и дополнительные аспекты настоящего изобретения изложены в описании, приведенном ниже и/или могут рассматриваться специалистом в данной области техники при прочтении материалов в данном документе и/или осуществлении на практике принципов, описанных в данном документе. По меньшей мере некоторые аспекты настоящего изобретения можно реализовать средствами, указанными в приложенной формуле изобретения.
Краткое описание чертежей
[10] Настоящее изобретение становится понятным из следующего подробного описания с прилагаемыми фигурами. Специально указываем, что согласно стандартной практикe в промышленности, различные элементы вычерчены без соблюдения масштаба. Фактически, размеры различных элементов можно произвольно увеличивать или уменьшать для ясности при рассмотрении.
[11] На фиг. 1 показана блок-схема по меньшей мере части примера исполнения способа согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения.
[12] На фиг. 2 схематично показана по меньшей мере часть примера исполнения устройства согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения.
[13] На фиг. 3 показан в разобранном виде пример исполнения части устройства, показанного на фиг. 2 согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения.
[14] На фиг. 4 показан в разобранном виде пример исполнения части устройства, показанного на фиг. 2, согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения.
[15] На фиг. 5 схематично показан пример исполнения части устройства, показанного на фиг. 2, согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения.
[16] На фиг. 6 схематично показана по меньшей мере часть примера исполнения устройства согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения.
[17] На фиг. 7 показана блок-схема по меньшей мере части примера исполнения способа согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения.
[18] На фиг. 8 показан в изометрии пример исполнения устройства, показанного на фиг. 2, согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения.
[19] На фиг. 9 схематично показан пример исполнения части устройства, показанного на фиг. 8 согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения.
[20] На фиг. 10 показана блок-схема по меньшей мере части примера исполнения способа согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
[21] Понятно, что следующее изобретение дает много отличающихся вариантов исполнения или примеров отличающихся элементов различных вариантов исполнения. Конкретные примеры компонентов и устройств описаны ниже для упрощения понимания настоящего изобретения. В данном описании естественно приведены только примеры, не накладывающие ограничений. В дополнение, в настоящем описании в различных примерах могут повторяться ссылочные цифры и/или буквы. Данное повторение обеспечивает простоту и ясность и не диктует взаимосвязей между различными рассматриваемыми вариантами исполнения и/или конфигурации. Кроме того, выполнение первого элемента над или на втором элементе в описании, приведенном ниже, может включать в себя варианты исполнения, в которых первый и второй элементы выполняются в прямом контакте и могут также включать в себя варианты исполнения, в которых дополнительные элементы могут выполняться между первыми и вторыми элементами так, что первый и второй элементы могут не иметь прямого контакта.
[22] На фиг. 1 схематично показана по меньшей мере часть примера исполнения способа (10) создания текучей смеси согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения. Полученная в результате текучая смесь может также называться в данном документе гелем.
[23] Способ (10) содержит смешивание (15) гидратируемого материала с гидратирующей текучей средой в миксере при заданном соотношении для образования текучей смеси, имеющей первую концентрацию гидратируемого материала в гидратирующей текучей среде. Затем гидратируемый материал гидратируется (20) в емкости до достижения заданной вязкости или степени гидратации. Гидратация (20) и связанное увеличение вязкости происходит за период времени, когда гидратируемый материал находится в гидратирующей текучей среде. Гидратированная (20) текучая смесь затем разбавляется (25) для достижения второй концентрации гидратируемого материала в гидратирующей текучей среде, при этом вторая концентрация, имеющаяся после разбавления (25), является существенно меньше первой концентрации, имеющейся после смешивания (15) и гидратирования (20). Разбавленная (25) текучая смесь может затем перемещаться ниже по потоку и дополнительно перерабатываться, например, для создания жидкости для гидроразрыва пласта.
[24] Поэтому способ (10) включает в себя создание с помощью смешивания (15) и гидратирования (20) концентрированной текучей смеси, имеющей по существу фиксированную или другую заданную первую концентрацию гидратируемого материала, и затем разбавление (25) концентрированной текучей смеси для создания разбавленной текучей смеси, имеющей вторую более низкую заданную концентрацию гидратируемого материала. Первую и вторую концентрации и расходы текучих смесей на первой и второй концентрациях, можно регулировать для удовлетворения требований ниже по потоку. Кроме того, поскольку концентрированная текучая смесь имеет объем меньше разбавленной текучей смеси, в способе (10) можно использовать оборудование, имеющее объем и/или занимаемую площадь меньше, чем оборудование способа гидратации, где создается разбавленная текучая смесь непосредственно в миксере.
[25] Гидратируемый материал может представлять собой или содержать гелеобразующий агент, например, гуар, полимер, синтетический полимер, галактоманнан, полисахарид, целлюлозу, глину и/или их комбинацию, помимо других примеров, и может вводиться в миксер в виде твердых частиц или жидкого концентрата. Гидратирующая текучая среда может представлять собой или содержать воду, текучую среду на водной основе или содержащий воду раствор, помимо других примеров. Полученная в результате текучая смесь может представлять собой или содержать материал, известный в технике, как гель или суспензия.
[26] Хотя способы и устройства в объеме настоящего изобретения описывают смешивание гидратируемого материала с гидратирующей текучей средой для создания геля или суспензии, понятно, что гидратируемый материал может содержать различные модифицирующие реологию материалы, которые смешивают с гидратирующими или другими текучими средами для создания геля, суспензии и/или других текучих сред с модифицированной реологией, которые могут иметь свойства высокого или низкого сопротивлением сдвигу, но которые могут снижать вязкость при сдвиге в объеме настоящего изобретения. Гидратируемый материал может дополнительно содержать модифицирующие реологию материалы, например, полиакриламид, волокно, наночастицы, сухие понизители трения, димерные и тримерные жирные кислоты, имидазолины, амиды и/или синтетические полимеры, помимо других примеров материалов, создающих высокую вязкость при низких скоростях сдвига.
[27] На фиг. 2 схематично показана по меньшей мере часть примера исполнения системы 100 гидратации для создания текучей смеси способом (10), показанным на фиг. 1, и/или иначе согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения. Система 100 гидратации содержит миксер 105, функционально выполненный с возможностью приема и смешивания гидратируемого материала и гидратирующей текучей среды. Например, гидратируемый материал можно смешивать с гидратирующей текучей средой с расходом около 120 фунтов (54 кг) гидратируемого материала на около 1000 фунтов (454 кг) гидратирующей текучей среды, таким образом, создавая 120 фунтовую (54 кг) текучую смесь. Вместе с тем, текучая среда, созданная и выпущенная миксером 105 может иметь от около 80 до около 300 фунтов (36-136 кг) гидратируемого материала на 1000 галлонов (380 л) (94-358 г/л) (гидратирующей текучей среды, среди других соотношений, также в объеме настоящего изобретения.
[28] Миксер 105 принимает гидратируемый материал из источника 110 гидратируемого материала (“HM”). Источник 110 гидратируемого материала может содержать бункер, резервуар, загрузочную воронку и/или другую емкость, которая может обеспечивать хранение гидратируемого материала для создания по существу непрерывной подачи гидратируемого материала в миксер 105. Нижняя часть источника 110 гидратируемого материала может иметь сужающуюся конфигурацию, заканчивающуюся заслонкой или другим выпускным устройством, обеспечивающим гравитационную подачу гидратируемого материала и/или иное по существу непрерывное перемещение в миксер 105. Гидратируемый материал может непрерывно или периодически транспортироваться в источник 110 гидратируемого материала из другого компонента буровой площадки, например, в вариантах исполнения, где гидратируемый материал транспортируется в источник 110 гидратируемого материала со средства доставки по одному или нескольким конвейерам. Гидратируемый материал может также или вместо этого непрерывно транспортироваться со средства доставки напрямую в миксер 105.
[29] Гидратируемый материал можно дозировать и/или иначе перемещать в миксер 105 с помощью перекачивающего/перегружающего устройства 115. Например, если гидратируемый материал по существу представляет собой жидкость, перекачивающее/перегружающее устройство 115 может содержать дозирующий насос и/или дозирующую задвижку, например, которая может функционально выполняться с возможностью регулирования расхода, с которым гидратируемый материал вводится в миксер 105.
[30] Вместе с тем, если гидратируемый материал по существу содержит твердые частицы, перекачивающее/перегружающее устройство 115 может содержать дозирующее устройство с измерением объема или сухой массы, функционально выполненное с возможностью регулирования объемного или массового расхода гидратируемого материала, подаваемого из источника 110 гидратируемого материала в миксер 105. Например, перекачивающее/перегружающее устройство 115 может включать в себя дозирующее загрузочное устройство, шнековый питатель, винтовой транспортер, конвейер и т.п. и может проходить между источником 110 гидратируемого материала и миксером 105 так, что впуск перекачивающего/перегружающего устройства 115 установлен в общем, ниже источника 110 гидратируемого материала и выпуск установлен в общем выше миксера 105. Лопасть, проходящая по длине перегружающего устройства 115, например, может функционально соединяться с двигателем, выполненным с возможностью вращения лопасти. При работе миксера 105, вращающаяся лопасть может перемещать гидратируемый материал от впуска на выпуск, при этом гидратируемый материал может сбрасываться, загружаться или иначе вводиться в миксер 105.
[31] Хотя не показано на фиг. 2, система 100 гидратации может содержать больше одного источника 110 гидратируемого материала и соответствующих перекачивающих/перегружающих устройств 115. Например, система 100 гидратации может содержать первый источник 110 гидратируемого материала, хранящий гидратируемый материал, который по существу содержит жидкость, и второй источник 110 гидратируемого материала хранящий гидратируемый материал, который по существу содержит твердые частицы. В таких вариантах исполнения перекачивающее/перегружающее устройство 115, соответствующее первому источнику 110 гидратируемого материала, может содержать дозирующий насос и/или дозирующую задвижку, и перекачивающее/перегружающее устройство 115, соответствующее второму источнику 110 гидратируемого материала, может содержать дозирующее устройство с измерением объема или сухой массы.
[32] Источник 110 гидратируемого материала может содержать один или несколько датчиков 112 силы, например, датчиков нагрузки или других датчиков, функционально выполненных с возможностью генерировать информацию, относящуюся к массе или параметру, указывающему количество гидратируемого материала в источнике 110 гидратируемого материала. Такую информацию можно использовать для мониторинга фактической скорости перекачки/перегрузки гидратируемого материала из источника 110 гидратируемого материала в миксер 105, мониторинга точности работы перекачивающего/перегружающего устройства 115 и/или регулирования скорости перекачки/перегрузки гидратируемого материала, выгружаемого из источника 110 гидратируемого материала и/или перекачивающего/перегружающего устройства 115 для загрузки в миксер 105.
[33] Гидратирующая текучая среда может подаваться в миксер 105 из источника 120 гидратирующей текучей среды (“HF”), который может содержать приемный бак, бак хранения, резервуар, трубу, манифольд и/или другой компонент для хранения и/или перемещения гидратирующей текучей среды в миксер 105. Подаваемая гидратирующая текучая среда может втягиваться в миксер 105 с помощью всасывающей силы, генерируемой турбинной мешалкой и/или другим внутренним компонентом миксера 105. Сила всасывания может являться достаточной для перемещения гидратирующей текучей среды из источника 120 гидратирующей текучей среды в миксер 105. Вместе с тем, перемещение гидратирующей текучей среды из источника 120 гидратирующей текучей среды в миксер 105 может вместо этого или в дополнение осуществляться насосом (не показано), например, функционально выполненным с возможностью нагнетания давления и/или перемещения гидратирующей текучей среды из источника 120 гидратирующей текучей среды в миксер 105.
[34] Миксер 105 функционально выполнен с возможностью смешивания гидратируемого материала и гидратирующей текучей среды, и нагнетания давления в полученной текучей смеси, достаточного для перекачки текучей смеси через одну или несколько первых емкостей 125. На фиг. 3 показан в разобранном виде пример исполнения по меньшей мере части миксера 105 согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения. Следующее описание относится к фиг. 2 и 3 вместе.
[35] Миксер 105 может включать в себя кожух 202, впуск 204 текучей среды и впуск 206 добавки, проходящие в кожух 202. Впуск 204 текучей среды может гидравлически соединяться с источником 120 гидратирующей текучей среды для приема гидратирующей текучей среды из него. Впуск 206 добавки может в общем включать в себя принимающую добавку конструкцию 208, которая может представлять собой или включает в себя конус, камеру, бачок, загрузочную воронку или т.п., имеющую внутреннюю поверхность 209, выполненную с возможностью приема гидратируемого материала из источника 110 гидратируемого материала через перекачивающее/перегружающее устройство 115 и направления гидратируемого материала в кожух 202. Понятно, что гидратируемый материал может являться сухим, частично сухим, кристаллическим, текучим или брикетированным и/или пакетированным материалом, возможно включающим в себя суспензии и/или другие материалы, подлежащие диспергированию в и/или иному смешиванию с гидратирующей текучей средой с применением миксера 105. Гидратируемый материал, принимаемый через впуск 206 добавки, может также предварительно смачиваться, возможно с созданием частичной суспензии, например, для предотвращения образования комков и/или скопления материала.
[36] Миксер 105 может дополнительно содержать узел 210 турбинной мешалки/отражателя с приводом от вала 212. Кожух 202 может образовывать смесительную камеру 214, сообщающуюся с впусками 204, 206, и узел 210 турбинной мешалки/отражателя может устанавливаться в смесительной камере 214. Вращение узла 210 турбинной мешалки/отражателя может втягивать гидратирующую текучую среду из впуска 204 текучей среды, смешивать втянутую гидратирующую текучую среду с гидратируемым материалом, подаваемым из впуска 206 добавки в смесительную камеру 214, и перекачивать полученную в результате смесь через выпуск 216. Выпуск 216 может направлять текучую смесь через одну или несколько труб текучей среды в первую емкость 125.
[37] Вал 212 может проходить вверх через впуск 206 и выходить наружу из принимающей добавку конструкции 208 для соединения с электрическим двигателем и/или другим первичным приводом (не показано). Вал 212 может соединяться с узлом 210 турбинной мешалки/отражателя так, что вращение вала 212 вращает узел 210 турбинной мешалки/отражателя в смесительной камере 214.
[38] Миксер 105 может также включать в себя статор 218, установленный вокруг узла 210 турбинной мешалки/статора. Статор 218 может выполняться в виде кольцевого или дугообразного участка, примеры деталей которого описаны ниже.
,
[39] Миксер 105 может дополнительно содержать промывочную линию 220, поддерживающую сообщение текучей средой между принимающей добавку конструкцией 208 и зоной смесительной камеры 214, расположенной вблизи узла 210 турбинной мешалки/отражателя. Промывочная линия 220 может выпускать гидратирующую текучую среду из смесительной камеры 214 в зоне относительно высокого давления и подавать ее на внутреннюю поверхность стенки принимающей добавку конструкции 208, которая может находиться в зоне уменьшенного (например окружающего) давления. В дополнение к относительно высокому давлению гидратирующая текучая среда, выпускаемая по промывочной линии 220, может являться относительно “беспримесной” (т.е., с относительно низким содержанием добавок, что описано ниже), например, подходящей для предварительного смачивания принимающей добавку конструкции 208 и исключения образования комков гидратируемого материала, подаваемого в миксер 105. Промывочная линия 220 может подавать предварительно смачивающую текучую среду без использования дополнительных насосов (в качестве насоса действует только узел 210 турбинной мешалки/отражателя) или дополнительных источников гидратирующей текучей среды или линий из источника 120 гидратирующей текучей среды. Один или несколько насосов можно оборудовать в дополнение или взамен выпуска гидратирующей текучей среды из смесительной камеры 214.
[40] Кожух 202 может содержать верхнюю часть 222 кожуха и нижнюю часть 224 кожуха. Соединение верхней и нижней частей 222, 224 кожуха может образовывать смесительную камеру 214 между ними. Нижняя часть 224 кожуха может образовывать нижнюю зону 226 смешивания, и верхняя часть 222 кожуха может образовывать верхнюю зону 228 смешивания (показано пунктирными линиями), которая может по существу выставляться по оси с нижней зоной 226 смешивания. Зоны 226, 228 смешивания могут вместе образовывать смесительную камеру 214, в которой может устанавливаться узел 210 турбинной мешалки/отражателя и статор 218. Нижняя часть 224 кожуха может также включать в себя внутреннюю поверхность 230, образующую дно нижней зоны 226 смешивания.
[41] Верхняя часть 222 кожуха может соединяться с принимающей добавку конструкцией 208 и может создавать впуск 206 добавки. Нижняя часть 224 кожуха может включать в себя впуск 204 текучей среды, который может проходить через нижнюю часть 224 кожуха в общем в расположенное по центру отверстие 232. Отверстие 232 может выполняться во внутренней поверхности 230. Выпуск 216 может проходить в отверстие 234, сообщающееся с нижней зоной 226 смешивания.
[42] Узел 210 турбинной мешалки/отражателя может включать в себя отражатель 236 и турбинную мешалку 238. Отражатель 236 и турбинная мешалка 238 могут иметь впускные поверхности 240, 242, соответственно, и задние поверхности 244, 246, соответственно. Впускные поверхности 240, 242 могут каждая являться открытой (как показано) или по меньшей мере частично закрытой экраном (не показано), который может образовывать впуск в радиальной внутренней части отражателя 236 и/или турбинной мешалки 238. Задние поверхности 244, 246 могут располагаться близко друг к другу и соединяться вместе так, что, например, турбинная мешалка 238 и отражатель 236 могут располагаться в конфигурации “спина к спине”. Таким образом, впускная поверхность 240 отражателя 236 может располагаться обращенной к впуску 206 добавки, а впускная поверхность 242 турбинной мешалки 238 может располагаться обращенной к впуску 204 текучей среды. Соответственно, впускная поверхность 242 турбинной мешалки 238 может располагаться обращенной к внутренней поверхности 230, и отверстие 232, созданное на внутренней поверхности 230, может выставляться по оси с радиально центральной частью турбинной мешалки 238.
[43] Отражатель 236 может по существу иметь форму тарелки, в общем, с горизонтальным (или плоским) средним участком и дугообразными или наклонными боковыми сторонами, вместе создающими по меньшей мере часть впускной поверхности 240. Боковые стороны могут выполняться, например, в форме аналогичной тору или части тора, проходящей вокруг середины отражателя 236. Отражатель 236 может также иметь форму чаши (например, в общем участка сферы). Отражатель 236 включает в себя шесть лопастей 248 отражателя на впускной поверхности 240, хотя другое число лопастей 248 также соответствует объему настоящего изобретения. Лопасти 248 могут проходить радиально по существу прямо или по кривой. При вращении отражателя 236 гидратируемый материал, принятый из впуска 206, перемещается радиально от центра, благодаря взаимодействию с лопастями 248, и аксиально вверх под воздействием формы впускной поверхности 240.
[44] Хотя указанное скрыто на фиг. 3, турбинная мешалка 238 может также включать в себя одну или несколько лопастей на впускной поверхности 242. Вращение турбинной мешалки 238 может втягивать гидратирующую текучую среду через отверстие 232 и затем выталкивать гидратирующую текучую среду аксиально вниз и радиально от центра. Как следствие, область относительно высокого давления может создаваться между нижней частью 224 кожуха и турбинной мешалкой 238, что может приводить в движение гидратирующую текучую среду вокруг смесительной камеры 214 и в направлении к отражателю 236.
[45] Промывочная линия 220 может включать в себя отверстие 250, созданное в нижней части 224 кожуха вблизи данной области высокого давления. Например, отверстие 250 может создаваться во внутренней поверхности 230 на месте между радиальным вылетом от центра турбинной мешалки 238 и отверстием 232 впуска 206. Промывочная линия 220 может представлять собой или содержать трубу 252, сообщающуюся текучей средой с впуском 254 принимающей добавку конструкции 208, например, так, что гидратирующая текучая среда перемещается из отверстия 250 в принимающую добавку конструкцию 208 по трубе 252. Гидратирующая текучая среда может затем перемещаться в общем по спиральному пути вдоль внутренней поверхности 209 принимающей добавку конструкции 208 в результате вращения отражателя 236 и/или вала 212 до прохода через впуск 206 добавки на отражатель 236. Таким образом, гидратирующая текучая среда, принятая через впуск 254, может в общем образовывать стену текучей среды, проходящей вдоль внутренней поверхности 209 принимающей добавку конструкции 208.
[46] Во время работы градиент давления может создаваться между турбинной мешалкой 238 и нижней частью 224 кожуха, где давление в текучей среде увеличивается радиально наружу от отверстия 232. Другой градиент, относящийся к концентрации гидратируемого материала в гидратирующей текучей среде, может также создаваться в данной области, где концентрация гидратируемого материала увеличивается радиально наружу. В некоторых случаях высокий гидростатический напор и низкая концентрация могут предназначаться для создания потока относительно свободной от примесей текучей среды, проходящего через промывочную линию 220, приводимого в движение узлом 210 турбинной мешалки/отражателя. Соответственно, отверстие 250 для промывочной линии 220 может располагаться в точке данной области, реализующей оптимальный компромисс между гидростатическим напором гидратирующей текучей среды и концентрацией гидратируемого материала в гидратирующей текучей среде, принимаемой в промывочную линию 220.
[47] Статор 218 может создавать сдвигающее кольцо, проходящее вокруг узла 210 турбинной мешалки/отражателя в смесительной камере 214. Например, статор 218 может удерживаться в общем, стационарным по отношению к вращающемуся узлу 210 турбинной мешалки/отражателя, например, скрепленным с верхней частью 222 кожуха. Вместе с тем, узел 210 турбинной мешалки/отражателя может в ином случае нести статор 218 и вращаться вместе с ним. В любом случае статор 218 может перемещаться на впускной поверхности 240 отражателя 236 или может отделяться от нее.
[48] Статор 218 может включать в себя первый и второй кольцевые участки 256, 258, которые можно выполнять интегральными или в виде дискретных компонентов, соединенных вместе. Первый кольцевой участок 256 может минимизировать препятствия проходу потока и может включать в себя экран 260 и перемычки 262, образующие относительно широкие пазы 264 для обеспечения относительно свободного сквозного прохода потока текучей среды. В отличие от указанного, второй кольцевой участок 258 может максимизировать сдвиг течения, например, для обеспечения турбулентного смешивания. Например, второй кольцевой участок 258 может содержать ряд лопастей 266 статора, установленных через небольшие интервалы, в отличие от широких интервалов между перемычками 262 первого кольцевого участка 256. Таким образом, узкие пути 268 потока могут образовываться между лопастями 266 статора, в отличие от широких проемов 264 первого кольцевого участка 256.
[49] Сумма площадей рабочего сечения путей 268 потока может быть меньше суммы площадей лопастей 266 статора. Соотношение общей площади затрудняющих проход потока лопастей 266 статора и общей площади рабочего сечения путей 268 потока может составлять около 1,5:1, например. Вместе с тем, соотношение может находиться в диапазоне между около 1:2 и около 4:1 среди других примеров в объеме настоящего изобретения. Затрудняющая проход потока площадь каждой лопасти 266 статора может быть больше площади рабочего сечения каждого пути 268 потока.
[50] Лопасти 266 статора могут устанавливаться под различными шаговыми углами по отношению к окружности статора 218. Например, аксиально проходящие поверхности лопастей 266 статора могут, являться по существу, прямыми (например, по существу параллельными диаметру статора 218) или косыми (например, для увеличения сдвига), с наклоном, как по направлению вращения узла 210 турбинной мешалки/отражателя, так и противоположным ему.
[51] Во время операций смешивания миксер 105 может выбрасывать воздух, захваченный в гидратируемом материале, введенном в смесительную камеру 214, при этом создавая и выпуская концентрированную текучую смесь по существу без воздуха или содержащую существенно меньше воздуха, чем вводится в смесительную камеру 214.
[52] Как также показано на фиг. 2, миксер 105 может выпускать текучую смесь, ниже в данном документе называемую концентрированной текучей смесью, под давлением в первую емкость 125. Первая емкость 125 может представлять собой или содержать непрерывный канал или путь потока для перемещения или транспортировки концентрированной текучей смеси за время, достаточное для обеспечения проведения адекватной гидратации, при которой концентрированная текучая смесь может достигать заданной степени гидратации и/или вязкости. Первая емкость 125 может иметь режим работы первым получен-первым выдан, и может содержать наружный кожух по типу емкости, закрывающий приемный резервуар, имеющий удлиненный путь потока, или пространство, функционально выполненное с возможностью хранения и перемещения концентрированной текучей смеси через него. Первая емкость 125 может являться закрытого типа емкостью, баком или контейнером, например, которые могут обеспечивать нахождение концентрированной текучей смеси под давлением на впуске первой емкости и продавливание через первую емкость 125 до выпуска концентрированной текучей смеси из выпускного устройства первой емкости 125.
[53] Первая емкость 125 может использовать давление на выпуске, генерируемое миксером, как движущую силу, которая может по меньшей мере частично обеспечивать перемещение или содействовать перемещению концентрированной текучей смеси через первую емкость. Другими словами, давление на выпуске из миксера 105 может проталкивать вязкую концентрированную текучую смесь через одну или несколько первых емкостей 125. В примере исполнения миксер 105 может обеспечивать перемещение концентрированной текучей смеси, имеющий около 160 фунтов (73 кг) или больше гидратируемого материала на 1000 галлонов (380 л) (192 г/л) гидратирующей текучей среды через первую емкость 125. Реализуя возможность гидратирования гидратируемого материала в гидратирующей текучей среде при более высоких концентрациях можно увеличивать скорость гидратации гидратируемого материала. Например, скорость гидратации можно увеличить на около 10% или больше вследствие работы с более высокой концентрацией геля в первой емкости 125. Например, скорость гидратации может увеличиваться при работе с гелем, содержащим около 80 фунтов (36 кг) или больше гидратируемого материала на 1000 галлонов (380 л) (96 г/л) гидратирующей текучей среды.
[54] На фиг. 4 показан в разобранном виде пример исполнения части первой емкости 125 согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения. Первая емкость 125 может содержать множество камер 310, 320, 330, 340, которые включают в себя первую камеру 310, вторую камеру 320 и одну или несколько промежуточных камер 330, 340. Первая емкость 125 может дополнительно содержать первое окно 312, расположенное на наружной стенке 314 первой камеры 310 и функционально выполненное с возможностью приема концентрированной текучей смеси, и второе окно 322, расположенное на наружной стенке 324 второй камеры 320 и функционально выполненное с возможностью выпуска концентрированной текучей смеси. Окна 312, 322 могут выполняться заподлицо или проходить наружу от наружных стенок 314, 324, также возможны исполнения, где окна 312, 322 в виде патрубков проходят наружу в тангенциальном направлении относительно наружных стенок 314, 324.
[55] Камеры 310, 320, 330, 340 могут содержать разделенные отсеки, через которые концентрированная текучая смесь может перемещаться на некоторое расстояние за период времени, достаточный для осуществления адекватной гидратации. Камеры 310, 320, 330, 340 могут вместе сообщаться текучей средой, например, могут обеспечивать введение концентрированной текучей смеси в первую емкость 125 через первое окно 312, проход через первую камеру 310, через промежуточные камеры 330, 340, через вторую камеру 320 и затем выпуск через второе окно 322.
[56] Первая емкость 125 может дополнительно содержать первую пластину 350, соединенную с первой камерой 310 для удержания концентрированной текучей смеси в первой камере 310 при проходе через первую камеру 310. Первая пластина 350 может соединяться с первой камерой 310 различными средствами, в том числе съемными крепежными элементами, прикрепляющимися к фланцу 318 первой камеры 310, сваркой и/или другим средством, а также может выполняться, в виде интегрированного участка первой камеры 310. Камеры 310, 320, 330, 340 могут соединяться друг с другом теми же или аналогичными средствами. Например, каждая камера 310, 320, 330, 340 может содержать фланец 316, 318, 326, 328, 336, 338, 346, 348, проходящий сверху и снизу наружных стенок 314, 324, 334, 344, например, выполненный с возможностью приема резьбовых крепежных элементов и/или других средств скрепления камер 310, 320, 330, 340 друг с другом.
[57] Каждая камера 310, 320, 330, 340 может содержать внутреннее пространство 360, 370, 380, 390. Каждое внутреннее пространство 360, 370, 380, 390 может представлять собой или образовывать по меньшей мере один канал непрерывной подачи текучей среды или другой проход 362, 372, 382, 392, соответственно, каждый имеющий длину больше длины по окружности соответствующей наружной стенки 314, 324, 334, 344. Например, каждый проход 362, 372, 382, 392 может образовываться в соответствующем внутреннем пространстве 360, 370, 380, 390 стенкой 364 спиральной или иной формы. Проходы 362, 372, 382, 392 могут ориентироваться и соединяться так, что первое и второе окна 312, 322 сообщаются текучей средой.
[58] Например, во время операции гидратации концентрированная текучая смесь может вводиться в первое окно 312, проходить через проход 362 и выходить или иначе выпускаться из первой камеры 310 по существу в центральном окне 366 (показано пунктирными линиями). Концентрированная текучая смесь может затем проходить в первую промежуточную камеру 330 на центральном конце 384 прохода 382, проходить через проход 382 и выходить из первой промежуточной камеры 330 во вторую промежуточную камеру 340 через окно 386 (показано пунктирными линиями), проходящее вертикально через первую промежуточную камеру 330. Концентрированная текучая смесь может затем проходить через проход 392 и выходить из второй промежуточной камеры 340 во вторую камеру 320 через окно 396 (показано пунктирными линиями), проходящее вертикально через вторую промежуточную камеру 340. Концентрированная текучая смесь может затем проходить через проход 372 и выходить через второе окно 322.
[59] Хотя на фиг. 4 показаны четыре камеры 310, 320, 330, 340, первая емкость 125 может содержать одну, две, три, пять или больше камер в объеме настоящего изобретения. Хотя на фиг. 2 и 4 показана одна первая емкость 125, дополнительные первые емкости, например, от двух до пяти емкостей могут соединяться параллельно и/или последовательно, если, например, предполагаются дополнительный расход и/или более долгая гидратация.
[60] Кроме того, когда применяются многочисленные первые емкости 125, падение давления на каждой первой емкости 125 можно обнаруживать и использовать для определения концентрации, вязкости и/или уровня гидратации концентрированной текучей смеси. Когда используются многочисленные первые емкости 125, одно или несколько находящихся в составе системы сдвигающих и/или других смешивающих устройств могут гидравлически соединяться между инстанциями первых емкостей 125, например, для увеличения скорости гидратации в первых емкостях 125. Концентрация концентрированной текучей смеси, проходящей через многочисленные первые емкости 125, может также ступенчато меняться между каждой первой емкостью 125, при этом можно обеспечивать более эффективный захват и уборку концентрированной текучей смеси в конце операций гидратации.
[61] Во время работы системы 100 гидратации концентрированные порции могут принудительно формироваться в концентрированной текучей смеси, при этом порции могут создавать пульсации концентрации в концентрированной текучей смеси при проходе концентрированной текучей смеси через первую емкость 125. Тепло, выбрасываемое одним или несколькими компонентами системы 100 гидратации, например, моторами или двигателями, может также передаваться в первую емкость 125, например, для нагрева концентрированной текучей смеси в первой емкости 125, ускоряющего гидратацию. Первую емкость 125 можно также исполнить с гель-фобным покрытием или слоем, который может содействовать улучшению прохода потока и уменьшению отложений на внутренних поверхностях первой емкости 125. Проходы 362, 372, 382, 392 и/или другие участки первой емкости 125 и других труб прохода текучей среды могут также промываться с помощью циркуляции свободной от примесей текучей среды (например, водой, гидратирующей текучей средой) со скоростями, достаточными для создания турбулентности. Миксер 105, насос 140, первое устройство 145 регулирования расхода (когда исполнено в виде дозирующего насоса), наружный насос и/или другое средство можно применять для циркуляции свободной от примесей текучей среды для такой промывки.
[62] Как показано на фиг. 2, после выпуска концентрированной текучей смеси 125, концентрированная текучая смесь может иметь заданную степень гидратации и/или вязкость и может перекачиваться или перемещаться через разбавитель 130. На фиг. 5 схематично показан пример исполнения разбавителя 130 согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения.
[63] Разбавитель 130 может функционально выполняться с возможностью смешивания или иного объединения концентрированной текучей смеси с дополнительной гидратирующей текучей средой или другой текучей средой на водной основе для разбавления концентрированной текучей смеси или иного уменьшения концентрации гидратируемого материала в концентрированной текучей смеси до уровня заданной концентрации. Разбавитель 130 может представлять собой или содержать устройство слияния текучей среды, соединение в виде тройника, Y-образное соединение, эдуктор, смешивающий клапан, наклонный миксер и/или другое устройство, функционально выполненное с возможностью объединения и/или смешивания двух или больше текучих сред. Разбавитель 130 может содержать первый проход 131, функционально выполненный с возможностью приема по существу с непрерывной подачей концентрированной текучей смеси, как указано стрелкой 101, второй проход 132, функционально выполненный с возможностью приема по существу непрерывной подачи гидратирующей текучей среды, как указано стрелкой 102, и третий проход 133, функционально выполненный с возможностью выпуска по существу непрерывного потока разбавленной текучей смеси, как указано стрелкой 103. Первый проход 131 может гидравлически соединяться с выпускным окном 322 первой емкости 125, при этом обеспечивая перемещение концентрированной текучей смеси в разбавитель 130. Второй проход 132 может сообщаться текучей средой с источником 120 гидратирующей текучей среды, при этом обеспечивая перемещение гидратирующей текучей среды в разбавитель 130.
3
[64] Гидратирующая текучая среда может перемещаться в разбавитель 130 насосом 140, который может функционально выполняться с возможностью нагнетания давления в и/или перемещения гидратирующей текучей среды из источника 120 гидратирующей текучей среды в разбавитель 130. Насос 140 может представлять собой или содержать центробежный насос или другой насос, функционально выполненный с возможностью перекачки или иначе по существу непрерывного перемещения гидратируемого материала из источника 120 в разбавитель 130. Например, насос 140 может перекачивать гидратирующую текучую среду из источника 120 с расходом в диапазоне от около нуля баррелей в минуту (BPM) до около 150 баррелей в минуту (24 м/мин). Вместе с тем, можно варьировать производительность системы 100 гидратации, и насос 140 может работать с другими расходами.
[65] Соотношение концентрированной текучей смеси и гидратирующей текучей среды, подаваемой в разбавитель 130, которая определяет концентрацию полученной в результате разбавленной текучей смеси, можно регулировать регулирующим первым устройством 145 регулирования расхода, функционально выполненным с возможностью управления подачей концентрированной текучей смеси в разбавитель 130, и/или вторым устройством 150 регулирования расхода, функционально выполненным с возможностью управления подачей гидратирующей текучей среды в разбавитель 130. Например, если концентрация разбавленной текучей смеси выбрана уменьшающейся для использования ниже по потоку, концентрация разбавленной текучей смеси может уменьшаться с помощью уменьшения скорости подачи концентрированной текучей смеси в разбавитель 130, благодаря работе первого устройства 145 регулирования расхода, и/или с помощью увеличения скорости подачи гидратирующей текучей среды в разбавитель 130, благодаря работе второго устройства 150 регулирования расхода. Скорость подачи концентрированной текучей смеси в разбавитель 130 можно уменьшать, закрывая или иначе уменьшая проходное сечение первого устройства 145 регулирования расхода, и скорость подачи гидратирующей текучей среды в разбавитель 130 можно увеличивать, открывая или иначе увеличивая проходное сечение второго устройства 150 регулирования расхода. Аналогично, если выбрано увеличение концентрации разбавленной текучей смеси для использования ниже по потоку, концентрацию разбавленной текучей смеси можно увеличивать, увеличивая скорость подачи концентрированной текучей смеси в разбавитель 130 и/или уменьшая скорость подачи гидратирующей текучей среды в разбавитель 130. Скорость подачи концентрированной текучей смеси в разбавитель 130 можно увеличивать, открывая или иначе увеличивая проходное сечение первого устройства 145 регулирования расхода, и скорость подачи гидратирующей текучей среды в разбавитель 130 можно уменьшать, закрывая или иначе уменьшая проходное сечение второго устройства 150 регулирования расхода. Первое и второе устройства 145, 150 регулирования расхода могут содержать различные типы регулирующих расход клапанов, в том числе игольчатые клапаны, дозирующие задвижки, двухстворчатые заслонки, шаровые клапаны или другую запорную арматуру, функционально выполненную с возможностью регулирования расхода текучей среды, проходящей через нее.
[66] Каждое из устройств 145, 150 регулирования расхода может содержать прерывающий поток элемент 146, 151, например, пластину по существу круглой конфигурации, возможно имеющую центральное сквозное отверстие или проход 147, 152. Прерывающие поток элементы 146, 151 могут избирательно поворачиваться относительно проходов 131, 132, избирательно открывая и закрывая проходы 131, 132. Такой поворот может выполняться с помощью соответствующих соленоидов, двигателей и/или других исполнительных механизмов (не показано).
[67] На фиг. 5 показано введение концентрированной текучей смеси в разбавитель 130 через первый проход 131 разбавителя 130 и введение гидратирующей текучей среды в разбавитель 130 через второй проход 132. Вместе с тем, концентрированную текучую смесь можно вводить через второй проход 132, и гидратирующую текучую среду можно вводить через первый проход 131 текучей среды.
[68] В дополнение к показанному клапану регулирования расхода или вместо него первое устройство 145 регулирования расхода может содержать дозирующий насос, функционально выполненный с возможностью перекачки концентрированной текучей смеси из первой емкости 125 в разбавитель 130 при заданном расходе. Дозирующий насос может являться лопастным насосом, шестеренчатым насосом, поршневым насосом или другим насосом прямого вытеснения, функционально выполненным с возможностью перемещать жидкости с заданным расходом.
[69] Третье устройство 155 регулирования расхода можно также устанавливать на выпуске или ниже по потоку от разбавителя 130. Третье устройство 155 регулирования расхода может функционально выполняться с возможностью увеличения или уменьшения интенсивности подачи на выходе разбавленной текучей смеси, выпускаемой из разбавителя 130 и вводимой во вторую емкость 135 системы 100 гидратации. Отмечаем, что комбинация устройств 145, 150, 155 регулирования расхода может дополнительно функционально выполняться с возможностью увеличения и уменьшения времени выдерживания концентрированной текучей смеси в первой емкости 125 и, таким образом, увеличения степени гидратации и вязкости концентрированной текучей смеси, выпускаемой первой емкостью 125. Например, уменьшенные расходы обеспечивают оставление концентрированной текучей смеси в первой емкости 125 на большее время до введения в разбавитель 130 и/или вторую емкость 135.
[70] Аналогично первому и второму устройствам 145, 150 регулирования расхода, третье устройство 155 регулирования расхода может содержать прерывающий поток элемент 156, например, может содержать пластину по существу круглой конфигурации, и возможно имеющую центральное сквозное отверстие или проход 157. Третий прерывающий поток элемент 156 может избирательно поворачиваться относительно третьего прохода 133, избирательно открывая и закрывая третий проход 133, возможно, способом аналогичным избирательному повороту первого и второго прерывающих поток элементов 146, 151.
[70] Первый, второй и/или третий прерывающие поток элементы 146, 151, 156 и/или другие элементы первого, второго и/или третьего устройств 145, 150, 155 регулирования расхода могут дополнительно функционально выполняться с возможностью прерывания потока или иначе генерирования турбулентности 134 в потоках концентрированной текучей смеси, гидратирующей текучей среды и/или разбавленной текучей смеси. Такая турбулентность 134 может обеспечивать энергию смешивания, которая содействует разбавлению концентрированной текучей смеси гидратирующей текучей средой до заданной концентрации гидратируемого материала.
[72] Как также показано на фиг. 2, разбавленная текучая смесь, выпускаемая разбавителем 130, может перемещаться во вторую емкость 135, где сохраняется запас разбавленной текучей смеси до использования в скважинных работах, а также как ингредиент или часть другой текучей смеси, используемой в скважинных работах. Вторая емкость 135 может также обеспечивать дополнительное гидратирование разбавленной текучей смеси до выпуска. Вторая емкость 135 может являться емкостью или баком открытого или закрытого типа, содержащим одно или несколько открытых пространств, функционально выполненным с возможностью приема и содержания разбавленной текучей смеси. Вместе с тем, вторую емкость 135 можно исключить, если достаточный уровень гидратации и/или вязкости достигается с помощью одного или нескольких вариантов первой емкости 125 и/или разбавителя 130. В таком исполнении разбавленная текучая смесь может перемещаться напрямую в скважину или использоваться в другом процессе до нагнетания в скважину. Например, разбавленная текучая смесь может перемещаться в другой миксер, функционально выполненный с возможностью смешивания проппантов и/или другого материала из твердых частиц, с разбавленной текучей смесью для создания жидкости для гидроразрыва пласта или другой текучей среды, применяемой в гидроразрыве пласта.
[73] Вторая емкость 135 может иметь одинаковые или аналогичные конструкцию и/или функции с первой емкостью 125, или вторую емкость 135 можно исполнить, как отличающуюся емкость или бак с режимом работы первым получен-первым выдан, например, такой который может обеспечивать дополнительное время гидратации для разбавленной текучей смеси. Вторая емкость 135 может также содержать один или несколько датчиков 137 уровня, функционально выполненных с возможностью генерирования сигналов или информации, связанной с количеством разбавленной текучей смеси, содержащейся во второй емкости 135.
[74] Система 100 гидратации может также содержать множество клапанов 181-186, функционально выполненных с возможностью регулирования расхода гидратирующей текучей среды, концентрированной текучей смеси или разбавленной текучей смеси в зависимости от их местоположения. Клапаны 181-186 могут представлять собой шаровые клапаны, шаровые проходные клапаны, двухстворчатые заслонки или клапаны других типов, функционально выполненные с возможностью регулирования прохода через них текучей среды. Например, первый клапан 181 может функционально выполняться с возможностью регулирования подачи гидратирующей текучей среды в миксер 105, второй клапан 182 может функционально выполняться с возможностью регулирования подачи концентрированной текучей смеси в первую емкость 125, и третий клапан 183 может функционально выполняться с возможностью регулирования подачи концентрированной текучей смеси в разбавитель 130. Четвертый клапан 184 может функционально выполняться с возможностью регулирования подачи гидратирующей текучей среды в разбавитель 130, пятый клапан 185 может функционально выполняться с возможностью регулирования подачи концентрированной текучей смеси, выпускаемой из устройства 145 регулирования расхода назад в первую емкость 125, и шестой клапан 186 может функционально выполняться с возможностью регулирования подачи концентрированной текучей смеси, выпускаемой из устройства 145 регулирования расхода в насос 140.
[75] То есть концентрированная текучая смесь может повторно пропускаться через первую емкость 125 по пути 126 потока рециркуляции, содержащему одну или несколько труб, шлангов и/или других трубных устройств пропуска текучей среды, например, работающих, когда возникает избыточная подача разбавленной текучей смеси во вторую емкость 135, или обеспечивающих дополнительное время гидратации для концентрированной текучей смеси. Соответственно, третий клапан 183 может закрываться, и пятый клапан 185 может открываться для обеспечения рециркуляции концентрированной текучей смеси через путь 126 потока и затем в первую емкость 125. Во время такой рециркуляции первое устройство 145 регулирования расхода (когда исполнено в виде дозирующего насоса, описанного выше), может функционально выполняться с возможностью рециркуляции или, иначе, перемещения концентрированной текучей смеси через путь 126 потока рециркуляции и первую емкость 125.
[76] Концентрированную текучую смесь можно также перенаправлять по перенаправленному пути 127 потока, содержащему одну или несколько труб, шлангов и/или других трубных изделий подачи текучей среды, например, для введения в гидратирующую текучую среду, проходящую между источником 120 гидратирующей текучей среды и насосом 140. Объединенная гидратирующая текучая среда и концентрированная текучая смесь могут одновременно перекачиваться и смешиваться с помощью насоса 140, выполняющего разбавление концентрированной текучей смеси и, таким образом, образующего разбавленную текучую смесь. Соответственно, третий клапан 183 может закрываться для предотвращения входа концентрированной текучей смеси в разбавитель 130, и шестой клапан 186 может открываться для обеспечения входа концентрированной текучей смеси в трубу (трубы) текучей среды, соединяющую источник 120 гидратирующей текучей среды и насос 140. Затем, насос 140 может перекачивать разбавленную текучую смесь во вторую емкость 135, как описано выше, или по другому пути 128 потока, содержащему одну или несколько труб, шлангов и/или других трубных изделий подачи текучей среды.
[77] Система 100 гидратации может также содержать множество расходомеров 160, 165, 170, 175, функционально выполненных с возможностью измерения расходов заданных текучих сред. Расходомер 160 может устанавливаться между источником 120 гидратирующей текучей среды и миксером 105, так что может содействовать мониторингу расхода гидратирующей текучей среды, вводимой в миксер 105. Расходомер 165 может устанавливаться между источником 120 гидратирующей текучей среды и насосом 140, и расходомер 175 может гидравлически соединяться между насосом 140 и разбавителем 130, так, что один или оба расходомера 165, 175 могут осуществлять мониторинг расхода гидратирующей текучей среды, вводимой насосом 140 в разбавитель 130. Расходомер 170 может устанавливаться между разбавителем 130 и второй емкостью 135, так что может осуществлять мониторинг расхода разбавленной текучей смеси, выпускаемой из разбавителя 130.
[78] Расходомеры 160, 165, 170, 175 могут генерировать сигналы или информацию, относящуюся к соответствующим расходам текучей среды, и передавать сигналы на контроллер 410. Информация, генерируемая расходомерами 160, 165, 170, 175 может использоваться контроллером 410, как сигналы обратной связи, которые могут обеспечивать регулирование по замкнутому циклу системы 100 гидратации. Например, информацию можно использовать для проверки точности устройств 145, 150, 155 регулирования расхода и/или регулирования расходов соответствующих текучих сред, обеспечивающего совпадение концентрации и расходов концентрированной и разбавленной текучих смесей со значениями уставки, которые могут задаваться, выбираться человеком-оператором и/или определяться контроллером 410 во время операций гидратации.
[79] На фиг. 6 схематично показана по меньшей мере часть примера исполнения контроллера 410, поддерживающего связь с перекачивающим/перегружающим устройством 115, миксером 105, насосом 140, устройствами 145, 150 155 регулирования расхода, расходомерами 160, 165, 170, 175, клапанами 181-186, датчиком 112 силы и датчиками 137 уровня (ниже в данном документе вместе называются “компонентами системы гидратации”) согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения. Такая связь может поддерживаться проводными и/или беспроводными средствами связи. Вместе с тем, для ясности и упрощения понимания средство связи не показано на фиг. 2, и специалисту в данной области техники понятно, что множество таких средств связи относятся к объему настоящего изобретения.
[80] Контроллер 410 может функционально выполняться с возможностью исполнения примера машиночитаемых инструкций для выполнения по меньшей мере части одного или нескольких способов и/или технологических процессов, описанных в данном документе, и/или выполнения части одного или нескольких примеров нефтепромысловых устройств, описанных в данном документе. Контроллер 410 может представлять собой или содержать, например, один или несколько процессоров, вычислительных устройств специального назначения, серверов, персональных компьютеров, персональных цифровых помощников (“PDA”), смартфонов, устройств для доступа в интернет и/или вычислительных устройств других типов.
[81] Контроллер 410 может содержать процессор 412, например, универсальный программируемый процессор. Процессор 412 может содержать локальное запоминающее устройство 414 и может исполнять кодированные инструкции 432, находящиеся в локальном запоминающем устройстве 414 и/или другом запоминающем устройстве. Процессор 412 может исполнять кодированные инструкции 432, которые помимо других примеров могут включать в себя машиночитаемые инструкции или программы выполнения способов и/или процессов, описанных в данном документе. Процессор 412 может являться, содержать или реализовываться с помощью одного или множества процессоров различных типов, подходящих для локального прикладного окружения, и может включать в себя один или несколько компьютеров общего назначения, компьютеров специального назначения, микропроцессоров, цифровых сигнальных процессоров (“DSP”), логических микросхем, программируемых в условиях эксплуатации (“FPGA”), специализированных интегральных микросхем (“ASIC”) и процессоров на основе многоядерной архитектуры, в качестве неограничивающих примеров. Естественно, другие процессоры из других семейств также являются подходящими.
[82] Процессор 412 может поддерживать связь с основным запоминающим устройством, которое, например, может включать в себя энергозависимое запоминающее устройство 418 и энергонезависимое запоминающее устройство 420, возможно через шину 422 и/или другое средство связи. Энергозависимое запоминающее устройство 418 может содержать или реализоваться в виде оперативного запоминающего устройства (RAM/ОЗУ), статического запоминающего устройства с произвольной выборкой (SRAM), синхронного динамического оперативного запоминающего устройства (SDRAM), динамического оперативного запоминающего устройства (DRAM), динамического оперативного запоминающего устройства с произвольной выборкой (RDRAM) и/или оперативных запоминающих устройств других типов. Энергонезависимое запоминающее устройство 420 может содержать или реализоваться в запоминающем устройстве только для считывания, флэш портативном запоминающем устройстве и/или запоминающих устройствах других типов. Один или несколько контроллеров запоминающих устройств (не показано) могут регулировать доступ к энергозависимому запоминающему устройство 418 и/или к энергонезависимому запоминающему устройству 420. Процессор 412 может дополнительно функционально выполняться с возможностью обеспечения контроллером 410 приема, сбора и/или записи уставок концентрации и расхода и/или другой информации, генерируемой компонентами системы гидратации и/или другими датчиками и передаваемой на основное запоминающее устройство.
[83] Контроллер 410 может также содержать интерфейсную схему 424. Интерфейсная схема 424 может содержать или реализоваться в стандартных интерфейсах разных типов, таких как интерфейс локальной сети Ethernet, универсальная последовательная шина (USB), интерфейс ввода/вывода третьего поколения (3GIO), беспроводной интерфейс и/или интерфейс мобильной связи, помимо других примеров. Интерфейсная схема 424 может также содержать плату графического драйвера. Интерфейсная схема 424 может также содержать связное устройство, например, модем или плату сетевого интерфейса для осуществления обмена данных с внешними вычислительными устройствами через сеть (например, через соединение Ethernet, цифровую абонентскую линию связи (“DSL”), телефонную линию, коаксиальный кабель, систему мобильной телефонной связи, спутник и т.д.).
[84] Компоненты системы гидратации могут соединяться с контроллером 410 через интерфейсную схему 424 для осуществления связи между собой. Например, каждый из компонентов системы гидратации может содержать соответствующую интерфейсную схему (не показано), которая может осуществлять связь с контроллером 410. Каждая соответствующая интерфейсная схема может обеспечивать передачу сигналов или информации, генерируемых компонентами системы гидратации, на контроллер 410, как сигналов обратной связи для мониторинга одного или нескольких из компонентов системы гидратации или возможно в целом системы 100 гидратации. Каждая соответствующая интерфейсная схема может обеспечивать прием управляющих сигналов с контроллера 410 различными двигателями, приводами и/или другими исполнительными механизмами (не показано), связанными с компонентами системы гидратации для управления работой соответствующих компонентов системы гидратации для управления в целом системой 100 гидратации.
[85] Одно или несколько вводных устройств 426 могут также соединяться с интерфейсной схемой 424. Вводные устройства 426 могут обеспечивать человеку-оператору ввод данных и команд в процессор 412, которые могут включать в себя уставку, соответствующую заданной концентрации гидратируемого материала в разбавленной текучей смеси (ниже в данном документе называемую “уставкой концентрации”), и уставку, соответствующую заданному расходу разбавленной текучей смеси, выпускаемой системой 100 гидратации (ниже в данном документе называемую “уставкой расхода”). Вводные устройства 426 могут содержать или реализоваться в клавиатуре, компьютерной мыши, сенсорном экране, сенсорном планшете, шаровом указателе, стилусе и/или системе распознавания голоса, помимо других примеров. Одно или несколько выходных устройств 428 могут также соединяться с интерфейсной схемой 424, например, для отображения уставок расхода и концентрации, а также информации, генерируемой одним или несколькими из компонентов системы гидратации. Выходные устройства 428 могут, содержать или реализоваться в устройствах визуальной индикации (например, жидкокристаллическом дисплее (LCD) или дисплее с электронно-лучевой трубкой (CRT), среди прочего), принтерах и/или громкоговорителях, помимо других примеров.
[86] Контроллер 410 может также содержать одно или несколько массовых запоминающих устройств 430 и/или съемных носителей 434 информации, которые могут представлять собой или включать в себя дискеты, жесткие диски, компакт диски (CD), цифровые универсальные диски (DVD) и/или USB и/или другие флэш-носители помимо других примеров. Информация, генерируемая компонентами системы гидратации и/или другими датчиками, может сохраняться на одном или нескольких массовых запоминающих устройствах 430 и/или съемном носителе 434 информации.
[87] Запрограммированные инструкции 432 могут сохраняться в массовом запоминающем устройстве 430, энергозависимом запоминающем устройстве 418, энергонезависимом запоминающем устройстве 420, локальном запоминающем устройстве 414 и/или съемном носителе 434 информации. Таким образом, компоненты контроллера 410 можно реализовать согласно аппаратному обеспечению (возможно осуществленном в одном или нескольких чипах, включающих в себя интегральную схему, например, связанную с конкретным приложением интегральную схему), или можно реализовать в виде программного обеспечения или встроенного программного обеспечения для исполнения одним или несколькими процессорами. В варианте встроенного программного обеспечения или программного обеспечения реализация может обеспечиваться в виде программного продукта, включающего в себя машиночитаемый носитель или структуру сохранения данных, осуществляющую код компьютерной программы (т.e., программное обеспечение или встроенное программное обеспечение) на нем для исполнения процессором 412.
[88] Запрограммированные инструкции 432 могут включать в себя программные инструкции или код компьютерной программы, которая при исполнении процессором 412 обуславливает выполнение системой 100 гидратации (или по меньшей мере ее компонентами) задач, описанных в данном документе. Например, запрограммированные инструкции 432 при исполнении могут обеспечивать прием и обработку контроллером 410 данных уставок расхода и концентрации и на основе уставок обеспечивать создание системой 100 гидратации разбавленной текучей смеси при заданном расходе и заданных концентрациях. При исполнении запрограммированные инструкции 432 могут обеспечивать прием контроллером 410 информации, генерируемой компонентами системы гидратации, и обработку информации, как сигналов обратной связи, которые могут содействовать управлению по замкнутому циклу системой 100 гидратации и/или компонентов системы гидратации. Например, может обрабатываться информация для проверки точности перекачивающего устройства 115 и устройств 145, 150 155 регулирования расхода и/или регулирования расходов гидратируемого материала и соответствующих текучих сред на предмет соответствия расхода разбавленной текучей смеси и концентрации концентрированной и разбавленной текучей смеси уставкам расхода и концентрации. Хотя в данном документе рассматриваются уставки расхода и концентрации, понятно, что контроллер 410 может принимать и обрабатывать данные с уставками других параметров в объеме настоящего изобретения. Контроллер 410 может также вести мониторинг и регулировать другие параметры и работы системы 100 гидратации, которые можно реализовать для создания разбавленной текучей смеси.
[89] На фиг. 7 показана блок-схема по меньшей мере части примера способа 500 управления, сохраняющегося в виде запрограммированных инструкций 432 и исполняемого контроллером 410 и/или одним или несколькими другими контроллерами, связанными с компонентами системы гидратации, согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения. В следующем описании даны ссылки на фиг. 2, 6 и 7.
[90] Способ 500 можно реализовать с помощью системы 100 гидратации для создания разбавленной текучей смеси на основе заданных уставок расхода и концентрации, вводимых в контроллер 410 человеком-оператором. Способ 500 может содержать последовательность взаимосвязанных стадий или подчиненных способов 510, 520, 530, 540, 550, где каждый такой подчиненный способ может задействовать отдельный контур управления, такой как пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) контур управления. Например, один или несколько подчиненных способов 510, 520, 530, 540, 550 могут использовать контур управления для достижения намеченной отдачи или результата. Подчиненные способы 510, 520, 530, 540, 550 могут являться взаимосвязанными, как показано стрелками 522, 532, 542, 552.
,
[91] Подчиненный способ 510 может содержать определение уставки концентрации концентрированной текучей смеси (“CFM”) и степень разбавления. Вводные параметры в подчиненный способ могут включать в себя уставку 512 концентрации разбавленной текучей смеси (“DFM”) (ниже в данном документе “первая уставка”) и уставку 514 максимального расхода разбавленной текучей смеси (ниже в данном документе “вторая уставка”), которые можно сравнивать с информацией, генерируемой расходомером 170. Первая и вторая уставки 512, 514 могут являться заданными или выбранными параметрами, специфичными для подлежащей исполнению операции на буровой площадке с использованием системы 100 гидратации, например, гидравлического разрыва пласта. Первую и вторую уставки 512, 514 можно вводить в контроллер 410 в подходящем режиме, например, через вводные устройства 426. Уставки 512, 514 можно определять на основе другой информации, релевантной для работы на буровой площадке, такой как, характеристики подземного пласта (например размеры, местоположение, содержимое и т.д.) в который подлежит нагнетанию разбавленная текучая смесь, выпускаемая системой 100 гидратации. Контроллер 410 может определять и выводить данные других параметров, используемых во время операции гидратации на основе введенных первой и второй уставки 512, 514 и/или других введенных данных. Контроллер 410 может затем передавать другие параметры на один или несколько контроллеров оборудования (не показано), связанных с компонентами системы гидратации, которые в свою очередь, могут исполнять дополнительные подчиненные способы.
[92] Подчиненный способ 520 может содержать управление перекачивающим/перегружающим устройством 115 для перемещения гидратируемого материала в миксер 105. Вводные параметры подчиненного способа 520 могут включать в себя один или несколько выходных параметров (например, уставки), генерируемые подчиненным способом 510, наряду с фактической скоростью 526 подачи гидратирующей текучей среды в миксер 105, определенной расходомером 160. Сигналы, генерируемые одним или несколькими датчиками 112 силы, например, датчиками нагрузки, которые поддерживают работу источника 512 гидратируемого материала, можно использовать в подчиненном способе 520 для обеспечения введения нужного количества гидратируемого материала в миксер 105 и/или для сравнения прогнозируемого количества гидратируемого материала с фактическим количеством гидратируемого, материала введенным в миксер 105.
[93] Подчиненный способ 530 может содержать определение уставки расхода разбавленной текучей смеси, которое включает в себя определение уставки расхода концентрированной текучей смеси и уставки расхода гидратирующей текучей среды (указано на фиг. 7 как “Уставка скорости разбавления”). Вводные параметры в подчиненном способе 530 могут включать в себя один или несколько выходных параметров, генерируемых в подчиненном способе 510, наряду с общим расходом гидратирующей текучей среды 534, подаваемой в разбавитель 130, определенной одним или несколько расходомерами 160, 165, 175, и уровнем 536 разбавленной текучей смеси во второй емкости 135, определяемым датчиком 137 уровня.
[94] Подчиненный способ 540 может содержать управление интенсивностью подачи концентрированной текучей смеси в разбавитель 130, что может являться функцией первого устройства 145 регулирования расхода. Вводные параметры в подчиненном способе 540 могут включать в себя уставку 542 расхода концентрированной текучей смеси, генерируемую в подчиненном способе 530, наряду с фактическим расходом 544 концентрированной текучей смеси, определенным первым устройством 145 регулирования расхода или расходомером (не показано).
[95] Подчиненный способ 550 может содержать управление интенсивностью подачи гидратирующей текучей среды в разбавитель 130, например, для управления разбавлением концентрированной текучей смеси. Вводные параметры в подчиненном способе 550 могут включать в себя уставку 552 скорости разбавления генерируемую в подчиненном способе 530, наряду с расходом 554 подачи гидратирующей текучей среды в разбавитель 130, определенным одним или несколькими расходомерами 165, 175.
[96] На фиг. 8 показан в изометрии пример исполнения системы 100 гидратации фиг. 2 согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения. Система 100 гидратации показана на фиг. 8 в исполнении мобильной системы 600 гидратации разъемно соединенной с первичным приводом 602. Мобильная система 600 гидратации содержит самоходный транспортер 603, имеющий раму 604 и множество колес 606, соединенных с рамой 604 с возможностью вращения, которыми рама 604 опирается на грунт 610. Мобильная система 600 гидратации может дополнительно содержать кабину 612 управления, которую могут называть в технике электрощитовой, соединенную с рамой 604. Кабина 612 управления может содержать один или несколько контроллеров, таких как контроллер 410, показанный на фиг. 2 и 6, которые могут функционально выполняться с возможностью мониторинга и управления мобильной системой 600 гидратации, как описано выше для системы 100 гидратации.
[97] Мобильная система 600 гидратации дополнительно содержит источник 110 гидратируемого материала, исполненный в виде загрузочной воронки или резервуара, функционально выполненного с возможностью приема гидратируемого материала. Источник 110 гидратируемого материала соединен с рамой 604, например, множеством опорных элементов 616.
[98] Мобильная система 600 гидратации дополнительно содержит миксер 105 и устройство 115 перегрузки/перекачки гидратируемого материала, такое как, шнековый питатель и/или другое устройство, функционально выполненное с возможностью дозированной подачи гидратируемого материала в миксер 105. Миксер 105 соединен с рамой 604 и содержит двигатель 621, функционально выполненный с возможностью привода миксера 105. Миксер 105 может представлять собой или содержать миксер 105 для жидкой и твердой фазы, показанный на фиг. 3, или другой миксер, функционально выполненный с возможностью смешивания или приготовления смеси гидратирующей текучей среды с гидратируемым материалом. Гидратирующая текучая среда может подаваться в миксер 105 из источника 120 гидратирующей текучей среды, который показан на фиг. 8 исполненным в виде манифольда, функционально выполненного с возможностью приема гидратирующей текучей среды через множество окон 624. Каждое из окон 624 может содержать клапан 625, например, функционально выполненный с возможностью регулирования расхода гидратирующей текучей среды.
[99] После перемешивания гидратируемого материала и гидратирующей текучей среды в миксере 105 созданная, концентрированная текучая смесь может перемещаться в одну или несколько частей первой емкости 125. Первая емкость 125 показана на фиг. 8 исполненной в виде четырех закрытых гидратирующих емкостей (ниже в данном документе “гидраторы”), где каждая содержит по существу непрерывный путь потока, проходящий через нее, как в примере исполнения, показанном на фиг. 4. Таким образом, каждая первая емкость 125 может содержать первое и второе окна 312, 322 функционально выполненные с возможностью приема или выпуска концентрированной текучей смеси в каждую первую емкость 125 или из нее. Каждая первая емкость 125 может соединяться с рамой 604, например, множеством опорных элементов 632.
[100] После пропуска концентрированной текучей смеси через каждую первую емкость 125 концентрированная текучая смесь может перемещаться во вторую емкость 135, которая показана на фиг. 8 в исполнении бака подачи воды самотеком. До введения во вторую емкость 135, дополнительная гидратирующая текучая среда может соединяться с или добавляться к концентрированной текучей смеси с помощью разбавителя 130, который показан на фиг. 8, исполненным как трубный тройник. Гидратирующая текучая среда может перекачиваться из источника 120 гидратирующей текучей среды в разбавитель 130 насосом 140, например, центробежным насосом с приводом от двигателя 640. Гидратирующая текучая среда и концентрированная текучая смесь могут соединяться в разбавителе 130 для создания разбавленной текучей смеси, как описано выше, и перемещаться во вторую емкость 135. Разбавленная текучая смесь может выпускаться из второй емкости 135 через выпускное окно 642, которое может открываться и закрываться задвижкой 644. Вторая емкость 135 может соединяться с рамой 604, например, множеством опорных элементов 646.
[101] На фиг. 9 схематично показан пример исполнения части мобильного гидратационного устройства 600, показанного на фиг. 8 согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения. На фиг. 9 показан источник 110 гидратируемого материала, исполненный как содержащая по существу коническую загрузочную воронку секция 615, дополнительно содержащая или иначе используемая в соединении с системой 650 активирования. Система 650 активирования содержит внутренний дефлектор 652, жестко прикрепленный к загрузочной воронке 617 и/или другому компоненту источника 110 гидратируемого материала, например, множеством конструктивных элементов 654. Дефлектор 652 может иметь по существу коническую, выпуклую или иную форму и может являться по существу сплошным или иметь множество небольших отверстий, создающих сито. Деформируемая мембрана (не показано) может проходить между секцией 614 цилиндрического резервуара и/или другой частью системы 650 активирования и секцией 615 конической загрузочной воронки источника 110 гидратируемого материала, например, для предотвращения прохода гидратируемого материала вверх вокруг внешней поверхности секции 615 конической загрузочной воронки источника 110 гидратируемого материала и/или для минимизации образования пыли. Секция 614 резервуара, загрузочная воронка 617 и/или другие компоненты системы 650 активирования могут горизонтально перемещаться или вибрировать под действием центробежных сил, генерируемых вибратором 656, который может содержать неуравновешенные вращающиеся грузы. Вибратор 656 может соединяться с секцией 614 резервуара и/или другим компонентом системы 650 активирования одним или несколькими зажимами, резьбовыми крепежными элементами и/или другим средством. Во время гидратации система 650 активирования может разбивать на части куски гидратируемого материала, движущегося от секции 615 конической загрузочной воронки к загрузочной воронке 617 мимо дефлектора 652, как указано стрелками 660. Вибрация или движение, генерируемое системой 650 активирования, может содействовать ослаблению тенденции образования проходов малого диаметра в гидратируемом материале, подаваемом из источника 110 гидратируемого материала.
[102] В таблице 1, приведенной ниже, дается пример перечня описаний и/или рабочих параметров мобильной системы 600 гидратации. Вместе с тем, в таблице 1 приведены только примеры величин, и многие другие величины также находятся в объеме настоящего изобретения.
Таблица 1
Грузоподъемность источника 110 гидратируемого материала
4000 фунт (1800 кг) минимум
Средство ввода источника 110 гидратируемого материала
Окно 111 на 2 дюйма (51 мм) для пневматической перегрузки со сбором пыли
Максимальная скорость перегрузки гидратируемого материала
135 фунт (61 кг)/мин
Перегружающее устройство 115 для гидратируемого материала
Объемный шнековый питатель и автоматизированная калибровка по потере веса
Максимальная скорость смешивания миксера 105 (при 70 градусов F)
До 120 BPM (19 м<sup>3</sup>/мин) и 120 фунт/1000 галлонов (54 кг/3,8 м<sup>3</sup>)=14 кг/м<sup>3</sup>
Время гидратации при максимальной скорости прохода через первые емкости 115
150 секунд
Расчетное давление первой емкости 115
80 фунтов/дюйм<sup>2</sup> (560 КПа); по расчету ASME
Миксер 105 максимальный рабочий режим
27 BPM (4 м<sup>3</sup>/мин) при 55 фунтов/дюйм<sup>2</sup> (380 КПа)на выпуске
[103] На фиг. 10 показана блок-схема по меньшей мере части примера исполнения способа (700) согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения. Способ (700) можно выполнять с использованием по меньшей мере части одного или нескольких вариантов исполнения устройства, показанных на одной или нескольких из фиг. 2-9, и/или других устройств в объеме настоящего изобретения. Для ясности и упрощения понимания следующее описание способа (700), показанное на фиг. 10, также снабжено ссылками на фиг. 2 и 8 в виде примера.
[104] Способ (700) содержит перемещение (705) по существу непрерывного потока геля, имеющего первую концентрацию. Как описано выше, гель может являться смесью гидратируемого материала и гидратирующей текучей среды. Таким образом, например, такое перемещение (705) может проходить через выпускное средство миксера 105, например, выпуск 216, показанный на фиг. 3, и/или одну или несколько труб, шлангов и/или других трубных изделий (ниже в данном документе вместе называемых “трубы”), гидравлически соединяющих миксер 105 с одним или несколькими инстанциями первой емкости 125. Такое перемещение (705) может также или вместо этого проходить через один или несколько инстанций первой емкости 125, например, для обеспечения достаточной гидратации по существу непрерывный поток геля, имеющего первую концентрацию. Такое перемещение (705) может также или вместо этого проходить через выпускное средство самой нижней по потоку инстанции первой емкости 125 (в случае если многочисленные инстанции первой емкости 125 применяются), например, окно 322, показанное на фиг. 4 и/или одна или несколько труб, гидравлически соединяющих самую нижнюю по потоку инстанцию первой емкости 125 с разбавителем 130. Такое перемещение (705) может также или вместо этого проходить через один или несколько других компонентов, показанных на обеих или одной из фиг. 2 и 8, например, клапан 182, устройство 145 регулирования расхода, клапан 183, путь потока 126, клапан 185, путь потока 127, клапан 186, насос 140, устройство 150 регулирования расхода, и/или одну или несколько их труб и/или труб между ними.
[105] Способ (700) также содержит перемещение (710) по существу непрерывного потока текучей среды на водной основе. Такое перемещение (710) может проходить через одно или несколько окон 624 и/или одну или несколько труб, гидравлически соединяющих одно или несколько окон 624 с разбавителем 130. Такое перемещение (710) может также или вместо этого проходить через один или несколько других компонентов, показанных на обеих или одной из фиг. 2 и 8, например, через один или оба расходомера 165, 175, клапан 184, насос 140, устройство 150 регулирования расхода, и/или одну или несколько их труб и/или труб между ними.
[106] Способ (700) также содержит соединение (715) по существу непрерывных потоков геля, имеющего первую концентрацию, и текучей среды на водной основе для создания по существу непрерывного потока геля, имеющего вторую концентрацию, при этом вторая концентрация является существенно ниже первой концентрации. Такое соединение (715) может проходить через разбавитель 130 и/или один или несколько других компонентов и/или труб, показанных на обеих или одной из фиг. 2 и 8.
[107] Соединение (715) по существу непрерывных потоков геля, имеющего первую концентрацию, и текучей среды на водной основе для создания по существу непрерывного потока геля, имеющего вторую концентрацию, может содержать изменение второй концентрации с помощью изменения по меньшей мере одного из следующего: первого расхода по существу непрерывного потока геля, имеющего первую концентрацию; и второго расхода по существу, непрерывного потока текучей среды на водной основе. Изменение первого расхода может содержать управление работой одного или нескольких устройств регулирования расхода, которые могут включать в себя один или несколько устройств 145 регулирования расхода, клапан 183, клапан 185 и/или клапан 186. Изменение второго расхода может также содержать управление работой одного или нескольких устройств регулирования расхода, которые могут включать в себя одно или несколько из следующего: клапан 184, насос 140 и/или устройство 150 регулирования расхода. Вместе с тем, изменение по меньшей мере одного из первого и второго расходов для уменьшения концентрации может также или вместо этого содержать одно или несколько других устройств регулирования расхода. Изменение по меньшей мере одного из первого и второго расходов для уменьшения концентрации может содержать уменьшение первого расхода, увеличение второго расхода или обоих.
[108] Способ (700) может дополнительно содержать до соединения (715) по существу непрерывных потоков геля, имеющего первую концентрацию, и текучей среды на водной основе для создания по существу непрерывного потока геля, имеющего вторую концентрацию, создание (720) турбулентности в по существу непрерывном потоке геля, имеющего первую концентрацию. Например, если разбавитель 130 исполнен, как показано на фиг. 5, и по существу непрерывный поток геля, имеющего первую концентрацию, вводится в разбавитель 130 через проход 131, такую турбулентность можно генерировать (720) с помощью работы прерывающего поток элемента 146. Вместе с тем, варианты исполнения устройства 145 регулирования расхода, отличающиеся от показанного на фиг. 5, и/или другое средство, можно также или взамен использовать для генерирования (720) турбулентности в по существу непрерывном потоке геля, имеющего первую концентрацию. Генерирование (720) турбулентности может содействовать смешиванию, разбавлению и/или гидратации полученной в результате смеси.
[109] Способ (700) может дополнительно содержать до соединения (715) по существу непрерывных потоков геля, имеющего первую концентрацию, и текучей среды на водной основе для создания по существу непрерывного потока геля, имеющего вторую концентрацию, генерирование (725) турбулентности в по существу, непрерывном потоке текучей среды на водной основе. Например, если разбавитель 130 исполнен, как показано на фиг. 5, и по существу непрерывный поток текучей среды на водной основе вводится в разбавитель 130 через проход 132, такую турбулентность можно генерировать (725) с помощью работы прерывающего поток элемента 151. Вместе с тем, варианты исполнения устройства 150 регулирования расхода, отличающиеся от показанного на фиг. 5, и/или другое средство, можно также или взамен использовать для генерирования (725) турбулентности в по существу непрерывном потоке текучей среды на водной основе. Генерирование (725) турбулентности может содействовать смешиванию, разбавлению и/или гидратации полученной в результате смеси.
[110] Способ (700) может дополнительно содержать смешивание (730) по существу непрерывного потока гидратируемого материала с по существу непрерывным потоком текучей среды на водной основе для создания перемещения (705) по существу непрерывного потока геля, имеющего первую концентрацию. Как описано выше, такое смешивание (730) может выполняться миксером 105 в результате приема по существу непрерывной подачи гидратируемого материала, например, из источника 110 гидратируемого материала с помощью перекачивающего устройства 115 и по существу непрерывной подачи текучей среды на водной основе, например, из одного или нескольких окон 624, показанных на фиг. 8, и/или источника 120 гидратирующей текучей среды, показанного на фиг. 2.
[111] Способ (700) может дополнительно содержать перемещение (735) по существу непрерывного потока геля, имеющего вторую концентрацию, в бак. Например, бак может являться одной или несколькими инстанциями второй емкости 135. Такое перемещение (735) может проходить через выпускное средство разбавителя 130 (например, проход 133 показанный на фиг. 5), устройство 155 регулирования расхода, и/или один или несколько других компонентов или труб, гидравлически соединенных между разбавителем 130 и второй емкостью 135.
[112] Способ (700) может дополнительно содержать использование (740) геля, имеющего вторую концентрацию, в скважинном гидроразрыве пласта. Например, использование (740) геля, имеющего вторую концентрацию, может содержать смешивание геля с проппантом и возможно другими добавками для создания жидкости для гидроразрыва пласта, в которой можно затем создавать давление и нагнетать в скважину для гидроразрыва подземного пласта. При таком смешивании можно использовать другую инстанцию миксера 105, и/или миксер другого типа, функционально выполненный с возможностью приема по существу непрерывной подачи проппанта и/или других добавок и геля, имеющего вторую концентрацию, причем гель принимается либо из разбавителя 130, второй емкости 135 и/или другого компонента системы 100 гидратации, показанной на фиг. 2, и/или из мобильной системы 600 гидратации, показанной на фиг. 8.
[113] Способ (700) может дополнительно содержать до использования (740) геля, имеющего вторую концентрацию, в скважинном гидроразрыве пласта, генерирование (745) турбулентности в по существу непрерывном потоке геля, имеющего вторую концентрацию. Например, если разбавитель 130 имеет исполнение, показанное на фиг. 5, и по существу непрерывный поток геля, имеющего вторую концентрацию, выпускается из разбавителя 130 через проход 133, такую турбулентность можно генерировать (745), благодаря работе прерывающего поток элемента 156. Вместе с тем, варианты исполнения устройства 155 регулирования расхода, отличающиеся от показанных на фиг. 5, и/или другое средство, можно также или взамен использовать для генерирования (745) турбулентности в по существу непрерывном потоке геля, имеющего вторую концентрацию. Генерирование (745) турбулентности может содействовать смешиванию, разбавлению и/или гидратации полученной в результате смеси.
[114] Способ (700) может дополнительно содержать переброску (750) самоходного транспортера на буровую площадку выполнения скважинного гидроразрыва пласта. Например, переброшенный (750) самоходный транспортер может представлять собой мобильную систему 600 гидратации, показанную на фиг. 8. Таким образом, переброшенный (750) самоходный транспортер может содержать раму 604 и множество колес 606, соединенных с рамой 604 с возможностью вращения, и может разъемно соединяться с первичным приводом 602. Как описано выше, каждая позиция, миксер 105, одна или несколько инстанций первой емкости 125 вместе образующие гидратор закрытого типа, и разбавитель 130, соединяется с рамой 604. В таких вариантах исполнения разбавитель 130 можно также называть, объединенным блоком, функционально предназначенным для по существу, непрерывного соединения по существу непрерывных потоков текучей среды на водной основе и геля, имеющего первую (более высокую) концентрацию, для создания по существу непрерывного потока геля, имеющего вторую (более низкую) концентрацию.
[115] Принимая во внимание в целом настоящее изобретение, включающее в себя формулу изобретения и фигуры, специалист в данной области техники должен ясно понять, что настоящее изобретение предлагает способ, содержащий: перемещение по существу непрерывного потока геля, имеющего первую концентрацию; перемещение по существу непрерывного потока текучей среды на водной основе; соединение по существу непрерывных потоков геля, имеющего первую концентрацию, и текучей среды на водной основе для создания по существу непрерывного потока геля, имеющего вторую концентрацию, при этом вторая концентрация значительно меньше первой концентрации; и использование геля, имеющего вторую концентрацию, в скважинном гидроразрыве пласта.
[116] Способ может дополнительно содержать: смешивание по существу непрерывного потока гидратируемого материала с по существу непрерывным потоком текучей среды на водной основе в миксере для создания геля, имеющего первую концентрацию; и выпуск геля, имеющего первую концентрацию, из миксера, когда по существу непрерывные потоки гидратируемого материала и текучей среды на водной основе, смешиваются для создания по существу непрерывного потока геля, имеющего первую концентрацию. Гидратируемый материал может по существу содержать гуар. Текучая среда на водной основе может по существу содержать воду.
[117] Способ может дополнительно содержать до соединения по существу непрерывных потоков геля, имеющего первую концентрацию, и текучей среды на водной основе для создания по существу непрерывного потока геля, имеющего вторую концентрацию, перемещение по существу непрерывного потока геля, имеющего первую концентрацию, через емкость гидратации для обеспечения достижения заданной вязкости по существу, непрерывным потоком геля, имеющим первую концентрацию.
[118] Способ может дополнительно содержать до использования геля, имеющего вторую концентрацию, в скважинном гидроразрыве пласта перемещение по существу непрерывного потока геля, имеющего вторую концентрацию, в бак.
[119] Способ может дополнительно содержать до соединения по существу непрерывных потоков геля, имеющего первую концентрацию, и текучей среды на водной основе для создания по существу непрерывного потока геля, имеющего вторую концентрацию, генерирование турбулентности в по существу непрерывном потоке геля, имеющего первую концентрацию.
[120] Способ может дополнительно содержать до соединения по существу непрерывных потоков геля, имеющего первую концентрацию, и текучей среды на водной основе для создания по существу непрерывного потока геля, имеющего вторую концентрацию, генерирование турбулентности в по существу непрерывном потоке текучей среды на водной основе.
[121] Способ может дополнительно содержать до использования геля, имеющего вторую концентрацию, в скважинном гидроразрыве пласта генерирование турбулентности в по существу непрерывном потоке геля, имеющего вторую концентрацию.
[122] Способ может дополнительно содержать изменение второй концентрации с помощью изменения по меньшей мере одного из следующего: первого расхода по существу непрерывного потока геля, имеющего первую концентрацию; и второго расхода по существу непрерывного потока текучей среды на водной основе. Изменение по меньшей мере одного из первого и второго расходов может содержать управление работой устройства регулирования расхода. Устройство регулирования расхода может содержать клапан и/или насос. Изменение по меньшей мере одного из первого и второго расходов может содержать по меньшей мере одно из следующего: уменьшение первого расхода для уменьшения второй концентрации; и увеличение второго расхода для уменьшения второй концентрации.
[123] Настоящее изобретение также предлагает способ, содержащий: по существу непрерывную подачу гидратируемого материала и гидратирующей текучей среды в миксер; по существу непрерывную работу миксера, смешивающего гидратируемый материал и гидратирующую текучую среду для создания первого по существу непрерывного потока, при этом первый по существу непрерывный поток содержит гель, имеющий: первую концентрацию гидратируемого материала; и первую вязкость; по существу непрерывное перемещение первого по существу непрерывного потока через гидратор закрытого типа для создания второго по существу непрерывного потока, при этом второй по существу непрерывный поток содержит гель, имеющий: первую концентрацию гидратируемого материала; и вторую вязкость, которая значительно больше первой вязкости; по существу непрерывное соединение второго по существу непрерывного потока и третьего по существу непрерывного потока для создания четвертого по существу непрерывного потока, при этом третий по существу непрерывный поток по существу содержит текучую среду на водной основе, и при этом четвертый по существу непрерывный поток содержит гель, имеющий вторую концентрацию гидратируемого материала, которая значительно меньше первой концентрации; и использование геля из четвертого по существу непрерывного потока в скважинном гидроразрыве пласта.
[124] Гидратируемый материал может по существу содержать гуар. Гидратирующая текучая среда и текучая среда на водной основе могут каждая по существу представлять собой воду.
[125] По существу непрерывное соединение второго и третьего по существу непрерывных потоков для создания четвертого по существу непрерывного потока может содержать регулирование расхода по меньшей мере одного из второго и третьего по существу непрерывных потоков для изменения второй концентрации. Регулирование расхода по меньшей мере одного из второго и третьего по существу непрерывных потоков может содержать управление работой клапана регулирования расхода. Регулирование расхода по меньшей мере одного из второго и третьего по существу непрерывных потоков может содержать регулирование работы соответствующих насосов.
[126] Способ может дополнительно содержать перемещение четвертого по существу непрерывного потока в бак до использования геля из четвертого по существу непрерывного потока в скважинном гидроразрыве пласта. В таких вариантах исполнения гель из четвертого по существу непрерывного потока, используемый в скважинном гидроразрыве пласта, можно получать из бака.
[127] Способ может дополнительно содержать генерирование турбулентности во втором по существу непрерывном потоке до соединения второго и третьего по существу непрерывных потоков.
[128] Способ может дополнительно содержать генерирование турбулентности в третьем по существу непрерывном потоке до соединения второго и третьего по существу непрерывных потоков.
[129] Способ может дополнительно содержать генерирование турбулентности в четвертом по существу непрерывном потоке.
[130] Способ может дополнительно содержать переброску самоходного транспортера на буровую площадку, на которой выполняется скважинный гидроразрыв пласта. Самоходный транспортер может содержать раму и множество колес, соединенных с рамой с возможностью вращения. Самоходный транспортер может разъемно соединяться с первичным приводом. Миксер, гидратор закрытого типа и соединительный блок могут соединяться с рамой. Соединительный блок может функционально предназначаться для по существу непрерывного соединения второго и третьего по существу непрерывных потоков для создания четвертого по существу непрерывного потока.
[131] Настоящим изобретением также представлено устройство, содержащее: систему, функционально предназначенную для создания по существу непрерывной подачи геля, имеющего первую концентрацию гидратируемого материала, для применения в скважинном гидроразрыве пласта, при этом система содержит: миксер, функционально выполненный с возможностью приема и смешивания гидратируемого материала и текучей среды на водной основе для создания по существу непрерывной подачи геля, имеющего вторую концентрацию гидратируемого материала, при этом вторая концентрация гидратируемого материала значительно больше первой концентрации гидратируемого материала; бак закрытого типа, имеющий внутренний путь потока, по которому проходит по существу непрерывная подача геля, имеющего вторую концентрацию гидратируемого материала на период времени, достаточный для обеспечения вязкости по существу непрерывной подачи геля, имеющего вторую концентрацию гидратируемого материала для увеличения до заданного уровня; и разбавитель, функционально выполненный с возможностью разбавления по существу непрерывной подачи геля увеличенной вязкости, имеющего вторую концентрацию гидратируемого материала до по существу непрерывной подачи геля, имеющего первую концентрацию гидратируемого материала.
[132] Система может дополнительно содержать бак, функционально выполненный с возможностью приема по существу непрерывной подачи геля, имеющего первую концентрацию гидратируемого материала.
[133] Система может дополнительно содержать по меньшей мере одно из следующего: первое устройство регулирования расхода, функционально выполненное с возможностью управления первым расходом по существу непрерывной подачи в разбавитель геля увеличенной вязкости, имеющего вторую концентрацию гидратируемого материала; и второе устройство регулирования расхода, функционально выполненное с возможностью управления вторым расходом текучей среды на водной основе, подаваемой в разбавитель. По меньшей мере одно из первого и второго устройств регулирования расхода может содержать клапан регулирования расхода. По меньшей мере одно из первого и второго устройств регулирования расхода может устанавливаться смежно с разбавителем и может содержать прерывающий поток элемент, функционально выполненный с возможностью генерирования турбулентности проходящего потока текучей среды. Прерывающий поток элемент может являться по существу круглой пластиной с центральным проходом. Прерывающий поток элемент может избирательно поворачиваться относительно трубы, содержащей проходящий поток текучей среды. По меньшей мере одно из первого и второго устройств регулирования расхода может содержать насос, функционально выполненный с возможностью дозирования подачи в разбавитель.
[134] Система может дополнительно содержать: первый насос, функционально выполненный с возможностью перекачки текучей среды на водной основе из источника текучей среды на водной основе в миксер; и второй насос, функционально выполненный с возможностью перекачки текучей среды на водной основе из источника текучей среды на водной основе в разбавитель для применения в разбавлении по существу непрерывной подачи геля увеличенной вязкости, имеющего вторую концентрацию гидратируемого материала.
[135] Гидратируемый материал может по существу содержать гуар. Гидратируемый материал может содержать полимер, синтетический полимер, галактоманнан, полисахарид, целлюлозу, глину или их комбинацию. Текучая среда на водной основе может по существу представлять собой воду.
[136] Бак закрытого типа может иметь канализированный путь потока и действовать в режиме первым получен-первым выдан. Миксер может дополнительно функционально выполняться с возможностью по существу непрерывного поддержания давления по существу непрерывной подачи геля, имеющего вторую концентрацию гидратируемого материала, обеспечивая по существу непрерывную подачу геля, имеющего вторую концентрацию гидратируемого материала, для по существу непрерывного прохода по канализированному пути потока.
[137] Разбавитель может содержать первый проход, принимающий по существу непрерывную подачу геля увеличенной вязкости, имеющего вторую концентрацию гидратируемого материала, второй проход, принимающий по существу непрерывную подачу текучей среды на водной основе, и третий проход, проводящий по существу непрерывную подачу геля, имеющего первую концентрацию гидратируемого материала. Разбавитель может иметь трубный тройник.
[138] Система может дополнительно содержать раму, функционально соединенную c множеством колес для опирания рамы на грунт. В таких вариантах исполнения миксер, бак закрытого типа и разбавитель могут соединяться с рамой. Рама может разъемно соединяться с первичным приводом.
[139] Выше описаны признаки нескольких вариантов исполнения, для лучшего понимания специалистом в данной области техники аспектов настоящего изобретения. Специалисту в данной области техники понятно, что можно без проблем применять настоящее изобретение, как основу для разработки или модифицирования других способов и конструкций, имеющих сходные функции и/или достигающих преимуществ, аналогичных вариантам исполнения, представленным в данном документе. Специалист в данной области техники должен также понимать, что такие эквивалентные конструкции не отходят от сущности и объема настоящего изобретения, и что можно выполнять различные изменения, замещения и замены в данном документе без отхода от сущности и объема настоящего изобретения.
Реферат в конце данного описания приведен согласно 37 C.F.R. §1.72(b) для обеспечения быстрого ознакомления читателя с существом технического описания. Представленный реферат следует понимать, как не применяющийся для интерпретирования или ограничения объема, а также значения пунктов формулы изобретения.