CN103562486A - 支撑剂混合和计量系统 - Google Patents

Abstract

公开一种油田材料储蓄器。该油田材料储蓄器具有主体，该主体具有上端；下端；在该上端与该下端之间延伸的侧壁，该侧壁在该主体内限定出凹槽；由该上端限定出的开口；以及由该下端限定出的第一孔口。该油田材料储蓄器还设有在下端处连接至该主体的计量闸。该计量闸具有底部，该底部具有与该第一孔口对准的第二孔口；以及连接至该底部的刀闸。该第二孔口具有大体上梯形的形状。该刀闸配置为能可滑动地覆盖该第二孔口。还公开了一种方法，用于根据数学模型方程通过调节该第二孔口的计量开口面积控制油田材料储蓄器内的油田材料的排放速率。

Description

支撑剂混合和计量系统

相关申请的交叉引用

本申请要求在2011年5月27日提交的序列号为61/490,698的美国临时专利申请的优先权，其全部内容被并入本文作为参考。

技术领域

本公开总体上涉及将支撑剂混合和计量到要注入到井眼中的压裂液中的系统、方法和/或器械。

背景技术

本文做出的声明仅仅提供涉及本公开的信息，且可能不构成现有技术，而且可能例示说明本发明的一些实施例。

在水力压裂中，压裂液被注入井眼中，穿透地层且在压力下迫使该压裂液将岩层或岩石破裂和压裂。支撑剂被放置在压裂液中，且从而被放置在裂缝之内形成支撑剂充填层，以防止当压力被排放时裂缝闭合，从而提供了改进的可采流体、即石油、天然气、或者水的流量。水力压裂处理的成功涉及裂缝传导率，其是流体从地层通过支撑剂充填层的流动能力。换句话说，支撑剂充填层或基体可以具有相对于地层的高渗透性，从而流体以低阻力流动至井眼。通过在裂缝之内的支撑剂与非支撑剂的材料的分布而增加裂缝之内的孔隙度，从而增加支撑剂基体的渗透性。

与构建连续的支撑剂充填层不同，一些用于水力压裂传导率的方法是在裂缝中构建支撑剂团块。这些方法可以交替装载支撑剂的压裂液的阶段和没有支撑剂的压裂液的阶段，用以在裂缝中产生支撑剂团块以及位于它们之间的开启通道来使地层流体流动。因此，压裂处理导致裂缝中的不均匀的支撑剂放置（HPP）和“房和柱式”结构，而不是均匀的支撑剂放置以及整合的支撑剂充填层。在每一个HPP阶段沉积在裂缝中的支撑剂的量通过改变流体传送特性（例如粘度和弹性；支撑剂密度、直径以及浓度；以及压裂液注入速率）来调整。

基于裂缝几何特征的支撑剂放置技术已经开发用于传统的支撑剂充填层操作期间。但是，在HPP中的支撑剂放置是受到相当大的挑战，且在HPP操作中该技术仍在寻找用以改进支撑剂放置技术的方法。

在注射压裂液之前，支撑剂和压裂液的其它组分可以混合。用于使现有的混合设备能够执行HPP和滑溜水压压裂操作的技术的目前状态依赖于基于在重力供给系统中支撑剂计量闸开启的百分比的自动支撑剂浓度控制的使用。基于比重计反馈的自动支撑剂浓度的控制是最普遍使用的用于在常规的压裂作业中支撑剂计量的模式，但是由于过度慢的比重计反应时间，不能用在特定的应用中。此外，在现有混合设备中的目前的闸设计在闸开启百分比方面通常具有不规则的计量孔口几何形状，其不允许高度精度和保持一致的支撑剂流量控制。用于最优性能的保持一致的、良好表现的计量孔口几何形状，从而达到保持一致的、良好表现的支撑剂计量的方法是所期望的。

很多支撑剂添加系统使用一个或多个螺旋钻，用以提供支撑剂或支撑剂与流体、例如滑溜水、凝胶或碳氢化合物的混合物。在这些系统中，支撑剂可以从通常称为支撑剂加料斗或接收器的油田材料储蓄器递送至压裂液、泵、或混合器中。螺旋钻对进入流体液流或混合器的支撑剂体积和速率进行计量。螺旋钻可以通过计算已知数量的支撑剂来计量支撑剂，螺旋钻可以以给定的螺旋钻速度（以转数每分钟（rpm）表示）来移动。因此，在螺旋钻系统中，包括支撑剂的压裂液的密度可基于螺旋钻操作时所处的rpm和在支撑剂的添加之前确定的压裂液的密度确定。为了调节螺旋钻能够提供足够的支撑剂体积至混合器或流体液流，螺旋钻系统可能需要较大的面积。

螺旋钻供给支撑剂添加系统的一个替换方案是使用重力供给支撑剂添加系统。重力供给支撑剂添加系统可以通过自由降落的重力将支撑剂传送至混合器中，从而添加至压裂液中。当支撑剂通过孔口重力自由降落时，在重力供给系统中支撑剂体积的计量可以通过确定支撑剂通过已知尺寸的孔口（通常称为计量闸）的流动速率来计算。重力供给系统也可以使用加压用以帮助将支撑剂传送至流体液流或混合器中。重力供给系统中的加压方法可以包括给支撑剂容器加压经受重力供给或利用文丘里效应，其中较小直径的管道连接至较大直径的管道用以从支撑剂容器吸取支撑剂进入混合器或流体液流中。由于重力供给系统可以不使用螺旋钻，它们可能需要较小的面积。

重力供给支撑剂添加系统可以基于孔口的已知尺寸而使用自动支撑剂浓度控制。通过基于在重力供给支撑剂添加系统中计量闸开启百分比使用自动支撑剂浓度控制，混合设备已经适用于滑溜水压裂工作。这个自动支撑剂浓度控制可以称为闸百分比模式下的自动-浓度（Auto-Concentration inGate Percentage Mode）。自动支撑剂浓度控制可以基于比重计反馈；但是，由于比重计无法区别滑溜水压裂通常的低支撑剂密度泥浆的密度与基流载体自身的密度，比重计反馈对于滑溜水应用可能不是有效的控制机理。

发明内容

提供这个发明内容部分，用于选择地介绍发明内容，该内容在下文详细的说明书中进一步描述。这个发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在用于帮助限制所要求保护的主题的范围。

根据本公开的一个方面，至少一个实施例涉及油田材料储蓄器。在这个方面，油田材料储蓄器具有主体以及计量闸。该主体具有：上端、下端、以及在该上端与该下端之间延伸的侧壁。该侧壁在主体内限定出凹槽。由该上端限定出开口，且由该下端限定出第一孔口。该计量闸在该下端处连接至该主体，且具有：底部，该底部具有与该第一孔口对准的第二孔口；以及连接至该底部的刀闸。该第二孔口具有大体上梯形的形状。刀闸配置为能可滑动地覆盖该第二孔口。

根据本公开的另一个方面，至少一个实施例涉及一种方法，其用于根据数学模型方程通过调节该第二孔口的计量开口面积控制油田材料储蓄器内的油田材料的排放速率。在这个方法中，油田材料储蓄器设有用于接收油田材料的开口以及用于排放该油田材料的第一孔口。在该第一孔口处计量闸被提供用于根据方程组通过调节该计量闸控制该油田材料的排放速率，该方程组考虑到该计量闸的计量开口面积、该计量闸的该第二孔口的高度、该计量闸的该第二孔口的顶部的长度、该计量闸的该第二孔口的底部的长度、以及该计量闸的该计量开口面积的高度。该方程也可以考虑基准油田材料流动速率和用于基准油田材料的常数。该方程也可以在控制该计量闸中考虑到所使用的实际油田材料的期望质量流动速率、影响实际油田材料的流动速率的微粒尺寸因数、影响实际油田材料的流动速率的微粒几何特征因数、影响实际油田材料的流动速率的微粒构造因数、影响实际油田材料的流动速率的微粒涂层因数、影响实际油田材料的流动速率的周围环境振动因数、影响实际油田材料的流动速率的环境湿度因数、实际油田材料的比重、以及用于确定基准油田材料的基准油田材料的比重。

附图说明

以下参看附图描述用于混合和计量油田材料的系统和方法的实施例。整个附图中使用相同的附图标记表示相同的特征和构件。不同技术的实施将此后参考附图描述。但是，应该理解，附图说明本文描述的不同的实施例，但不意味着限制本文描述的不同技术的范围。

图1示出了根据本公开的一个实施例构建的具有两个油田材料储蓄器的混合单元的透视图。

图2示出了根据本公开的一个实施例构建的油田材料储蓄器的透视图。

图3示出了图1中的油田材料储蓄器之一的透视图。

图4示出了根据本公开的一个实施例的具有由刀闸部分地覆盖的第二孔口的底部的局部俯视图。

具体实施方式

在开始处，应该注意，在任何这样的实际实施例的开发中，将作出大量的实施方式所特定的决定,以实现开发者的特殊目标，例如遵从与系统相关的和与商业相关的限制，这些限制对于各个实施方式来说各不相同。而且，要理解，这样的开发努力可能是复杂且费时的，但将仍然是受益于本公开的本领域技术人员所承担的常规工作而已。此外，本文使用/公开的成分也可以包含一些除了那些所述成分之外的组分。在发明内容和该具体实施方式部分中，）每一个数值应看作被术语“大约”修饰（除非已经清楚地这样修饰），然后应看作是没有被这样修饰，除非文本中另有指示。同样，在发明内容和该具体实施方式部分中，应该理解，列出或描述的有用的、合适的、或近似表述的浓度范围旨在包括该范围之内的任何浓度，包括端点，其应被视为已阐明。例如“1至10的范围”应被理解为表示大约1至大约10之间的连续区间的每一个可能的数值。因此，即使在范围之内的特殊数据点、或者甚至在范围之内没有数据点被清楚的标识、或涉及很少的特殊数据点，但应理解的是，发明人领会且明白在该范围之内的任何数据点应被认为是已被指定，并且发明人具有在该范围之内的整个范围和所有点的知识。

现在参考图1，图中示出了根据本文公开的发明构思构造的混合单元10，其具有两个油田材料储蓄器或加料斗12。混合单元10可以安装在拖车或移送机上，以便于油田材料向井眼中的注入。示出了两个加料斗12a和12b，其中每一个加料斗12具有主体14，所述主体14配置为接收油田材料，例如支撑剂。

为了简洁的目的，本文中使用的术语“油田材料”可以包括支撑剂，但也可以包括且应该不限于，本领域技术人员将理解的干瓜尔胶、水泥、在钻井泥浆中所使用类型的悬浮剂，例如聚合物、粘土、乳剂、过渡金属氧化物和氢氧化物。

本文使用的术语“支撑剂”涉及与压裂液混合的一定尺寸（sized）的颗粒，以提供高效的传送通道来产生从储层至井眼的流体。例如，本文使用的术语“支撑剂”可以包括表生通道形成材料，称为通道剂（channelant），且也可以包括天然的砂石颗粒或碎石、人造或特别设计的支撑剂，例如树脂涂覆的砂石或类似烧结的铝土矿的高强度陶瓷材料。支撑剂材料也可以包括纤维。该纤维例如可以是玻璃、陶瓷、包括碳基碳化合物的碳，包括金属合金的金属、或者类似物、或者它们的组合，或者是聚合物材料，例如PLA、PGA、PET、多羟基化合物、或者类似物、或者它们的组合。

参考图1-2，加料斗12的主体14具有上端16、下端18以及在上端16与下端18之间延伸的侧壁20。该侧壁20在加料斗12的主体14之内限定出凹槽22。主体14的上端16限定出开口24，其用于接收支撑剂；主体14的下端18限定出第一孔口26，其用于排放支撑剂。计量闸28连接至主体14的下端18，该计量闸28可以用于控制支撑剂向混合器（未示出）的排放速率。

主体14的侧壁20可配置成具有第一侧边30和第二侧边32，它们从上端16至下端18窄缩。如图1-2中所示，第一侧边30和第二侧边32可以从大体上在主体14的上端16附近至主体14的下端18窄缩。第一侧边30和第二侧边32的窄缩可以有助于引导支撑剂从开口24通过凹槽22向第一孔口26。虽然在图1-2中示出第一侧边30和第二侧边32是窄缩的，但可以理解的是，主体14的侧壁20中的一个或多个侧边也可以在上端16与下端18之间窄缩，以便于支撑剂从开口24通过凹槽22向孔口26流动。通过凹槽22和第一孔口26的支撑剂的流动可以是靠重力供给的流动，其中支撑剂由重力通过第一孔口26至混合器。

由主体14的下端18限定的第一孔口26可以形成梯形、三角形、正方形、矩形、或其它多边形。第一孔口26的面积可以由连接至主体14的下端18的计量闸28来操纵。通过操纵第一孔口26的面积，可以调节支撑剂通过第一孔口26的流动速率。如下文将详细描述的，对流动速率的调节可以涉及数学模型的产生，其中，支撑剂速率可以表示为代表物理支撑剂特性效果的因数和环境因数的函数，以在通过第一孔口26的重力自由降落中达到支撑剂需要的流动速率。

连接至主体14的下端18的计量闸28可以包含连接至主体14的下端18的底部34、在底部34之内形成的第二孔口35、连接至底部34且配置为可滑动地覆盖第一孔口26和/或第二孔口35的刀闸36、连接至底部34和刀闸36的驱动器38，所述驱动器配置为能使刀闸36可滑动地覆盖该第二孔口35。形成在底部34之内的第二孔口35可以是大体上梯形的形状且与加料斗12的主体14的第一孔口26重叠，因而当刀闸36可滑动地覆盖第二孔口35时，刀闸36也可滑动地覆盖第一孔口26。底部34可以通过钎焊、熔焊、螺栓连接或任何其它合适的连接方式连接至下端18。刀闸36可以通过支架40a和40b连接至底部34，如图2中所示，所述支架40a和40b带有多个滚子42。刀闸36可以安装在支架40a与40b之间，且在多个滚子42与底部34之间，以便倚靠底部34而固定刀闸36。安装在多个滚子42与底部34之间的刀闸36此时可以在底部34之下可滑动地移动，以便可滑动地覆盖第二孔口35。驱动器38可以通过任何合适的方法机械地连接至底部34和刀闸36，以便使驱动器38可将刀闸36移动到完全覆盖第二孔口35、完全不覆盖第二孔口35或任何级别的部分覆盖。

驱动器38可以被实施为气压缸、液压缸、电动缸、或任何合适的其它驱动器38，它们适合使刀闸36可滑动地覆盖第二孔口35。如图1-3中所示，驱动器38可以被实施为通过壳体43连接至底部34且在活塞头44处连接至刀闸36的液压缸。驱动器38可以通过伸出或回缩活塞46在第二孔口35的开、关、以及之间位置之间移动刀闸36。伸出或回缩驱动器38的活塞46可以通过控制单元48发送电信号来执行，该控制单元48电动连接至计算机、处理器、控制器、或其它能够发送和接收表示用于移动刀闸36的指令的数据的电子装置。

加料斗12也可以设有通过侧壁20的管道50，以与在加料斗12之下的混合器（未示出）连通。管道50也可以提供为与加料斗12的凹槽22连通。管道50可以连接至干添加剂供给器52，使得来自干添加剂供给器52的干添加剂化学制品可以通过管道20经过加料斗12的侧壁20排放至混合器中。管道50也可以排放干添加剂化学制品至加料斗12中，使得干添加剂化学制品被从干添加剂供给器52排放至管道50中，且排放至凹槽22中，从而随支撑剂分别通过第一和第二孔口26和35流动进入混合器中。

图3说明了设有沿着加料斗12的主体14的外表面延伸的斜槽62的漏斗12。斜槽62可以具有通过螺栓、熔焊、钎焊、或任何其它合适的方法形成的连接至主体14的连接。斜槽62可以与通向布置在漏斗12和斜槽62之下的入口连通。斜槽62可以使得非支撑剂的添加剂、例如纤维能够通过入口向混合器分配。入口可以从斜槽62接收非支撑剂的添加剂，且从加料斗12接收支撑剂，或者混合器可以具有多个入口，通过这些入口非支撑剂的添加剂和支撑剂分别地流动。

现在参考图4，在操作中，支撑剂流动速率可以通过计量孔口几何特性来调节和预测，同时要考虑到：影响流动速率的支撑剂特定的物理特性和环境因素，例如，微粒质量密度、微粒尺寸、考虑到几何特性（例如，圆度、斜度，形状不规则特性等）的流动因素、考虑到表面构造（例如，粗糙度、光滑度等）的流动因素、考虑到表面涂层（例如，固化的或部分固化的含树脂的涂层）的流动因素、来自周期环境的振动、湿度，等等。考虑到上述的特性，计量孔口几何特性可以用于确定且自动移动刀闸36，以使得通过使用刀闸36至少部分地覆盖第一和第二孔口26和35能够实现第二孔口35所需要的尺寸。

支撑剂流动速率的调节和预测可以涉及以数学形式创建模型，该模型允许将支撑剂流动速率表示为代表前文所列的支撑剂物理特性的影响的因素和适用于计量孔口几何特性的环境因素的函数，被认为直接与流动速率成比例的该孔口几何特性的面积可以用以下形式表示：该形式允许预测孔口几何特性将需要开启多少来实现在重力自由降落中需要的支撑剂的流动速率。

第一和第二孔口26和35的几何形状分别可以实现为梯形形状，如图2和3中所示。梯形的面积可以表达成如下方式：该方式使得第一和第二孔口26和35的开口的百分比在二次多项式公式中为独立的变量。在考虑到前述所列环境特性和支撑剂物理性质对支撑剂流动的影响之后，当以用于需要的支撑剂浓度和井下泥浆速率的需要的支撑剂计量速率呈现时，最后的模型可以使用二次方程来求取需要的闸百分比开口度。计量孔口几何特性模型因此可以形成自动支撑剂控制系统的基础，该自动支撑剂控制系统用于非均匀的支撑剂放置操作和滑溜水应用。

图4说明了本申请中的第二孔口35的一个实例。用于梯形面积的方程可以表达为：

$Y=\frac{L(B-A)}{2}{(X/L)}^2+\mathrm{LA}(X/L)$     （方程I）

其是以X/L作为独立变量的二次多项式。尽管本公开以梯形形状讨论了第二孔口35，但是本领域技术人员将理解的是，这个方程也适用于第二孔口35是其它多边形形状，例如三角形、正方形或者矩形。

计量开口面积Y可以采用指定给参数A、B以及L的特定的尺寸值产生，且用于与刀闸36结合，该刀闸36沿着第二孔口35的跨度L行进，此时X/L表示刀闸36沿着跨度L的比例位置，第二孔口35可以以这种程度打开，用于在刀闸位置X下使支撑剂流过计量开口面积Y。计量开口面积Y可以由在计量闸28的底部34中的第二孔口35和刀闸36的前边缘70来限定。此外，当X/L表达成为百分比时,X/L也称为刀闸72开口百分比。

对于给定的油田材料、例如支撑剂，选择其作为基准（baseline），通过计量开口面积Y的支撑剂流动速率P_baseline可以表达成计量开口面积Y乘以比例单位C_baseline，因而：

$P_{\mathrm{baseline}}==C_{\mathrm{baseline}}Y=C_{\mathrm{baseline}}[\frac{L(B-A)}{2}{(X/L)}^2+\mathrm{LA}(X/L)]$     （方程II）

其中，C_baseline具有每单位的计量开口面积Y的质量流动速率的单位，且具有对于特定的基准支撑剂和存在的条件来说固有地考虑以下因素的函数的形式：例如，微粒质量密度；微粒尺寸；考虑到几何特性（例如，圆度、斜度、形状不规则特性等等）的流动因素；考虑到表面构造（例如，粗糙度、光滑度等）的流动因素；考虑到表面涂层（例如，固化的或部分固化的含树脂的涂层）的流动因素；来自周围环境的振动；以及湿度等。

为了进一步扩展模型以便对于物理特性可能不同于基准支撑剂的其它类型的支撑剂也能进行流动速率预测，下述的因素可以应用于P_baseline，以产生以下方程：

$\begin{array}{c}{Z}_{\mathrm{proppant}}=F_{\mathrm{size}}{F}_{\mathrm{geometry}}{F}_{\mathrm{texture}}{F}_{\mathrm{coating}}{F}_{\mathrm{vibration}}{F}_{\mathrm{moisture}}({\mathrm{SG}}_{\mathrm{proppant}}/{\mathrm{SG}}_{\mathrm{baseline}})P_{\mathrm{baseline}}\\ =F_{\mathrm{size}}{F}_{\mathrm{geometry}}{F}_{\mathrm{texture}}{F}_{\mathrm{coating}}{F}_{\mathrm{vibration}}{F}_{\mathrm{moisture}}({\mathrm{SG}}_{\mathrm{proppant}}/{\mathrm{SG}}_{\mathrm{baseline}})C_{\mathrm{baseline}}[\frac{L(B-A)}{2}{(X/L)}^2+\mathrm{LA}(X/L)]\end{array}$

                                                    （方程III）

变量Z_proppant可以等于给定的支撑剂需要的质量流动速率。F_size可以等于影响给定的支撑剂的流动速率的微粒尺寸因数。F_geometry可以等于影响给定的支撑剂的流动速率的微粒几何特性因数。F_texture可以等于微粒构造因数，例如微粒表面构造，其影响给定的支撑剂的流动速率。F_coating可以等于微粒涂层因数，例如微粒表面涂层，其影响给定的支撑剂的流动速率。F_vibration可以等于影响给定的支撑剂的流动速率的周围环境振动因数。F_moisture可以等于影响给定的支撑剂的流动速率的环境湿度因数。SG_proppant可以等于给定的支撑剂的比重。最后，SC_baseline可以等于P_baseline建立在其上的基准支撑剂的比重。

前述的方程可以按如下的形式安排：

K₁x²+K₂x+K₃=0    （方程IV）

因而：

$K_1=F_{\mathrm{size}}{F}_{\mathrm{geometry}}{F}_{\mathrm{texture}}{F}_{\mathrm{coating}}{F}_{\mathrm{vibration}}{F}_{\mathrm{moisture}}({\mathrm{SG}}_{\mathrm{proppant}}/{\mathrm{SG}}_{\mathrm{baseline}})C_{\mathrm{baseline}}\left[\frac{L(B-A)}{2}\right];$

K₂=F_sizeF_geometryF_textureF_coatingF_vibrationF_moisture(SG_proppant/SG_baseline)C_baselineLA

K₃=-Z_proppant

x=X/L

因数F_size、F_geometry、F_texture、F_coating、F_vibration以及F_moisture一般可以凭经验确定且可以通过合适的实验方法设计结合假设来得出，其中该假设可以帮助简化实现合理准确的模型的过程。

一旦得出参数K₁和K₂，且已知为了在特定的井下泥浆速率下取得特定的支撑剂浓度所需要的支撑剂速率Z_proppant，则需要的闸比例开口K/L可以使用二次方程来求取：

$x=\frac{-K_2+{({K_2}^2-4K_1{K}_3)}^{1/2}}{2K_1}$     （方程V）

如图2中所示，加料斗12也可以包括控制系统76。通常，该控制系统76设有驱动器38和一个或多个计算机78。驱动器38可以用之前上文所述的内容来实现。计算机78可以包括一个或多个处理器、一个或多个非暂时性计算机可读媒介、一个或多个输入装置、以及一个或多个输出装置。所述一个或多个处理器可实施为单个处理器或多个在一起工作的处理器，以执行计算机可执行指令。所述一个或多个处理器的实施例包括数字信号处理器、中央处理单元、微处理器、多核处理器、以及它们的组合。所述一个或多个处理器可以连接至所述一个或多个非暂时性计算机可读媒介，且能够与所述一个或多个非暂时性计算机可读媒介通过一路径进行通信，该路径可以实施为例如数据总线。所述一个或多个处理器可以能够与输入装置和输出装置通过一路径进行通信，该路径近似于上文描述的将所述一个或多个处理器与所述一个或多个非暂时性计算机可读媒介连接的路径。例如通过交换电子的、数字的、和/或光学的信号，通过使用例如TCP/IP网络协议的通信装置，所述一个或多个处理器也可以能够与一个或多个网络通过通信装置连接和/或通信。将理解的是，在使用多于一个处理器的特定的实施例中，该一个或多个处理器可以彼此相距较远、位于相同的位置、或包含单一多核处理器。所述一个或多个处理器可以能够读取和/或执行计算机可执行指令和/或产生、操纵、改变、以及存储计算机数据结构进入一个或多个非暂时性计算机可读媒介中。

所述一个或多个非暂时性计算机可读媒介存储计算机可执行指令且可以实施为任何常规的非暂时性计算机可读媒介，例如随机存取存储器（RAM）、硬盘驱动器、DVD-ROM、BLU-RAY、软盘、光盘驱动器、以及它们的组合。当使用多于一个非暂时性计算机可读媒介时，该一个或多个非暂时性计算机可读媒介可以放置在与所述一个或多个处理器相同的物理位置，并且一个或多个非暂时性计算机可读媒介可以放置距离所述一个或多个处理器较远的物理位置。所述一个或多个非暂时性计算机可读媒介的物理位置可以改变，并且一个或多个非暂时性计算机可读媒介可以实施为“云存储器”，即部分地、或全部地基于网络或使用网络访问的一个或多个非暂时性计算机可读媒介，只要所述一个或多个非暂时性计算机可读媒介中的至少一个位于该一个或多个处理器的本地即可。

存储在所述一个或多个非暂时性计算机可读媒介上的计算机可执行指令可以包含表示方程I-V的逻辑语言，其由上文参看图4所描述的，用于表达第二孔口35的计量开口面积Y和支撑剂流动速率。计算机可以使驱动器38伸出活塞46用以覆盖较多的第二孔口35，从而减少计量开口面积Y的尺寸，或者回缩活塞46用以覆盖较少的第二孔口35，从而增加计量开口面积Y的尺寸。基于来自连接至计算机78的用户终端的输入，或者自动地基于加料斗12之内的提供关于方程III的支撑剂因数的数据传感器，计算机可以引起活塞46伸出和回缩。

前述的说明书已经参考一些实施例。本公开的领域中的技术人员将理解，无需有意义地背离本申请的原理和范围，可以实施更改和变化所描述的结构和操作方法。因此，前述的说明书应该理解一致于且支持于下文的权利要求书，其将具有它们的最全部和最公平的范围。

本发明技术主题的范围由允许的权利要求限定。而且，权利要求语言不旨在援引35USC§112第6段，除非使用精确词语“用于……的装置”。提出的权利要求旨在尽可能广泛地理解，且没有技术主题被故意地放弃、奉献、或废弃。

Claims (23)

1.一种油田材料储蓄器，包括：

主体，所述主体具有：上端；下端；在所述上端与所述下端之间延伸的侧壁，所述侧壁在所述主体内限定出凹槽；由所述上端限定出的开口；以及由所述下端限定出的第一孔口；以及

在所述下端处连接至所述主体的计量闸，所述计量闸包括底部，所述底部具有与所述第一孔口对准的第二孔口，所述第二孔口具有大体上梯形形状，所述计量闸具有连接至所述底部的刀闸，所述刀闸配置为能可滑动地覆盖所述第二孔口。

2.根据权利要求1所述的油田材料储蓄器，其中，所述刀闸通过驱动器连接至所述底部。

3.根据权利要求2所述的油田材料储蓄器，其中，所述驱动器具有连接至所述计量闸的底部的底部、和具有活塞头的活塞，所述活塞从所述底部延伸，所述活塞头连接至所述刀闸。

4.根据权利要求3所述的油田材料储蓄器，其中，所述驱动器的所述活塞能够回缩以使用刀闸可滑动地覆盖所述第二孔口，并且能够伸出以可滑动地露出所述第二孔口。

5.根据权利要求2所述的油田材料储蓄器，其中，所述驱动器是液压缸。

6.根据权利要求1所述的油田材料储蓄器，其中，所述主体具有沿着所述主体的外表面延伸的斜槽，所述斜槽与所述主体的所述凹槽通过在所述主体的侧壁内形成的开口连通，所述斜槽配置为能使添加剂分配至混合器。

7.一种油田材料储蓄器，包括：

主体，所述主体具有：上端；下端；在所述上端与所述下端之间延伸的侧壁，所述侧壁在所述主体内限定出凹槽；由所述上端限定出的开口；以及由所述下端限定出的第一孔口；

在所述下端处连接至所述主体的计量闸，所述计量闸包括具有第二孔口的底部和连接至所述底部的刀闸，所述刀闸配置为能可滑动地覆盖所述第二孔口，其中，所述第二孔口与所述第一孔口重叠；以及

包括驱动器和计算机的控制系统，所述驱动器适于相对于所述第二孔口来移动所述刀闸，

其中，所述驱动器通过计算机控制，所述计算机根据下述方程通过调整所述刀闸来控制油田材料的排放速率：

$Y=\frac{L(B-A)}{2}{(X/L)}^2+\mathrm{LA}(X/L)$     （方程I）

其中：

Y表示所述计量闸的开口面积；

L表示所述计量闸的所述第二孔口的高度；

A表示所述计量闸的所述第二孔口的顶部的长度；

B表示所述计量闸的所述第二孔口的底部的长度；以及

X表示所述计量闸的所述开口面积的高度，以及

其中，用于方程的逻辑语言存储在所述计算机上。

8.根据权利要求7所述的油田材料储蓄器，其中，所述第二孔口具有大体上梯形形状。

9.根据权利要求7所述的油田材料储蓄器，其中，所述第二孔口具有大体上矩形形状。

10.根据权利要求7所述的油田材料储蓄器，其中，所述第二孔口具有大体上三角形形状。

11.根据权利要求7所述的油田材料储蓄器，其中，所述驱动器能够回缩以使用所述刀闸可滑动地覆盖所述第二孔口，并且能够伸出以可滑动地露出所述第二孔口。

12.根据权利要求7所述的油田材料储蓄器，其中，所述驱动器是液压缸。

13.根据权利要求7所述的油田材料储蓄器，其中，所述主体具有沿着所述主体的外表面延伸的斜槽，所述斜槽与所述主体的所述凹槽通过在所述主体的侧壁内形成的开口连通，所述斜槽配置为能使添加剂分配至混合器。

14.一种方法，包括：

提供加料斗，其具有用于接收油田材料的开口、和用于排放所述油田材料的第一孔口；

在所述第一孔口处提供计量闸，所述计量闸具有与所述第一孔口重叠的第二孔口；以及

根据下述方程通过调节所述第二孔口的计量开口面积来控制所述油田材料的排放速率：

$Y=\frac{L(B-A)}{2}{(X/L)}^2+\mathrm{LA}(X/L)$     （方程I）

其中：

Y表示所述计量闸的计量开口面积；

L表示所述计量闸的所述第二孔口的高度；

A表示所述计量闸的所述第二孔口的顶部的长度；

B表示所述计量闸的所述第二孔口的底部的长度；以及

X表示所述计量闸的所述开口面积的高度。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第一和第二孔口协作形成大体上梯形形状。

16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第一和第二孔口协作形成大体上三角形形状。

17.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第一和第二孔口协作形成大体上矩形形状。

18.根据权利要求14的方法，其中，所述加料斗是靠重力供给的。

19.根据权利要求14的方法，进一步包括：

根据下述方程确定基准油田材料流动速率：

$P_{\mathrm{baseline}}=C_{\mathrm{baseline}}Y=C_{\mathrm{baseline}}[\frac{L(B-A)}{2}{(X/L)}^2+\mathrm{LA}(X/L)]$     （方程II）

其中：

P_baseline表示所述基准油田材料流动速率；以及

C_baseline表示用于基准油田材料的常数。

20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括通过考虑所述基准油田材料的一个或多个特性来确定C_baseline。

21.根据权利要求19所述的方法，其中，所述基准油田材料的特性选自如下的组：微粒质量密度、微粒尺寸、微粒几何特征、微粒表面构造、微粒表面涂层、来自周围环境的振动以及湿度。

22.根据权利要求19所述的方法，进一步包括构建实际油田材料流动速率方程：

Z_{oilfield material}=F_sizeF_geometryF_textureF_coatingF_vibrationF_moisture(SG_{oilfield material}/SG_baseline)P_baseline

                                                   （方程III）

其中：

Z_{oilfield material}表示所述实际油田材料的期望质量流动速率；

F_size表示影响所述实际油田材料的流动速率的微粒尺寸因数；

F_geometry表示影响所述实际油田材料的流动速率的微粒几何特征因数；

F_texture表示影响所述实际油田材料的流动速率的微粒构造因数；

F_coating表示影响所述实际油田材料的流动速率的微粒涂层因数；

F_vibration表示影响所述实际油田材料的流动速率的周围环境振动因数；

F_moisture表示影响所述实际油田材料的流动速率的环境湿度因数；

SG_{oilfield material}表示所述实际油田材料的比重；

SG_bseline表示用于确定P_basline的所述基准油田材料的比重。

23.根据权利要求22所述的方法，进一步包括根据下述方程确定计量闸的比例开口x=X/L：

$x=\frac{-K_2+{({K_2}^2-4K_1{K}_3)}^{1/2}}{2K_1}$     （方程V）

其中：

$K_1=F_{\mathrm{size}}{F}_{\mathrm{geometry}}{F}_{\mathrm{texture}}{F}_{\mathrm{coating}}{F}_{\mathrm{vibration}}{F}_{\mathrm{moisture}}({\mathrm{SG}}_{\mathrm{oilfield\; material}}/{\mathrm{SG}}_{\mathrm{baseline}})C_{\mathrm{baseline}}\left[\frac{L(B-A)}{2}\right];$

K₂=F_sizeF_geometryF_textureF_coatingF_vibrationF_moisture(SG_{oilfield material}/SG_baseline)C_baselineLA；以及

K₃=-Z_{oilfield material}

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