CN106415327B - 使用能量化波信号的流体状况监视 - Google Patents

Abstract

本公开涉及方法，其包括：提供与容器集成在一起的能量化波源；将来自所述能量化波源的能量化波传输通过驻留于所述容器中的第一材料；由检测器接收来自形成于所述第一材料的表面与第二材料的第一表面之间的界面表面的第一反射能量化波；由所述检测器接收来自所述第二材料的第二表面的第二反射能量化波；分析所述第一反射能量化波和所述第二反射波以识别所述第一材料和所述第二材料；以及确定所述第一材料和所述第二材料的分离程度。所述方法可以进一步包括：混合所述第一材料和所述第二材料以形成均质混合物；以及将所述均质混合物排放到地下处理流体制备工艺设备中。

Description

使用能量化波信号的流体状况监视

相关申请信息

本申请要求2014年6月4日提交的美国临时申请No.62/007862的权益，所述美国临时申请以全文引用的方式并入本文。

技术领域

本公开大体上涉及的领域是测量和监视化学品处置设备，且更特定来说涉及监视和确知在井筒中使用的流体的制备时使用的化学品的质量，或者在自动化环境中处理地下地层。

背景技术

本部分提供背景信息以促进对本公开的各种方面的较好理解。应了解，本文档的本部分中的陈述应当鉴于此来阅读，且不作为对现有技术的承认。

油气井的钻制和完成涉及在复杂环境中使用许多不同的设备组件。这些复杂系统的关键元件是控制和监视系统。这些系统一般包含传感器和其它元件，它们向反馈环路中的控制单元发信号。控制单元监视着系统，从而提供稳定性且确保系统以所需参数操作。传感器经常放置于系统内的特定位置，以提供控制单元起作用所必要的信息。举例来说，在压裂操作中，必须以特定参数提供压裂。传感器监视流体的流动速率、压力、密度、粘度和其它可测量值，且此信息被反馈到控制单元和/或反馈到手动监视系统是否有故障的操作者。当前系统正常依赖于操作者在故障发生时采取动作。这些故障会影响工作性能且导致工作失败。而且，操作者通常接收到来自控制系统的关于其当前操作状态相对于其预期状态的最少反馈。在一些情况下，操作者可能不知道即将到来或立即的故障。

在例如液压压裂操作等油田操作期间监视在井现场使用的液体化学材料出于许多原因来说是重要的，包含以化学材料制备的处理流体的质量，以及总体操作的成功。通常，用大的储存器皿储存和消耗化学品，例如水平管型运输邮轮和垂直化学容器。在流体制备中使用的不同的十到十五种数千加仑化学品的情况下，化学品供应者不断地再填充容器，且在数量、标识以及质量方面监视材料的库存是重要的。随着自动化的趋势增加以及在井现场对操作者的依赖减少，方法和系统需要有效地识别化学品，确定在容器填充或再填充过程以及化学材料的任何相分离期间可能会发生的潜在污染，排除油田操作中的任何即将到来或立即的故障。

此外，在制备处理流体中使用的一些化学材料中溶解有固体，且一些是乳状液。当储存超过一段时间时，这些化学材料可能有在容器中分离的趋势，这可能很难检测。因此，确保混合物具有足够质量来进而制备具有可接受质量的处理流体是油田操作中的关键。

需要监视和确知在井现场流体的制备中使用的不同化学材料的状况以使得在存在不符合的情况下可以采取调节步骤的方法和系统，且至少部分地通过以下公开中描述的实施方案满足此需要。

发明内容

本部分提供本公开的一般概述，并且不一定是本公开的完整范围或本公开的所有特征的全面公开。

在本公开的第一方面中，方法包括：提供与容器集成在一起的能量化波源；将来自所述能量化波源的能量化波传输通过驻留于所述容器中的第一材料；由检测器接收来自形成于所述第一材料的表面与第二材料的第一表面之间的界面表面的第一反射能量化波；由所述检测器接收来自所述第二材料的第二表面的第二反射能量化波；分析所述第一反射能量化波和所述第二反射波以识别所述第一材料和所述第二材料；以及确定所述第一材料和所述第二材料的分离程度。所述方法可以进一步包括：在自动化环境中混合所述第一材料和所述第二材料以形成均质混合物；以及将所述均质混合物排放到地下处理流体制备工艺设备中。还可以在混合所述第一材料和所述第二材料期间现场测量所述第一材料和所述第二材料的分离程度。在一些情况下，所述第一材料和所述第二材料是可混溶的，而在其它实例中，所述第一材料和所述第二材料是不可混溶的。所述能量化波可以是超声波、声纳波、电磁波、无线电波或光波。

在本公开的另一方面中，方法包括：提供与容器集成在一起的能量化波源；将来自所述能量化波源的能量化波传输到驻留于所述容器中的第一材料的第一表面；由检测器接收来自所述第一材料的所述第一表面的第一反射能量化波；由所述检测器接收来自形成于所述第一材料的表面与第二材料的第一表面之间的界面表面的第二反射能量化波；由所述检测器接收来自所述第二材料的第二表面的第三反射能量化波；分析所述第一反射能量化波和所述第二反射能量化波以识别所述第一材料和所述第二材料，且确定所述第一材料和所述第二材料的分离程度；以及分析所述第一反射能量化波、所述第二反射能量化波和所述第三反射能量化波以确知驻留于所述容器中的所述第一材料和所述第二材料的体积。所述方法可以进一步包括：在自动化环境中混合所述第一材料和所述第二材料以形成均质混合物；以及将所述均质混合物排放到地下处理流体制备工艺设备中。

又一个方面提供方法，所述方法涉及：提供容器，所述容器具有垂直安置于其中的至少一个管，其中能量化波源和检测器与所述至少一个管连接，并且沿着驻留于所述容器中的多个材料层中的每一层传输例如导波雷达等能量化束通过所述管。从所述多个层中的每一层接收来自所传输能量化波的反射能量化波，且进行分析以识别形成所述多个层中的每一层的每一者的材料和液位。所述方法可用以确定形成所述多个层的所述材料内的分离程度，或者甚至确知驻留于所述容器中的单独材料的体积。所述方法可以进一步包括：在自动化环境中混合所述多个层以形成均质混合物；以及将所述均质混合物排放到地下处理流体制备工艺设备中。

附图说明

下文将参考附图描述本公开的某些实施方案，其中相同参考标号表示相同元件。然而应了解，附图图示了本文描述的各种实现方式且并非有意限制本文描述的各种技术和方法的范围，且：

图1以横截面图图示了在根据本公开的一方面的一些方法中有用的设备；

图2以横截面图描绘了在根据本公开的一些方法中有用的另一设备；

图3以横截面图图示了在根据本公开的一些方面的一些方法中使用的可安置于移动平台上的水平容器；

图4以横截面图描绘了在根据本公开的一方面的某种方法中有用的垂直安置于容器内的至少一个管的使用，其中能量化波源和检测器与所述管连接；以及

图5图式了根据本公开的方法用以在自动化布置中制备具有改善的且更可靠的性质的井筒流体的情形。

具体实施方式

以下对变化的描述本质上仅是说明性的，且绝不希望限制本公开的范围、其应用或者用途。本文呈现说明和实施例仅是为了说明本公开的各种实施方案的目的，且不应解释为对本公开的范围和适用性的限制。

除非明确陈述相反情况，否则“或”指代包含性“或”而不是排他性“或”。举例来说，以下各项中的任一者满足条件A或B：A为真(或存在)并且B为假(或不存在)，A为假(或不存在)并且B为真(或存在)，以及A和B均为真(或存在)。

另外，“一”的使用用来描述本文的实施方案的元件和组件。这是仅仅为了方便而达成并给出根据本公开的概念的一般性意义。此描述应当理解为包含一个或至少一个，并且单数形式也包含复数形式，除非另外陈述。

本文使用的术语和短语是用于描述性目的，且不应解释为范围上的限制。例如“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或“涉及”及其变化等语言希望为广义的且涵盖随后列出的主题、等效物以及未叙述的额外主题。

而且，如本文使用，对“一个实施方案”或“实施方案”的任何参考都意味着结合所述实施方案描述的特定元件、特征、结构或特性包含在至少一个实施方案中。短语“在一个实施方案中”在说明书中各处的出现不一定指代同一个实施方案。

根据本公开的实施方案利用能量化波技术，所述技术与材料容器整合或另外关联到材料容器以检测化学品的类型，以及潜在地确知驻存于容器中的化学品的任何分离。本公开的实施方案提供的一些改进包含在远程井现场在自动化环境中制备地下地层处理流体中使用的多种材料的材料质量、材料数量和/或分离的检测。然而，在用例如水平管型运输邮轮和垂直化学容器等大的储存容器储存和消耗化学品的任何材料/化学处理情形中，容器可以是有用的。如本文使用，术语“自动化的”或“自动化”意味着通过高度自动手段(例如通过电子装置)来操作或控制过程的技术、方法或系统，从而使人为干预减到最少且不需要来自人操作者的连续输入。

在油田操作中，操作中可能利用不同的十到十五种数千加仑化学品，且第三方供应者连续再填充容器，且驻留于容器中的化学品被排放以制备各种井现场流体。在许多情况下，在容器中的材料的数量以及质量方面监视库存以及检测每一容器中储存的是哪一种化学组合物是重要的。本公开的实施方案实现自动化，因此减少在井现场对操作者的依赖，且系统充分可靠且准确地检测化学品、在填充再填充过程期间可能发生的任何潜在污染，以及化学品的相分离。一些使用的化学品已经溶解了固体和/或是乳状液，这在操作之间不使用超过一段时间时可能在容器中分离，此状况难以通过人监视来检测，但通过根据本公开的实施方案能容易且自动地检测。本公开的实施方案通过引入一种系统而对操作提供益处，所述系统监视且跟踪不同化学品的状况，使得即使在驻留于容器中的化学品存在不符合时也可以制定缓解方法。

原则上，在能量化波脉冲被传输到媒介(例如空气)时，其行进通过媒介直到遇到媒介性质的突然改变，例如对于超声传感器来说的密度、对于电磁波来说的介电常数，或对于光或偏振光来说的颜色或光学性质。入射于新媒介的表面上的波随后经历例如反射、透射和吸收等现象。波的一部分被反射，且其余部分透射到新媒介中。反射率和透射率一起之和为一。波反射的振幅取决于新媒介性质以及波行进的新媒介与旧媒介之间的对比。因此通过分析波的振幅，可能间接地推断所存在材料的类型。举例来说，在雷达电磁波中，反射率随着介电常数而变，且可能在酸、碱、中性和油基或水基化学品之间进行区分。取决于正进行的测量的分辨率可以做出较精细的区分。

参考图1，以横截面图描绘在本公开的一些方法中有用的设备。设备100包含容器102，所述容器图示为垂直容器。然而，虽然示出垂直容器，但在范围和精神内是使用任何适用的容器形状，包含垂直容器、水平管运输容器、立方体便携箱、桶和类似物。能量化波源104与容器集成在一起，图示于容器102的顶部侧上。能量化波106从能量化波源104传输到驻留于容器102中的第一材料108的表面。在到达材料108的表面后，能量化波106的一部分从表面反射从而形成反射能量化波110，且行进到检测器112。能量化波106与反射能量化波110之间形成的角度使所述两个相异波分离，且反射能量化波110由检测器112接收到的位置可以指示容器102内的材料108的表面液位。在一些情况下，反射能量化波110行进的距离且因此从能量化波106初始透射到材料108的表面且作为能量化波110反射回到检测器112所过去的时间与容器102内的材料108的表面的位置成正比。此值可用以确知驻留于容器102中的材料的总体最上部表面位置。

在能量化波移动到材料108中时，其不仅减慢，而且在密度较大的媒介108中波长改变且变得较短。能量化波的频率在其进入材料108时不改变，能量化波106在材料108中的速度v与频率f和波长l两者相关且是它们的乘积：

1)V＝l·f

组合以上用于速率的表达式1)与折射率的定义，可以求解在材料108中的波长l＝v/f与在进入材料108之前的波长l₀＝c/f之间的关系并且表达为‘n’：

2)

在以上等式中，消除了频率，因为频率在能量化波106移动到材料108中时不改变。值n指示材料108的识别，且在材料混合物的情况下指示混合物的质量状态。

为了说明根据本公开的实施方案中可以如何有效地使用值n，在能量化波106移动通过第一材料108且到达形成于材料108的第二表面与第二材料116的第一表面之间的界面表面时，产生第二反射能量化波114。第二反射能量化波114行进通过材料108，进入材料108的表面材料108的表面上方的区域中，且由检测器112接收。n的值与反射能量化波114的波长(λ)相关，且因此指示材料108的识别。此外，反射能量化波114行进的距离以及从能量化波106初始透射到形成于材料108的第二表面与第二材料116的第一表面之间的界面表面过去的时间和反射能量化波114行进到检测器112的时间与容器102内的材料116的上部表面的位置成正比。此距离/时间值可用以确知驻留于容器102中的材料108的液位和体积。

此外，如图1中图示，能量化波106的一部分随后移动通过第二材料116且随后到达容器102的底部，或安置于其中的反射性表面118。随后形成第三反射能量化波120，其行进通过第二材料116、通过第一材料108且随后到达且由检测器112接收。在能量化波106移动通过第二材料116时，形成另一波长(λ)，且因此形成对于第二材料116特定且指示其识别的值n。另外，当与材料108的表面的位置相比时，反射能量化波120行进的距离以及从能量化波106初始透射到容器102的底部或安置于其中的反射性表面118所过去的时间或者反射能量化波120行进到检测器112的时间与容器102内的材料的总体体积成正比。此外，此距离/时间值可用以通过减去材料108的液位或体积而确知驻留于容器102中的材料116的液位和体积。

在确定材料108和116的相对量和识别后，可以在必要时适当调节所述材料，然后排放到工艺流中。举例来说，如果材料108和116经过相分离，那么可以通过旋转混合刀片122以赋予足够能量来形成均质混合物而对所述材料赋予混合。可以通过本领域的技术人员已知的任何合适装置来使混合刀片122旋转。在整个混合中，可以通过将能量化波106从波源104传输到混合物中且在检测器112处接收已行进通过混合物的反射能量化波而现场监视所形成混合物的状况。当已经实现目标波长(λ)且因此表示混合物质量的n的值时，可以将混合物从排放导管124排放到较大的材料处理布置中，例如批次混合或连续混合过程。在井现场材料的情况下，可以将混合物引入到用于制备地下地层处理流体的后续混合器或分散器中，所述处理流体例如为钻井流体、压裂流体、砾石充填流体、基质酸化流体、清洗流体和类似流体。此外，在材料从容器102排放且进入材料处理布置中期间，可通过从波源104传输能量化波106到混合物的表面且在检测器112处接收反射能量化波来连续监视混合物的减小液位，以测量和确保混合物进入材料处理布置的排放速率。

再次参见图1，在本公开的一些实施方案中，方法中使用的组件的系统可以与控制器126集成在一起，所述控制器可以是计算机、微处理器或PLC，这实现了系统的自动化。系统的自动化可以消除操作者进行物理测量和视觉观测以确定驻留于容器102中的材料的液位、识别和质量的需要。在操作中，控制器126通过合适的导体128连接到传输器104和检测器112，所述控制器能够控制能量化波106的特性以及接收与例如110、114和120等检测到的反射能量化波对应的信号。在一些方面中，在控制器126接收到指示容器102中的材料需要例如混合等动作的信号时，控制器126通过导体130控制电机(未图示)，其使混合器122旋转以调节材料以用于在较大材料处理布置中的有效使用，且制备改善质量的材料。这可以在自动情形中实现，其中将从检测器接收到的信号与相关曲线进行比较且自动起始混合，直到所接收信号与均质化的混合物的目标波长(λ)或值n对应。净效应是最终产品中的材料混合物的改善性能，其中不存在人操作者输入。虽然示出导体用于将控制器126连接到设备的各种组件，但在本公开的实施方案中可以使用本领域的技术人员已知的任何合适的数据通信技术，包含局域无线通信、无线电通信、光学通信和类似技术。

在本公开的又一方面中，产生能量化波的传输器104以及接收反射能量化波的检测器112可以用于监视通过入口132引入到或另外填充到容器102中的一种或多种材料。可以将例如108等材料引入到容器中，且在填充期间，能量化波106和反射能量化波110可以产生指示驻留于容器102中的材料108的液位的信号。利用控制器126，材料的填充可以继续，或者当目标水平的材料已引入到容器中时停止。此外，接合从容器102排放混合物，控制器可以发信号以用于通过入口132将材料补充到容器中。

电子液位传感器可以集成到在本公开的一些方法中有用的一些设备中。电子液位传感器134可以附着到容器102的内部。可以在静态条件下测量液位，或者在正将材料添加到容器102中或从容器102排放时进行连续测量。用于材料含量的测量的一些示例性液位传感器方法包含：超声液位传感器，其基于声波传输和接收的原理以及材料的高度而操作，其中来自传输器的高频率声波由内含物的顶部表面反射到接收器；雷达液位传感器，其基于电磁波传输和接收的原理而操作，其中来自传输器的电磁波由内含物的顶部表面反射到接收器，且从往返行程时间推断内含物的高度；或者电容传感器，其测量两根金属杆之间或金属杆与地之间的电容，其中筒仓内含物具有不同于空气的介电常数，且所述两根杆之间或杆与地之间的电容根据内含物的顶部表面的液位而变化。电子液位传感器134可以经由导体136与控制器126集成在一起，作为设备的总体自动化和控制的部分。

在本公开的实施方案中，例如图1中描绘的材料108和116等所识别和分析的材料可以是能够通过能量化波进行此检测和分析的任何材料。一些非限制性实施例包含单相液体、例如乳状液等多相液体、盐溶液、酸溶液、碱溶液、液体相和颗粒的浆液、聚合物溶液、聚合物悬浮液、表面活性剂悬浮液和类似物。

图2图示了以横截面图描绘的在本公开的一些方法中有用的另一设备。设备200包含容器202，且能量化波源204与容器集成在一起，图示于容器202的底部侧上。检测器212被配置成与源204集成在一起。能量化波206从能量化波源204传输通过驻留于容器202中的第一材料208。在到达材料208的上表面后，能量化波206的一部分从表面反射从而形成反射能量化波210，接着行进到检测器212。能量化波206与反射能量化波210之间形成的角度使所述两个相异波分离，且反射能量化波210由检测器212接收到的位置可以指示材料208的表面液位。在一些情况下，反射能量化波210行进的距离且因此从能量化波206初始透射到材料208的表面且作为能量化波210反射回到检测器212所过去的时间与容器202内的材料208的表面的位置成正比。n的值与反射能量化波210的波长(λ)相关，且指示材料208的识别。

能量化波206的一部分随后移动通过第二材料216且到达第二材料216的上表面，在此产生第二反射能量化波214。第二反射能量化波214行进通过材料216，进入材料208，且由检测器212接收。n的值与反射能量化波214的波长(λ)相关，且因此指示材料216的识别。此外，反射能量化波214行进的距离以及从能量化波206初始透射通过第一材料208和第二材料216过去的时间和反射能量化波214行进到检测器212的时间与驻留于容器202中的材料的最上部表面位置的位置成正比。由此，此时间和距离可用以确知容器202中的总体材料量。

在确定容器202中的材料208和216的相对量和识别后，可以在必要时调节所述材料，然后排放到工艺流中。在这些实例中，可以使混合刀片222旋转以赋予足够能量来形成材料的均质混合物。可以通过将能量化波206从波源204传输到混合物中且在检测器212处接收已行进通过混合物的反射能量化波而现场监视正形成混合物的状况。当已经实现目标波长(λ)且因此表示混合物质量的n的值时，可以将混合物从排放导管224排放到较大的材料处理布置中。如上所述，可以将混合物引入到用于制备地下地层处理流体的后续混合器或分散器中。此外，在材料从容器202排放且进入材料处理布置中期间，可通过从波源204传输能量化波206到混合物的表面且在检测器212处接收反射能量化波来连续监视混合物的减小液位，以测量和确保混合物进入材料处理布置的排放速率。

再次参见图2，方法中使用的组件的系统也可以与控制器226集成在一起，所述控制器可以实现系统的自动化，因此消除操作者进行物理测量和视觉观测以确定驻留于容器202中的材料的液位、识别和质量的需要。在操作中，控制器226通过合适的导体228连接到传输器204和检测器212。控制器226能够控制能量化波206的特性以及接收与例如210和214等检测到的反射能量化波对应的信号。控制器226可以接收指示容器202中的材料需要例如混合等动作的信号，且控制器226通过导体230控制电机(未图示)，其使混合器222旋转以调节材料以用于有效使用。这可以在自动情形中实现，其中将从检测器接收到的信号与相关曲线进行比较且自动起始混合，直到所接收信号与均质化的混合物的目标波长(λ)或值n对应。净效应是最终产品中的材料混合物的改善性能，其中不存在人操作者参与。

在一些方面中，产生能量化波的传输器204以及接收反射能量化波的检测器212可以用于监视通过入口232引入到或另外填充到容器202中的一种或多种材料。可以将例如216或208等材料填充到容器中，且能量化波206和反射能量化波214或210可以产生指示驻留于容器202中的材料216或208的液位的信号。利用控制器226，材料的填充可以继续，或者当目标水平的材料已引入到容器中时停止。此外，接合从容器202排放混合物，控制器可以发信号以用于通过入口232将材料补充到容器中。此外，类似于图1中描述的实施方案，电子液位传感器234可以附着到容器202的内部。可以在静态条件下测量液位，或者在正将材料添加到容器202中或从容器202排放时进行连续测量。电子液位传感器234可以经由导体236与控制器226集成在一起，作为设备200的总体自动化和控制的部分。

虽然图1和2描绘作为支撑于架子上的基本上垂直容器的容器102和202，但本公开的实施方案也包含使用可安置于移动平台上的水平容器，例如图3中所示，其为此种设备的一般表示。设备300包含安置于拖车350上的水平定向的容器302。拖车350可以包含用于移动材料运输所知的典型组件，例如鹅颈管352、框架354、车轮356和类似物，用于将材料从一个位置移动到另一位置。容器302包含集成能量化波源304和检测器312。能量化波306从源304传输到第一材料308的表面，且在到达材料308的表面后，能量化波306的一部分从表面反射从而形成反射能量化波310，且行进到检测器312。反射能量化波310由检测器312接收的位置可以指示容器302内的材料308的表面液位。反射能量化波310行进的距离且因此从能量化波306初始透射到材料308的表面且作为能量化波310反射回到检测器312所过去的时间与材料308的表面的位置成正比。此值可用以确知驻留于容器302中的材料的总体最上部表面位置。

能量化波306的一部分随后移动通过第一材料308到达形成于材料308的第二表面与第二材料316的第一表面之间的界面表面。在所述界面表面处产生第二反射能量化波314，其随后行进通过材料308进入材料308的表面上方的区域，且由检测器312接收。n的值与反射能量化波314的波长(λ)相关，且因此指示材料308的识别。反射能量化波314行进的距离以及从能量化波306的初始透射到在检测器312处接收到反射能量化波314过去的时间指示驻留于容器302中的材料308的液位和体积。能量化波306的另一部分移动通过第二材料316且随后到达容器302的底部。随后形成第三反射能量化波320，其行进通过第二材料316、通过第一材料308且随后到达检测器312。在能量化波306移动通过第二材料316时，形成另一波长(λ)，且因此形成对于第二材料316特定且指示其识别的值n。

设备300的一些组件与控制器326集成在一起，从而实现用于驻留于容器302中的材料的识别和质量的系统的自动化。控制器326通过导体328与传输器304和检测器312连接。控制器326能够控制能量化波306的特性以及接收与例如306、314和320等检测到的反射能量化波对应的信号。控制器326可以接收指示容器302中的材料需要例如混合等动作的信号，且控制器326控制混合器322的旋转以调节材料。这是在自动情形中实现，其中将从检测器接收到的信号与相关曲线进行比较且自动起始混合，直到所接收信号与均质化的混合物的目标波长(λ)或值n对应。

在本公开的另一实施方案中，方法包含使用垂直安置容器的至少一个管，其中能量化波源和检测器安置于所述至少一个管或消力井内。参考图4，根据所述方法使用的设备400包含安装于拖车450上的水平容器402，但可以是任何实际的容器形状或大小。容器402包含集成能量化波源和检测器404，其中管406安置于容器402中。例如导波雷达等能量化波从源404传输纵向通过管406，且能量化波的部分反射回到集成能量化波源和检测器404。能量化波406沿着第一媒介416行进，且能量化波406的初始波长可以或可以不被第一媒介416更改。检测到的反射能量化波406的波长可以指示第一媒介416的识别。在到达第一媒介416与另一材料418的界面408后，反射信号产生且由集成能量化波源和检测器404接收，其指示容器402中的材料418的表面位置或液位。

能量化波的一部分沿着材料418进一步行进通过管406，且检测到的反射能量化波的波长可用以识别材料418。在材料418与另一材料420的界面410处，反射信号产生且由集成能量化波源和检测器404接收，其指示容器402中的材料420的表面位置。所传输能量化波412的一部分随后沿着材料420进一步行进通过管，且检测到的反射能量化波的波长可用以识别材料420。

设备400的组件可以与控制器422集成在一起，从而实现用于驻留于容器402中的材料的识别和质量的系统的自动化。控制器422与集成能量化波源和检测器404连接，且能够控制所传输能量化波的特性以及接收与检测到的反射能量化波对应的信号。控制器422可以接收指示容器402中的材料需要例如混合等动作的信号，且控制器422控制混合器424的旋转以调节材料。这是在自动情形中实现，其中将从检测器接收到的信号与相关曲线进行比较且自动起始混合，直到所接收信号与均质化的混合物的目标波长(λ)或值n对应。在确知分离程度后，可以混合所述多个层以形成均质混合物，且随后排放到流体制备设备中，例如地下处理流体制备工艺设备。

在又其它实施方案中，并非通过从安置于容器内的源发送能量化波来分析流体，而是可以通过容器壁在外部将波耦合到媒介中。在这些实施方案中，可以利用例如声纳或检波器等长范围波来发送能量化波通过多个层且反射回到检测器，以提供有用的组成和界面性质。一些其它方法实施方案采用外部安置的能量化波源和检测器来确知化学品类型、状况和液位，这些是基于电容性/电磁传感器。在这些情况下，多个电极可以缠绕在容器周围且用以检测通过容器壁且进入流体媒介的局部电容。电容改变实现了化学品及其用于识别的特性的检测。类似地，电磁通量可以从容器外部耦合以检测容器内的媒介的性质的变化。

在油田井现场环境中，根据本公开的方法可以有用于制备用于钻井、压裂、砾石充填、基质酸化、清洗和类似的流体。图5描绘此情形，其中例如上文描述的那些设备用以在自动化布置中制备具有改善的且更可靠的性质的井筒流体。大体上，井筒500通过管路504与流体加压泵送系统502流体连接。流体加压泵送系统502可以是本领域的技术人员已知的任何泵系统，用于以目标压力将特定类型的流体递送到井筒中。流体加压泵送系统502通过管路508流体连接到混合系统506。一个或多个材料容器510、512和514分别通过导管516、518和520连接到混合系统506。虽然示出三个材料容器，但任何合适数目的容器可以与混合系统506连接。材料容器510、512和514中的每一者包含如上所述在自动化方案中使用的能量化波源和检测器，以在必要时识别、定量和调节驻留于容器510、512和514中的材料。能量化波源和检测器与中央控制器522连接，所述中央控制器可以用于监视和确保材料的质量和数量，而不依赖于通过人操作者对驻留于容器中的材料的物理观测。

中央控制器522可以进一步与混合系统506和流体加压泵送系统502集成且连接在一起以监视正在制备的流体的特性和性质，以及在将处理流体引入到井筒500中时监视和控制流体压力。在一些实例中，如果正在制备的流体的特性不在目标规范内，那么中央控制器522可以检测哪一个容器中的哪种材料可能是不符合要求的问题的来源。可以暂停流体制备，调节材料用于使用，且继续进行流体制备和后续的泵送。替代地，在用于制备和泵送流体之前可以预先调节所有材料。在每一情况下，改善的流体性质是过程的净结果。

已经出于图示和描述的目的而提供前文对实施方案的描述。提供实例性实施方案以使得本公开将为充分详尽的，并且将本公开的范围传达给本领域的技术人员。阐述例如特定组件、装置和方法的实施例等许多具体细节，以提供对本公开的实施方案的详尽理解，但不希望为详尽的或限制本公开。将了解以下内容在本公开的范围内：特定实施方案的个别元件或特征一般不限于所述特定实施方案，而是在适用的情况下可以互换并可以在选定实施方案中使用，即使并未具体展示或描述也是如此。也可以用许多方式改变特定实施方案的个别元件或特征。这些变化不应当视为与本公开的偏离，并且所有这些修改都既定包含在本公开的范围内。

而且，在一些实例性实施方案中，未详细描述众所周知的过程、众所周知的装置结构以及众所周知的技术。此外，本领域的技术人员将容易了解，在用以实现本公开中所描述情形的设备的设计、制造和操作中，例如可能存在设备设计、构造、条件、组件腐蚀、组件之间的间隙的变化。

虽然本文可能使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种元件、组件、区、层和/或区段，但这些元件、组件、区、层和/或区段不应受这些术语限制。这些术语可仅用于区分一个元件、组件、区、层或区段与另一区、层或区段。例如“第一”、“第二”和其它数字术语等术语当在本文使用时并不暗示顺序或次序，除非上下文清楚地指示。因此，在不脱离实例性实施方案的教示的情况下，以下论述的第一元件、组件、区、层或区段可以称为第二元件、组件、区、层或区段。

例如“内部”、“外部”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”和类似术语等空间上相对的术语可以在本文用来便于描述如图中图示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。除了附图中描绘的定向之外，空间上相对的术语可能还有意涵盖在使用或操作中的装置的不同定向。举例来说，如果图中的装置被翻转，那么被描述为在其它元件或特征的“下方”或“下面”的元件则将会定向于其它元件或特征的“上方”。因此，实施例术语“下方”可以涵盖上方和下方两种定向。装置可以另外方式定向(旋转90度或处于其它定向)且相应地解释本文使用的空间上相对的描述符。

虽然上文已经详细描述了本公开的少数实施方案，但本领域的技术人员将容易了解，在不实质上脱离本公开的教示的情况下许多修改是可能的。因此，希望此类修改包含于如权利要求书中界定的本公开的范围内。

Claims (26)

1.一种流体状况监视方法，其包括：

a)提供与容器集成在一起的能量化波源；

b)将来自所述能量化波源的能量化波传输通过驻留于所述容器中的第一材料；

c)由检测器接收来自形成于所述第一材料的表面与第二材料的第一表面之间的界面表面的第一反射能量化波；

d)由所述检测器接收来自所述第二材料的第二表面的第二反射能量化波；

e)分析所述第一反射能量化波和所述第二反射波以识别所述第一材料和所述第二材料；

f)确定所述第一材料和所述第二材料的分离程度；

g)在自动化环境中混合所述第一材料和所述第二材料以形成混合物；

h)通过将能量化波从波源传输到混合物中且在检测器处接收已行进通过混合物的反射能量化波而监视所形成混合物的状况；以及

i)当基于监视步骤的结果检测到混合物是均质混合物时，将所述均质混合物排放到地下处理流体制备工艺设备中。

2.如权利要求1所述的方法，其进一步包括在所述混合所述第一材料和所述第二材料期间确定所述第一材料和所述第二材料的所述分离程度。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一材料和所述第二材料是可混溶的。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述第一材料和所述第二材料是不可混溶的。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述均质混合物是乳状液。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述能量化波是超声波、声纳波、电磁波、无线电波或光波。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述容器进一步包括安置于其中的液位传感器。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述液位传感器是声学传感器、雷达传感器或基于光学的传感器。

9.一种流体状况监视方法，其包括：

a)提供与容器集成在一起的能量化波源；

b)将来自所述能量化波源的能量化波传输到驻留于所述容器中的第一材料的第一表面；

c)由检测器接收来自所述第一材料的所述第一表面的第一反射能量化波；

d)由所述检测器接收来自形成于所述第一材料的表面与第二材料的第一表面之间的界面表面的第二反射能量化波；

e)由所述检测器接收来自所述第二材料的第二表面的第三反射能量化波；

f)分析所述第一反射能量化波和所述第二反射能量化波以识别所述第一材料和所述第二材料，且确定所述第一材料和所述第二材料的分离程度；

g)分析所述第一反射能量化波、所述第二反射能量化波和所述第三反射能量化波以确知驻留于所述容器中的所述第一材料和所述第二材料的体积；

h)在自动化环境中混合所述第一材料和所述第二材料以形成混合物；

i)通过将能量化波从波源传输到混合物中且在检测器处接收已行进通过混合物的反射能量化波而监视所形成混合物的状况；以及

j)当基于监视步骤的结果检测到混合物是均质混合物时，将所述均质混合物排放到地下处理流体制备工艺设备中。

10.如权利要求9所述的方法，其进一步包括在所述混合所述第一材料和所述第二材料期间确定所述第一材料和所述第二材料的所述分离程度。

11.如权利要求9所述的方法，其中所述第一材料和所述第二材料是可混溶的。

12.如权利要求9所述的方法，其中所述第一材料和所述第二材料是不可混溶的。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述均质混合物是乳状液。

14.如权利要求9所述的方法，其中所述能量化波是超声波、声纳波、电磁波、无线电波或光波。

15.如权利要求9所述的方法，其中所述容器进一步包括安置于其中的液位传感器。

16.如权利要求15所述的方法，其中所述液位传感器是声学传感器、雷达传感器或基于光学的传感器。

17.一种流体状况监视方法，其包括：

a)提供容器，所述容器具有垂直安置于其中的至少一个管，其中能量化波源和检测器与所述至少一个管连接；

b)将来自所述能量化波源的能量化波沿着所述至少一个管的长度纵向传输通过驻留于所述容器中的多个材料层中的每一层；

c)接收来自沿着所述多个材料层中的每一层纵向传输通过所述至少一个管的所述长度的所述能量化波的多个反射能量化波；

d)分析所述反射能量化波中的每一者以识别形成所述多个材料层中的所述每一层的每一者的材料；

e)在自动化环境中混合所述多个材料层以形成混合物；

f)通过将能量化波从波源传输到混合物中且在检测器处接收已行进通过混合物的反射能量化波而监视所形成混合物的状况；以及

g)当基于监视步骤的结果检测到混合物是均质混合物时，将所述均质混合物排放到地下处理流体制备工艺设备中。

18.如权利要求17所述的方法，其进一步包括确定形成所述多个材料层的所述材料内的分离程度。

19.如权利要求18所述的方法，其进一步包括确知驻留于所述容器中的单独材料的体积。

20.如权利要求17所述的方法，其进一步包括在所述混合期间确定所述多个材料层的分离程度。

21.如权利要求17所述的方法，其中所述多个材料层是可混溶的。

22.如权利要求17所述的方法，其中所述多个材料层是不可混溶的。

23.如权利要求22所述的方法，其中所述均质混合物是乳状液。

24.如权利要求17所述的方法，其中所述能量化波是超声波、声纳波、电磁波、无线电波或光波。

25.如权利要求17所述的方法，其中所述容器进一步包括安置于其中的液位传感器。

26.如权利要求25所述的方法，其中所述液位传感器是声学传感器、雷达传感器或基于光学的传感器。