CN110494626A

CN110494626A - 利用浓缩浆料增压注入浆料的方法和系统

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Publication number: CN110494626A
Application number: CN201880016770.1A
Authority: CN
Inventors: 小伊莱·奥克莱杰斯; 罗伯特·A·奥克莱杰斯; 瑞安·奇兹米勒
Original assignee: Victor Technology Co Ltd
Current assignee: Victor Technology Co Ltd
Priority date: 2017-02-10
Filing date: 2018-02-08
Publication date: 2019-11-22
Anticipated expiration: 2038-02-08
Also published as: CA3059499A1; US10155205B2; CA3053170C; CA3059499C; WO2018148433A3; CN110494626B; US20180231993A1; US10156856B2; CA3053170A1; WO2018148433A2; US20180229190A1; US10156857B2; US20180231992A1

Abstract

浆料注入系统，具有多个清洁流体泵(830)，该些泵自低压清洁流体歧管(816、820)接收清洁流体并将清洁流体增压成高压清洁流体，并将高压清洁流体输送至高压清洁流体歧管(822)。搅拌器单元(872)内具有低压浆料。混合器(852)通过第一阀(850)接收清洁流体。浆料增压器(860)通过第二阀(862)与高压清洁流体歧管(822)流体连通。浆料增压器(860)通过使用输送至混合器(852)的高压歧管清洁流体对来自搅拌器单元(872)的低压浆料加压形成高压浆料并将低压流体输送至低压清洁流体歧管(816)。混合器(852)将高压浆料与来自第一阀(850)的清洁流体混合，形成输送至浆料注入位置的混合物。

Description

利用浓缩浆料增压注入浆料的方法和系统

相关申请的交叉引用

本申请是于2017年2月10日提交的第62/457,447号临时专利申请的非临时专利申请，其公开内容通过引用合并于本文中。本申请还要求于2018年2月5日提交的第15/888,133号美国专利申请、2018年2月5号提交的第15/888,140号美国专利申请、及2018年2月5号提交的第15/888,154号美国专利申请的优先权。

技术领域

本发明总体上涉及一种浆料注入系统，更具体而言，涉及一种利用至少一对罐实现连续注入过程的方法和系统。

背景技术

本节内容只用于提供与本发明有关的背景信息，并不构成现有技术。

在许多领域都会用到工艺流体的泵送工艺。工艺流体可通过各种类型的泵进行泵送，例如，离心泵、容积式泵或利用加压驱动流体作用于工艺流体上。浆料是一种在工艺中使用的工艺流体。浆料通常具有研磨性。浆料泵用于许多工业中，用于向一工艺提供浆料。水力压裂(压裂)的砂注入、高压煤浆管道、采矿、矿物加工、骨料加工及发电都会用到浆料泵。所有这些行业都极具成本竞争力。浆料泵须可靠耐用，以减少各种工艺的停车时间。

天然气和石油地层的水力压裂通常需要高达15,000psi(103421kPa)的高压，流量高达500加仑/分钟(1892升/分钟)。使用多个泵的总流量可超过5,000加仑/分钟(18927升/分钟)。

由于浆料的研磨特性，浆料泵会受到严重磨损。通常，浆料泵会表现出差的可靠性，因此必须经常修理或更换。这样就增加了整体工艺成本。降低整体工艺成本并提高浆料泵的可靠性是人们所期望的。

浆料注入系统的其它部件因研磨性浆料从中穿过也具有劣势。止回阀和它们自身的管接头因由高速流体引起的压力快速变化、侵蚀或“拉丝”易发生故障。此外，还使用压力容器，如果罐上使用大量穿孔，那些位置也易发生开裂。

发明内容

本发明涉及一种在对系统部件具有最小磨损的情况下允许研磨性浆料注入非常高压的工艺流中的方法和系统。该系统因减少了磨损从而可提供高可靠性。

在本发明的一个方面，浆料注入系统包括低压清洁流体歧管、高压清洁流体歧管和自所述低压歧管接收清洁流体的多个清洁流体泵。所述多个清洁流体泵将所述清洁流体加压成高压清洁流体，并将所述高压清洁流体输送至所述高压清洁流体歧管。所述系统还包括其内具有低压浆料的搅拌器单元和通过第一阀与所述高压清洁流体歧管流体连通的混合器。浆料增压器与所述混合器、所述搅拌器单元、所述低压清洁流体歧管、及通过第二阀与所述高压清洁流体歧管流体连通。所述浆料增压器通过利用来自所述高压清洁流体歧管的高压清洁流体对来自所述搅拌器单元的所述低压浆料加压来形成高压浆料。所述浆料增压器将高压浆料输送至所述混合器并将低压流体输送至所述低压清洁流体歧管。所述混合器混合所述高压浆料与来自所述第一阀的清洁流体，以形成输送至注入位置的混合物。

在本发明的另一方面，浆料注入系统的操作方法，该系统包括低压清洁流体歧管、高压清洁流体歧管、多个清洁流体泵、搅拌器单元、混合器及浆料增压器，所述方法包括：在所述多个清洁流体泵处自所述低压清洁流体歧管接收清洁流体、在所述多个清洁流体泵将所述清洁流体加压成高压清洁流体、自所述多个清洁流体泵将所述高压清洁流体输送至所述高压清洁流体歧管、将高压清洁流体自所述高压清洁流体歧管通过第一阀输送至所述混合器、将所述高压清洁流体自所述高压清洁流体歧管通过第二阀输送至所述浆料增压器、通过所述浆料增压器利用来自所述高压清洁流体歧管的高压清洁流体对来自所述搅拌器单元的低压浆料加压形成高压浆料、将来自所述浆料增压器的低压流体输送至所述低压清洁流体歧管、在混合器将所述高压浆料与来自所述第二阀的高压清洁流体混合形成浆料混合物、以及将所述混合物输送至注入位置。

在本发明的另一方面，用于将浆料自浆料源注入浆料注入位置的系统包括第一细长型罐、第一管道及多个浆料阀。所述第一细长型罐包括具有第一容积的第一端和具有第二容积的第二端，所述第一容积与所述第二容积分开。所述第一管道具有位于所述第一细长型罐外部用于接收清洁流体的第一端及与所述第一容积相连的第二端。所述多个浆料阀与所述第一细长型罐流体上连接。所述多个阀具有将高压浆料自所述第二容积输送至所述浆料注入位置的第一状态和将低压浆料输送至所述第二容积的第二状态。多个清洁流体阀与所述第一细长型罐流体上连接，并于所述第一状态将高压清洁流体输送至所述第一容积，于所述第二状态自所述第一容积输送低压清洁流体。

在本发明的再一方面，使用浆料注入系统在注入位置注入浆料的方法，该浆料注入系统具有第一细长型罐，该第一细长型罐具有第一容积和第二容积，所述方法包括使用多个与所述第一细长型罐流体上相连的浆料阀。所述方法还包括于第一状态，将高压浆料自所述第二容积输送至所述浆料注入位置；于第二状态，将低压浆料输送至第二容积。所述方法还包括使用多个与所述第一细长型罐流体上相连的清洁流体阀；于第一状态，将高压清洁流体输送至所述第一容积；于第二状态，自所述第一容积输送低压清洁流体。

在本发明的还一方面，用于将浆料自浆料源注入浆料注入位置的系统包括第一细长型罐，所述第一细长型罐包括具有第一容积的第一端和具有第二容积的第二端，所述第一容积与所述第二容积分开。所述系统还包括第一管道，所述第一管道具有位于所述第一细长型罐外部用于接收清洁流体的第一端和与所述第一容积相连的第二端。所述系统还包括第二细长型罐，所述第二细长型罐包括具有第三容积的第一端和具有第四容积的第二端，所述第三容积与所述第四容积分开。所述第二细长型罐具有第二管道，所述第二管道具有位于所述第二细长型罐外部用于接收清洁流体的第一端和位于所述第三容积内的第二端。多个浆料阀与所述第一细长型罐和所述第二细长型罐流体上连接。所述多个浆料阀具有将高压浆料自所述第二容积输送至所述浆料注入位置并将低压浆料输送至所述第四容积的第一状态和将低压浆料输送至所述第二容积并将高压浆料自所述第四容积输送至所述浆料注入位置的第二状态。多个清洁流体阀与所述第一细长型罐和所述第二细长型罐流体上相连，并于第一状态将高压清洁流体输送至所述第一容积且自所述第三容积输送低压清洁流体，于第二状态将低压清洁流体输送至所述第一容积并将高压清洁流体输送至所述第三容积。

在本发明的又一方面，使用浆料注入系统在浆料注入位置注入浆料的方法，该浆料注入系统具有第一细长型罐和第二细长型罐，该第一细长型罐具有第一容积和第二容积，该第二细长型罐具有第三容积和第四容积，所述方法包括使用多个与所述第一细长型罐和所述第二细长型罐流体上相连的浆料阀。于第一状态，将高压浆料自所述第二容积输送至所述浆料注入位置，并将低压浆料输送至第四容积。于第二状态，将低压浆料输送至所述第二容积，并将高压浆料自所述第四容积输送至所述浆料注入位置。使用多个与所述第一细长型罐和所述第二细长型罐流体上相连的清洁流体阀，于第一状态，将高压清洁流体输送至所述第一容积并自所述第三容积输送低压清洁流体；于第二状态，将低压清洁流体输送至所述第一容积，并将高压清洁流体输送至所述第三容积。

其它应用领域根据本文描述将变得明显。应理解的是，本发明内容部分和特定示例仅用于说明性目的，并不旨在限制本发明的范围。

附图简要说明

附图仅用于说明性目的，并不旨在以任意方式限制本发明的范围。

图1A为根据本发明第一示例的浆料注入系统的示意图。

图1B为根据本发明第二示例的浆料注入系统的示意图。

图1C为用于浆料注入系统中的沿水平方向布置的罐的侧视图。

图1D为沿水平方向布置的罐的另一构造的侧视图。

图1E为图1D中罐的剖视图。

图1F为图1D中罐的另一剖视图。

图1G为根据本发明第三示例的浆料注入系统的示意图。

图1H为根据图1G示例形成的活塞的剖视图。

图1I为第一示例中的具有高压清洁流体降压的单罐系统的示意图。

图1J为第二示例中的具有高压清洁流体降压的单罐系统的示意图。

图2A为处于第一位置的示例性三通阀的剖视图。

图2B为处于第二位置的示例性三通阀的剖视图。

图3A为第二示例中的处于第一位置的示例性三通阀。

图3B为第二示例中的处于第二位置的示例性三通阀。

图3C为第一示例中的双路开关的剖视图。

图3D为第二示例中的具有两个壳体和共同的执行机构、处于第一位置的两个双路开关的剖视图。

图3E为图3D中第二示例的两个双路开关处于第二位置的剖视图。

图3F为第三示例中的双路开关的剖视图。

图3G为第四示例中的具有两个壳体和共同的执行机构、处于第一位置的两个双路开关的剖视图。

图3H为第五示例中图3G的双路开关处于第二位置的剖视图。

图4A为第一示例中图1A的示例系统操作期间使用的各种阀设置的图表。

图4B为第二示例中图1B的示例系统操作期间使用的各种阀设置的图表。

图4C为第三示例中对应于图1E的各种阀设置的图表。

图5为第一示例中用于操作所述系统的方法流程图。

图6为用于在第一罐和第二罐注入浆料之间切换状态的方法的流程图。

图7A为具有驻留时间的用于多单元浆料注入系统的注入系统的时序图。

图7B为不具有驻留时间的用于多单元浆料注入系统的注入系统的时序图。

图8A为设置在多个拖车上的浆料注入系统的示意图。

图8B为图8A中静态混合器的放大剖视图。

图9为用于操作图8中系统的方法流程图。

具体实施方式

以下描述仅是示例性的，并不用于限制本发明、应用或用途。为清楚起见，在附图中使用相同的附图标记表示类似的元件。在本文中，“A、B和C中的至少一个”应理解为使用非排他性逻辑“或”表示逻辑(A或B或C)。应理解的是，在不改变本发明原理的前提下，方法中的各个步骤可以按不同的次序实施。“低”和“高”是相对于适用于压裂的压力而言。“低”压适于流体进出管道。“高”压为适于压裂的量级，通常为数千磅/平方英寸。

图中示出了浆料注入系统10，用于将浆料注入高压注入位置12。注入系统10可单独使用、或用于多单元注入系统中，例如，图中所示的与注入位置12流体连通的注入系统单元10A。注入系统10、10A可使用共同的控制器20进行操作，例如，可编程逻辑控制器(PLC)。控制器20可基于来自诸如流量传感器22、24等传感器的反馈用于控制注入系统10和注入系统10A中的多个阀。流量传感器22、24产生第一流量信号和第二流量信号。

注入系统10用于使用浆料循环泵32注入来自浆料源的浆料，如浆料罐30。来自循环泵32的低压浆料通过低压浆料入口管道34被输送至第一罐40A和第二罐40B。如下所述，所述低压浆料一次只输送给一个罐。

第一罐40A和第二罐40B可呈圆柱形或细长型形状，并且可以竖直方式或水平方向上方任意角度的方式设置；还如下所述，所述罐还可以定位在水平位置。罐40A、40B分别具有各自的垂直纵轴42A、42B。罐40A、40B均具有各自的端盖44A、44B。罐40A、40B具有各自的第一端46A、46B和第二端48A、48B。第一罐40A的第一端46A具有清洁流体的第一容积50，第一罐40A的第二端48A具有浆料的第二容积52。第二罐40B在第二端46B具有清洁流体的第三容积54，在第二端48B具有浆料的第四容积56。各容积50、52、54及56在过程中会发生变化。

罐40A、40B均包括纵向延伸管道60A、60B。管道60A、60B可与42A、42B处的纵轴同轴。每个管道60A、60B可自各自端盖44A、44B的外部延伸通过开口62A、62B。管道60A、60B通过罐40A、40B的第二端48A、46B延伸至第一端46A、46B。

流量分配板64A、64B可设置在管道60A、60B朝着罐40A、40B的第一端46A、46B的端部上。流量分配板64A、64B沿着罐的整个直径对进入的清洁流体进行分配，以使清洁流体与浆料的混合最小化。

每个罐40A、40B都由分隔区域68A、68B进行分隔。虽然该区域可为限定区域，但是在水力压裂配置中，清洁流体因其密度较低可自然与浆料分开。为此，当混合发生时，浆料的浓度可得到平衡。在此示例中，清洁流体位于罐40A、40B的第一端46A、46B。浆料位于第二端48A、48B。所述清洁流体可以是水、混有乙二醇等化学物质或浆料添加剂的水、或其它类型的液压流体。因此，“清洁”是指不含有浆料颗粒的流体。

浆料可含有各种类型或尺寸的砂粒，如小的石英颗粒。浆料还可包括其它类型的化学物质，以改善其中水力压裂颗粒的润滑和移动。

端盖44A、44B固定至罐40A、40B上，并且可分别包括圆锥部分70A、70B。圆锥部分70A、70B朝着第二容积42、56的一端可具有较大直径，并逐渐变细至端盖44A、44B的底部或外端处(沿纵向远离第二容积42、56)的较小直径。端盖44A、44B还可包括圆柱部分72A、72B，其与多个浆料阀相连。该些多个浆料阀可包括出口阀80A、80B和入口阀82A、82B。阀80A、80B分别用于输送来自罐40A、40B的高压浆料。运行时，阀80A、80B可择一输送来自各自罐40A、40B的第二端48A、48B的浆料。

入口阀82A、82B将来自浆料入口管道34的流体输送至各自的罐40A、40B。入口阀82A、82B可择一运行使得每个阀82A、82B不会同时运行。

阀80A-82B可为止回阀，如下述方式运行。也就是说，总得上讲，一个罐接收高压清洁流体以自该罐移动高压浆料，同时另一个罐则接收低压浆料并使低压清洁流体从中排出。

注入位置12具有注入歧管94，其与自止回阀80A延伸的管道96和自止回阀80B延伸的管道98连通。

使用多个清洁流体阀将清洁流体输送至每个罐40A、40B或自其输送出来，并且，所述多个清洁流体阀与高压清洁流体泵90和清洁流体罐92流体连通。

清洁流体罐92通过管道100和流量传感器24向高压泵90供应清洁流体。管道102向三通阀110供应增压的清洁流体。三通阀110具有入口110A、第一出口110B和出口110C。管道112流体上将来自出口110C的流体输送至注入歧管94(或通往注入歧管94的管道96)。管道114将来自出口110B的高压清洁流体输送至第二三通阀120。阀110和120可被称为“高压阀”。旁通阀124也可通过管道126将来自高压泵90的流体输送至管道114。阀124可以是两通阀，用于在改变状态期间可控地对开口110B和管道114加压。下文中将对阀124的操作进行详细描述。三通阀110在控制器20的控制下将来自入口110A的流体输送至出口110B或出口110C。

三通阀120选择性地将来自入口120A的高压清洁流体输送至第一出口120B或第二出口120C。出口120B通过管道128与管道60A流体连通。出口120C通过管道130与管道60B流体连通。阀120受控制器20控制。

三通阀140用于在控制器20的控制下选择性地输送来自罐40A和40B的低压清洁流体。特别地，阀140具有入口140A，其通过管道142与管道60A流体连通。阀140还具有通过管道144与管道60B流体连通的入口140B。阀140的出口140C与清洁流体罐92流体连通。来自出口140C的流体与流量传感器22和两通流量控制阀146流体连通。阀140和146都由控制器20控制。输送至罐92的流体量可通过选择性地控制流过阀146的流体量进行控制。通过阀140和146输送的流体处于低压下(如下文中详述)。由于高压浆料的操作，阀140的关闭入口140A或140B处于高压下。管道148将来自阀146的流体输送至罐92。

三通阀150也与罐40A和40B连通。特别地，阀150包括通过管道152与管道60A流体连通的入口150A。入口150B通过管道154与管道60B流体连通。阀150的出口150C通过管道156与管道148流体连通。阀150(如下文中详述)用于均衡或降低罐40A、40B内的压力。阀150用于输送来自第一容积50和第三容积54的清洁流体。阀150选择性地将来自入口150A或150B的高压清洁流体输送至出口150C，出口150C最终通过管道156将清洁流体输送至罐92。管道156可直接输入罐92中或与管道14B流体连接。阀150用于在阀110、120的状态改变之前降低高压罐内的压力。最终，使用阀150有助于减小总压力，从而降低切换阀110和120所需的力，并减少阀的潜在磨损和腐蚀。

管道60A和60B还可与各自的阀160A、160B流体连通。阀160A和160B位于各自管道60A、60B的最低位置处，用于排出各自罐40A、40B中容积内的空气。

止回阀170也可以在注入歧管94和泵90之间连通。于图中所示，止回阀170流体上连接于管道102和注入歧管94之间。止回阀170用于在失常工况期间(例如，当与高压阀或管道相关联的流体路径发生堵塞或者诸如阀等设备发生故障时)将来自高压泵90的流体导向至注入歧管。止回阀170还可包括弹簧172。弹簧172使止回阀170保持关闭直至上游压力(管道102处)超出下游压力(管道96中)一定的量。

阀110和120可被称为“高压清洁流体阀”。阀124也可被包括为高压清洁流体阀。阀140和146可被称为“低压清洁流体阀”。阀150结合了入口150A、150B处的高压和出口150C处的低压。阀124用于利用高压清洁流体以一定速率对管道114加压(如下文所述)。阀110、120、124、140和146可以统称为“清洁流体阀”。所述多个清洁流体阀将高压和低压流体输送至罐40A和40B以及将其从罐40A和40B输送出来。

阀110、120和140能够处理数百加仑/分钟流量下的极高压力(例如，15,000psi(103421kPa))，以提供抵靠阀座的50,000磅(344737kPa)以上的密封力。存在极大的差异。然而，阀150可用于降低切换期间的整体压力。阀110的目的在于通过使高压清洁流体通过管道112转移至浆料管线96来隔离系统。在系统隔离之后，阀150可放出残余高压，从而使系统中各部件处于相对较低的压力。下文将对各阀的操作进行详细描述。虽然将各阀描述为“三通阀”和“两通阀”及“止回阀”，但是，可使用其它类型的阀在其中替代。三通阀可以多个两通阀实现。当然，其它类型的阀可由所述阀替代。止回阀可例如是由控制器20控制的两通阀。

阀110、120、124、140、146和150可由控制器20通过使用来自于其的电信号进行控制。其它阀，例如，160A和160B，虽然图中并未示出其与控制器20连通，但它们也可以由此进行电控制。除了电气性操作之外，阀110、120、124、140、146、150、160A和160B还可以进行液压或气动操作。

现在请参考图1B，示出了注入系统10’，其附图标记与图1A中相同。图1B中所示系统10’的操作与图1A中的系统相同，并且也可以是多单元系统的一部分。系统10和10’的不同之处在于三通阀150被一对用于降压的两通阀210A和210B代替。两通阀210A、210B用于将高压清洁流体输送至清洁流体罐92。管道152自管道60A接收清洁流体，清洁流体又通过管道156被输送至清洁流体罐92。阀210B通过管道154自管道60B接收清洁流体。阀210B通过管道156将清洁流体输送至清洁流体罐。为了简化整体维护等，两通阀210A和210B可与阀124的相同。这样，由于部件的共性，使维护变得更容易。阀210A和210B都在高压差下运行，因此比系统中其它在入口和出口之间以低压差运行的阀可能需要更多的维修。

阀210A和210B与控制器20电连通。也就是说，控制器20可控制阀210A、210B的开启和关闭。如下文所述，这两个阀门可操作成210A或210B打开，但不是二者都打开。

现在参考图1C，罐40A竖直布置。图1C中使用与图1A和图1B相同的附图标记。由于罐40A中浆料的密度较大，因此，浓稠的浆料会朝着罐40A的底部沉降。这样就导致其中的清洁流体在罐的顶部附近相对于罐的底部在水平方向上推动更大量的流体。如图所示，界面68A’通常所呈角度是顶部部分更靠近端盖44A。

现在参考图1D，其示出了一替代实施例中的水平罐40A。在此示例中，多个分隔件180用于限定多个水平通道182。分隔件180有助于减小界面68A”偏离垂直方向的量。在该示例中，分隔件180由沿纵向延伸的多个类型形成。在该示例中，该些管道呈圆柱形，并在它们之间具有间隙184。间隙184也在罐40A内限定水平通道。

在图1D中，端盖44A’改成具有放大的圆锥部分70A’。圆锥部分70A’沿垂直方向延伸以与水平通道182流体连通。也就是说，增大了邻近通道182的圆锥部分70A’的直径。因此，圆锥部分70A’使浆料重定向至止回阀82A和82B以及使其自止回阀82A和82B重定向。

现在参考图1E，其示出了一示例中的罐40A的剖视图。如图所示，间隙184位于分隔件180之间，使得形成水平通道182。该些分隔件呈圆柱形，并且可由管道形成。管道60A向分配板64A提供清洁流体，并通过管道182和分隔件180形成的间隙184对清洁流体进行分配。

现在参考图1F，其示出了具有沿径向延伸的壁190的多个分隔件，该些壁190自管道60A延伸至罐40A的内壁。该些壁190将罐分割成多个扇形(pie-shaped)区192。扇形区192可进一步由同心壁194分割。同心壁194与罐40A和管道60A共用一个中心点。壁190、194用作分隔件来以如图1D所示的成角度方式减小浆料的位移量。

现在参考图1G和1H，浆料注入系统10”的每个罐40A和40B在第一容积50和第二容积52之间及第三容积54和第四容积56之间的清洁流体之间具有物理分隔件，而不是上述的分隔区域68A、68B。罐40A可水平(图1A和1B)、垂直(图1C-1F)或在其之间成角度布置。物理分隔件可以是活塞220A，其具有用于接收管道60A的第一开口222。以相同方式构造的活塞220B可用于罐40B中围绕管道60B。活塞220A松配合在管道周围，使得活塞220A可在清洁流体压力变化时沿着管道60A自由行进。通过设置活塞220A，可以更加完全地分离清洁流体和浆料，使清洁流体混合浆料的可能性变小。在非常高的填充和排放速率下，可能会发生一些湍流，在图1A和1B的构造中浆料可能会与清洁流体混合。此外，罐40A、40B可沿水平位置定向。设置活塞220A、220B还使得可以在水平方向上使用罐以防止罐内不同流体的混合。在罐40A中，活塞220A示出在第一位置上，并用虚线示出在第二位置。因此，活塞220A可沿着平行于罐的纵轴的纵向移动。

当活塞220A到达端盖44A时，位于开口232内的封盖230可通过在铰链234旋转打开。封盖230可以是由弹簧加载的封盖；当活塞220A两侧之间形成足够量的压差时，封盖230可使一些清洁流体通过开口232。铰链234可替代地由弹簧加载，以提供来自封盖230开口的抵抗力直至活塞220到达罐40A的端盖44A。虚线封盖示出了封盖230的打开位置。允许少量清洁流体从容积50通过圆锥部分70A流入圆柱部分72A和端盖44A的开口62A，使得清洁流体刚好流过止回阀80A进入管道96，可能是所期望的。圆锥形状使浆料流出罐40A、40B的流动湍流最小化。这使得止回阀80A可以在清洁流体中关闭，并因此在更洁净的环境中关闭。罐40B也可以以类似的方式运行，即，清洁流体可通过活塞220B输送，使得止回阀80B可在更清洁的环境中关闭。通过克服弹簧力打开封盖230所需的力相对较小。也就是说，仅几磅/平方英寸的力即可足以打开封盖使流体冲洗止回阀80A或80B。

现在参考图1E，使用相同的附图标记来表示与图1A-1D相同的部件。在此示例中，浆料注入系统10”’只设置有一个具有所附部件的罐40A。在该示例中，罐40A可以与图1A或1G所示的相同的方式构造，即，分隔区域68A或活塞220A(图1G和1H)可设置在第一容积50和第二容积52之间。

图1A-1H与图1I的一个区别在于缺少浆料罐30和泵32。在该示例中，止回阀82A与低压浆料歧管240流体连通。低压浆料歧管240可以是多罐式系统中多个罐之间共用的共同浆料源。当然，浆料罐30和泵32可与低压浆料歧管240连通。图1E和图1A-1H的另一个区别在于缺少高压泵90和低压流体罐92。低压清洁流体歧管242用于从端口140A’接收低压流体。高压清洁流体歧管244与阀110连通。虽然该示例中未示出泵90，但是，可以在系统中某处使用高压清洁流体泵，用于产生高压清洁流体歧管244内的高压。

在此示例中，流量传感器24’改成位于阀110的下游，而不是上述的清洁流体罐和泵之间。该流量传感器用附图标记24’表示，来表明其位置的变化。然而，流量传感器24’产生与流入管道60A及由此流入罐40A的流量相对应的流量信号。

上文所述的阀120和140由三通阀改成了两通阀，并表示为阀120’和阀140’。端口120B’与管道60A流体连通。同样地，端口140B’也与管道60A流体连通。端口120A’与流量传感器24’、管道114、阀124以及阀110的端口110B流体连通。

浆料注入系统^IV可被称为“异步系统”。在之前的图示中，给定罐的填充速率不比第二罐的排出速率快。然而，通过增大浆料的填充速率，可以显著缩短浆料填充持续时间，并且增加每个罐的更高容量的高压浆料。

在操作中，三通阀110输送流体由端口110A通过110B。高压流体进入管道114及流量传感器24’。阀120’将流体自端口120A’输送至端口120B’并输送至管道60A内。假设罐40A内预先装有低压浆料。高压清洁流体迫使高压浆料移动通过止回阀80A，并通过注入歧管94到达注入位置12。如同上述类似的方式，当流量传感器24’指示清洁流体的容积已冲洗掉罐40A中的浆料并且已通过止回阀80A(如果需要)，则命令三通阀110使流体由端口110A转向至出口端110C。阀210A打开，通过将流体输送至低压清洁流体歧管242降低管道60A和罐40A的压力。阀120’关闭，阀140’在低压下打开。之后，阀210关闭。来自低压浆料歧管240的低压浆料打开止回阀82A，以允许低压浆料进入罐40A内并通过管道60A排出清洁流体。清洁流体通过打开的阀140’离开罐40A和管道60A。各阀的开启和关闭受控制器20的控制。流量传感器22用于间接确定已进入罐40A的浆料的量。当通过监测流出罐的清洁流体的流量确定浆料的量时，阀140’关闭，阀120’打开。阀124打开，引导来自高压清洁流体歧管244的高压清洁流体通过管道126被输送至管道114。当管道114中建立起一些压力之后，阀110将高压清洁流体由端口110A输送至端口110B，且阀124关闭。然后，高压清洁流体通过阀120’流入管道60A，且止回阀82A关闭，止回阀80A打开。

阀170相对于弹簧172以与上述方式类似的方式配置。也就是说，阀170也可以以与上述方式类似的方式包括弹簧172。当高压清洁流体歧管244与管道96或注入位置12之间具有足够的力时，阀170打开。同样，当阀或系统的其它部件损坏或流动工况失常时，阀170打开。当上游压力高于下游压力约100磅/平方英寸时，阀170应该打开。这样确保了该阀在正常操作期间不会打开。

现在参考图1F，该图使用与图1E相同的附图标记。在该示例中，浆料注入系统10^IV具有阀120’和140’,其足够坚固以在高压下切换。因此，本示例不存在前述示例所述的使用阀110和124进行压力释放。在此示例中，流量传感器24’测定通过阀120’输送至管道60A的高压清洁流体的量。阀140’关闭。清洁流体移动浆料通过止回阀80A。当浆料通过止回阀80A的量达到由流量传感器24’确定的清洁流体量并由此达到流体体积时，对阀门进行反向操作，即，阀120关闭，同时阀140打开。这样允许罐40A降压，然后将低压浆料输送至罐中以重新开始所述过程。当离开罐的清洁流体的量与输入止回阀80A的浆料的所需量对应时，阀120’和阀140’进行反向操作。

现在参考图2A和图2B，其示出了适于用作图1A-1C中的阀110或120的阀250。阀250具有壳体252，壳体252可呈圆柱形。壳体252包括入口或中间端口254、第一出口256和第二出口258。一对阀座260、262自壳体252的内腔264延伸。阀座260位于入口254和出口258之间。阀座262位于入口254和出口256之间。

执行机构(actuator)270具有轴272，其具有可固定地连接至其上的第一阀盘274和第二阀盘276。阀盘274位于入口254和阀座262之间。阀盘276位于入口254和阀座260之间。填料280可设置在轴272和壳体252之间，以促进轴272和阀盘274和276沿着图中所示箭头282的方向纵向移动，并防止流体从腔室264泄漏。在图2A中，阀盘274、276和轴272沿着远离执行机构270纵向向外的方向移动，使得流体在入口254和出口258之间流动，如图中所示的路径284。在图2B中，轴朝着执行机构270在最右端位置移动，使得流体由入口254流至出口256。

执行机构270可以是各种类型的执行机构，例如，电力执行机构或液压执行机构。在该示例中，使用电动执行机构。执行机构270的尺寸设计成移动阀盘274、276使得在入口和一个出口之间提供高压流体(一旦在状态切换过程中恢复)。此外，对应于图1A的路径是清洁流体的高压清洁流体路径。另一个关闭的端口处于低压状态。根据操作状态，低压端口对应于罐40A或40B。输入壳体的高压“推动”关闭的阀盘抵靠相应的阀座，以确保非常高的闭合力防止泄漏。由于高压在切换过程中会被释放，所以，执行机构的尺寸设计成克服非常小的力(比轴272上的填料地方稍大)。

现在参考图3A和图3B，除了改变的部件外，示出的阀250’具有与图2A和图2B相同的附图标记。图3A和图3B示出的阀250’适于用作图1A-1C中示出的阀140。在该示例中，阀座260和262改成了阀座260’和262’。在该示例中，阀座260’、262’移到了更靠近中间端口290的位置，中间端口290为出口。阀盘274和276移到了阀座260’和262’外侧。在该示例中，阀250’具有一个出口290和两个入口292、294。在操作中，其中一个入口处于低压状态，并且一个处于高压状态。打开端口处于低压状态。处于高压状态的阀盘上的高压迫使其与相关联的阀座连通。例如，在图3A中，阀盘274压靠阀座262’。在图3B中，阀盘276压靠阀座260’。在图3A中，流体路径296将来自第二罐40B的流体通过流体路径296输送至出口290。在图3B中，流体自罐40A通过流体路径298输送至出口290。对于图2A-图3B中的每一种情况，阀盘与阀座之间的间隙都允许流体通过。

现在参考图3C，可使用两通阀310代替图1A-1F中所示的三通阀。也就是说，可使用一个以上两通阀代替上述示例中的三通阀。对于双罐操作，可使用两个两通阀代替三通阀。阀310也可以在一个罐的技术方案中用作阀120’或140’。阀310包括壳体312，壳体312具有入口314和出口316。壳体312包括填料320，执行机构杆322延伸通过填料320。执行机构杆322包括阀盘324，其可由与杆322相连的执行机构326移动。阀盘324可移动抵靠阀座326。当阀盘324接触阀座326时，阀310被密封，因此，不会发生自入口314至出口316的流动。在该示例中，当每个三通阀都由两通阀替代时，每个阀可具有独立的执行机构326以允许进行独立控制。因此，每个两通阀可具有更大的阀定时自由度。

现在参考图3D和图3E，示出的一对两通阀310与共同的执行机构326相连。每个阀的共同部件的附图标记加撇号。在图3D中，右侧阀310’打开，同时左侧阀310关闭。在图3E中，左侧阀310打开，右侧阀310’关闭。通过提供与三通阀完全相同的功能，图3D和图3E中示出的示例因每个阀部件的尺寸较小，可在抵抗非常高的压力操作方面具有一些制造上的优势。

现在参考图3F，示出了适于从罐中排出低压流体的两通阀330。在该示例中，端口332为壳体334内的入口。入口332将流体输送至排出口336。壳体334具有填料340，其接收与执行机构344相连的执行机构杆342。杆342朝着或远离阀座352移动阀盘350。在图3F中，阀座352与阀盘350间隔开，因此使流体在入口332和出口336之间流动。如上文中对图3C的描述，可为每个阀提供执行机构344，使得当用两个两通阀代替三通阀时，可以通过每个阀的执行机构执行独立的定时和控制。

现在参考图3G和图3H，两个阀330、330’可与共同的执行机构344连通。在图3G中，左侧阀330关闭，右侧阀330’打开。阀330与阀330’的共同部件在阀330’的部件的附图标记上加撇号。在图3H中，左侧阀打开，右侧阀关闭。应注意的是，阀盘350位于阀口332和阀座352之间。当关闭时，高压使阀盘350抵靠阀座352。

现在参考图4A，其示出了说明各阀门自第一状态转换至第二状态的状态表。第一状态“A”对应于罐40A将高压浆料注入注入位置12，同时高压清洁流体输入第一罐40A。同时，罐40B自浆料罐30接收低压浆料，并将清洁流体排出至流体罐92。在图4A中示为“A”的第一状态期间，阀80A打开，阀82A关闭，阀82B打开，且阀80B关闭。三通阀140将流体自端口140B输送至端口140C，再至清洁流体罐92。阀120将清洁流体自端口120A输送至端口120B。阀110将清洁流体自端口110A输送至端口110B，其最终使流体通过阀120输送至罐40A。阀124关闭，且阀146部分打开。

在图4A(及图4B)所示的表中，粗体单元格表示阀状态的改变。因此，将在各状态A1-A5中仅描述粗体单元格。为了开始转换至状态A’，多个阀状态依次改变。状态A1通过改变三通阀110的状态将流体自入口110A输送至出口110C来实现。来自泵90的高压清洁流体转移至注入歧管94。高压清洁流体不再被引导通过阀120。

在状态A2，阀150从自端口150B与端口150C之间输送清洁流体切换到自端口150A与端口150C之间输送清洁流体。由于通过阀110流至注入歧管94的高压清洁流体的释放，高压流体不再通过阀120输送至罐40A，从而使阀150的切换压差减小。

在状态A3，罐40A的减压导致止回阀80A、82A及82B切换状态，即，阀80A关闭，阀82A打开，且阀82B关闭。止回阀80B对于这部分状态变化保持关闭。三通阀140和120的状态也改变，即，阀140切换到将清洁流体自端口140A输送至端口140C，三通阀120将流体自端口120A输送至端口120C。要注意的是，当低压存在于所有端口处时，执行对阀120和140的切换。

在状态A4，阀124打开，致使止回阀80B打开。通过打开阀124，管道114及由此通过阀120的流量增大。端口110B处压力也增大。

在状态A5，阀124关闭，且阀110切换状态以终止高压清洁流体自泵90转移至注入歧管94。也就是说，阀110切换状态使得清洁流体在入口110A和出口110B之间输送。当两个端口110A和110B由于高压清洁流体通过阀124转移都处于高压状态时执行该切换过程。

在该示例中，状态A1-A5分别切换0.20、0.3、0.2、0.25和0.20秒，总切换状态时间1.15秒。当然，可以基于各种调节来调节定时。

在状态A’，操作的稳定状态通过止回阀80A关闭、止回阀82A打开、止回阀82B关闭、止回阀80B打开、以及三通阀140输送低压流体至罐40A实现。阀120输送高压清洁流体至罐40B，致使高压浆料通过注入歧管94注入注入位置12。阀150自罐40A输送流体，同时阀124关闭。阀146部分打开。如下文中进一步所描述的，各阀的切换基于对来自流量传感器22和24的信号的比较进行。对来自流量传感器22和24的流量信号进行比较。流量传感器信号对应于进入一个罐和离开另一个罐的清洁流体的体积。

现在参考图4B，其示出了注入系统10’的操作。除了阀150已被阀210A和210B替换外，所有状态都是相同的。在稳定状态A，阀210A关闭，阀210B打开，同时，其它阀与图4A中相同。在状态A1，阀210A和210B分别保持关闭和打开。在步骤A2，阀210A打开，同时，阀210B关闭。这样可使第一罐40A中的压力降低或使其卸压。在剩余状态A3-A5，阀210A保持打开，同时阀210B关闭。同样地，在稳定状态A’，阀210A和210B分别打开和关闭。

现在参考图4C，其示出了说明图1E中各阀操作或位置的状态图表。在浆料排出状态，阀80A打开，阀82A关闭，阀120’打开，阀140’关闭，阀110打开，阀124关闭，且阀210A关闭。阀146部分关闭，以便调节流向低压清洁流体源的流量。状态A示出了稳定状态操作中的浆料排出状态。为了在浆料完全排出(由流量传感器的输出表明)后过渡通过该过程，状态A1以同样的方式操作，但除了阀110将流动转向歧管94外。其余状态都相同。在状态A2，阀80A关闭，且阀210A打开。这样可使罐40A减压。

在状态A3，阀82A、120’和140’切换状态，使阀82A打开，阀120’关闭，且阀140’打开。在状态A’，浆料开始填充罐。浆料填充罐直到排出了由流量传感器22确定的预定量的清洁流体。在状态A’-1，通过将阀120’的状态改为打开并且将阀140’的状态改为关闭开始浆料排出循环。这样就终止了浆料填充。在状态A’-2，阀110打开。然后，系统继续处于该状态，该状态对应于排出浆料的状态A。然后，该过程再次重新开始。

现在参考图5，其示出了图1A-1H中所示系统的操作方法。在步骤510，第二容积52在罐40A中填充浆料，并且第一容积50用清洁流体填充。在步骤512，第二罐的第三容积54用清洁流体填充，通过对第四容积56填充来自低压浆料罐30的浆料可以减少该清洁流体。

在步骤514，特别地，多个高压阀110和120将高压清洁流体自泵90输送至管道60A。响应于输送高压清洁流体，步骤516朝着端盖(在图1A中向下)移动区域68A，并且高压浆料通过止回阀80A输送至注入歧管94和注入位置。

在步骤518，第四容积56流体连接以允许来自浆料泵32和浆料罐30的浆料增加第四容积。响应于增加第四容积，清洁流体在第三容积内减少，第三容积内的清洁流体通过管道60B移动，并通过阀140和146流体连通至清洁流体罐92内。在步骤522，通过流量传感器24测定来自罐92的流体的流体流量。在步骤524，由流体自第三容积54流入罐92测定第二流体流量。也就是说，测定由罐40B输送至清洁流体罐92的清洁流体的量。在步骤526，控制器20比较第一流体流量和第二流体流量。该些流量对应于进入和离开罐92的体积。在步骤528，响应于比较控制排水阀146，以便通过阀146的流量基于比较结果增大或减小。最终，可以控制从第二罐流出的流体量，使得当罐40A耗尽浆料时，准备从第二罐40B注入的浆料的量是可用的。优选地，当排出罐40A的浆料时，清洁流体的量可以延伸通过端盖并刚好通过止回阀80A，使得止回阀80A在清洁流体环境中而不是在浆料环境中关闭(步骤530)。在执行图4A和图4B的状态A1-A5之前，使罐40B及由此使容积56处于最大处理状态是所期望的。

在步骤532，控制多个清洁流体阀，使罐40A减压。这发生在图4A和图4B的状态A1和A2。

在步骤534，在步骤A3-A5中改变各阀的状态，使第二罐40B增压，同时罐40A减压并填充浆料。切换过程如下所述。

现在参考图6，以流程图形式示出了各阀在状态A和状态A’之间的状态切换。在步骤610，如果已达到了从第二罐40B移除所需量的清洁流体，则开始切换过程。如上所述，这与流量或流量确定的体积相对应。步骤610使用步骤526的比较来进行此确定。在步骤612，示出了自图4A和图4B的状态A切换到状态A’的过程。在步骤614，高压清洁流体通过三通阀110重定向至注入歧管。在步骤616，第一罐40A通过阀150与清洁流体罐相连。当罐40A内的压力减小时止回阀80A在步骤618关闭。压力降低可达到或接近环境压力。在步骤620，当各阀朝着状态A’改变时，三通阀150和120的状态也改变。

在步骤622，通过打开阀124对通往三通阀120的管道加压。在步骤624，响应于旁通阀124关闭，阀82B关闭，且止回阀80B打开。此后，在步骤626，三通阀110的状态改变成通过三通阀120将高压清洁流体输送至罐40B。在步骤628，从罐40B排出高压浆料。在步骤630，止回阀82A打开，通过利用来自罐15和浆料循环泵32的低压浆料移动清洁流体使清洁流体自该罐移动。在步骤632，清洁流体通过阀140和阀146输送至罐92。

现在参考图7A，其示出了多单元系统的定时图表。图7A中提到的每个单元包括一对罐。在图1中，只示出了两个单元。然而，如上所述，该图示出了多个单元。在该示例中，对五个单元(单元1-单元5)进行控制，具有2秒的错开启动。也就是说，单元1在时间0开始，同时，单元2在2秒时开始，单元3在4秒时开始，单元4在6秒时开始，单元5在8秒时开始。对于每个单元而言，可在每个循环之间使用诸如半秒的短的驻留时间，以适应稍慢的循环速率或其它变化。也就是说，图7A中示出的标称周期为9.5秒，其间具有半秒的驻留时间。单元1在驻留时间结束后于10秒时重新启动，单元2在12秒时重新启动，单元3在14秒时重新启动，单元4在16秒时重新启动，单元5在18秒时重新启动。

通过错开启动时间，与各单元启动时间同步的情况相比，在过程期间注入浆料的量可得以保持和逐渐增加及减少。同步单元可引起在管道、阀及其它部件中产生应力。单元数可等于循环时间除以切换时间加上与整数相乘的驻留时间。在本例中，循环时间是10秒，再除以2秒。结果是5个单元，以获得最小的流量变化。然而，也可以使用整数倍10、15或20个单元(或更多个)以使流量变化最小化。

现在参考图7B，其示出了使用单个罐控制(例如，上述图1E和图1F中的单个罐)的系统的定时图表。图7B说明了具有快速浆料装填的单罐控制。在该实例中，每个单元具有标称的5秒循环时间，其中，4秒浆料排出，1秒浆料填充。在该示例中，不假定驻留时间。但是，操作中可以使用驻留时间。浆料填充时间与浆料排出时间的比率为1：5。也就是说，浆料排出占80％的时间，浆料填充占20％的时间。对于包括两个罐的实施方式，该比率增大，其中一半时间罐在进行填装，另一半时间罐在进行排放。

现在参考图8A，其示出了浆料浓缩增压结构810。在该示例中，清洁流体自清洁流体源提供，例如，贮液器812或罐。贮液器812与低压泵814流体连通。清洁流体自贮液器812流入低压清洁流体歧管816。低压清洁流体歧管816与拖车818连通。由于所述系统在井场之间移动，因此，将系统各部件安装到拖车上是合适的。拖车818还可被称为“导弹(missile)”。拖车818具有低压清洁流体歧管820的一部分和与之相连的高压清洁流体歧管822的一部分。低压歧管820与多个高压清洁流体泵830流体连通。该些泵830可被称为压裂泵。多个泵830可以都设置在拖车832上，拖车832可钩在半挂车(semi)上，以便于在压裂场地之间运输。一个或多个泵830可设置在每个拖车832上。每个泵830通过入口管道840自低压歧管820抽出低压流体，并通过出口管道842排出高压清洁流体。只有一个管道840和842给出了附图标记。高压歧管822通过两通阀850与静态混合器852流体连通。静态混合器852与井口854连通。高压清洁流体歧管822通过阀862与浆料增压器860流体连通。控制器864用于控制阀850、862，使一部分高压清洁流体通过阀850输送，一部分高压清洁流体输送至浆料增压器860。控制器864可以是可编程逻辑控制器(PLC)，其响应于一个或多个流量传感器866A、866B或866C作出动作。当然，流量传感器866A、866B、866C可设置在整个系统810的各个位置处，产生流量信号，控制器864使用该些流量信号控制该系统。

浆料增压器860接收高压清洁流体，并通过输出管道870产生高压浆料，输出管道870与混合器852流体连通。也就是说，管道870与阀850和混合器852之间的位置点流体连通。混合器852形成来自浆料增压器860的浓缩高压浆料与来自阀850的水的混合物。

浆料增压器860还通过管道874从搅拌器单元872接收低压浆料。搅拌器单元872还可以从添加剂罐876接收添加剂，添加剂罐876与计量泵878流体连通。计量泵878将流体自添加剂罐876输送至搅拌器单元872。添加剂罐876内的添加剂可包括在压裂过程中使用的凝胶(gel)或其它类型的添加剂。浆料单元872可混合浆料、流体和添加剂，形成低压浆料。

离心分离器880从浆料增压器860接收低压流体。离心分离器880可从低压排出物中分离出残余浆料，并将浆料物质通过管道882输送至搅拌器单元872再使用。分离器880还可以将清洁流体通过管道884输送至低压歧管。

搅拌器单元872还可以通过管道886从低压歧管816接收低压清洁流体。低压清洁流体可用于形成浆料。

操作时，浆料增压器860可设置在拖车890上。浆料增压器单元860可以是图1A-1F所示示例中的一个或多个。单罐浆料注入单元或双罐浆料注入单元都可用于浆料增压器860。操作时，控制器864控制阀850。阀850可用于在管道892和管道870之间形成压差。该压差可以为75psi或更小。阀862可被精确控制，使得其上的压力在1psi和20psi之间。阀850可设计成不完全关闭。也就是说，存在预定量的流量通过阀850，从而使阀850上存在预定量的压差，例如，可使用100psi的压差。该阀不能完全关闭防止了泵和管道的意外超压。合适的阀可以是因其中的几何结构而不允许物理关闭的渗漏的蝶形阀或球阀。

现在参考图8B，其详细示出了静态混合器852。静态混合器852具有示于其中的混合元件910，用于混合浆料和通过阀850输送的清洁流体。混合器852将清洁流体与来自浆料增压器860的通过管道870接收的浓缩浆料进行混合。

在图8A和图8B所示的示例中，由单个低压清洁流体管线对压裂泵供应流体。浆料增压器860抽吸低压清洁流体并将低压清洁流体返回至清洁流体歧管816。这些连接使系统中的管道量最小化。离心分离器880将浆料颗粒与低压清洁流体分离至可忽略的量，使得清洁流体进入高压泵时含有最少量的颗粒。如果多个泵830中的各个泵发生故障，系统可在对操作产生最小影响的情况下继续对浆料加压。包含泵830的拖车832可以很容易地进行操纵，可使额外的或替换的泵快速连接到拖车818上。

由于所述构造，全部高压浆料量可由包含浆料增压器860的拖车提供。浆料增压器860可使用竖直缸，避免浆料在驱动流体中过度混合。如上所述，各个罐内还可以使用活塞，避免其内的流体混合，特别是当罐以垂直角度以外的另一角度布置时。浆料增压器内的各阀总体具有每5-10秒一次的低循环速率，而通常的压裂泵每秒6次。可以使用设计用于低速度的阀门以及使浓缩浆料的侵蚀最小化的材料。

一些浆料方法使用每加仑高压清洁流体0.5磅的砂或约0.75重量％浓度的砂。高密度浆料可含有5磅砂/加仑。基于该比率，浆料增压器860可仅需要处理总高压清洁流体流量的约10％的流量，以在混合器852的下游获得所需的浆料浓度。添加剂罐876可使添加剂通过浆料增压器860，并可降低浆料增压器的容量。由于浆料增压器860因浆料稍后在混合器852中混合可提供高度浓缩的浆料，因此，该系统可被称为浆料浓缩增压器。

现在参考图9，其示出了用于操作图8A和图8B的系统的方法。在步骤930，在低压泵处从罐或贮液器接收清洁流体。在步骤932，低压清洁流体输送至低压歧管。该低压不足以操作图8所示的浆料增压器。在步骤934，与高压清洁流体歧管和低压清洁流体歧管相连的多个清洁流体泵增大低压清洁流体的压力。在步骤936，在多个清洁流体泵产生的高压清洁流体输送至高压清洁流体歧管。

在步骤938，一部分高压清洁流体自高压清洁流体歧管通过第一阀输送至混合器。在步骤940，一部分高压清洁流体自高压清洁流体歧管通过第二阀输送至浆料增压器。在步骤942，基于系统内监测的流量或压力调节通过第一阀和第二阀的流量。

在步骤944，添加剂可加入低压浆料中。例如，添加剂可以是凝胶或其它类型的适于改善浆料压裂过程的添加剂。步骤944为任选步骤。添加剂可自罐和计量泵输送至浆料单元。

在步骤946，低压浆料输送至所述浆料增压器。在步骤948，高压浆料自所述浆料增压器输送至所述混合器。在步骤950，来自所述浆料增压器的低压清洁流体输送至分离器。低压清洁流体是在浆料增压器中来自高压清洁流体的高压向低压浆料压力增加至高压浆料的压力传递的结果。在步骤952，可在分离器提取浆料残留物。清洁流体中可具有少量的浆料。在步骤954，在所述提取器分离出的浆料输送至浆料单元，并稍后用于重新注入所述浆料增压器。在步骤956，低压清洁流体自所述分离器输送至所述低压清洁流体歧管。如果清洁流体中具有可接受的低含量的浆料颗粒，则可将所述分离器从系统中除去。

本领域技术人员现在可以从上述说明中了解，本发明的广泛教导可以各种形式实施。因此，虽然本说明书给出了特定示例，但本发明的真正范围不应受此限制，因为基于对附图、说明书和权利要求书的研究，其它修改对本领域技术人员而言将是明显的。

Claims

1.浆料注入系统，其特征在于其包括：

低压清洁流体歧管；

高压清洁流体歧管；

多个清洁流体泵，其自所述低压清洁流体歧管接收清洁流体并将所述清洁流体加压成高压清洁流体，并将所述高压清洁流体输送至所述高压清洁流体歧管；

搅拌器单元，其内具有低压浆料；

混合器，其通过第一阀与所述高压清洁流体歧管流体连通；及

浆料增压器，其与所述混合器、所述搅拌器单元、所述低压清洁流体歧管、及通过第二阀与所述高压清洁流体歧管流体连通，所述浆料增压器通过利用来自所述高压清洁流体歧管的高压清洁流体对来自所述搅拌器单元的所述低压浆料进行加压形成高压浆料，所述浆料增压器将高压浆料输送至所述混合器并将低压流体输送至所述低压清洁流体歧管；

所述混合器将所述高压浆料与来自所述第一阀的清洁流体进行混合，形成输送至浆料注入位置的混合物。

2.根据权利要求1所述的浆料注入系统，其特征在于所述第一阀总是至少部分地打开。

3.根据权利要求1所述的浆料注入系统，其特征在于所述第一阀包括两通阀，且所述第二阀包括两通阀。

4.根据权利要求1所述的浆料注入系统，其特征在于所述系统还包括连接所述浆料增压器和所述低压清洁流体歧管的分离器，所述分离器将浆料输送至所述搅拌器单元并将清洁流体输送至所述低压清洁流体歧管。

5.根据权利要求1所述的浆料注入系统，其特征在于所述系统还包括计量泵，其将浆料添加剂输送至所述搅拌器单元。

6.根据权利要求5所述的浆料注入系统，其特征在于所述计量泵将添加剂自添加剂罐输送至所述搅拌器单元。

7.根据权利要求1所述的浆料注入系统，其特征在于所述混合器包括静态混合器。

8.根据权利要求1所述的浆料注入系统，其特征在于所述系统还包括控制器，其响应于对应于流向所述浆料增压器的高压清洁流体的流量信号控制所述第一阀和所述第二阀。

9.根据权利要求1所述的浆料注入系统，其特征在于所述系统还包括低压泵，其将清洁流体自清洁流体源输送至所述低压清洁流体歧管。

10.根据权利要求1所述的浆料注入系统，其特征在于所述浆料增压器包括：

第一细长型罐，其包括具有第一容积的第一端和具有第二容积的第二端，所述第一容积与所述第二容积分开；

第一管道，其具有位于所述第一细长型罐外部用于接收清洁流体的第一端和与所述第一容积相连的第二端；

多个浆料阀，其与所述第一细长型罐流体上连接，所述多个浆料阀具有将来自所述第二容积的高压浆料输送至浆料注入位置的第一状态和将低压浆料输送至所述第二容积的第二状态；及

多个清洁流体阀，其与所述第一细长型罐流体上连接，于所述第一状态将高压清洁流体输送至所述第一容积，并于所述第二状态将低压清洁流体输出所述第一容积。

11.根据权利要求1所述的浆料注入系统，其特征在于所述浆料增压器还包括：

第二细长型罐，其包括具有第三容积的第一端和具有第四容积的第二端，所述第三容积与所述第四容积分开；

第二管道，其具有位于所述第二细长型罐外部用于接收清洁流体的第一端和位于所述第三容积内的第二端；

多个浆料阀，其与所述第一细长型罐和所述第二细长型罐流体上连接，所述多个浆料阀具有将来自所述第二容积的高压浆料输送至所述浆料注入位置并将低压浆料输送至所述第四容积的第一状态和将低压浆料输送至所述第二容积并将高压浆料自所述第四容积输送至浆料注入位置的第二状态；及

多个清洁流体阀，其与所述第一细长型罐和所述第二细长型罐流体上连接，于第一状态将高压清洁流体输送至所述第一容积并将低压清洁流体输出所述第三容积，且于第二状态将低压清洁流体输送至所述第一容积并将高压清洁流体输送至所述第三容积。

12.浆料注入系统的操作方法，所述浆料注入系统包括低压清洁流体歧管、高压清洁流体歧管、多个清洁流体泵、搅拌器单元、混合器及浆料增压器，其特征在于所述方法包括：

在所述多个清洁流体泵自所述低压清洁流体歧管接收清洁流体；

在所述多个清洁流体泵将所述清洁流体加压成高压清洁流体；

将所述高压清洁流体自所述多个清洁流体泵输送至所述高压清洁流体歧管；

将高压清洁流体自所述高压清洁流体歧管通过第一阀输送至所述混合器；

将所述高压清洁流体自所述高压清洁流体歧管通过第二阀输送至所述浆料增压器；

通过所述浆料增压器利用来自所述高压清洁流体歧管的高压清洁流体对来自所述搅拌器单元的低压浆料加压，形成高压浆料；

将低压流体自所述浆料增压器输送至所述低压清洁流体歧管；

在混合器将所述高压浆料与来自所述第二阀的高压清洁流体进行混合，形成浆料混合物；及

将所述混合物输送至注入位置。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述方法还包括在混合之前至少部分打开所述第一阀。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述方法还包括通过分离器连接所述浆料增压器和所述低压清洁流体歧管，并通过所述分离器将浆料输送至所述搅拌器单元并将清洁流体输送至所述低压清洁流体歧管。

15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述方法还包括将浆料添加剂自计量泵输送至所述搅拌器单元。

16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述方法还包括响应于对应于流向所述浆料增压器的高压清洁流体的流量信号控制所述第一阀和所述第二阀。

17.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述方法还包括使用低压泵将清洁流体自清洁流体源输送至所述低压清洁流体歧管。

18.自浆料源将浆料注入浆料注入位置的系统，其特征在于其包括：

多个浆料阀，其与所述第一细长型罐流体上连接，所述多个浆料阀具有将高压浆料自所述第二容积输送至所述浆料注入位置的第一状态和将低压浆料输送至所述第二容积的第二状态；及

19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于所述系统还包括第一流量传感器、第二流量传感器和控制器，所述第一流量传感器产生自所述第一细长型罐输出的清洁流体的第一流量，所述第二流量传感器产生输送至所述第一细长型罐的清洁流体的第二流量，所述控制器响应于所述第一流量和所述第二流量控制所述多个阀。

20.根据权利要求18所述的系统，其特征在于所述多个清洁流体阀包括将高压流体转向至所述注入位置的第一三通阀和减小所述第一细长型罐内压力的第一两通阀。

21.根据权利要求18所述的系统，其特征在于所述多个清洁流体阀包括：

第一阀，其选择性地将清洁流体自高压泵输送至注入歧管或第二阀；

所述第二阀，其选择性地将高压清洁流体自所述第一阀输送至所述第一管道；

第三阀，其通过第四阀将清洁流体自所述第一管道输送至清洁流体罐；及

所述第四阀，其将流体输送至所述清洁流体罐。

22.根据权利要求21所述的系统，其特征在于所述系统还包括：

旁通阀，其选择性地将高压清洁流体连接到所述第二阀以对所述第二阀再增压。

23.根据权利要求21所述的系统，其特征在于所述第一阀包括第一三通阀，所述第二阀包括第一两通阀，所述第三阀包括第二两通阀。

24.根据权利要求21所述的系统，其特征在于所述系统还包括第五阀，其选择性地使所述第一罐降压。

25.根据权利要求18所述的系统，其特征在于所述第一细长型罐包括位于所述第一细长型罐的所述第二端的第一端盖，所述第一端盖包括第一圆锥部分。

26.根据权利要求25所述的系统，其特征在于所述第一管道延伸穿过所述第一端盖。

27.根据权利要求26所述的系统，其特征在于所述第一管道的所述第二端包括第一流量分配板。

28.根据权利要求25所述的系统，其特征在于所述第一端盖将所述多个浆料阀的第一止回阀和第二止回阀流体上连接至所述第二容积。

29.根据权利要求18所述的系统，其特征在于所述多个清洁流体阀包括具有壳体的第一阀，所述壳体具有位于第二端口和第三端口之间的中间端口，所述壳体包括与第二阀座间隔开的第一阀座，所述第一阀座位于所述中间端口和所述第二端口之间且所述第二阀座位于所述中间端口和所述第三端口之间，所述壳体与包括第一阀盘和第二阀盘的执行机构相连。

30.根据权利要求29所述的系统，其特征在于所述第一阀盘位于所述中间端口和所述第一阀座之间，所述第二阀盘位于所述中间端口和所述第二阀座之间。

31.根据权利要求29所述的系统，其特征在于所述第二阀盘位于所述中间端口和所述第二阀座之间，所述第二阀盘位于所述第二端口和所述第二阀座之间。

32.根据权利要求18所述的系统，其特征在于所述多个清洁流体阀包括具有第一壳体的第一阀，所述第一壳体具有第一入口和第一出口，所述第一壳体包括位于所述第一入口和第一出口之间的第一阀座，所述第一壳体与驱动第一阀盘的执行机构相连。

33.根据权利要求32所述的系统，其特征在于所述第一阀盘位于所述第一入口和所述第一阀座之间。

34.根据权利要求32所述的系统，其特征在于所述第一阀盘位于所述第一出口和所述第一阀座之间。

35.根据权利要求32所述的系统，其特征在于所述执行机构与具有第二壳体的第二阀相连，所述第二壳体具有第二入口和第二出口，所述第二阀包括第二阀盘，所述第二壳体包括位于所述第二入口和所述第二出口之间的第二阀座，所述执行机构相互依赖地控制所述第一阀盘和所述第二阀盘的运动。

36.根据权利要求18所述的系统，其特征在于所述第一细长型罐水平布置，所述罐包括多个纵向延伸的分隔件，该些分隔件限定水平延伸通道。

37.根据权利要求36所述的系统，其特征在于所述分隔件呈圆柱形。

38.根据权利要求36所述的系统，其特征在于所述分隔件为沿径向延伸的壁。

39.使用浆料注入系统在浆料注入位置注入浆料的方法，所述浆料注入系统具有第一细长型罐，所述第一细长型罐具有第一容积和第二容积，其特征在于所述方法包括：

使用多个与所述第一细长型罐流体上连接的浆料阀，

于第一状态，将高压浆料自所述第二容积输送至所述浆料注入位置；

于第二状态，将低压浆料输送至所述第二容积；使用多个与所述第一细长型罐流体上连接的清洁流体阀，

于第一状态，将高压清洁流体输送至所述第一容积；及

于第二状态，将低压清洁流体自所述第一容积输出。

40.根据权利要求39所述的方法，其特征在于输送低压浆料的步骤包括使用浆料循环泵自浆料罐输送低压流体。

41.根据权利要求39所述的方法，其特征在于输送低压浆料的步骤包括自低压浆料歧管输送低压流体。

42.根据权利要求39所述的方法，其特征在于输送高压清洁流体的步骤包括使用高压泵自清洁流体罐输送清洁流体。

43.根据权利要求39所述的方法，其特征在于输送高压清洁流体的步骤包括自清洁流体管道输送清洁流体。

44.根据权利要求39所述的方法，其特征在于所述方法包括响应于第一流量信号和第二流量信号在所述第一状态和所述第二状态之间切换。

45.根据权利要求44所述的方法，其特征在于所述方法还包括在所述第二状态下产生对应于离开所述第一细长型罐的清洁流体的所述第一流量信号、在所述第一状态下产生对应于输送至所述第一细长型罐的清洁流体的第二流量信号。

46.根据权利要求44所述的方法，其特征在于在所述第一状态和所述第二状态之间切换包括在切换所述多个清洁流体阀之前减小所述第一罐内的压力。

47.根据权利要求44所述的方法，其特征在于在所述第一状态和所述第二状态之间切换包括通过将高压清洁流体重定向至注入歧管并打开第一清洁流体阀以自所述第一细长型罐排出清洁流体使所述第一罐减压。

48.根据权利要求44所述的方法，其特征在于在所述第一状态和所述第二状态之间切换包括在关闭止回阀之前使来自所述第一罐的清洁流体通过所述止回阀。

49.根据权利要求48所述的方法，其特征在于使清洁流体通过所述止回阀包括使流体经由活塞上的开口通过所述止回阀。

50.将浆料自浆料源注入浆料注入位置的系统，其特征在于其包括：

第一细长型罐，包括具有第一容积的第一端和具有第二容积的第二端，所述第一容积与所述第二容积分开；

多个浆料阀，其与所述第一细长型罐和所述第二细长型罐流体上连接，所述多个浆料阀具有将高压浆料自所述第二容积输送至所述浆料注入位置并将低压浆料输送至所述第四容积的第一状态和将低压浆料输送至所述第二容积并将高压浆料自所述第四容积输送至所述浆料注入位置的第二状态；及

多个清洁流体阀，其与所述第一细长型罐和所述第二细长型罐流体上连接，于第一状态将高压清洁流体输送至所述第一容积并将低压清洁流体自所述第三容积输出，并于第二状态将低压清洁流体输送至所述第一容积并将高压清洁流体输送至所述第三容积。

51.根据权利要求50所述的系统，其特征在于所述系统还包括浆料循环泵，其将低压浆料输送至所述第四容积。

52.根据权利要求50所述的系统，其特征在于所述系统还包括与所述多个清洁流体阀相连的清洁流体泵。

53.根据权利要求50所述的系统，其特征在于所述系统还包括第一流量传感器、第二流量传感器和控制器，所述第一流量传感器测定自所述第一细长型罐或所述第二细长型罐输出的清洁流体的第一流量，所述第二流量传感器产生输送至所述第一细长型罐或所述第二细长型罐的清洁流体的第二流量，所述控制器响应于所述第一流量和所述第二流量控制所述多个阀。

54.根据权利要求50所述的系统，其特征在于所述系统还包括第一流量传感器、第二流量传感器和控制器，所述第一流量传感器产生自所述第一细长型罐或所述第二细长型罐输出的清洁流体的第一流量，所述第二流量传感器产生输送至所述第一细长型罐或所述第二细长型罐的清洁流体的第二流量，所述控制器响应于比较所述第一流量和所述第二流量控制通往清洁流体罐的回流阀。

55.根据权利要求50所述的系统，其特征在于所述多个清洁流体阀包括第一三通阀和第二三通阀，用于在自所述第一状态过渡到所述第二状态期间降低所述第一三通阀和所述第二三通阀的端口处的压差。

56.根据权利要求50所述的系统，其特征在于所述多个清洁流体阀包括：

第一阀，其选择性将清洁流体自高压泵输送至注入歧管或第二阀；

所述第二阀，其选择性地将高压清洁流体自所述第一阀输送至所述第一管道或所述第二管道；

第三阀，其将清洁流体自所述第一管道或所述第二管道通过第四阀输送至清洁流体罐；及

所述第四阀，其将流体输送至所述清洁流体罐。

57.根据权利要求56所述的系统，其特征在于所述系统还包括：

旁通阀，其选择性地将所述高压泵连接至所述第二阀，以对所述第二阀再增压。

58.根据权利要求56所述的系统，其特征在于所述第一阀包括第一三通阀，所述第二阀包括第二三通阀，所述第三阀包括第三三通阀。

59.根据权利要求56所述的系统，其特征在于所述系统还包括第五阀，其选择性地使所述第一罐或所述第二罐减压。

60.根据权利要求59所述的系统，其特征在于所述第五阀包括三通阀。

61.根据权利要求59所述的系统，其特征在于所述第五阀包括第一两通阀和第二两通阀。

62.根据权利要求56所述的系统，其特征在于所述第一罐包括位于所述第一细长型罐的所述第二端的第一端盖，所述第二罐包括位于所述第二端的第二端盖。

63.根据权利要求62所述的系统，其特征在于所述第一端盖包括第一圆锥部分，所述第二端盖包括第二圆锥部分。

64.根据权利要求62所述的系统，其特征在于所述第一管道延伸穿过所述第一端盖，所述第二管道延伸穿过所述第二端盖。

65.根据权利要求62所述的系统，其特征在于所述第一端盖将所述多个浆料阀的第一止回阀和第二止回阀流体上连接至所述第二容积。

66.根据权利要求62所述的系统，其特征在于所述第二端盖将所述多个浆料阀的第三止回阀和第四止回阀流体上连接至所述第四容积。

67.根据权利要求50所述的系统，其特征在于所述第一管道的所述第二端包括第一流量分配板，所述第二管道的所述第二端包括第二流量分配板。

68.根据权利要求50所述的系统，其特征在于所述多个清洁流体阀包括具有壳体的第一阀，所述壳体具有位于第二端口和第三端口之间的中间端口，所述壳体包括与第二阀座间隔开的第一阀座，所述第一阀座位于所述中间端口和所述第二端口之间，所述第二阀座位于所述中间端口和所述第三端口之间，所述壳体与包括第一阀盘和第二阀盘的执行机构相连。

69.根据权利要求68所述的系统，其特征在于所述第一阀盘位于所述中间端口和所述第一阀座之间，所述第二阀盘位于所述中间端口和所述第二阀座之间。

70.根据权利要求68所述的系统，其特征在于所述第一阀盘位于所述第一端口和所述第一阀座之间，所述第二阀盘位于所述第二端口和所述第二阀座之间。

71.根据权利要求50所述的系统，其特征在于所述多个清洁流体阀包括具有第一壳体的第一阀，所述第一壳体具有第一入口和第一出口，所述第一壳体包括位于所述第一入口和所述第一出口之间的第一阀座，所述第一壳体与驱动第一阀盘的执行机构相连。

72.根据权利要求71所述的系统，其特征在于所述第一阀盘位于所述第一入口和所述第一阀座之间。

73.根据权利要求71所述的系统，其特征在于所述第一阀盘位于所述出口和所述第一阀座之间。

74.根据权利要求71所述的系统，其特征在于所述执行机构与具有第二壳体的第二阀相连，所述第二壳体具有第二入口、第二阀盘和第二出口，所述第二壳体包括位于所述第二入口和所述第二出口之间的第二阀座，所述执行机构相互依赖地控制所述第一阀盘和所述第二阀盘的运动。

75.根据权利要求50所述的系统，其特征在于所述第一容积和所述第二容积之间设置有活塞，所述活塞包括端口和由弹簧加载的盖板，该由弹簧加载的盖板选择性地打开所述盖板。

76.根据权利要求75所述的系统，其特征在于所述活塞接收所述第一管道并相对于所述第一管道移动。

77.根据权利要求50所述的系统，其特征在于所述第一细长型罐水平布置，所述罐包括多个纵向延伸的分隔件，所述分隔件限定水平延伸通道。

78.根据权利要求77所述的系统，其特征在于所述分隔件呈圆柱形。

79.根据权利要求77所述的系统，其特征在于所述分隔件为沿径向延伸的壁。

80.使用浆料注入系统在浆料注入位置注入浆料的方法，所述浆料注入系统具有第一细长型罐和第二细长型罐，所述第一细长型罐具有第一容积和第二容积，所述第二细长型罐具有第三容积和第四容积，其特征在于所述方法包括：

使用多个与所述第一细长型罐和所述第二细长型罐流体上连接的浆料阀，

于第一状态，将高压浆料自所述第二容积输送至所述浆料注入位置并将低压浆料输送至所述第四容积；

于第二状态，将低压浆料输送至所述第二容积，并将高压浆料自所述第四容积输送至所述浆料注入位置；

使用多个与所述第一细长型罐和所述第二细长型罐流体上连接的清洁流体阀，

于第一状态，将高压清洁流体输送至所述第一容积并将低压清洁流体自所述第三容积输出；及

于第二状态，将低压清洁流体输送至所述第一容积，并将高压清洁流体输送至所述第三容积。

81.根据权利要求80所述的方法，其特征在于输送低压浆料的步骤包括使用浆料循环泵自浆料罐输送低压流体。

82.根据权利要求80所述的方法，其特征在于输送高压清洁流体的步骤包括使用高压泵自清洁流体罐输送清洁流体。

83.根据权利要求80所述的方法，其特征在于所述方法还包括响应于第一流量信号和第二流量信号在所述第一状态和所述第二状态之间切换。

84.根据权利要求83所述的方法，其特征在于所述方法还包括在所述第一状态产生对应于离开所述第二细长型罐的清洁流体的所述第一流量信号、产生对应于输送至所述第一细长型罐的清洁流体的第二流量信号、以及比较所述第一流量信号和所述第二流量信号，其中，在所述第一状态和所述第二状态之间切换包括响应于比较所述第一流量信号和所述第二流量信号进行切换。

85.根据权利要求83所述的方法，其特征在于在所述第一状态和所述第二状态之间切换包括在将高压清洁流体导向至所述第二罐之间减小所述第一罐内的压力。

86.根据权利要求83所述的方法，其特征在于在所述第一状态和所述第二状态之间切换包括通过将高压清洁流体重定向至注入歧管并打开第一清洁流体阀以自所述第一细长型罐排出清洁流体来减小所述第一罐的压力。

87.根据权利要求83所述的方法，其特征在于在所述第一状态和所述第二状态之间切换包括在关闭止回阀之前使来自所述第一罐的清洁流体通过所述止回阀。

88.根据权利要求87所述的方法，其特征在于使清洁流体通过所述止回阀包括使流体经由活塞上的开口通过所述止回阀。