DE60105852T2 - Fluidmischsystem - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Mischen von Fluiden, die Festkörper- und Flüssigkeitsmaterialien wie etwa Zement enthalten. Insbesondere schafft die Erfindung ein System zum ununterbrochenen Mischen von Zementen oder anderen Fluiden, die beim Bohren, bei der Komplettierung oder bei der Stimulation von Bohrlöchern wie etwa Öl- oder Gasbohrungen verwendet werden.
  • Wenn eine Bohrung wie etwa eine Öl- oder Gasbohrung gebohrt worden ist, ist es häufig erwünscht, die verschiedenen Förderzonen voneinander oder von der Bohrung selbst zu trennen, um die Bohrung zu stabilisieren oder um eine Fluidverbindung zwischen den Zonen zu verhindern oder um eine ungewollte Fluidförderung wie etwa Wasser abzustellen. Diese Trennung wird üblicherweise erzielt, indem eine rohrförmige Verschalung in der Bohrung installiert und der Ringraum zwischen der Außenseite der Verschalung und der Wand der Bohrung (der Formation) mit Zement gefüllt wird. Der Zement wird normalerweise in den Ringraum eingebracht, indem ein Schlamm des Zements die Verschalung hinabgepumpt wird, so dass er auf der Sohle der Bohrung vorhanden ist und auf der Außenseite der Verschalung zurückfließt, so dass der Ringraum gefüllt wird. Während es möglich ist, den Zement als einmalige Füllung zu mischen, bevor er in die Bohrung gepumpt wird, ist es wünschenswert geworden, ein ununterbrochenes Mischen des Zementschlamms an der Oberfläche auszuführen, kurz bevor er in die Bohrung gepumpt wird. Es ist ermittelt worden, dass dies eine bessere Steuerung der Zementeigenschaft sowie eine effizientere Materialverwendung sichert.
  • Die bei solchen Vorgängen verwendeten Zementschlämme enthalten ein Gemisch aus trockenen und flüssigen Materialien. Die Flüssigkeitsphase ist typisch Wasser, so dass sie gut verfügbar und preiswert ist. Die Festkörpermaterialien definieren die Schlamm- und Zementeigenschaften, wenn sie dem Wasser hinzugefügt und gemischt werden, wobei die Menge an Festkörpermaterialien in dem Schlamm wichtig ist. Da die Flüssigkeitsphase konstant ist, wird die hinzugefügte Festkörpermaterial-Menge normalerweise durch Messen der Dichte des Schlamms überwacht, wobei diese durch die Steuerung der hinzuzufügenden Menge des Festkörpermaterials auf dem gewünschten Pegel aufrechterhalten wird. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Mischsystems des Standes der Technik. Bei dem System von 1 wird Mischwasser von einer Einspeisungszuführung 10 über eine Pumpe 12 zu einem Mischer 14 gepumpt, der in eine Mischwanne 16 einspeist. Die Einspeisungszuführung 10 umfasst ein Paar von Verdrängungstanks 11, 11', die jeweils mit getrennten Auslässen an ein Ventil 13 angeschlossen sind, das seinerseits die Pumpe 12 speist. Allgemein werden zwei Verfahren verwendet, um die zugeführte Wassermenge zu bestimmen:
    • 1. An der Welle der Pumpe 12 installierte Näherungsschalter zählen eine Anzahl von Impulsen je Drehung. Jeder Impuls entspricht einem Verdrängungsvolumen. Dieses Verfahren reagiert empfindlich auf den Pumpwirkungsgrad.
    • 2. Das Verdrängungsvolumen wird durch Zählen der Anzahl von Tanks, die in das Bohrloch gepumpt werden, gemessen. Diese Messung ist empfindlich gegen menschliche Fehler in Bezug auf das Ablesen des Pegels, das Umschalten von einem Tank auf einen anderen bzw. in Bezug auf den exakten Tankinhalt. Noch mehr kann ein Fehler bezüglich der Anzahl gezählter Tanks viele Folgen haben (eine übermäßige Verdrängung kann einen nassen Schuh zur Folge haben, während eine ungenügende Verdrängung dazu führen kann, dass es keinen Druckstoß gibt oder dass Zement in der Verschalung gelassen wird).
  • Die Festkörpermaterialien werden aus einem Zwischenbehälter 18 oder direkt aus einem Zementsilo über ein Durchflusssteuerventil 20 an den Mischer 14 geliefert und in die Mischwanne 16 mit dem Mischwasser befördert. Der Inhalt der Mischwanne 16 wird über ein Rückführungsrohr 22 und eine Pumpe 24 zum Mischer 14 zurückgeführt. Das Rückführungsrohr 22 enthält außerdem einen Dichtemesser 26, der einen Messwert der Dichte des Schlamms in der Mischwanne 16 bereitstellt. Ein Ausgang 28 ist für den Schlamm vorgesehen, der aus der Mischwanne 16 in weitere Pumpen (nicht gezeigt) einzuspeisen ist, um in die Bohrung gepumpt zu werden. Die Steuerung des Schlammgemisches wird erzielt, indem die Dichte in der Mischwanne 16, wie sie von dem Dichtemesser 26 geliefert wird, durch Zugabe von Festkörpermaterial gesteuert wird, so dass sie auf einem vorgegebenen Pegel für den erwünschten Schlamm, der zu pumpen ist, bleibt. Der Dichtemesser 26 ist üblicherweise eine nicht radioaktive Vorrichtung wie etwa ein Coriolis-Messgerät.
  • Während dieses System für Schlämme unter Verwendung von Materialien mit viel höherer Dichte als Wasser effektiv ist, ist es für Schlämme unter Verwendung von Festkörpermaterialien mit niedriger Dichte nicht effektiv, insbesondere wenn die Dichte der Festkörper nahe der von Wasser liegt. In solchen Fällen ist die Dichtemessung nicht empfindlich genug, um die zugeführten Festkörpermate rial-Mengen mit der notwendigen Genauigkeit zu steuern.
  • Die vorliegende Erfindung soll ein Mischsystem bereitstellen, das das oben beschriebene Problem der Dichtemessung vermeidet.
  • In ihrem umfassendsten Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung die Verwendung einer Messung des Festkörperanteils eines Fluids, während es gemischt wird, um das Verhältnis der Festkörper- und Flüssigkeitskomponenten zu bestimmen, die dem Schlamm hinzugefügt werden.
  • Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf das Mischen von Bohrloch-Zementschlämmen, in deren Fall der Festkörperanteil als (Schlammvol. – Wasservol.) / Schlammvol. bestimmt ist. Ein alternativer aber verwandter Parameter ist die Porosität, die bestimmt ist als Wasservol. / Schlammvol. (Porosität + Festkörperanteil = 1).
  • Die Erfindung schafft ein System und ein Verfahren zum Mischen eines Zementschlamms nach den Ansprüchen 1 bzw. 12.
  • US-A-5570743, US-A-5775803 offenbaren beide die Merkmale des Oberbegriffs dieser Ansprüche.
  • Die Durchflussmesser können Massendurchflussmesser oder Volumendurchflussmesser sein. Es kann irgendeine geeignete Messgeräteform verwendet werden, z. B. Coriolis-Messgeräte oder elektromagnetische Messgeräte.
  • Der Mischer enthält zweckmäßigerweise einen Tank oder eine Wanne, in welchem Fall die Vorrichtung zum Messen der Materialmenge in dem Mischer ein Pegelsensor sein kann. Ein solcher Pegelsensor ist vorzugsweise eine Zeitbereichreflektometrie- oder Radarvorrichtung, obgleich auch Schall- oder Schwimmervorrichtungen verwendet werden können. Es wird bevorzugt, dass eine solche Vorrichtung in einer Anordnung zur Dämpfung von kurzzeitigen Schwankungen im Tankpegel, z. B. in einer Anordnung konzentrischer geschlitzter Röhren, angebracht ist. Eine alternative oder zusätzliche Sensorform kann eine Wägezelle, die verwendet werden kann, um das Gewicht des Tanks anzuzeigen, oder ein Drucksensor sein.
  • Die Vorrichtung zum Messen der zugeführten Flüssigkeitsmenge kann ein Durchflussmesser oder ein Pegelsensor der oben beschriebenen Typen sein. Wenn die Flüssigkeitszuführung einen oder mehrere Verdrängungstanks umfasst, wird ein Pegelsensor bevorzugt.
  • Wo der Mischer eine Form von Rückführung des Schlamms durch den Tank aufweist, ist es wichtig, dass der Ausgangsdurchflussmesser stromabwärts von dieser Rückführung liegt.
  • Wo die Festkörpermaterialien Zement und andere Festkörperadditive umfassen, die dem Mischer getrennt zugeführt werden, können außerdem getrennte Durchflussmesser für jede getrennte Additiv-Zuführung bereitgestellt werden.
  • In seiner einfachsten Form wird die Messung des Festkörperanteils als eine Führung für den Bediener verwendet, um Festkörper, insbesondere Zement, zum Schlamm hinzuzufügen, während er gemischt wird. In weiterentwickelteren Ausführungen wird die Berechnung des Festkörperanteils verwendet, um die Zugabe von Festkörpern direkt durch ein automatisches Steuerungssystem zu steuern.
  • Die Erfindung stellt außerdem ein verbessertes Verfahren zum Berechnen des Verdrängungsvolumens von einem System bereit, das wenigstens einen Verdrängungstank aufweist, wobei es das Messen des Flüssigkeitspegels in den Tanks über die Zeit hinweg und das Berechnen der Verdrängung wie folgt umfasst: Σ(V(h1n) – V(h2n)),wobei:
    V(h) das exakte Volumen des Tanks beim Pegel (h) ist;
    h1n der Anfangspegel des n-ten verdrängten Tankvolumens ist; und
    h2n der Endepegel des n-ten verdrängten Tankvolumens ist.
  • Es werden nun Beispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben, in der:
  • 1 ein Mischsystem des Standes der Technik zeigt;
  • 2 ein Mischsystem gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 3 die Komponenten eines Pegelsensors für einen Tank zeigt;
  • 4 die Komponenten des zusammengesetzten Pegelsensors zeigt;
  • 5 ein Schema der Messung des Tankpegels zeigt; und
  • 6 ein Mischsystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • Das in 2 gezeigte System wird zum ununterbrochenen Mischen von Zement für Zementierugsvorgänge von Ölbohrungen verwendet und umfasst eine Mischwasserzuführung 100, die über eine Pumpe 102 und einen Durchflussmesser 104 in ein Mischsystem 106 eingespeist wird.
  • Die Mischwasserzuführung umfasst ein Paar Verdrängungstanks 101, wovon jeder einen getrennten Ausgang besitzt, der mit einem Ventil 103 verbunden ist, das die Pumpe 102 versorgt. In jedem Verdrängungstank 101 sind Pegelsensoren 105 enthalten, um die Wassermenge zu bestimmen, die der Pumpe 102 zugeführt wird. In einer anderen Version (nicht gezeigt) sind die Pegelsensoren weggelassen. Die zugeführte Wassermenge wird in der unten beschriebenen Weise bestimmt.
  • Das Mischsystem 106 nimmt außerdem Festkörpermaterialien aus einem Zwischenbehälter 108 (oder alternativ direkt aus einem Zwischenbehälter) auf, die über ein Ventil 110 zugeführt werden. Die gemischten Festkörper- und Flüssigkeitsmaterialien werden über ein Einspeisungsrohr 112 in die Mischwanne 114 geliefert. Die Mischwanne 114 besitzt einen ersten Auslass 116, der mit einer Rückführungspumpe 118 verbunden ist, die den aus der Wanne 114 gezogenen Schlamm zurück in das Mischsystem speist. Die Wanne 114 ist mit einem Pegelsensor 120 und/oder einem Lastsensor 122 versehen, um eine Anzeige des Tankinhalts bzw. irgendeiner Änderung im Inhalt über die Zeit hinweg bereitzustellen. Von der Wanne 114 ist eine zweite Ausgabe 124 vorgesehen, die über eine zweite Pumpe 126 und einen zweiten Durchflussmesser 128 zu dem Pumpensystem führt, von dem sie in die Bohrung abgegeben wird (nicht gezeigt). Ein alternatives Abgabeverfahren (in 2 mit einer gestrichelten Line gezeigt) weist eine Ausgabe 124' auf, die von der Rückführungsleitung über einen Durchflussmesser 128' zur Bohrung erfolgt. Es sind außerdem andere Anordnungen möglich. Die Pumpen 102, 118, 126 sind vom üblichen Typ, der bei Zementierungssystemen für Bohrungen gefunden wird, beispielsweise Zentrifugalpumpen. Die Durchflussmesser 104, 128' sind gleichfalls herkömmliche, z. B. Coriolis-Messgeräte wie etwa jene, die in vorhergehenden Anwendungen als Dichtemesser verwendet worden sind. Verschiedene Pumpen- und Messgerätetypen weisen jeweils Vorteile sowie Nachteile auf, die auf dem Gebiet gut bekannt sind, und können entsprechend den Anforderungen ausgewählt werden.
  • Die 3–5 zeigen Einzelheiten der Pegelsensoren, die in den Verdrängungstanks und in der Wanne verwendet werden, sowie die Weise der Installation. Der Sensor umfasst einen Krohne-Radarsensor 200, einen Edelstahlstab 202, eine innere geschlitzte Hülse 204 und eine äußere geschlitzte Hülse 206. Der Stab 202 ist an den Sensor 200 geschraubt, wobei die innere Hülse 204 über dem Stab 202 angebracht und an einem Flansch an dem Sensor 200 befestigt ist. Die äußere Hülse 206 ist über der inneren Hülse 204, an der sie befestigt ist, ange bracht.
  • Beim Gebrauch in den Verdrängungstanks nimmt jeder Verdrängungstank einen Pegelsensor auf. Dieser Sensor liefert einen genauen Messwert des Flüssigkeitspegels in dem Tank. Das exakte Volumen in Abhängigkeit vom Pegel wird benötigt, um das verdrängte Volumen zu berechnen. Im Fall, dass das Querschnittsprofil des Tanks nicht genau bekannt ist, wird eine so genannte Tankeichung durchgeführt. Ein mit einer digitalen Ausgabe ausgerüsteter Wasserzähler misst das exakte Verdrängungsvolumen des Tanks als Funktion des Tankpegels. Dieser Vorgang wird lediglich einmal für jeden Tank durchgeführt. Um dem System Wasser zuzuführen, wird das Ventil 103 so betätigt, dass Wasser von dem einen oder dem anderen Tank zur Pumpe 102 fließen kann. Wenn ein Tankauslassventil geöffnet wird, wird eine Vorrichtung wie etwa ein Endschalter, der durch Druck umgeschaltet wird, oder irgendeine andere passende Vorrichtung verwendet, um die Berechnung des Verdrängungsvolumens zu starten. Das Verdrängungsvolumen wird hierauf berechnet als: Σ(V(h1n) – V(h2n)),wobei:
    V(h) das exakte Volumen des Tanks beim Pegel (h) ist;
    h1n der Anfangspegel des n-ten verdrängten Tankvolumens ist;
    h2n der Endepegel des n-ten verdrängten Tankvolumens ist.
  • Wenn der Pegel im verwendeten Tank niedrig wird, wird die Zuführung auf einen anderen Tank umgeschaltet. Der Umschaltvorgang von einem Tank zu einem anderen kann entweder manuell erfolgen oder automatisiert sein, wobei, während ein Tank geleert wird, der andere zur weiteren Verwendung aufgefüllt wird. Da die Pegelsensoren verwendet werden können, um einen momentanen Messwert der Wassermenge zu liefern, die dem System zugeführt wird, ist es möglich, die Daten, die von dem Durchflussmesser 104 bereitgestellt werden, zu bestätigen oder sogar die Notwendigkeit für diesen Durchflussmesser völlig zurückzustellen. Wenn der Durchflussmesser vorhanden ist, ist es nicht unbedingt erforderlich, die Pegelsensoren in den Verdrängungstanks zu haben.
  • Dieses Verfahren zur Bestimmung des Verdrängungsvolumens kann auf andere Formen von Zementierungsvorgängen als diejenigen, die hier beschrieben sind, angewendet werden, wobei es den Vorteil hat, dass es relativ unempfindlich gegenüber dem Pumpenwirkungsgrad oder gegenüber einem Bedienungsfehler ist, wie in den vorherigen Systemen zu finden ist.
  • Zur Verwendung in der Mischwanne wird die Sensoranordnung in der Mischwanne 114 in der vertikalen Lage installiert sowie an einer Stelle, wo der Schlamm erneuert wird, während das Mischen erfolgt, um eine Stelle in einer toten Zone zu vermeiden, wo Zement hart werden könnte. Der Sensor liefert einen Messwert der Differenz zwischen der Länge des Stabs 202 (LM) und der Höhe des Schlamms im Wannenpegel (TL). Der freie Wannenpegel (FTL) wird erhalten durch: FTL = LM – TL.
  • Es ist klar, dass die exakte Form des Pegelsensors für die Gesamtwirkung der Erfindung nicht wichtig ist. Was wichtig ist, besteht in dem Erhalten einer Anzeige der Änderung des Schlammvolumens der Wanne als Funktion der Zeit (in diesem Dokument als "Wannendurchflussmenge" bezeichnet). Diese kann unter Verwendung eines Schwimmer- oder Lastsensors oder von Kombinationen irgendwelcher davon oder irgendeines anderen Sensors, der diese Informationen liefert, erhalten werden.
  • Die Ausgaben der Durchflusssensoren bzw. der Pegelsensoren werden verwendet, um den Festkörperanteil des Schlamms in der folgenden Weise zu überwachen:
  • Die Berechnung des Festkörperanteils erfolgt auf der Grundlage des Gleichgewichts zwischen hinzukommenden und abgehenden Volumen (oder Durchflussmengen), das in der folgenden Beziehung dargestellt ist: Qwater + Qcement = Qslurry + Qtub,wobei Qtub die Wannendurchflussmenge (water = Wasser, cement = Zement, slurry = Schlamm, tub = Wanne) ist.
  • Die Wannendurchflussmenge ist die Änderung des Wannenvolumens in Abhängigkeit von der Zeit und wird als positiv betrachtet, während der Wannenpegel steigt, bzw. als negativ, während er fällt. Je kleiner der Wannenquerschnitt ist, umso empfindlicher wird sich der Messwert ändern. Qtub ist gegeben durch:
    Figure 00070001
    wobei Stub der Wannenquerschnitt ist und
    Figure 00070002
    die Änderung des Wannenpegels in Abhängigkeit von der Zeit ist. Im einfachsten Fall ist der Wannenquerschnitt konstant, wobei die Wannendurchflussmenge das Produkt aus Wannenpe geländerung/Zeit und dem Wannenquerschnitt wird.
  • Der Festkörperanteil zum Zeitpunkt t wird als das Verhältnis von (Schlammvol. – Wasservol.) zum gesamten Schlammvolumen, das zum Zeitpunkt t in der Wanne vorhanden ist, berechnet. Die Änderung im Schlammvolumen der Wanne Vtub(t + δt) – Vtub(t) kann ausgedrückt werden als: Vtub(t + δt) – Vtub(t) = [Qwater(t) + Qcement(t) – Qslurry(t)] * δtwas umgeschrieben werden kann in: Vtub(t + δt) – Vtub(t) = Qtub(t) * δt.
  • In gleicher Weise ist die Änderung in Bezug auf das Wasservolumen, das zum Zeitpunkt t in der Wanne vorhanden ist, Vwater(t + δt) – Vwater(t) gleich dem hinzukommenden Wasservolumen minus der Wassermenge, die in dem Schlamm vorhanden ist, der die Wanne verlässt, und kann dargestellt werden als: Vwater(t + δt) – Vwater(t) = [Qwater(t) – (1 – SolidFraction(t)) * Qslurry(t)] * δt.
  • Der Festkörperanteil (Solid Fraction) wird hierauf dargestellt als:
  • Figure 00080001
  • Die Berechnung erfordert, dass die Anfangsbedingungen bekannt sind, wenn sie von Anfang an genau sein soll, d. h. ist die Wanne leer, mit Wasser gefüllt oder enthält sie bereits Schlamm. Die Berechnung stabilisiert sich letztlich unabhängig von den Anfangsbedingungen, wobei die Zeit, die gebraucht wird, um dies auszuführen, von dem Wannenvolumen und der Ausgangsdurchflussmenge Qslurry abhängt.
  • Diese Berechnungen werden zweckmäßig unter Verwendung eines Computers durchgeführt, in welchem Fall die Messwerte direkt von den Sensoren über eine geeignete Schnittstelle bereitgestellt werden können. Eine bevorzugte Bildschirmanzeige zeigt die verschiedenen Durchflussmengen oder Pegel zusammen mit dem gewünschten Festkörperanteil (der berechnet wird, wenn der Schlamm festgelegt wird). Der Mischprozess wird durch Einstellen der Zementmenge und/oder der Wassermenge, die dem Mischer zugeführt werden, gesteuert, um den berechneten Festkörperanteil auf dem gewünschten Pegel aufrechtzuerhalten. Alternativ können die Ergebnisse der Berechnungen in ein automatisches Steuerungssystem eingespeist werden, das die Geschwindigkeit, mit der die Komponenten an das Mischsystem geliefert werden, einstellt.
  • Das oben beschriebene System arbeitet gut, wenn die trockenen Bestandteile (Zementmischung + Additive) im Voraus gemischt von einem anderen Ort an die Bohrstelle geliefert werden. In diesem Fall werden im Wesentlichen die gleichen Messungen und Berechnungen durchgeführt, wobei lediglich Qcement durch Qblend ersetzt wird (blend = Mischung). Falls es erwünscht ist, die trockenen Materialien vor Ort als Teil des ununterbrochenen Mischprozesses zu mischen, wird ein leicht veränderter Ansatz benötigt. 6 zeigt ein Mischsystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und verwendet ein Schema von Bezugszeichen, das dem von 2 folgt. Das System von 6 umfasst eine zusätzliche Zuführung 130 für trockenes Material, die die trockenen Produkte über einen Massendurchflussmesser 132 (es können auch andere Mittel zur Durchflussmessung verwendet werden) und ein Steuerventil 134 dem Mischsystem 106 zuführt. In diesem Fall ergeben die grundlegenden Steuergleichungen: Qwater + Qadditive + Qcement = Qtub + Qslurry wo vier der fünf Variablen bekannt sind und Qcement der am schwierigsten genau zu messende Parameter ist (additive = Additiv). Wenn mehrere trockene Additive hinzuzufügen sind, kann die Zuführung getrennte Materialzuführungen umfassen, wovon jede einen Durchflussmesser und ein Ventil besitzt. In die Steuergleichung werden zusätzliche Terme Qadditive1, Qadditive2 usw. eingeschlossen (additive 1 = Additiv 1, additive 2 = Additiv 2).
  • Es ist klar, dass Änderungen bei einer Implementierung erfolgen können, wobei sie immer noch im Umfang der Verwendung des Festkörperanteils als Eigenschaft, die überwacht wird, um eine Steuerung des Mischsystems zu bewirken, bleiben.
  • Zum Beispiel, kann das Verfahren auf das Mischen anderer Bohrlochfluide wie etwa Stimulationsfluide (Frac-Fluide) oder sogar Bohrfluide (Spülschlamm) angewendet werden. Im Fall der Frac-Fluide werden das Gel und das Stützmittel (Flüssigkeits- und Festkörperphasen) normalerweise unter Verwendung eines Behältermischgeräts (pod blender) gemischt, wobei das Verhältnis von Gel und Stützmittel unter Verwendung eines (normalerweise radioaktiven) Dichtemessers stromabwärts des Mischers/Mischgeräts gesteuert wird. Die Verwendung von radioaktiven Sensoren erzeugt viele Umweltfragen, während Coriolis-Messgeräte eine Alternative sind, wobei diese dafür bekannt sind, Einschränkungen in Bezug auf die Durchflussmenge aufzuweisen, wenn sie auf diese Weise verwendet werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Steuerung der Stützmittel- und Gelkonzentrationen durch Durchflussmesser ohne die Notwendigkeit, sich auf Dichtemesser-Messungen zu verlassen.
  • Die Durchflussmengen von Gel und gemischtem Fluid werden mittels elektromagnetischer Durchflussmesser gemessen. Die Stützmittelmenge wird direkt aus der folgenden Beziehung abgeleitet (proppant = Stützmittel, mixed fluid = gemischtes Fluid): Qgel + QProppant = QMixedFluid.
  • Die Stützmittelkonzentration (in hinzugefügten Pfund je Gallone oder "PPA") kann eine Funktion des Festkörperanteils, wie er oben definiert ist, sein und folgendermaßen ausgedrückt werden: PPA = Stützmitteldichte * Festkörperanteil / (1 – Festkörperanteil).
  • Folglich kann die oben in Bezug auf Zement beschriebene Methodik der Messung des Festkörperanteils auf Frac-Fluide angewendet werden, indem anstatt der Zementdichte die Stützmitteldichte bestimmt wird.
  • Dieser Zugang hat den Vorteil, die Verwendung radioaktiver Dichtemesser nicht zu erfordern, wobei folglich Beschränkungen, die der Verwendung aus Verordnungsgründen auferlegt sind, vermieden werden, sowie ohne die Leistungseinschränkungen bezüglich der Durchflussmenge anderer Messtechniken zu sein. Das Geräte- und Steuerungssystem ist im Wesentlichen das gleiche, wie das bei dem oben beschriebenen Zementierungssystem verwendete.

Claims (17)

  1. System zum Mischen eines Zementschlamms, das umfasst: i) eine Flüssigkeitsmaterial-Zuführung (101), die eine Vorrichtung (104) zum Messen der Menge des zugeführten Flüssigkeitsmaterials enthält; ii) eine Festkörperzement-Zuführung (108); iii) einen Mischer, der eine Wanne (114) enthält, die die Flüssigkeit und den Festkörperzement aufnimmt und einen Ausgang (124) aufweist, um Materialien von dem Mischer an ein Abgabesystem abzugeben; iv) einen Durchflussmesser (128) im Ausgang (124); und v) eine Rechenvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass – das System ferner eine Vorrichtung (120) zum Messen der Materialmenge im Mischer umfasst; – die Rechenvorrichtung die Ausgangssignale von der Vorrichtung (120) zum Messen der Materialmenge im Mischer und von den Durchflussmessern (104, 128) empfängt und so beschaffen ist, dass sie die zeitliche Änderung der Materialmenge in der Wanne (114) und den Festkörperanteil des Gemisches berechnet; und – der berechnete Festkörperanteil dazu verwendet wird, die relativen Mengen des Festkörper- und des Flüssigkeitsmaterials, die dem Mischer zugeführt werden, zu steuern.
  2. System nach Anspruch 1, bei dem die Durchflussmesser aus Massendurchflussmessern und aus Volumendurchflussmessern ausgewählt sind.
  3. System nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Durchflussmesser aus Coriolis-Messgeräten und elektromagnetischen Messgeräten ausgewählt sind.
  4. System nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem der Mischer einem Mischabschnitt und die Wanne umfasst, wobei gemischte Materialien vom Mischabschnitt zu der Mischwanne geliefert werden und ein Teil des Materials in der Wanne wieder zum Mischabschnitt zurückgeführt wird.
  5. System nach Anspruch 4, bei dem die Vorrichtung einen Pegelsensor in der Wanne umfasst.
  6. System nach Anspruch 4, bei dem die Vorrichtung einen Lastsensor umfasst, der das Gewicht der Wanne misst.
  7. System nach einem der Ansprüche 4 bis 8, bei dem die Rückführung von Material stromaufseitig von dem Durchflussmesser im Ausgang erfolgt.
  8. System nach einem vorhergehenden Anspruch, das getrennte Zuführungen für zementartige und trockene Additive aufweist, wobei ein Durchflussmesser vorgesehen ist, der die Durchflussmenge der trockenen Additive misst.
  9. System nach Anspruch 8, bei dem die Zuführung trockener Additive mehrere getrennte Additiv-Zuführungen, wovon jede ihren eigenen Durchflussmesser besitzt, umfasst.
  10. System nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Flüssigkeitszuführung wenigstens einen Tank aufweist.
  11. System nach Anspruch 10, bei dem die Vorrichtung zum Messen der zugeführten Flüssigkeitsmenge einen Pegelsensor im Tank oder einen Durchflussmesser, der die vom Tank ausströmende Flüssigkeitsmenge misst, umfasst.
  12. Verfahren zum Mischen eines Zementschlamms, bei dem die Zement- und Flüssigkeitskomponenten ununterbrochen an einen Mischer geliefert werden und der Zementschlamm ununterbrochen aus dem Mischer abgeführt wird, um verwendet zu werden, wobei das Verfahren umfasst: i) Messen der Durchflussmenge der Flüssigkeitskomponenten in dem Mischer; und ii) Messen der Durchflussmenge des von dem Mischer abgeführten Schlamms; gekennzeichnet durch iii) Messen der Schlammmenge im Mischer; iv) Verwenden der Messwerte der Durchflussmenge und der Schlammmenge, um den Festkörperanteil des Fluids zu berechnen; und v) Steuern der Abgabe von Zement und/oder von Flüssigkeitskomponenten an den Mischer in Übereinstimmung mit dem berechneten Festkörperanteil.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem an den Mischer getrennt vom Zement Additive abgegeben werden, wobei das Verfahren ferner das Messen der Durchflussmenge der an den Mischer abgegebenen Additive umfasst.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem der Mischer eine Wanne enthält, wobei die Messung der Schlammmenge im Mischer eine Messung der Schlammmenge in der Wanne umfasst.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem ein Teil des Schlamms in der Wanne als Feststoff wieder dem Mischer zugeführt wird und Flüssigkeitskomponenten hinzugefügt werden.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Rückführung stromaufseitig von der Messung der Durchflussmenge des aus dem Mischer entnommenen Schlamms erfolgt.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, bei dem Flüssigkeitskomponenten für die Mischung von einer Flüssigkeitszuführung, die wenigstens einen Tank enthält, abgegeben werden, wobei das Verfahren ferner die Schritte des Messens des Flüssigkeitspegels im Tank über die Zeit hinweg und des Berechnens des Verdrängungsvolumens wie folgt umfasst: Σ(V(h1n) – V(h2n)),wobei: V(h) das exakte Volumen des Tanks beim Pegel (h) ist, h1n der Anfangspegel des n-ten verdrängten Tankvolumens ist; und h2n der Endepegel des n-ten verdrängten Tankvolumens ist.
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