混合設備及其使用方法

2023-05-24 19:27:31

專利名稱：混合設備及其使用方法
技術領域：
本發明涉及一種混合設備及其使用方法。更具體地，本發明涉及一種用於對石油 鑽井的鑽孔中的鑽井流體摻混添加劑的設備和方法。
背景技術：
在本文檔中，詞語「鑽井流體」指的是用來潤滑和冷卻鑽頭以將被鑽取材料循環出 油井並實現油井控制的流體。本領域技術人員將明白，用於鑽井流體的添加劑能呈液態的形式和乾燥固態的形 式。與石油鑽井的鑽孔相結合使用的鑽井流體必須針對各種參數比如比重和粘度 (但不限於此)進行優化。通常從油井連同切屑一起循環出來的鑽井流體會在清理超過一 定尺寸的顆粒材料之後再循環返回入油井以重新使用。然而，希望對鑽井流體進行分析並 對其成分進行可能的調節以實現優化的性質。為了能將添加劑混合入鑽井流體，已知使用離心泵，其使得鑽井流體流入所謂的 混合設備，或者僅是「混合器」。混合器包括呈文丘裡管(venturi tube)形式的噴嘴。當借 助於離心泵迫使鑽井流體高速進入混合器時，在混合器中形成負壓。這個負壓具有使得添 加劑從一個或多個存儲容器中被吸入混合腔的作用，添加劑在混合腔中與鑽井流體混合。 因而，添加劑的摻混基於本領域技術人員公知的所謂「文丘裡原理」。然而，藉助於使用離心泵形成所述文丘裡原理來將添加劑與鑽井流體摻混遭遇到 了一些顯著的缺點。為了實現充分的文丘裡作用，鑽井流體必須在由文丘裡管的設計而非由任何時間 存在的鑽井流體需要所決定的一定壓力和一定流速下泵送入混合器。離心泵要求在抽吸側上存在正壓力並且這樣的混合器布置使得混合器下遊的鑽 井流體將藉助於重力流動至例如存儲容器。這意味著存儲容器必須放置於比混合器低的位 置並且用於將鑽井流體供向離心泵的供應容器必須放置於高於混合器的位置。這種對於裝 備定位的物理要求經常會導致非優化的定位，參見基於重心考慮而確定的定位和希望盡可 能少地佔用例如鑽井上的空間。經驗顯示，在混合器下遊的管道中，鑽井流體流偶爾會被鑽井流體閉塞。這種閉塞 可能是由於管道阻塞和/或離心泵供應超過管道運載能力的鑽井流體。這種閉塞導致鑽井 流體通過混合器的抽吸管道流出混合器並且對人類和環境都造成嚴重的損害。因而，現有技術的混合器涉及顯著的健康和安全性危險。

發明內容
本發明的目標是補救或減少至少一個現有技術的缺點。這個目標通過下面說明書和所附權利要求中描述的特點來實現。在本發明的第一個方面，提供了一種用於對石油鑽井的鑽孔中的鑽井流體摻混添加劑的設備，該設備包括一混合腔，鑽井流體的入口管線、鑽井流體的出口管線以及添加劑的至少一個配 料裝置與所述混合腔流體地連接，配料裝置布置來將添加劑從容器供應至混合腔以及在混 合腔和容器之間形成壓力密閉的阻隔；以及一布置於混合腔下遊的泵送裝置，其布置來抽吸鑽井流體穿過混合腔。具有鑽井流體的入口和出口管線以及通向每個所述至少一個配料裝置的流體相 通管線的混合腔對周圍密閉。這使得在泵送裝置中形成上遊負壓。因此添加劑從所述至少 一個配料裝置中被抽吸入混合腔。有利地是混合腔的上遊部分設有限制器。限制器優選地是可調節的，以使得能在 混合腔中獲得期望的負壓。限制器甚至可定位於混合腔附近其鑽井流體入口管線中。優選地，配料裝置是所謂的容積型。有利地是泵送裝置是所謂的容積泵。容積泵提供了在給定的泵送裝置轉速下相對 準確的流或「流動」。為了能控制穿過混合腔的鑽井流體的流動，有利地是泵送裝置是頻率 控制的。一種已經通過試驗證明適合的容積泵是所謂的凸輪泵(lobe pump)。有利地是在混合腔的下遊布置有用於鑽井流體的取樣和分析的裝置，以使得其結 果可與預先設定或期望的結果相比較。優選地，取樣、分析和評估工作的全部或部分是藉助 於軟體和計算機以本身已知的方式自動化。有利地是添加劑的供給基於來自所述評估的信息和關於穿過設備的流動的信息 自動地控制。在本發明的第二個方面，提供了一種用於對石油鑽井的鑽孔中的鑽井流體摻混添 加劑的方法，該方法包括將鑽井流體抽吸穿過混合腔以及藉助於連接至容器的配料裝置從 至少一個容器供應添加劑，配料裝置在容器和混合腔之間形成壓力密閉的阻隔。


下面描述在附圖中圖示的優選實施例的示例，在附圖中圖1示出根據本發明的用於摻混添加劑的設備的原理圖。將理解到，附圖不是按比例的並且各個部件的相對尺寸比例也不是按照正確的相 對比例繪製的。
具體實施例方式在附圖中，參考標號1指示根據本發明的設備。設備1包括混合腔3，用於鑽井流 體的入口管線5、用於鑽井流體的出口管線7以及八個配料裝置9、9、與所述混合腔流體地 連接。配料裝置9、9、流體地連接至相應的添加劑容器11、附圖中用參考標號11指示的容器可以是例如存儲固態(所謂的塊狀材料)的容 器，而用參考標號If指示的容器可以是例如用於存儲液態形式添加劑的容器。配料裝置9、9、布置為以本身已知的方式在混合腔3和容器11、1廠之間形成壓力 密閉的阻隔。與容器11相通的配料裝置9可以是例如一種本身已知的容積配料閥，其適合於將
4期望體積的呈固態形式的添加劑從容器11配入混合腔3。與容器1Γ相通的配料裝置9、可以是例如一種本身已知的針閥，其適合於將期望 體積的呈液態形式的添加劑從容器1Γ配入混合腔3。混合腔3的下遊布置有泵送裝置13，其布置來抽吸鑽井流體穿過混合腔3。本領 域技術人員將理解到，為了實現最好的可能抽吸作用，設備1定位於泵送裝置13上遊的部 分必須是對周圍流體密閉的。在上遊入口部分，混合腔3設有限制器4。限制器4可以是固定的或可調節的。通 過安裝可調節的限制器4，混合腔3中的負壓可調節至任何時間存在的需要。在所示實施例中，設備1布置為管道迴路，其包括連接至中間存儲容器17的返回 管線15。在商業中，這種用於鑽井流體的中間存儲容器17經常稱為「混合箱」。中間存儲容器或混合箱17設有鑽井流體的供應管線19和鑽井流體的排出管線 21。將理解到，供應管線19和排出管線21每個都設有能切斷與混合箱17的流體相通 的閥(未示出)。已經從油井循環出並清理了切屑的鑽井流體，可能是新鑽井流體，通過供應管線 19供應至混合箱17。該供應的鑽井流體可視為「未處理的」。鑽井流體的特性的設計或調節通常包括以下步驟一將期望量的未處理鑽井流體通過供應管線19運載至混合箱17 ；一從所供應鑽井流體測量到的性質或已知性質和期望性質來確定添加劑的需要。 樣品可例如從混合箱17中或從沿著管線5、7、15的任何點的鑽井流體獲取；一泵送裝置13從混合箱17通過混合腔3抽吸鑽井流體同時相關配料裝置9、9、 操作來輸送添加劑劑量；一加入添加劑的鑽井流體在泵送裝置13的下遊運載通過返回管線15並回到混合 箱17。從上述一個或多個點以設定間隔獲取樣品；一當期望量的鑽井流體已經獲得期望性質時，鑽井流體可通過排出管線21運出 並循環回到油井。將理解到，在一些情況下，可能需要將混合箱17中的鑽井流體數次循環通過設備 1以獲得鑽井流體的期望性質。根據本發明的設備1非常適合於自動化。本領域技術人員將知道，存在著可布置 來對例如在管線5、7、15中流動的或在混合箱17中的鑽井流體進行實際上連續地分析的裝 備。分析結果可供給至計算機(未示出)，計算機將測量結果與事先輸入的數據相比較。在 其間存在著差異時，計算機可計算供應一種或多種添加劑的需要。信號可輸出至用於配料 裝置9、9、的控制系統(未示出)，調節穿過混合腔3的鑽井流體流的劑量。鑽井流體流量 能被測量或當容積泵送裝置13的轉速已知時計算。如果混合箱17是封閉容器，則是有利的。如果其中保持有添加劑的容器11、1廠 是封閉的，則也是有利的。因為設備1對周圍流體地封閉，從而設計或調節鑽井流體的整個 過程將在封閉系統中運行。這就安全工作環境而言有著顯著的優點。如果泵送裝置13下遊的返回管線15中發生了流體流動的堵塞或閉塞，穿過混合 腔3的流體流動將停止並且負壓朝著零降低。然而，即使泵送裝置13繼續泵送，也不能在混合腔3中形成過壓。從而避免了鑽井流體通過設備1泛濫的問題。在圖1中，設備1示出為連接至混合箱17。然而，鑽井流體也能在不使用所示混合 箱17的條件下調節至期望性質或需要。例如，鑽井流體的入口管線5可連接至「未處理」鑽 井流體的源(未示出)，並且泵送裝置下遊的返回管線15能連接至鑽井流體循環系統(未 示出)的上遊側。所述未處理鑽井流體的源通常連接至清理裝置，所述清理裝置布置來從鑽井流體 分離從井孔帶上來的切屑。在一個實施例中，入口管線5連接至所謂的「脫氣器」。當在不使用混合箱17的條件下布置設備1時，鑽井流體的分析必須在混合腔3上 遊進行。就這一點而言，如前所述的自動分析和配料系統將是有利的。本領域技術人員將理解到，根據本發明的設備和方法顯示了相對於在混合鑽井流 體中摻混添加劑時使用的已知設備和方法而言的高度有利的特點。優點涉及通過控制泵送 裝置13來控制穿過混合腔的流速的可能性以及幾乎避免了鑽井流體從設備1溢流或所謂 的「泛濫」的危險，這可能會傷害人員和環境。另外，根據本發明的設備1和所連接的流體 容器17 (如果有的話)在基於最小化空間需要和/或考慮重心的期望並且不基於泵和容器 的相對提高的需要之下最佳地定位。
權利要求
1.一種用於對石油鑽井的鑽孔中的鑽井流體摻混添加劑的設備(1)，其特徵在於所述 設備⑴包括一封閉混合腔(3)，鑽井流體的入口管線(5)、鑽井流體的出口管線(7)以及添加劑的 至少一個配料裝置(9，9、)與所述封閉混合腔流體地連接，所述配料裝置(9，9、)布置來在 打開位置中將添加劑從容器(11，1Γ)供應至混合腔C3)並且布置來在封閉位置中在混合 腔(3)和容器(11，1Γ)之間形成壓力密閉的阻隔；以及一布置於混合腔C3)下遊的泵送裝置(13)，其布置來在混合腔(3)中形成負壓以使得 當配料裝置(9，9、)處於打開位置時鑽井流體和添加劑都被抽吸入並穿過混合腔(3)。
2.根據權利要求1的設備，其中，混合腔(3)的上遊部分設有限制器G)。
3.根據權利要求2的設備，其中，限制器(4)是可調節的。
4.根據權利要求1的設備，其中，泵送裝置(13)是所謂的容積泵。
5.根據權利要求4的設備，其中，泵送裝置(1 是頻率控制的。
6.根據前述任何一個權利要求的設備，其中，所述設備(1)設有用於鑽井流體的自動 取樣、分析和評估的裝置。
7.根據權利要求6的設備，其中，至少用於鑽井流體的取樣和分析的裝置布置於混合 腔⑶的下遊。
8.根據權利要求6的設備，其中，至少用於鑽井流體的取樣和分析的裝置布置於混合 腔⑶的上遊。
9.根據權利要求6-8中任何一個的設備，其中，添加劑的供給基於來自評估工作的信 息和關於穿過泵送裝置(13)的流的信息被自動地控制。
10.一種用於對石油鑽井的鑽孔中的鑽井流體摻混添加劑的方法，其特徵在於該方法 包括一藉助於泵送裝置(13)在混合腔(3)中提供負壓；一藉助於泵送裝置(13)將鑽井流體抽吸穿過混合腔(3)；一以及藉助於配料裝置(9，9、)控制添加劑從至少一個容器(11，1Γ)的供應，所述配 料裝置(9，9、)布置來在封閉位置和打開位置之間操作，在封閉位置中配料裝置(9，9、)在 容器(11，1Γ)和混合腔C3)之間形成壓力密閉的阻隔，在打開位置中添加劑從容器(11， 1Γ)被抽吸入混合腔(3)。
11.根據權利要求10的方法，其中，添加劑的摻混基於來自在混合腔C3)上遊和/或下 遊對鑽井流體的測量和分析的信息和關於穿過所述設備(1)的流的信息被自動地控制。
全文摘要
描述了一種混合用於石油鑽井的鑽孔中的鑽井流體的添加劑的設備(1)和方法。該設備(1)包括混合腔(3)，鑽井流體的入口管線(5)、鑽井流體的出口管線(7)以及添加劑的至少一個配料裝置(9，9`)與之流體地連接，配料裝置(9，9`)布置來將添加劑從容器(11，11`)供應至混合腔(3)以及在混合腔(3)和容器(11，11`)之間形成壓力密閉的阻隔；以及布置於混合腔(3)下遊的泵送裝置(13)，其布置來抽吸添加劑穿過混合腔(3)。
文檔編號B01F3/12GK102084083SQ200980123057
公開日2011年6月1日 申請日期2009年6月12日 優先權日2008年6月20日
發明者J·K·沃什胡什, T·梅爾哈斯 申請人:丘比利迪公司