определение количества расклинивающего наполнителя, добавленного в жидкость для гидроразрыва, с использованием кориолисового расходомера

Формула изобретения

1. Измерительная система (200), содержащая кориолисовый расходомер (222) и систему (224) управления, отличающаяся тем, что кориолисовый расходомер предназначен для измерения плотности основной жидкости (250), протекающей через упомянутый кориолисовый расходомер, и формирования сигнала плотности основной жидкости, передачи сигнала измеренной плотности основной жидкости, получения скользящего потока (280) жидкости (202) для гидроразрыва для измерения плотности жидкости для гидроразрыва и формирования сигнала плотности жидкости (202) для гидроразрыва, текущей через кориолисовый расходомер, причем жидкость для гидроразрыва содержит смесь основной жидкости и расклинивающего наполнителя (252), и передачи сигнала измеренной плотности жидкости для гидроразрыва,

при этом система управления предназначена для приема сигнала плотности основной жидкости и сигнала плотности жидкости для гидроразрыва и определения количества расклинивающего наполнителя в жидкости для гидроразрыва на основе сигнала измерения плотности основной жидкости, сигнала измерения плотности жидкости для гидроразрыва и плотности расклинивающего наполнителя.

2. Измерительная система (200) по п.1, отличающаяся тем, что кориолисовый расходомер (222) содержит кориолисовый расходомер (400) с прямой трубой.

3. Измерительная система (200) по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит

первую трубу (226), имеющую первый конец (271) для соединения со входом кориолисового расходомера (222) и имеющую второй конец (272) для соединения со сливом (218) резервуара (210), и

вторую трубу (227), имеющую первый конец (281), предназначенный для соединения с выходом кориолисового расходомера (222), и имеющую второй конец (282) для соединения с резервуаром,

причем упомянутая первая труба предназначена для приема скользящего потока (280) материала из слива резервуара, который перемещается по первой трубе через кориолисовый расходомер, вторую трубу обратно в резервуар.

4. Измерительная система (200) по п.1, отличающаяся тем, что система (224) управления предназначена для определения плотности расклинивающего наполнителя (252).

5. Измерительная система (200) по п.1, отличающаяся тем, что система (224) управления содержит систему отображения (302), предназначенную для передачи упомянутого количества расклинивающего наполнителя (252) для пользователя.

6. Измерительная система (200) по п.1, отличающаяся тем, что система (224) управления содержит вспомогательный интерфейс (306), предназначенный для передачи сигнала, который отображает указанное количество расклинивающего наполнителя (252), вспомогательной системе.

7. Измерительная система (200) по п.1, отличающаяся тем, что система (224) управления содержит пользовательский интерфейс (304), предназначенный для представления плотности расклинивающего наполнителя (252), вводимой пользователем.

8. Измерительная система (200) по п.1, отличающаяся тем, что система (224) управления предназначена для вычисления скорости жидкости (202) для гидроразрыва,

определения, превышает ли скорость жидкости для гидроразрыва пороговое значение,

обеспечения индикации, если скорость жидкости для гидроразрыва превышает пороговое значение.

9. Измерительная система (200) по п.1, отличающаяся тем, что система (224) управления предназначена для

вычисления средней плотности основной жидкости (250) на основе множества сигналов измерений плотности основной жидкости посредством кориолисового расходомера (222),

определения количества расклинивающего наполнителя (252) в жидкости (202) для гидроразрыва на основе средней плотности основной жидкости, сигнала плотности жидкости для гидроразрыва и плотности расклинивающего наполнителя.

10. Измерительная система (200) по п.1, отличающаяся тем, что кориолисовый расходомер (222) предназначен для измерения удельного массового расхода жидкости (202) для гидроразрыва и передачи, по меньшей мере, одного из удельных массовых расходов жидкости для гидроразрыва и коэффициента усиления кориолисового расходомера в систему (224) управления,

причем система управления предназначена для представления, по меньшей мере, одного из удельных массовых расходов жидкости для гидроразрыва и коэффициента усиления кориолисового расходомера пользователю.

11. Способ измерения количества расклинивающего наполнителя в жидкости для гидроразрыва, заключающийся в том, что определяют плотность расклинивающего наполнителя, отличающийся тем, что

измеряют плотность основной жидкости (250) посредством кориолисового расходомера (222) для формирования сигнала плотности основной жидкости,

пропускают скользящий поток (280) жидкости для гидроразрыва через кориолисовый расходомер,

измеряют плотность жидкости (202) для гидроразрыва при помощи кориолисового расходомера и формируют сигнал плотности жидкости для гидроразрыва, причем жидкость для гидроразрыва содержит смесь из основной жидкости и расклинивающего наполнителя (252),

определяют количество расклинивающего наполнителя в жидкости для гидроразрыва на основе сигнала плотности основной жидкости, плотности жидкости для гидроразрыва и плотности расклинивающего наполнителя.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что при измерении плотности жидкости (202) для гидроразрыва посредством кориолисового расходомера (222) используют кориолисов расходомер (400) с прямой трубкой.

13. Способ по п.11, отличающийся тем, что дополнительно соединяют первый конец (271) первой трубы (226) со входом кориолисового расходомера (222),

соединяют второй конец (272) первой трубы (226) со сливом (218) резервуара (210),

соединяют первый конец (281) второй трубы (227) с выходом кориолисового расходомера (222),

соединяют второй конец (282) второй трубы (227) с резервуаром,

при этом первая труба принимает скользящий поток (280) материала из слива резервуара, причем скользящий поток передвигается по первой трубе через кориолисовый расходомер, через вторую трубу и обратно в резервуар.

14. Способ по п.11, отличающийся тем, что дополнительно сообщают о требуемом количестве расклинивающего наполнителя (252) пользователю.

15. Способ по п.11, отличающийся тем, что дополнительно передают сигнал, представляющий упомянутое количество расклинивающего наполнителя (252), вспомогательной системе.

16. Способ по п.11, отличающийся тем, что дополнительно принимают величину плотности расклинивающего наполнителя (252) от пользователя.

17. Способ по п.11, отличающийся тем, что дополнительно вычисляют скорость жидкости (202) для гидроразрыва,

определяют, превышает ли скорость жидкости для гидроразрыва пороговое значение,

обеспечивают индикацию, если скорость жидкости для гидроразрыва превышает пороговое значение.

18. Способ по п.11, отличающийся тем, что дополнительно вычисляют среднюю плотность основной жидкости (250) на основе

множества измерений сигналов плотности основной жидкости посредством кориолисового расходомера (222),

определяют количество расклинивающего наполнителя (252) в жидкости (202) для гидроразрыва на основе средней плотности основной жидкости, сигнала плотности жидкости для гидроразрыва и плотности расклинивающего наполнителя.

19. Способ по п.11, отличающийся тем, что дополнительно измеряют удельный массовый расход жидкости (202) для гидроразрыва посредством кориолисового расходомера (222),

сообщают, по меньшей мере, одну величину из удельного массового расхода жидкости для гидроразрыва и коэффициент усиления кориолисового расходомера пользователю.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Настоящее изобретение относится к области измерительных систем и, более точно, к системе и способу, в которых используются измерения посредством кориолисового расходомера для определения количества расклинивающего наполнителя в жидкости для гидроразрыва.

Предшествующий уровень техники

Нефть, газ и другие подземные ресурсы получают посредством бурения скважины. Скважина бурится на определенную глубину и обсаживается цементом. Скважина проходит через множество зон под землей, которые вскрываются при бурении. Чтобы вскрыть определенную зону, буровая бригада раздробляет участок обсадной трубы в требуемой зоне. Используемый процесс раздробления может быть гидравлическим разрывом, пневматическим разрывом или другим типом разрыва. После раздробления обсадной трубы буровая бригада затем подает насосом жидкость для гидроразрыва в трещину, чтобы сохранять трещину открытой. Жидкость для гидроразрыва удерживается в открытой трещине, но последняя все еще остается проницаемой. Это позволяет нефти или газу более легко течь через трещину в буровую скважину.

Жидкость для гидроразрыва состоит из основной жидкости и расклинивающего наполнителя. Чтобы изготовить основную жидкость, в воду в большом резервуаре добавляется гуаровая смола. Смеситель в резервуаре непрерывно перемешивает гуаровую смолу и воду вместе, чтобы изготовить основную жидкость. После перемешивания базовая жидкость имеет консистенцию, отчасти похожую на мелассу (черную патоку).

Расклинивающий наполнитель, такой как песок, затем добавляется в основную жидкость в резервуаре, чтобы изготовить жидкость для гидроразрыва. Количество добавляемого песка зависит от типа грунта, грунтовых условий и других факторов. Смеситель в резервуаре перемешивает основную жидкость и песок вместе, чтобы изготовить жидкость для гидроразрыва. Жидкость для гидроразрыва затем подается насосом в буровую скважину, чтобы сохранить трещину открытой. Количество песка в жидкости для гидроразрыва определяет, насколько хорошо жидкость для гидроразрыва может удерживать трещину открытой.

Так как очень важно количество песка в жидкости для гидроразрыва, буровая бригада может пожелать измерить количество добавленного песка. Это может быть трудным процессом, так как жидкость для гидроразрыва обычно не изготовляется отдельно, а непрерывно перемешивается. Чтобы определить количество песка в жидкости для гидроразрыва, буровая бригада использует ядерный плотномер для измерения плотности жидкости для гидроразрыва, которую подают насосом в буровую скважину. Устройство управления получает измеренное значение плотности с ядерного плотномера и вычисляет количество песка, добавленного в жидкость для гидроразрыва. Буровая бригада затем может оставить количество песка на желаемом уровне. Пример системы для обеспечения жидкости для гидроразрыва описан ниже и проиллюстрирован на фиг.1.

К сожалению, существуют проблемы, связанные с использованием ядерных плотномеров. Например, междуштатная и международная перевозка ядерных плотномеров может быть трудным процессом, принимая во внимание законы и положения, относящиеся к ядерной технологии. Также существуют проблемы, связанные с безопасным обращением и перевозкой ядерных плотномеров. Операторы ядерных плотномеров должны быть дипломированными специалистами или иметь лицензию, выданную надлежащим регулирующим ведомством. Такие факторы делают нежелательным использование ядерных плотномеров.

Кориолисовы расходомеры используются для измерения удельного массового расхода, плотности и других данных о жидкости. Примеры кориолисовых расходомеров раскрыты в патентах US 4109524, 1978, US 4491025, 1985 и Re 31450 от 11 февраля 1982, все патенты принадлежат J. E. Smith. Кориолисовы расходомеры содержат одну или более трубок Вентури прямой или изогнутой формы. Каждая конфигурация трубки Вентури в кориолисовом расходомере имеет набор собственных мод колебаний, которые могут быть простыми изгибными, колебаниями кручения, крутильными или связанными колебаниями. Каждая трубка Вентури приводится в движение, чтобы колебаться в резонансе с одной из этих собственных мод колебания. Жидкость течет в расходомер из трубопровода, присоединенного ко входу расходомера. Жидкость направляется через трубку/ки Вентури и выходит из расходомера с выхода расходомера. Собственные моды колебаний колеблющейся, заполненной жидкостью системы частично определяются совместной массой трубок Вентури и массой жидкости, текущей через трубки Вентури.

Когда жидкость начинает течь по трубке Вентури под действием кориолисовых сил, точки вдоль трубок Вентури имеют различные фазы. Фаза на входной стороне трубки Вентури обычно отстает от генератора колебаний, в то время как фаза на выходной стороне трубки Вентури опережает генератор. К трубке/ам Вентури прикрепляются тензодатчики, чтобы измерять движение трубки/ок Вентури и генерировать сигналы тензодатчиков, которые отображают движение трубки/ок Вентури.

Измерительные электронные схемы или любая другая вспомогательная электроника или схемы, присоединенные к расходомеру, получают сигналы от тензодатчика. Измерительные электронные схемы обрабатывает сигналы тензодатчика, чтобы определить разность фаз между сигналами тензодатчика. Разность фаз между двумя сигналами тензодатчика пропорциональна удельному массовому расходу жидкости через трубку/и Вентури. Измерительные электронные схемы также могут обрабатывать один или оба сигнала тензодатчика, чтобы определить плотность жидкости.

К сожалению, кориолисовы расходомеры не используются, чтобы измерять плотность жидкости для гидроразрыва. Во-первых, жидкость для гидроразрыва обычно подается насосом в буровую скважину через большую трубу, такую как восьмидюймовая труба. Кориолисовы расходомеры не конструируются достаточно большими, чтобы измерять восьмидюймовый поток. Во-вторых, большинство кориолисовых расходомеров имеют изогнутые трубки Вентури. Эрозивные свойства песка, проходящего через изогнутые трубки Вентури, не позволяют использовать кориолисов расходомер с изогнутыми трубками Вентури. Песок повредит трубки Вентури за часы. По этим причинам кориолисовы расходомеры не используют для измерения жидкости для гидроразрыва, а продолжают использовать ядерные плотномеры.

Краткое изложение существа изобретения

Технической задачей настоящего изобретения является создание системы и способа для определения количества расклинивающего наполнителя, в которых используется измерительная система, содержащая кориолисов расходомер и систему управления. Сначала через кориолисов расходомер пропускают основную жидкость. Кориолисов расходомер измеряет плотность основной жидкости и передает измеренное значение плотности основной жидкости в систему управления. В основную жидкость добавляют расклинивающий наполнитель, создавая жидкость для гидроразрыва. Жидкость для гидроразрыва затем пропускают через кориолисов расходомер. Кориолисов расходомер измеряет плотность жидкости для гидроразрыва и передает измеренное значение плотности жидкости для гидроразрыва в систему управления. Система управления определяет количество расклинивающего наполнителя в жидкости для гидроразрыва, основываясь на измерении плотности основной жидкости, измерении плотности жидкости для гидроразрыва и плотности расклинивающего наполнителя.

Предложенная измерительная система позволяет заменить ядерную технологию на кориолисову технологию. Кориолисовы расходомеры могут обеспечить точные измерения плотности и при этом позволяют избежать проблем, связанных с обращением и перевозкой радиоактивных источников и инструментов. Кориолисовы расходомеры также не имеют проблем, связанных с внутренней безопасностью, присущих ядерному плотномеру.

В другом примере изобретения кориолисов расходомер предназначен для получения скользящего потока материала. Чтобы обеспечить скользящий поток, измерительная система дополнительно содержит первую трубку и вторую трубку. Первый конец первой трубки предназначен для соединения со входом кориолисового расходомера, а второй конец первой трубки предназначен для соединения со сливом резервуара. Первый конец второй трубки предназначен для соединения с выходом кориолисового расходомера, а второй конец второй трубки предназначен для соединения с резервуаром. Первая трубка получает скользящий поток материала из слива резервуара. Скользящий поток передвигается по первой трубке через кориолисов расходомер, через вторую трубку и назад в резервуар. Скользящий поток обеспечивает меньшую скорость потока для измерения, например скорость течения в один дюйм.

Другие примеры изобретения раскрыты ниже.

Ниже изложены аспекты настоящего изобретения. Согласно одному аспекту изобретения измерительная система содержит кориолисов расходомер и систему управления, причем измерительная система характеризуется тем, что:

кориолисов расходомер предназначен для измерения плотности основной жидкости, текущей через кориолисов расходомер, для осуществления измерения плотности основной жидкости, передачи измерения плотности основной жидкости, получения скользящего потока жидкости для гидроразрыва и измерения плотности жидкости для гидроразрыва, измерения плотности жидкости для гидроразрыва, протекающей через кориолисов расходомер, чтобы измерить плотность жидкости для гидроразрыва, причем жидкость для гидроразрыва содержит смесь основной жидкости и расклинивающего наполнителя, и передачи измеренной плотности жидкости для гидроразрыва,

при этом система управления предназначена для приема измеренной плотности основной жидкости и измеренной плотности жидкости для гидроразрыва и определения количества расклинивающего наполнителя в жидкости для гидроразрыва на основе измерения плотности основной жидкости, измерения плотности жидкости для гидроразрыва и плотности расклинивающего наполнителя.

Предпочтительно кориолисовый расходомер содержит кориолисовый расходомер с прямой трубой.

Предпочтительно измерительная система дополнительно содержит

первую трубку, имеющую первый конец для соединения со входом кориолисового расходомера и второй конец для соединения со сливом резервуара,

вторую трубку, имеющую первый конец для соединения с выходом кориолисового расходомера и второй конец для соединения с резервуаром,

причем первая трубка предназначена для получения скользящего потока материала ((двухфазный) поток со скольжением фаз) из слива резервуара, а скользящий поток передвигается через первую трубку, через кориолисовый расходомер, через вторую трубку и обратно в резервуар.

Предпочтительно система управления предназначена для определения плотности расклинивающего наполнителя.

Предпочтительно система управления содержит систему отображения для отображения количества расклинивающего наполнителя пользователю.

Предпочтительно система управления содержит вспомогательный интерфейс для передачи сигнала, представляющего собой количество расклинивающего наполнителя, во вспомогательную систему.

Предпочтительно система управления содержит пользовательский интерфейс для получения плотности расклинивающего наполнителя, вводимой пользователем.

Предпочтительно система управления предназначена для

вычисления скорости жидкости для гидроразрыва,

определения, превышает ли пороговое значение скорость жидкости для гидроразрыва,

индикации, если скорость жидкости для гидроразрыва превышает пороговое значение.

Предпочтительно система управления предназначена для

вычисления средней плотности основной жидкости на основе множества измерений плотности основной жидкости при помощи кориолисового расходомера,

определения количества расклинивающего наполнителя в жидкости для гидроразрыва на основе средней плотности основной жидкости, измерения плотности жидкости для гидроразрыва и плотности расклинивающего наполнителя.

Предпочтительно кориолисовый расходомер предназначен для измерения удельного массового расхода жидкости для гидроразрыва и обеспечения, по меньшей мере, одного из удельных массовых расходов жидкости для гидроразрыва и управляемого усиления кориолисового расходомера для системы управления,

при этом система управления предназначена для обеспечения, по меньшей мере, одного из удельных массовых расходов жидкости для гидроразрыва и управляемого усиления кориолисового расходомера для пользователя.

Согласно другому аспекту, предложен способ измерения количества расклинивающего наполнителя в жидкости для гидроразрыва, в котором

определяют плотность расклинивающего наполнителя,

способ характеризуется тем, что

измеряют плотность основной жидкости с использованием кориолисового расходомера,

получают скользящий поток жидкости для гидроразрыва в кориолисовом расходомере для измерения плотности жидкости для гидроразрыва;

измеряют плотность жидкости для гидроразрыва при помощи кориолисового расходомера, причем жидкость для гидроразрыва содержит смесь из основной жидкости и расклинивающего наполнителя,

определяют количество расклинивающего наполнителя в жидкости для гидроразрыва, основываясь на измерении плотности основной жидкости, измерении плотности жидкости для гидроразрыва и плотности расклинивающего наполнителя.

Предпочтительно для измерения плотности жидкости для гидроразрыва при помощи кориолисового расходомера измеряют плотность жидкости для гидроразрыва в кориолисовом расходомере с прямой трубкой.

Предпочтительно в способе дополнительно соединяют первый конец первой трубки с входом кориолисового расходомера, соединяют второй конец первой трубки со сливом резервуара, при этом первая трубка получает скользящий поток материала из слива резервуара, скользящий поток передвигается по первой трубке, через кориолисовый расходомер, через вторую трубку и обратно в резервуар.

Предпочтительно способ дополнительно содержит этап обеспечения количества расклинивающего наполнителя для пользователя.

Предпочтительно способ дополнительно содержит этап передачи сигнала, отображающего количество расклинивающего наполнителя вспомогательной системе.

Предпочтительно способ дополнительно содержит этап получения плотности расклинивающего наполнителя от пользователя.

Предпочтительно в способе дополнительно

вычисляют скорость жидкости для гидроразрыва,

определяют, превышает ли пороговое значение скорость жидкости для гидроразрыва,

обеспечивают индикацию, если скорость жидкости для гидроразрыва превышает пороговое значение.

Предпочтительно в способе дополнительно

вычисляют среднюю плотность основной жидкости на основе множества измерений плотности основной жидкости посредством кориолисового расходомера,

определяют количество расклинивающего наполнителя в жидкости для гидроразрыва по средней плотности основной жидкости, измерении плотности жидкости для гидроразрыва и плотности расклинивающего наполнителя.

Предпочтительно дополнительно измеряют удельный массовый расход жидкости для гидроразрыва при помощи кориолисового расходомера, сообщают, по меньшей мере, один из удельных массовых расходов жидкости для гидроразрыва и управляемое усиление кориолисового расходомера пользователю.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительного варианта воплощения изобретения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг.1 изображает известную систему подачи жидкости для гидроразрыва в буровую скважину;

фиг.2 изображает схему измерительной системы согласно изобретению;

фиг.3 - схему системы управления согласно изобретению;

фиг.4 - схему кориолисового расходомера согласно изобретению;

фиг.5 - блок-схему последовательности операций при работе измерительной системы согласно изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения

На фиг.1 представлена известная система подачи жидкости для гидроразрыва в буровую скважину.

Система 100 подачи жидкости 102 для гидроразрыва в буровую скважину содержит резервуар/смеситель 110, трубу 111 рециркуляции, трубу 112 подачи, трубу 118 слива, клапан 113, насос 128, ядерный плотномер 114 и устройство 116 управления. Труба 118 слива соединена с резервуаром/смесителем 110 с одного конца и с клапаном 113 с другого конца. Насос 128 и ядерный плотномер 114 соединены посредством трубы 118 слива. Труба 111 рециркуляции соединена с клапаном 113 с одного конца и с резервуаром/смесителем 110 с другого конца. Труба 112 подачи соединена с клапаном 113 и обеспечивает транспортирование жидкости 102 для гидроразрыва в буровую скважину. Клапан 113 направляет жидкость 102 для гидроразрыва или через трубу 111 рециркуляции, или через трубу 112 подачи. Труба 112 подачи, труба 111 рециркуляции и труба 118 слива имеют, по меньшей мере, восьмидюймовый диаметр. Устройство 116 управления подключено к ядерному плотномеру 114.

Для смешения вода 120, смола 122 и песок 124 добавляются в резервуар/смеситель 110. В резервуаре/смесителе 110 вода 120, смола 122 и песок 124 перемешиваются, чтобы изготовить жидкость 102 для гидроразрыва. Количество песка, добавленного в воду 120 и смолу 122, в жидкости 102 для гидроразрыва зависит от типа грунта, грунтовых условий и других факторов. Оператор системы 100 использует ядерный плотномер 114 и устройство 116 управления, чтобы измерить количество песка в жидкости 102 для гидроразрыва.

Когда полный поток жидкости 102 для гидроразрыва течет через трубу 118 слива, ядерный плотномер 114 измеряет плотность жидкости 102 для гидроразрыва. Ядерный плотномер 114 передает измеренное значение плотности устройству 116 управления. Значения плотности песка 124, плотности воды 120 и плотности смолы 122 вводятся в устройство 116 управления оператором. Устройство 116 управления вычисляет количество песка в жидкости 102 для гидроразрыва, основываясь на измерении плотности жидкости 102 для гидроразрыва и известных плотностях песка 124, воды 120 и смолы 122. Устройство 116 управления включает дисплей 136. Устройство управления обеспечивает количество песка в жидкости 102 для гидроразрыва для оператора, используя дисплей 136.

Как описано выше, существует много проблем, связанных с использованием ядерного плотномера 114. Например, представляет значительные трудности перевозка ядерных плотномеров и безопасный уход. Люди, работающие с ядерными плотномерами, должны быть дипломированными специалистами или иметь лицензию, выданную надлежащим ведомством. Все это делает нежелательным использование ядерных плотномеров.

На фиг.2 представлена схема измерительной системы 200 согласно изобретению. Измерительная система 200 предназначена для работы с системой 201 жидкости для гидроразрыва для подачи жидкости 202 для гидроразрыва в буровую скважину (не показана). Система 201 жидкости для гидроразрыва содержит резервуар/смеситель 210, трубу 218 слива, клапан 213, трубу 211 рециркуляции, трубу 212 подачи, насос 228 и измерительную систему 200. Труба 218 слива соединена с резервуаром/смесителем 210 с одного конца и с клапаном 213 с другого конца. Насос 228 также соединен с трубой 218 слива. Труба 211 рециркуляции соединена с клапаном 213 с одного конца и с резервуаром/смесителем 210 с другого конца. Труба 212 подачи соединена с клапаном 213 и предназначена для транспортировки жидкости 202 для гидроразрыва в буровую скважину. Клапан 213 направляет течение материала или через трубу 211 рециркуляции, или через трубу 212 подачи. Система 201 жидкости для гидроразрыва может содержать другие элементы, которые не показаны для краткости.

Измерительная система 200 состоит из кориолисового расходомера 222 и системы 224 управления. Измерительная система 200 также может включать трубы 226, 227, которые образуют скользящий поток из трубы 218 слива. Трубы 226, 227 могут быть резиновыми трубками в один дюйм. Труба 226 включает концы 271 и 272. Конец 271 соединен со входом кориолисового расходомера 222. Конец 272 может быть соединен с коленом трубы 218 слива, чтобы получать лучшие результаты. Труба 227 включает концы 281 и 282. Конец 281 соединен с выходом кориолисового расходомера 222, а конец 282 соединен с резервуаром/смесителем 210. Труба 226, кориолисовый расходомер 222 и труба 227 сконфигурированы так, чтобы получать скользящий поток 280 материала. Скользящий поток 280 материала входит в трубу 226, проходит через трубу 226, через кориолисовый расходомер 222, через трубу 227 и обратно в резервуар/смеситель 210.

Следующие определения представлены для понимания изобретения. Кориолисовый расходомер содержит любой измеритель, предназначенный для измерения плотности материала, основываясь на законе Кориолиса. Примером кориолисового расходомера является измеритель Model T-100 с прямой трубой фирмы Micro Motion Inc., Colorado. Жидкость для гидроразрыва содержит любую жидкость, материал или смесь, используемые, чтобы препятствовать дроблению трещины в буровой скважине и обеспечить проницаемый проход. Расклинивающий наполнитель содержит любой материал или вещество, используемое в жидкости для гидроразрыва, чтобы сохранить трещины открытыми. Примером расклинивающего наполнителя является песок. Основная жидкость содержит любой материал или вещество, смешанное с расклинивающим наполнителем, чтобы образовать жидкость для гидроразрыва. Резервуар или резервуар/смеситель представляет собой любой бак или контейнер для сохранения материала. Труба содержит любой шланг, систему труб, трубопровод, трубку и т.д.

Во время работы резервуар/смеситель 210 получает и перемешивает основную жидкость 250. В соответствии с положением клапана 213 насос 228 прокачивает основную жидкость 250 через трубу 218 слива и трубу 211 рециркуляции. В трубу 226 поступает скользящий поток 280 основной жидкости 250. Скользящий поток 280 основной жидкости 250 передвигается через трубу 226, через кориолисовый расходомер 222, через трубу 227 и обратно в резервуар/смеситель 210. При протекании основной жидкости 250 через кориолисовый расходомер 222 осуществляется измерение плотности основной жидкости 250. Кориолисовый расходомер 222 передает измеренную величину плотности основной жидкости 250 системе 224 управления.

В резервуар/смеситель 210 затем поступает и перемешивается расклинивающий наполнитель 252 с основной жидкостью 250 для получения жидкости для гидроразрыва 202. В соответствии с положением клапана 213 насос 228 прокачивает жидкость для гидроразрыва 202 через трубу 218 слива и трубу 211 рециркуляции. Труба 226 получает скользящий поток 280 жидкости 202 для гидроразрыва. Скользящий поток 280 жидкости 202 для гидроразрыва передвигается через трубу 226, через кориолисовый расходомер 222, через трубу 227 и обратно в резервуар/смеситель 210. При протекании жидкости 202 для гидроразрыва через кориолисовый расходомер 222 осуществляется измерение плотности жидкости 202 для гидроразрыва. Кориолисовый расходомер 222 передает измеренную величину плотности жидкости 202 для гидроразрыва в систему 224 управления.

Система 224 управления получает величину плотности основной жидкости и величину плотности жидкости для гидроразрыва, а также величину плотности расклинивающего наполнителя 252. Система 224 управления может получить величину плотности расклинивающего наполнителя 252 от оператора, из памяти или из другого источника. Система 224 управления определяет количество расклинивающего наполнителя 252 в жидкости для гидроразрыва 202, основываясь на измерении плотности основной жидкости, измерении плотности жидкости для гидроразрыва и плотности расклинивающего наполнителя 252. Оператор системы 201 жидкости для гидроразрыва может посмотреть количество расклинивающего наполнителя 252 в жидкости для гидроразрыва 202, определенное системой 224 управления, чтобы отрегулировать количество расклинивающего наполнителя 252, добавленного в жидкость для гидроразрыва 202.

Когда жидкость для гидроразрыва 202 содержит надлежащее количество расклинивающего наполнителя 252, клапан 213 переключен так, что жидкость 202 для гидроразрыва подается насосом в забой скважины через трубу 212 подачи. Можно предложить другие устройства или системы, такие как большой насос, соединенные с трубой 212 подачи, чтобы подавать насосом жидкость 202 для гидроразрыва в забой скважины.

На фиг.3 представлен пример системы 224 управления согласно изобретению. Система 224 управления содержит дисплей 302, пользовательский интерфейс 304 и вспомогательный интерфейс 306. В качестве примера системы 224 управления можно привести Daniel®FloBoss ^ТМ 407. Дисплей 302 предназначен для отображения любых релевантных данных для оператора. Примером дисплея 302 является жидкокристаллический дисплей (LCD). Пользовательский интерфейс 304 обеспечивает оператору ввод информации в систему 224 управления. Примером пользовательского интерфейса 304 является клавиатура. Вспомогательный интерфейс 306 предназначен для передачи информации вспомогательной системе (не показана) и получения от нее информации. Примером вспомогательного интерфейса 306 является последовательный порт данных.

Система 224 управления может также содержать процессор и запоминающую среду. Работой системы 224 управления можно управлять при помощи команд, которые хранятся в запоминающей среде. Команды могут извлекаться и выполняться процессором. Некоторыми примерами команд являются программное обеспечение, программный код и аппаратно-программное обеспечение. Некоторыми примерами запоминающей среды являются запоминающее устройство, накопители на магнитной ленте, диски, интегральные схемы и серверы. Команды выполняются процессором согласно изобретению. Термин «процессор» означает отдельное устройство обработки или группу устройств обработки, работающих вместе. Некоторыми примерами процессоров являются компьютеры, интегральные схемы и логические схемы. Специалисты в данной области техники знакомы с командами, процессорами и запоминающей средой.

На фиг.4 представлен пример кориолисового расходомера 400 согласно изобретению. Кориолисовый расходомер 400 может быть кориолисовым расходомером 222 (фиг.2). Кориолисовый расходомер 400 содержит кориолисовый датчик 402 и измерительную электронику 404. Измерительная электроника 404 соединена с кориолисовым датчиком 402 по пути 406. Измерительная электроника 404 предназначена для определения значения плотности, удельного массового расхода, объемной скорости потока, суммарного потока массы и другой информации через путь 408.

Кориолисовый датчик 402 содержит трубку 410 Вентури, балансовый брусок 412, соединения 414, 415, привод 422, тензодатчики 424, 425 и датчик 426 температуры. Трубка 410 Вентури содержит левый конечный участок, обозначенный 410L, и правый конечный участок, обозначенный 410R. Трубка 410 Вентури и ее конечные участки 410L и 410R проходят по всей длине кориолисового датчика 402 от входного конца трубки 410 Вентури к выходному концу трубки 410 Вентури. Балансовый брусок 412 присоединен своими концами к трубке 410 Вентури при помощи крепления 416 бруска.

Левый конечный участок 410L прикреплен к входному соединению 414 течения. Правый конечный участок 410R прикреплен к выходному соединению 415 течения. Входное соединение 414 течения и выходное соединение 415 течения обеспечивают соединение кориолисового датчика 402 с трубопроводом (не показан).

Обычно привод 422, левый тензодатчик 424 и правый тензодатчик 425 соединены с трубкой 410 Вентури и балансовым бруском 412. Измерительная электроника 404 передает сигнал на привод 422 по пути 432. В ответ на этот сигнал привод 422 колеблет трубку 410 Вентури и балансовый брусок 412 в противофазе на резонансной частоте заполненной жидкостью трубки 410 Вентури. Колебания трубки 410 Вентури известным способом формируют кориолисовые отклонения в трубке 410 Вентури. Тензодатчики 424 и 425 обнаруживают кориолисовые отклонения и передают сигналы тензодатчиков, которые отображают кориолисовые отклонения, через пути 434 и 435 соответственно.

Датчик 426 температуры соединен с трубкой 410 Вентури. Датчик 426 температуры определяет температуру жидкости, текущей через трубку 410 Вентури. Датчик 426 температуры генерирует температурный сигнал и передает температурный сигнал измерительной электронике 404 через путь 436.

На фиг.5 представлена блок-схема последовательности операций 500 во время работы измерительной системы 200 согласно изобретению. Оператор включает систему 224 управления и кориолисовый расходомер 222. Система 224 управления получает команду очистить память. Оператор очищает память, вводя команду «Очистить» через пользовательский интерфейс 304. На этапе 504 система 224 управления выдает команду оператору ввести плотность расклинивающего наполнителя 252. Система 224 управления дает команду оператору отобразить на дисплее 302 «Ввести плотность расклинивающего наполнителя». Оператор вводит плотность расклинивающего наполнителя 252 (в фунтах на галлон) через пользовательский интерфейс 304. Пусть расклинивающий наполнитель 252 является песком, имеющим плотность 22.1 фунтов/галлон. На этапе 506 система 224 управления получает сигнал плотности расклинивающего наполнителя 252, введенный оператором. Плотность расклинивающего наполнителя также может быть извлечена из памяти или получена из другой системы.

Резервуар/смеситель 210 перемешивает основную жидкость 250 без расклинивающего наполнителя 252. Основываясь на положении клапана 213, насос 228 прокачивает основную жидкость 250 через трубу 218 слива и трубу 211 рециркуляции. В трубу 226 поступает скользящий поток 280 основной жидкости 250. Скользящий поток 280 основной жидкости 250 проходит через трубу 226, через кориолисовый расходомер 222, через трубу 227 и обратно в резервуар/смеситель 210. Когда основная жидкость 250 течет через кориолисовый расходомер 222, последний измеряет плотность основной жидкости 250 на этапе 508. Кориолисовый расходомер 222 передает измеренное значение плотности основной жидкости системе 224 управления. Система 224 управления отображает измеренное значение плотности основной жидкости для оператора на этапе 510. Кориолисовый расходомер 222 также измеряет удельный массовый расход основной жидкости 250, температуру основной жидкости 250 и другие параметры на этапе 508. Система 224 управления также отображает удельный массовый расход, температуру и другие параметры для оператора на этапе 510. Оператор может просматривать путем прокрутки различные параметры, чтобы увидеть желаемый параметр.

На этапе 512 система 224 управления вычисляет среднюю плотность основной жидкости 250 как среднее из десяти измеренных значений плотностей основной жидкости 250. Система 224 управления может также вычислить среднюю плотность как среднюю величину из измеренных значений плотностей за пятисекундный интервал. Во время вычисления средней плотности система 224 управления может отображать «Стабилизация основной жидкости» для оператора. Система 224 управления может вычислить среднюю плотность в ответ на команду оператора. Например, оператор просматривает измеренное значение плотности и измеренное значение температуры, отображаемые системой 224 управления, чтобы определить, стабилизировались ли измерения. Если измерения стабилизировались, оператор дает команду системе 224 управления вычислить среднюю плотность.

На этапе 514 система 224 управления определяет, является ли только что вычисленная средняя плотность стабильной. Например, если средняя плотность изменяется более чем на 1% за пятисекундный интервал, средняя плотность является нестабильной. В этом случае система 224 управления отображает «Нестабильная плотность» для оператора и возвращается на этап 512. Если средняя плотность не изменяется более чем на 1%, средняя плотность является стабильной и может быть использована. Система 224 управления отображает стабильную среднюю плотность основной жидкости 250 для оператора на этапе 516.

В этой точке резервуар/смеситель 210 перемешивает расклинивающий наполнитель 252 с основной жидкостью 250, чтобы изготовить жидкость 202 для гидроразрыва. Основываясь на положении клапана 213, насос 228 прокачивает жидкость 202 для гидроразрыва через трубу 218 слива и трубу 211 рециркуляции. Насос 228 повторно прокачивает жидкость для гидроразрыва, чтобы постоянно перемешивать жидкость 202 для гидроразрыва в соответствии с заданными техническими условиями. В трубу 226 поступает скользящий поток 280 жидкости 202 для гидроразрыва, который проходит через трубу 226, через кориолисовый расходомер 222, через трубу 227 и обратно в резервуар/смеситель 210. Когда жидкость 202 для гидроразрыва течет через кориолисовый расходомер 222, кориолисовый расходомер 222 измеряет плотность жидкости 202 для гидроразрыва на этапе 518. Кориолисовый расходомер 222 передает измеренное значение плотности жидкости для гидроразрыва в систему 224 управления.

Система 224 управления затем вычисляет фунты песка, добавленного в жидкость 202 для гидроразрыва, для чего система 224 управления использует следующие уравнения. На этапе 520 система 224 управления вычисляет процентное содержание (%S) твердого вещества в жидкости 202 для гидроразрыва согласно уравнению 1

%S=( frac fluid - base fluid)/( proppant - base fluid),

где frac fluid - плотность жидкости 202 для гидроразрыва,

base fluid - плотность основной жидкости 250,

proppant - плотность расклинивающего наполнителя 252.

На этапе 522 система 224 управления вычисляет вытеснение (P.D.) расклинивающего наполнителя согласно уравнению 2

P.D.=231/ proppant,

где proppant - плотность расклинивающего наполнителя 252.

На этапе 524 система 224 управления вычисляет фунты (P.S.A.) песка, добавленного в жидкость 202 для гидроразрыва согласно уравнению 3

P.S.A.=(%S*231)/((1-%S)*P.D.).

Фунты (P.S.A.) добавленного песка также могут быть названы фунтами (Р.Р.А.) добавленного расклинивающего наполнителя.

Система 224 управления может вычислить фунты добавленного песка, используя уравнение 4 вместо уравнений 1-3.

(P.S.A.)=( frac fluid - base fluid)/((1-( frac fluid/ proppant)),

где frac fluid - плотность жидкости 202 для гидроразрыва,

base fluid - плотность основной жидкости 250,

proppant - плотность расклинивающего наполнителя 252.

На этапе 526 система 224 управления отображает фунты песка, добавленного в жидкость 202 для гидроразрыва. Система 224 управления отображает фунты добавленного песка в единицах: фунты добавленного песка на один галлон воды. Система 224 управления также генерирует сигнал, отображающий фунты добавленного песка. Сигнал может быть сигналом, равным 4-20 мА для вспомогательной системы (не показана). Кориолисовый расходомер 222 также измеряет удельный массовый расход жидкости 202 для гидроразрыва, температуру жидкости 202 для гидроразрыва и другие параметры на этапе 518. Система 224 управления может отобразить удельный массовый расход, температуру и другие параметры для оператора на этапе 526. Оператор может просматривать путем прокрутки различные параметры, чтобы увидеть желаемый параметр. Система 224 управления возвращается на этап 518.

Способ 500 может дополнительно включать этапы 528 и 530. На этапе 528 система 224 управления сравнивает скорость жидкости 202 для гидроразрыва с пороговым значением. Система 224 управления вычисляет скорость жидкости 202 для гидроразрыва согласно уравнению 5

velocity material=flow rate material * A.F.,

где A.F. - фактор области,

flow rate material - скорость потока материала.

Фактор (A.F.) области может быть получен от оператора, или извлечен из памяти, или получен другим образом. Если скорость жидкости 202 для гидроразрыва превышает пороговое значение, система 224 управления обеспечивает индикацию того, что скорость превышает пороговое значение на этапе 530. Например, если скорость жидкости 202 для гидроразрыва превышает 12 футов/сек, система 224 управления запускает сигнал тревоги. Если скорость жидкости 202 для гидроразрыва не превышает пороговое значение, система 224 управления возвращается на этап 518.

Система 224 управления продолжает вычислять фунты песка, добавленного в жидкость 202 для гидроразрыва. Резервуар/смеситель 210 является непрерывно перемешивающей системой, а не периодически перемешивающей системой. Следовательно, оператор получает измеренные системой 224 управления фунты добавленного песка до тех пор, пока резервуар/смеситель 210 обеспечивает жидкость 202 для гидроразрыва в буровой скважине.