способ непрерывного порционного смешивания цементного раствора

Формула изобретения

1. Способ непрерывного порционного смешивания гомогенизированного цементного раствора, включающий в себя этапы, на которых осуществляют

обеспечение наличия первого и второго смесительных баков, каждый из которых выполняет процесс, содержащий

получение измеренного количества твердых и жидких составляющих цементной смеси,

смешивание твердых и жидких составляющих цементной смеси в гомогенизированный цементный раствор, и

подачу гомогенизированного цементного раствора в насосную систему;

в котором первый и второй смесительные баки чередуют упомянутые процессы синхронизированным образом так, что один из первого и второго смесительных баков непрерывно подает свой соответствующий гомогенизированный цементный раствор в насосную систему.

2. Способ по п.1, в котором первый смесительный бак выполняет свой процесс подачи в то время, когда второй смесительный бак выполняет свой процесс смешивания; при этом второй смесительный бак выполняет свой процесс подачи в то время, когда первый смесительный бак выполняет свой процесс смешивания.

3. Способ по п.1, в котором первый смесительный бак выполняет свой процесс подачи в то время, когда второй смесительный бак выполняет свои процессы получения и смешивания; при этом второй смесительный бак выполняет свои процесс подачи в то время, когда первый смесительный бак выполняет свои процессы получения и смешивания.

4. Способ по п.1, в котором первый и второй смесительные баки каждый последовательно выполняют упомянутые процессы получения, смешивания и подачи.

5. Способ по п.1, в котором первый и второй смесительные баки каждый непрерывно выполняют упомянутые процессы получения, смешивания и подачи до тех пор, пока требуемое количество гомогенизированного цементного раствора не будет закачано из насосной системы в скважину.

6. Способ по п.1, в котором измеренным количеством в каждом упомянутом процессе получения первого и второго смесительных баков является измеренная масса.

7. Способ по п.1, в котором измеренным количеством в каждом упомянутом процессе получения первого и второго смесительных баков является измеренный объем.

8. Способ по п.1, в котором в каждом упомянутом процессе получения первого и второго смесительных баков каждый смесительный бак получает свои жидкие составляющие отдельно от твердых составляющих.

9. Способ по п.1, в котором в каждом упомянутом процессе получения первого и второго смесительных баков каждый смесительный бак получает свои жидкие составляющие при совпадении по времени со своими твердыми составляющими.

10. Способ непрерывного порционного смешивания гомогенизированного цементного раствора, включающий в себя этапы, на которых осуществляют

обеспечение наличия первого, второго и третьего смесительных баков, каждый из которых выполняет процесс, содержащий

получение измеренного количества твердых и жидких составляющих цементной смеси,

смешивание твердых и жидких составляющих цементной смеси в гомогенизированный цементный раствор, и

подачу гомогенизированного цементного раствора к насосной системе; и

в котором первый, второй и третий смесительные баки чередуют упомянутые процессы подачи синхронизированным образом так, что один из первого, второго и третьего смесительных баков непрерывно подает свой соответствующий гомогенизированный цементный раствор в насосную систему.

11. Способ по п.10, в котором первый, второй и третий смесительные баки каждый последовательно выполняют упомянутые процессы получения, смешивания и подачи.

12. Способ по п.10, в котором первый, второй и третий смесительные баки выполняют упомянутые процессы получения, смешивания и подачи синхронизированным образом так, что когда один из первого, второго и третьего смесительных баков выполняет упомянутый процесс подачи, другой из первого, второго и третьего смесительных баков выполняет упомянутый процесс смешивания; и последний из первого, второго и третьего смесительных баков выполняет упомянутый процесс получения.

13. Способ по п.10, в котором первый, второй и третий смесительные баки каждый непрерывно выполняет упомянутые процессы получения, смешивания и подачи до тех пор, пока требуемое количество гомогенизированного цементного раствора не будет закачано из насосной системы в скважину.

14. Способ по п.10, в котором измеренным количеством в каждом упомянутом процессе получения первого, второго и третьего смесительных баков является измеренная масса.

15. Способ по п.10, в котором измеренным количеством в каждом упомянутом процессе получения первого, второго и третьего смесительных баков является измеренный объем.

16. Способ по п.10, в котором в каждом упомянутом процессе получения первого, второго и третьего смесительных баков каждый смесительный бак получает свои жидкие составляющие отдельно от твердых составляющих.

17. Способ по п.10, в котором в каждом упомянутом процессе получения первого, второго и третьего смесительных баков каждый смесительный бак получает свои жидкие составляющие при совпадении по времени со своими твердыми составляющими.

18. Способ непрерывного порционного смешивания гомогенизированного цементного раствора, включающий в себя этапы, на которых осуществляют

обеспечение наличия первого и второго смесительных баков, каждый из которых выполняет процесс, содержащий

получение измеренного количества твердых и жидких составляющих цементной смеси,

смешивание твердых и жидких составляющих цементной смеси в гомогенизированный цементный раствор, и

подачу гомогенизированного цементного раствора в насосную систему; и

в котором первый и второй смесительные баки чередуют упомянутые процессы подачи синхронизированным образом так, что один из первого и второго смесительных баков непрерывно подает свой соответствующий гомогенизированный цементный раствор до тех пор, пока требуемое количество гомогенизированного цементного раствора не будет закачано из насосной системы в скважину; и

после того, как упомянутое количество гомогенизированного цементного раствора будет закачано из насосной системы в скважину, измеренное количество буферной жидкости подают из смесительных баков в насосную систему.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение в целом относится к способу подготовки цементного раствора для использования в нефтяной скважине и, в особенности, к такому способу подготовки цементного раствора в процессе непрерывного порционного смешивания.

Порционные смесители используются во многих отраслях промышленности и обычно включают в себя соединение двух или более составляющих компонентов в контейнере и смешивание их до тех пор, пока не будет получена гомогенизированная смесь. При смешивании цементных растворов для бурения и добычи нефти цементный раствор должен смешиваться из своих твердых и жидких составляющих компонентов в очень точных пропорциях для того, чтобы получить требуемые окончательные свойства в смеси.

Когда для закачки в скважину требуется только небольшой объем цементного раствора, часто используется процесс порционного смешивания. Процесс порционного смешивания очень прост для контроля, поскольку он состоит из смешивания заданного объема твердых составляющих с заданным объемом жидкости.

Однако когда требуются большие объемы цементного раствора, цементный раствор должен смешиваться непрерывно по мере его закачки в скважину. Обычно это осуществляется с помощью непрерывного добавления и смешивания твердых и жидких составляющих компонентов цементного раствора в смесительном баке при одновременной откачке цементного раствора из смесительного бака. Проблема с этим процессом заключается в том, что он требует точного и непрерывного контроля «добавочных расходов» или расходов, при которых твердые и жидкие составляющие добавляются в смесительный бак.

Хотя дополнительные расходы жидких составляющих легко измеряются и контролируются, измерение и контроль дополнительных расходов твердых составляющих осуществлять гораздо сложнее из-за непостоянства потока твердых составляющих, что часто является следствием частичной флюидизации смеси твердых составляющих, разности в упаковках или плотности смеси твердых составляющих, и/или других изменений в окружающей среде смеси твердых составляющих, в уровне влаги в смеси твердых составляющих или других изменений в самой смеси твердых составляющих. Фактически из-за этих трудностей, связанных с дополнительным расходом твердых составляющих, обычный способ смешивания включает в себя измерение плотности конечной смеси цементного раствора внутри смесительного бака, а не непосредственное измерение расхода добавления составляющих компонентов.

При использовании такого способа расходы добавления твердых и жидких составляющих постоянно изменяются для сохранения плотности смеси на требуемом заданном уровне. Такой процесс требует опытного, квалифицированного оператора для того, чтобы получать нужные пропорции твердых и жидких составляющих в цементной смеси, и усложнен относительно большим временем задержки, которое существует между изменением в добавочном расходе составляющих и соответствующим изменением в результатах измерения плотности конечной смеси цементного раствора.

В связи с трудностью непрерывного контролирования добавочного расхода твердых составляющих гораздо сложнее осуществлять непрерывное смешивание с нужной точностью в процессе непрерывного смешивания, чем в процессе непрерывного порционного смешивания. Таким образом, существует потребность в процессе, который объединяет простоту и точность процесса порционного смешивания с неограниченным объемом производительности процесса непрерывного смешивания.

В одном варианте осуществления настоящее изобретение представляет собой способ непрерывного порционного смешивания гомогенизированного цементного раствора, который включает в себя предоставление первого и второго смесительных баков, каждый из которых выполняет процесс порционного смешивания, который включает в себя: получение измеренного количества твердых и жидких составляющих цементной смеси, смешивание твердых и жидких составляющих в гомогенизированный цементный раствор и подачу гомогенизированного цементного раствора для закачки в скважину. В этом способе первый и второй смесительные баки синхронизированным образом чередуют эти процессы порционного смешивания так, чтобы в любое заданное время один или другой первый или второй смесительный бак подавал бы свой гомогенизированный цементный раствор для закачки в скважину.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение представляет собой способ непрерывного порционного смешивания гомогенизированного цементного раствора, который включает в себя обеспечение наличия первого, второго и третьего смесительных баков, каждый из которых выполняет процесс порционного смешивания, который включает в себя: получение измеренного количества твердых и жидких составляющих цементной смеси, смешивание твердых и жидких составляющих в гомогенизированный цементный раствор и подачу гомогенизированного цементного раствора для закачки в скважину. В этом способе первый, второй и третий смесительные баки синхронизированным образом чередуют упомянутые процессы порционного смешивания так, чтобы в любое заданное время один из первого, второго или третьего смесительных баков подавал бы свой гомогенизированный цементный раствор для закачки в скважину.

Эти и другие особенности и преимущества настоящего изобретения будут лучше понятны со ссылкой на последующее подробное описание при его рассмотрении вместе с прилагаемыми чертежами, в которых:

Фиг.1 - схематическое изображение системы непрерывного порционного смешивания согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.2 - вид сбоку устройства смешивания для использования со смесительным баком, которое составляет часть системы непрерывного порционного смешивания из фиг.1;

Фиг.3 - схематическое изображение использования системы непрерывного порционного смешивания из фиг.1;

Фиг.4 - схематическое изображение системы непрерывного порционного смешивания согласно альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.5 - схематическое изображение системы непрерывного порционного смешивания согласно другому альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.6 - схематическое изображение системы непрерывного порционного смешивания согласно еще одному другому альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения;

При бурении нефтяных скважин для стабилизации обсадных труб в стволе скважины, а также для обеспечения средств изоляции различных геологических зон, цилиндрические трубы или обсадные трубы часто цементируются в скважину. Как показано на Фиг.1-6 варианты осуществления настоящего изобретения относятся к системе непрерывного порционного смешивания для получения цементной смеси, перемешивания полученной цементной смеси в гомогенизированный цементный раствор и подачи гомогенизированного цементного раствора для закачки в нефтяную скважину. В такой системе заданное количество жидких и твердых составляющих цементной смеси соединяются в смесительном баке и гомогенизируются в нем до тех пор, пока окончательный цементный раствор не будет откачан из смесительного бака.

Например, в одном варианте осуществления система непрерывного порционного смешивания включает в себя первый смесительный бак и второй смесительный бак. В таком варианте осуществления первый смесительный бак получает составляющие компоненты цементной смеси и смешивает их в гомогенизированный цементный раствор. Затем второй смесительный бак таким же образом получает составляющие компоненты цементной смеси и таким же образом смешивает их в гомогенизированный цементный раствор. В одном варианте осуществления, в то время как второй смесительный бак получает и смешивает составляющие компоненты, гомогенизированный цементный раствор в первом баке в это же время закачивается в скважину. В таком варианте осуществления первый и второй смесительные баки чередуются в выполнении функций смешивания и подачи цементного раствора до тех пор, пока требуемое количество гомогенизированного цементного раствора не будет закачано в скважину.

На фиг.1 показана система 10 непрерывного порционного смешивания согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано, система 10 включает в себя первый смесительный бак 12 и второй смесительный бак 14. В одном варианте осуществления каждый смесительный бак 12, 14 получает отдельные составляющие компоненты цементной смеси, смешивает компоненты до образования гомогенизированного цементного раствора и подает гомогенизированный цементный раствор для закачки в скважину 16.

Как показано на фиг.1, источник 18 жидкости, содержащий жидкие составляющие цементной смеси, соединен с каждым смесительным баком 12, 14. В одном варианте осуществления источник 18 жидкости соединен с ответвленным трубопроводом 20, который в свою очередь соединен как с первым смесительным баком 12, так и со вторым смесительным баком 14. Ответвленный трубопровод 20 жидких составляющих позволяет единственному источнику 18 жидкости подавать жидкие составляющие цементной смеси к обоим смесительным бакам 12, 14.

Расходный бункер (или другой подходящий источник объемных поставок) 22, содержащий твердые составляющие цементной смеси, также соединен с каждым смесительным баком 12, 14. В одном варианте осуществления расходный бункер 22 соединен с ответвленным трубопроводом 24, который, в свою очередь, соединен как с первым смесительным баком 12, так и со вторым смесительным баком 14. Ответвленный трубопровод 24 твердых составляющих позволяет расходному бункеру 22 подавать твердые составляющие цементной смеси к обоим смесительным бакам 12, 14.

В одном варианте осуществления источник 18 жидкости включает в себя смесительную жидкость, такую как вода, и расходный бункер 22 включает в себя твердую смесь цементных химикатов. В ряде применений, таких как морские установки, источник 18 жидкости и расходный бункер 22 не включают в себя все компоненты требуемого конечного цементного раствора. Например, в ряде случаев некоторые требуемые цементные химикаты не присутствуют в твердой смеси в расходном бункере 22, а в место этого должны добавляться отдельно. Эти химикаты или добавки обычно добавляются в жидкой форме.

В таком примере один или более дополнительных источников 26 жидкости, содержащих такие жидкие добавки, также соединяются с каждым смесительным баком 12, 14. Такие добавки могут включать в себя такие химикаты, как добавки, снижающие водоотдачу, замедлители схватывания, добавки, препятствующие вспениванию, модифицирующие добавки для снижения удельного веса цемента и/или другие добавки. Как и первый источник 18 жидкости, один или более дополнительных источников 26 могут быть соединены с ответвленным трубопроводом 28, соединенным как с первым смесительным баком 12, так и со вторым смесительным баком 14 для того, чтобы позволить дополнительному источнику (дополнительным источникам) 26 жидкости подавать дополнительные жидкие добавки цементной смеси к обоим смесительным бакам 12, 14. По существу в одном варианте осуществления источник 18 жидкости включает в себя жидкость, такую как вода, расходный бункер 22 включает в себя твердую смесь цементных химикатов и дополнительный источник (источники) 26 жидкости включает в себя дополнительные жидкие добавки цементной смеси.

После получения твердых и жидких составляющих цементной смеси каждый смесительный бак 12, 14 смешивает составляющие для образования гомогенизированного цементного раствора. В варианте осуществления на фиг.2 линия 34 рециркуляции улучшает гомогенизацию цементной смеси в каждом смесительном баке 12, 14 с помощью рециркуляции составляющих цементного раствора до тех пор, пока не будет образован гомогенизированный цементный раствор. Как показано, эта гомогенизация может быть выполнена с помощью рециркуляции составляющих в смесительных баках 12, 14 и/или с помощью перемешивания составляющих в смесительных баках 12, 14 с помощью смесительных лопаток, вибраторов или других подобных устройств. Компоненты могут быть альтернативно гомогенизированы с помощью любого подходящего средства.

В показанном варианте осуществления линия 34 рециркуляции включает в себя трубопровод, который соединяет нижнюю часть каждого смесительного бака 12, 14 с более высокой частью каждого смесительного бака 12, 14. Насос 36 также соединен с линией 34 рециркуляции. Насос 36 закачивает жидкие и твердые составляющие цементной смеси из нижней части смесительных баков 12, 14 в более высокую часть смесительных баков 12, 14, позволяя составляющим компонентам постоянно рециркулировать внутри смесительных чаш 12, 14. Эта рециркуляция составляющих компонентов цементной смеси создает перемешивание составляющих, что способствует гомогенизации смеси в гомогенизированный цементный раствор. Отметим, что в других вариантах осуществления линия 34 рециркуляции может получать содержимое смесительных баков 12, 14 на любой высоте в баках 12, 14 и возвращать содержимое на любую другую высоту в баках 12, 14.

В одном варианте осуществления соединение трубопровода 24 твердых составляющих с каждым смесительным баком 12, 14 выполнено близко к верхнему присоединению линии 34 рециркуляции к ее соответствующим смесительным бакам 12, 14. Это дополнительно улучшает гомогенизацию твердых и жидких составляющих компонентов внутри каждого смесительного бака 12, 14, поскольку твердые составляющие компоненты из трубопровода 24 твердых составляющих немедленно диспергируются и перемешиваются после входа в смесительные баки 12, 14 жидкостью, находящейся в близко расположенном верхнем конце линии 34 рециркуляции.

Как показано на фиг.1 и 2, после того как гомогенизированный цементный раствор был образован в каждом смесительном баке 12, 14, цементный раствор подается к выходному трубопроводу 30, который имеет жидкостное соединение с насосной системой 25, которая закачивает цементный раствор в скважину 16. Как показано, выходной трубопровод 30 также может иметь жидкостное соединение с рециркуляционным насосом 36. По существу рециркуляционный насос 36 может быть использован как для направления цементных составляющих к линии 34 рециркуляции для образования гомогенизированного цементного раствора, так и для направления гомогенизированной смеси в насосную систему 25 через выходной трубопровод 30. Направление потока от рециркуляционного насоса 36 зависит от клапанов 31 и 33. Например, когда клапан 31 линии рециркуляции открыт, а клапан 33 выходного трубопровода закрыт, жидкость направляется к линии 34 рециркуляции, и когда клапан 31 линии рециркуляции закрыт, а клапан 33 выходного трубопровода открыт, жидкость направляется к выходному трубопроводу 30.

Как показано на фиг.1, в одном варианте осуществления система 38 контроля электрически соединяется с клапанами 20А-B, 24А-B и 28А-B, которые соответственно контролируют подачу составляющих из источника 18 жидкости, расходного бункера 22 и дополнительного источника (источников) 26 жидкости к смесительным бакам 12, 14, и клапаны 31, 33, которые соответственно контролируют подачу составляющих из смесительных баков 12, 14 к линии 34 рециркуляции и выходному трубопроводу 30. В таком варианте осуществления система 38 контроля может инициировать и отключать поток от каждого из источников 18 жидкости, расходного бункера 22, дополнительного источника (источников) 26 жидкости и выходного трубопровода 30. В альтернативных вариантах осуществления система 38 контроля может работать с помощью ручного управления или автоматически. Как также показано на фиг.1, в одном варианте осуществления к каждому смесительному баку 12, 14 присоединена система 40 измерения.

При работе каждый смесительный бак 12, 14 используется для непрерывного порционного смешивания цементной смеси. Под порционным смешиванием понимается то, что заданное количество жидких и твердых составляющих цементной смеси соединяется в смесительных баках 12, 14 и смешивается в них для образования гомогенизированного цементного раствора до откачки гомогенизированного цементного раствора из смесительных баков 12, 14. С помощью использования такого процесса порционного смешивания пропорции каждого из составляющих компонентов цементной смеси могут очень точно контролироваться, поскольку такой процесс требует только измерения и контроля общего количества составляющих компонентов, подаваемых в смесительный бак, а не постоянного измерения и контроля расхода составляющих компонентов на входе в смесительный бак, как требуется при использовании описанного выше процесса непрерывного смешивания. Под непрерывным процессом понимается то, что система 10 настоящего изобретения непрерывно подает гомогенизированный цементный раствор в скважину 16 до тех пор, пока в скважину 16 не будет закачано требуемое количество цементного раствора. Эта непрерывная подача выполняется с помощью переменного использования каждого смесительного бака 12, 14 для порционного смешивания и подачи цементного раствора.

На фиг.3 показано схематическое изображение использования системы 10 непрерывного порционного смешивания согласно одному варианту настоящего изобретения. В одном варианте, как совместно показано на фиг.1-3, заданное количество жидких составляющих 42 цементной смеси закачивается из источника 18 жидкости в первый смесительный бак 12 через трубопровод 20 жидкости. После того как жидкие составляющие 42 были закачаны в первый смесительный бак 12, система 40 измерения измеряет массу первого смесительного бака 12. Когда система 40 измерения определит требуемое количество жидких составляющих 42 в первом смесительном баке 12, вход жидких составляющих 42 в первый смесительный бак 12 прекращается либо вручную, либо автоматически системой 38 контроля.

Затем заданное количество твердых составляющих 44 цементной смеси подается из расходного бункера 22 в первый смесительный бак 12 через трубопровод 24 твердых составляющих. После подачи твердых составляющих 44 в первый смесительный бак 12 система 40 измерения измеряет массу первого смесительного бака 12. Когда система 40 измерения определит требуемое количество твердых составляющих 44 в первом смесительном баке 12, вход твердых составляющих 44 в первый смесительный бак 12 прекращается либо вручную, либо автоматически системой 38 контроля.

В зависимости от химического состава твердых составляющих 44 дополнительные жидкие добавки 46 из дополнительного источника (источников) 26 жидкости могут потребоваться или могут не потребоваться. В варианте осуществления, где требуются жидкие добавки 46, заданное количество жидких добавок 46 затем закачивается из дополнительного источника (источников) 26 жидкости в первый смесительный бак 12 через дополнительный трубопровод (трубопроводы) 28 жидкости. После того как жидкие добавки 46 были закачаны в первый смесительный бак 12, система 40 измерения измеряет массу первого смесительного бака 12. Когда система 40 измерения определит требуемое количество жидкостных добавок 46 в первом смесительном баке 12, подача жидкостных добавок 46 в первый смесительный бак 12 прекращается либо вручную, либо автоматически системой 38 контроля. В другом варианте осуществления жидкие добавки 46 могут быть измерены другим способом.

Таким образом, порция требуемой цементной смеси содержится в первом смесительном баке 12. Затем порционная смесь в первом смесительном баке 12 перемешивается любым из гомогенизирующих средств, указанных выше, для образования гомогенизированного цементного раствора. В одном варианте осуществления гомогенизирующее средство активизируется, как только твердые составляющие 44 начинают поступать в первый смесительный бак 12, и гомогенизация продолжается в течение требуемого периода времени после того, как все составляющие компоненты цементной смеси были добавлены в первый смесительный бак 12. Это обеспечивает соответствующее смешивание составляющих для образования требуемого гомогенизированного цементного раствора.

После образования гомогенизированного цементного раствора в первом смесительном баке 12 он подается в насосную систему 25 через выходной трубопровод 30. Одновременно с подачей гомогенизированного цементного раствора из первого смесительного бака 12 новая порция гомогенизированного цементного раствора подготавливается во втором смесительном баке 14 таким же образом, как было описано выше относительно первого смесительного бака 12. Гомогенизированный цементный раствор подается из первого смесительного бака 12 в насосную систему 25 до тех пор, пока первый смесительный бак 12 не опустеет. В это же время гомогенизированный цементный раствор, содержащийся во втором смесительном баке 14, подается из второго смесительного бака 14 в насосную систему 25 через выходной трубопровод 30. Одновременно с подачей гомогенизированного цементного раствора из второго смесительного бака 12 в насосную систему 25 новая порция гомогенизированного цементного раствора подготавливается в первом смесительном баке 14. Гомогенизированный цементный раствор подается из второго смесительного бака 14 в насосную систему 25 до тех пор, пока второй смесительный бак 14 не опустеет. В это же время новый гомогенизированный цементный раствор из первого смесительного бака 12 подается в насосную систему 25 скважины, и новая порция гомогенизированного цементного раствора подготавливается во втором смесительном баке 14. Во время этого процесса гомогенизированный цементный раствор постоянно закачивается из насосной системы 25 в скважину 16 до тех пор, пока не будет подано требуемое количество гомогенизированного цементного раствора.

В одном варианте осуществления количество времени, требуемого для смешивания новой порции гомогенизированного цементного раствора в одном из смесительных баков 12, 14, меньше, чем количество времени, требуемого для подачи гомогенизированного цементного раствора из каждого из смесительных баков 12, 14 для того, чтобы цементный раствор непрерывно подавался в насосную систему 25. В результате этого процесса непрерывного порционного смешивания достигается непрерывная закачка гомогенизированного цементного раствора из системы 10 непрерывного порционного смешивания в скважину 16.

После того как требуемое количество гомогенизированного цементного раствора 48 было закачано в скважину 16, буферная жидкость, такая как вода, обычно закачивается за цементным раствором, чтобы направлять цементный раствор 48 вверх затрубного пространства 50 между стенкой 54 скважины 16 и обсадной колонной 52 внутри скважины 16. Это заставляет цемент проходить в затрубное пространство между обсадной колонной 52 и стенкой 54 скважины. Для подачи и измерения количества буферной жидкости обычно используется отдельный «буферный резервуар». Однако при использовании настоящего изобретения, после того как требуемое количество гомогенизированного цементного раствора 48 было закачано в скважину 16, каждый из смесительных баков 12, 14 может быть использован в качестве буферного резервуара.

Например, в одном варианте осуществления, после того как требуемое количество гомогенизированного цементного раствора 48 было закачано в скважину 16, буферная жидкость 56, такая как вода, закачивается из источника 18 жидкости в первый смесительный бак 12 через трубопровод 20 жидкости. Это закачивание продолжается до тех пор, пока первый смесительный бак 12 не наполнится. Затем буферная жидкость 56 закачивается из первого смесительного бака 12 в скважину 16. После того как первый смесительный бак 12 опустеет, второй смесительный бак 14 заполняется буферной жидкостью 56. Затем буферная жидкость 56 из второго смесительного бака 14 подается в скважину 16, в то время как первый смесительный бак 12 заполняется буферной жидкостью 56. Во время того как буферная жидкость 56 закачивается в смесительные баки 12, 14, система 40 измерения измеряет накопленную массу буферной жидкости. Когда эта накопленная масса достигает заданного количества, поступление буферной жидкости 56 в смесительные баки 12, 14 отключается либо вручную, либо автоматически системой 38 контроля, и операция цементирования завершается.

Хотя система 40 измерения описывается выше как система, измеряющая массу составляющих компонентов цементной смеси в каждом смесительном баке 12, 14 во время процесса непрерывного порционного смешивания, в альтернативных вариантах осуществления альтернативная система измерения может измерять другие характеристики составляющих компонентов цементной смеси, свидетельствующие о количестве составляющих компонентов в каждом смесительном баке 12, 14, такие как объем или другие подходящие характеристики.

Например, как показано на фиг.1, в одном варианте осуществления такая альтернативная система 40' измерения включает в себя датчик уровня, расположенный внутри или на каждом смесительном баке 12, 14. В таком варианте осуществления датчик уровня работает так, как это описано выше относительно системы 40 измерения массы. То есть жидкие составляющие 42, твердые составляющие 44 и (если необходимо) жидкие добавки 46 добавляются в каждый смесительный бак 12, 14 до тех пор, пока датчик уровня 40' не определит требуемый объем добавляемых составляющих 42, 44, 46. Такая система 40' объемного измерения таким же образом может быть использована для измерения количества буферной жидкости 56 в каждом смесительном баке 12, 14, когда смесительные баки 12, 14 используются в качестве буферных резервуаров.

Далее для простоты обсуждения и для того, чтобы избежать двойственности, будем считать, что требуемая цементная смесь может быть получена из твердых и жидких составляющих, содержащихся в источнике 18 жидкости и расходном бункере 22.

В ряде ситуаций вместо добавления твердых и жидких составляющих цементной смеси отдельно в смесительные баки 12, 14, может быть желательным соединять твердые и жидкие составляющие цементной смеси одновременно или, по меньшей мере, при частичном совпадении по времени, в смесительных баках 12, 14. Такая последовательность уменьшает общее время, которое требуется для добавления составляющих в смесительные баки 12, 14 и, следовательно, повышает скорость, с которой конечный гомогенизированный цементный раствор может быть закачан в скважину 16.

В таком варианте осуществления изобретения расходомер 60 (как показано на фиг.1) может быть расположен в трубопроводе 20 жидкости, который соединяет источник 18 жидкости со смесительными баками 12, 14. Расходомер 60 может быть использован для измерения объема и/или массы жидких составляющих, подающихся в смесительные баки 12, 14 из источника 18 жидкости. Жидкие составляющие могут продолжать поступать в смесительные баки 12, 14 до тех пор, пока расходомер 60 не определит требуемый объем и/или массу жидких составляющих, находящихся в смесительных баках 12, 14.

Одновременно или, по меньшей мере, при частичном совпадении по времени с подачей жидких составляющих в смесительные баки 12, 14 происходит поступление твердых составляющих из расходного бункера 22. В таком варианте осуществления твердые составляющие подаются в смесительные баки 12, 14 до тех пор, пока система 40, 40' измерения не определит, что требуемое количество твердых составляющих находится в смесительных баках 12, 14. В одном варианте осуществления твердые составляющие подаются в смесительные баки 12, 14 до тех пор, пока система 40 измерения массы не определит, что требуемое количество общей массы твердых и жидких составляющих находится в смесительных баках 12, 14. В другом варианте осуществления твердые составляющие поступают в смесительные баки 12, 14 до тех пор, пока система 40' измерения объема не определит, что требуемый общий объем жидких составляющих находится в смесительных баках 12, 14. В другом варианте осуществления поступление требуемого количества жидких составляющих заканчивается до того, как достигается требуемая общая масса или общий объем составляющих в каждом смесительном баке 12, 14. Это позволяет повысить точность измерения требуемого количества твердых составляющих в смесительных баках 12, 14.

Заметим, что при непрерывном измерении объема или массы жидкости в каждом смесительном баке 12, 14 количество жидкости в каждом смесительном баке 12, 14 всегда известно, что позволяет вычислить количество твердых составляющих в каждом смесительном баке 12, 14. Это позволяет контролировать поступление как твердых, так и жидких составляющих.

Заметим, что хотя система 10 непрерывного порционного смешивания, описанная выше, имеет два смесительных бака 12, 14, система 10 может включать в себя любое количество смесительных баков. Например, на фиг.4 показано схематическое изображение системы 10' непрерывного порционного смешивания, которая включает в себя три смесительных бака 70, 71, 72. В таком варианте осуществления каждый смесительный бак 70, 71, 72 соединен с источником 18 жидкости через трубопровод 20' жидкости, а расходный бункер 22 через трубопровод 24' твердых составляющих для подачи в каждый смесительный бак 70, 71, 72 твердых и жидких составляющих цементной смеси. Каждый смесительный бак 70, 71, 72 также включает в себя любое из гомогенизирующих средств, описанных выше, для смешивания составляющих в баках в гомогенизированный цементный раствор, который закачивается в скважину 16 через выходной трубопровод 30'. Система 10' на фиг.4 также включает в себя любое из устройств 60, 40, 40' измерения, описанных выше, для определения количества твердых и жидких составляющих в каждом смесительном баке 70, 71, 72. Фактически, вариант осуществления из фиг.4 может включать в себя любые описанные выше варианты относительно фиг.1-3, которые не повторяются далее, чтобы избежать двойственности.

Одно преимущество изобретения из фиг.4 заключается в том, что первый смесительный бак 70 получает твердые и жидкие составляющие цементной смеси, второй смесительный бак 71 смешивает поданные в него твердые и жидкие составляющие до гомогенизированной смеси, и смешанный гомогенизированный цементный раствор закачивается из третьего смесительного бака 72 в скважину 16. Когда третий смесительный бак 72 опустошается, третий смесительный бак 72 получает твердые и жидкие составляющие цементной смеси, первый смесительный бак 70 смешивает поданные в него свои твердые и жидкие составляющие в гомогенизированный цементный раствор, и смешанный гомогенизированный цементный раствор закачивается из второго смесительного бака 71 в скважину 16. Когда второй смесительный бак 71 опустошается, второй смесительный бак 71 получает твердые и жидкие составляющие цементной смеси, третий смесительный бак 72 смешивает поданные в него свои твердые и жидкие составляющие в гомогенизированный цементный раствор, и смешанный гомогенизированный цементный раствор закачивается из первого смесительного бака 70 в скважину 16.

Таким образом, комбинация трех смесительных баков 70, 71, 72 непрерывно подает гомогенизированный цементный раствор в скважину 16, в то время как каждый смесительный бак 70, 71, 72 последовательно осуществляет функции получения цементной смеси, смешивания полученной цементной смеси в гомогенизированный цементный раствор и подачи гомогенизированного цементного раствора для закачки в скважину 16. Такая последовательность разделяет время получения и время гомогенизации баков, вовлеченных в смешивание, и поэтому повышает максимальную рабочую скорость системы 10' до скорости, очень близкой к максимальной скорости, при которой твердые и жидкие составляющие могут подаваться в смесительные баки 70, 71, 72.

К тому же, как описано выше относительно фиг.1-3, в варианте осуществления по фиг.4 каждый смесительный бак 70, 71, 72 может быть использован в качестве буферного бака для закачки буферной жидкости после закачки гомогенизированного цементного раствора для направления цементного раствора 48 вверх затрубного пространства 50 между стенкой 54 скважины 16 и обсадной колонной 52 внутри скважины 16.

На фиг.5 и 6 показаны схематически изображения систем 10А, 10А' непрерывного порционного смешивания согласно альтернативным вариантам осуществления изобретения. Эти системы 10А, 10А' каждая включают в себя смеситель 75, который улучшает гомогенизацию твердых и жидких составляющих цементной смеси. В варианте из фиг.5 твердые и жидкие составляющие из резервного бункера 22 и источника 18 жидкости соответственно поступают в смеситель 75 до входа в смесительные баки 12. 14. В варианте осуществления из фиг.6 только твердые составляющие из резервного бункера 22 поступают в смеситель 75 до входа в смесительные баки 12, 14. В каждом из этих изображенных вариантов осуществления рециркуляционный поток также поступает в смеситель 75 для добавления энергии в процесс смешивания. Однако в других вариантах осуществления это может не требоваться. Системы 10А, 10А' из фиг.5 и 6 могут включать в себя устройства 60, 40, 40' измерения, описанные выше, для определения количества твердых и жидких составляющих в каждом смесительном баке 12, 14. Во всех других отношениях варианты осуществления из фиг.5 и 6 могут работать и включать в себя любые из описанных вариантов относительно фиг.1-4, которые не повторяются далее, чтобы избежать двойственности.

Предшествующее описание было представлено со ссылкой на предпочтительные в настоящее время варианты осуществления изобретения. Специалистам в данной области техники и технологии, к которым относится настоящее изобретение, будет понятно, что альтернативы и изменения в описанных конструкциях и способах работы могут быть осуществлены без существенного отхода от принципа и сущности настоящего изобретения. Соответственно, предшествующее описание не должно рассматриваться как относящееся только к точным конструкциям, описанным выше и показанным на сопроводительных чертежах, а наоборот, должно рассматриваться как совпадающее и поддерживающее последующую формулу изобретения, которая должна иметь свой самый полный объем.