專利名稱：振動增強的混合方法
振動增強的混合方法
背景技術(shù)：
本部分說明僅提供和本公開相關(guān)的背景信息，而不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。該系統(tǒng)和方法總體地涉及井場地面設(shè)備，諸如，但不限制為，水泥混合設(shè)備等。在油井建設(shè)時，通常將油田固井系統(tǒng)中的水泥漿體在殼體和地面之間泵送，例如為了確保地質(zhì)地層或類似物之間的區(qū)域間隔。該漿體優(yōu)選地由精確比例的干水泥混合物和混合液體組成，其在為了獲得需要的漿體的性質(zhì)而完全均一時表現(xiàn)最好，所述性質(zhì)可包括但不限制為，密度、粘度、失水量、自由水、膠凝時間、硬化時間、硬化強度和透氣性。通常通過在連續(xù)混合工藝中混合干的水泥混合物和混合液體來形成漿體。實際上，當(dāng)全部固體顆粒潤濕且分散在混合水中，而且從漿體中移除了全部空氣之后，漿體被完全混合。在漿體被完全混合之后，將其以預(yù)設(shè)的速度泵送到井筒中。為了使固井操作成功，連續(xù)混合過程必須盡可能快地產(chǎn)生良好混合的漿體。水泥漿體的潤濕、膠凝和硬化過程是時間相關(guān)的；在和混合液體的最初接觸之后不能很快地均一化漿體將不利地導(dǎo)致團塊和泡沫的形成，這進一步使混合和泵送兩個過程復(fù)雜化，且可導(dǎo)致不能實現(xiàn)固井工作的目標(biāo)。漿體中的空氣吸入和保持是某些漿體制劑的連續(xù)混合中的主要問題。當(dāng)在漿體中的空氣保持度變得太高，以致再循環(huán)泵不再產(chǎn)生足夠的流動以支持所述混合系統(tǒng)時，連續(xù)混合問題可能不再持續(xù)。連續(xù)混合系統(tǒng)的失效可導(dǎo)致和固井工作相關(guān)的時間和金錢的顯著損失。通常對最難混合的制劑采用批量混合；但是批量混合的設(shè)備的尺寸可能會限制可能的總工作體積且可能會增加總的工作成本。一直希望能改進井場地面設(shè)備的運行，所述設(shè)備包括連續(xù)混合固井設(shè)備等。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于混合漿體以將其輸送至下游點的方法，其包括在混合位置混合液體源和粉末源，形成漿體；將該漿體引導(dǎo)至下游點和再循環(huán)環(huán)路中的至少一個；和引入至少一個振動源以促進漿體的均一化以及用于輸送至所述下游點的所述漿體的完全混合，所述振動源遠離所述混合位置設(shè)置?？商鎿Q地，引入包括在混合位置和下游點之間的位置以及再循環(huán)環(huán)路中的位置中的至少一個引入振動源?？商鎿Q地，該系統(tǒng)包括井筒水泥漿體混合系統(tǒng)， 下游點包括井筒，引導(dǎo)包括將漿體引導(dǎo)至井筒，引入包括在混合系統(tǒng)和再循環(huán)環(huán)路中的至少一個引入振動源?？商鎿Q地，該方法還包括提供用于形成漿體的液體源和至少一種粉末源?？商鎿Q地，液體源包括基于水的液體?？商鎿Q地，液體源包括水和至少一種液態(tài)添加劑。可替換地，粉末源包括干水泥的混合物。可替換地，粉末源包括干的水泥混合物和至少一種干的顆粒添加劑?？商鎿Q地，振動源包括主動式振動源?？商鎿Q地，振動源包括被動式振動源?？商鎿Q地，引入所述振動源通過增強在所述漿體的液體源中所述粉末源的潤濕而促進了漿體的均一化?？商鎿Q地，引入振動源通過從漿體中移除空氣而促進了漿體的均一化?？商鎿Q地，引入包括在混合位置和下游點之間的高速區(qū)和再循環(huán)環(huán)路中的高速區(qū)中的至少一個引入振動。
在一種實施方式中，用于混合和輸送漿體至下游點的系統(tǒng)包括用于混合液體相和粉末相以形成漿體的混合位置、將漿體引導(dǎo)至再循環(huán)環(huán)路和下游點中至少一個的泵、和至少一個振動源，以促進漿體的均一化和用于輸送至所述下游點的所述漿體的完全混合，所述振動源遠離所述混合位置設(shè)置?？商鎿Q地，液體相包括基于水的液體?？商鎿Q地，液體相包括水和至少一種液體化學(xué)添加劑?？商鎿Q地，粉末相包括干的水泥混合物?？商鎿Q地，粉末相包括干的水泥混合物和至少一種干的化學(xué)添加劑?？商鎿Q地，振動源包括主動式振動源?？商鎿Q地，振動源包括被動式振動源?？商鎿Q地，振動源通過增強漿體中粉末源的潤濕來促進漿體的均一化。可替換地，振動源通過從漿體中移除空氣來促進漿體的均一化。可替換地，系統(tǒng)包括井筒水泥漿體混合系統(tǒng)，其至少包括混合器、漿體空氣分離器、混合筒、再循環(huán)泵和輸送泵，且其中所述下游點包括井筒?？商鎿Q地，該至少一個振動源位于再循環(huán)環(huán)路和該系統(tǒng)中至少之一的高速區(qū)中。該系統(tǒng)和方法的實施方式通過在工藝管道或其他高速區(qū)之內(nèi)或之外采用強制振動而增強了形成漿體的粉末源和液體源的混合，所述漿體諸如水泥漿體。


通過參考以下詳細說明并結(jié)合以下附圖考慮可更好地理解本發(fā)明的這些以及其他的特征和優(yōu)勢，其中圖1是漿體混合系統(tǒng)示意圖。圖2是圖1的系統(tǒng)中使用的主動式振動源的示意圖。圖3是圖1的系統(tǒng)中使用的主動式振動源的示意圖。圖4是圖1的系統(tǒng)中使用的主動式振動源的示意圖。
具體實施例方式參見圖1，總體地用100標(biāo)示用于連續(xù)混合粉末和液體的漿體的系統(tǒng)。該漿體可示例性地為井筒固井操作中使用的水泥漿體。系統(tǒng)100包括其中放置有漿體的混合罐102，該混合罐102經(jīng)由管道104與再循環(huán)泵106 (諸如離心泵等)流體連通。泵106向漿體加壓且將其排出至出口或管道108，該出口或管道108和輸送泵110流體連通，所述輸送泵諸如用于將漿體泵送至井筒的容積式三缸泵。泵110的出口或管道112延伸至總體地由114標(biāo)示的下游點或目的地，其諸如井筒(未示出)等。再循環(huán)管線或管道116與泵106的出口以及噴射混合器118流體連通。噴射混合器118的出口或管道120與任選的漿體空氣分離器 122流體連通，所述分離器可為水力旋流器類型的分離器，諸如在序列號為11/996,087的屬于同一受讓人的未決申請中示出的一樣。任選的漿體空氣分離器122的出口或管道IM 與混合罐102流體連通。該出口或管道IM可包括用來將水泥漿體注入混合罐102中的噴嘴(未示出)。在不使用漿體空氣分離器122的情形中，系統(tǒng)100可包括在混合器118和混合筒102之間的直接連接，諸如通過管道等。再循環(huán)管線116、混合器118、漿體空氣分離器 122、混合筒102和泵106形成了用101總體標(biāo)示的系統(tǒng)的再循環(huán)環(huán)路。系統(tǒng)100的再循環(huán)環(huán)路101具有雙重作用將混合后的漿體輸送至一個或多個輸送泵110以及將漿體回送經(jīng)過混合器118以提供促進水泥混合物和混合水的進一步混合的原動力，這將在下文中更詳盡地討論。下游點114可為和系統(tǒng)100或再循環(huán)環(huán)路101遠離的任意位置或目的地，諸如穿過地下地層的井筒等。漿體穿過系統(tǒng)100的流動總體地包括從混合罐102，至管道104，經(jīng)過泵106，經(jīng)過出口 108，或者經(jīng)過泵110和出口 112至下游點114，或者經(jīng)由再循環(huán)管線116至再循環(huán)環(huán)路101，至混合器118的流動。從混合器118開始，漿體流經(jīng)出口 120至任選的漿體空氣分離器122，穿過出口 IM且返回混合罐102。圖1中示出的系統(tǒng)100僅示出了經(jīng)過系統(tǒng)100的漿體的流動。在混合器118處將粉末源或相126和液體源或相1 引入，形成額外的漿體來取代被引至下游點114的漿體。混合器118可為噴射混合器或為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的類似的混合器，諸如在序列號為11/996,087的屬于同一受讓人的未決申請中示出的一樣，且可包括用于再循環(huán)漿體的噴嘴和位于混合器排出處的噴射器。粉末源1 可為干的水泥混合物，其通常包括但不限制于，波特蘭水泥或類似物，以及各種干的添加劑，諸如在固井操作中使用的干的顆粒添加劑和用來加強水泥漿體在其液態(tài)、凝膠態(tài)或硬化態(tài)時的性能的其他組分，其包括但不限制于，增補劑、增重劑、濾失控制劑、消泡劑、硅土、柔性粒子、加速劑、延緩劑，以及它們的組合等。液體源1 可為混合水，其包括水和各種液體添加劑，諸如在固井操作中使用的液體化學(xué)添加劑，其包括但不限制于，增補劑、抗泡劑、去泡劑、加速劑、延緩劑、氣體遷移抑制齊U、 增稠劑、以及以上的組合或類似物。將包括任何添加劑的粉末源1 和包括任何添加劑的液體源1 加入至再循環(huán)漿體噴射器或混合器118，形成用于系統(tǒng)100的額外的漿體。任選的漿體空氣分離器122有利地移除了混合器118的混合過程中漿體系統(tǒng)中帶入的空氣。為了促進漿體的均一化和輸送至下游點114的漿體的完全混合，通過將至少一個振動源引入系統(tǒng)100中，增強了系統(tǒng)100的性能，尤其是關(guān)于形成均一的漿體混合物的性能。可在系統(tǒng)100中的不同位置引入振動源，所述位置包括混合罐102和離心泵106之間的管道104。在該位置，振動源減少了有效漿體粘度且在漿體進入離心泵106之前分離出攜帶的空氣。管道106內(nèi)的流體速度阻止了漿體形成凝膠，這是由于固態(tài)水泥被潤濕的更加完全。也可在離心泵106和混合器118之間的再循環(huán)管線116處引入振動源。再循環(huán)管線116中的流體速度將高于離心泵106的吸入線路或管道104中的速度，這進一步阻止了漿體在再循環(huán)中形成凝膠。也可在離心泵106和下游泵110之間的出口 108處引入振動源。 在出口 108處引入的振動可增強填充和/或降低水泥漿體需要的凈壓頭。也可在混合器118內(nèi)的位置引入振動源?？蓪⒄駝釉窗惭b在噴射混合器118的噴嘴內(nèi)，以產(chǎn)生具有振動能量的噴射氣流，或安裝在噴射器的噴嘴下游處。在各個位置都增強了混合，這是因為施加到流體的振動能量增強了諸如干的水泥混合物的粉末源的潤濕?？稍跐{體-空氣分離器122內(nèi)的位置引入振動源。該振動源可增強漿體中的空氣移除，且當(dāng)使用旋流式分離器時，旋流內(nèi)保持的高速度將阻止?jié){體的膠凝。也可在漿體-空氣分離器122和混合筒102之間的出口 IM處引入振動源?？砂惭b該振動源以在將漿體注入筒102時增強任何剩余的干水泥塊(pocket)的合并，且將最終將空氣從漿體中移除。漿體經(jīng)過用來將水泥漿體注入混合筒102中的噴嘴時的速度將阻止?jié){體發(fā)生膠凝。在上述任何一個位置引入的振動源可包括主動式振動源。主動式振動源包括其中能量源在系統(tǒng)100之外或在系統(tǒng)100中的流體之外的振動源。主動式振動源的示例包括，但不限制于，產(chǎn)生每分鐘約8000至約12000次振動或循環(huán)(VPM)的輸出，或其他合適的范圍內(nèi)的振動的商用水泥振動器。主動式振動源可包括任何其他種類的氣動、液壓或電振動器，其示例性地產(chǎn)生低至約3000vpm的輸出或任何合適范圍內(nèi)的振動?？墒褂酶竭B的焊接耦連件或類似物件將該主動式振動源插入管道中。圖2示出了一個實施例，其中使用耦連件134或任何合適的安裝設(shè)備將振動源130安裝在管道132內(nèi)。 振動源132可為水泥振動器等，且可將該振動源安裝在管道134內(nèi)流動速度增加的減小的彎頭或類似的位置處，這使得振動源132可以在管道134內(nèi)增強漿體的混合和均一化，所述漿體由流動箭頭136標(biāo)示。參見圖3，振動源150被示出通過安裝架152或任何合適的安裝設(shè)備和諸如漿體空氣分離器122的漿體空氣分離器相連?？蓪⒄駝釉?50安裝至漿體空氣分離器122的外表面，且其延伸入漿體空氣分離器122的體部內(nèi)，以增強由箭頭IM標(biāo)示的漿體的混合，并從漿體中移除帶入的空氣。可使用夾、粘合劑、焊接或任何其他安裝手段將主動式振動源安裝至管道或?qū)Ч鼙旧淼耐獗砻?。參見圖4，振動源被示出為使用管道夾144和安裝設(shè)備146將其附連至管道142的外表面。振動源140增強了由箭頭148標(biāo)示的漿體的混合。如上所述，可使用螺栓連接、焊接、粘合、或任何其他合適的安裝手段來安裝振動源。在任何上述的位置引入的振動源可包括被動式振動源。被動式振動源包括這樣的振動源，其中液體泵是振動能量的基本源。被動式振動源可為管道104、108、116、120或124 中之一內(nèi)的節(jié)流設(shè)備，或是松散地支撐的管或管道104、108、116、120或124。被動式振動源也可包括管道工程管的設(shè)計，諸如管道104、108、116、120或124，以使得管道工程管或管道具有和再循環(huán)環(huán)路101或系統(tǒng)100中驅(qū)動頻率相符的共振頻率。系統(tǒng)100和方法的實施方式有利地在其中流體速度產(chǎn)生了足夠大的湍流剪切以避免過度膠凝產(chǎn)生的位置由主動式或被動式振動源施加振動，所述過度膠凝導(dǎo)致了諸如水泥漿體的漿體的較高表現(xiàn)粘度。該系統(tǒng)100和方法的實施方式通過增強潤濕和將空氣從漿體中移除而有利地促進了漿體的完全混合和均一化。該振動源增強了粉末源和液體源的潤濕，且當(dāng)為了消除空氣將漿體引入至自由表面時促進了空氣氣泡的消除，例如在混合筒 102、混合器118、漿體空氣分離器122等中。此前公開的實施方式僅是示例性的，因為可對該發(fā)明進行改進且以不相同但等價的方式實施該發(fā)明，所述方式對受益于此處的指導(dǎo)的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是明顯的。此外， 除在權(quán)利要求書中規(guī)定的以外，沒有意圖對此處示出的結(jié)構(gòu)或設(shè)計的細節(jié)進行限制。因此， 顯然的是，可對以上公開的實施方式進行改動或改進，且所有這些變動認為落在本發(fā)明的范圍和精神之內(nèi)。特別地，應(yīng)將在此公開的每個數(shù)值的范圍(其形式為，從大約a至大約 b，或等價地，約a至b，或等價地，約a-b)理解為表示各數(shù)值范圍的冪集(即全部子集的集合)。相應(yīng)地，在權(quán)利要求書中規(guī)定了此處所追求的保護范圍。參考本發(fā)明的現(xiàn)有優(yōu)選實施方式，對前述的描述進行了展示。熟知本發(fā)明所屬的領(lǐng)域和技術(shù)的人員將能理解，在不故意背離本發(fā)明的原理和范圍的情況下，可對所描述的結(jié)構(gòu)和操作方法進行改動或改變。相應(yīng)地，不應(yīng)將此前的描述解讀為僅屬于此前描述的、且在附圖中示出的精確的結(jié)構(gòu)，而應(yīng)該將其解讀為和權(quán)利要求書一致，且作為所述權(quán)利要求書的支持，所述權(quán)利要求書因此具有最全面和最公正的范圍。
權(quán)利要求
1.一種混合用于輸送至下游點的漿體的方法，其包括 在混合位置混合液體源和粉末源，形成所述漿體；將所述漿體引導(dǎo)至下游點和再循環(huán)環(huán)路中的至少一個；和引入至少一個振動源以促進漿體的均一化以及用于輸送至所述下游點的所述漿體的完全混合，所述振動源遠離所述混合位置設(shè)置。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述引入包括在所述混合位置和所述下游點之間的位置以及所述再循環(huán)環(huán)路中的位置中的至少一個引入所述振動源。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述系統(tǒng)包括井筒水泥漿體混合系統(tǒng)，所述下游點包括井筒，引導(dǎo)包括將所述漿體引導(dǎo)至所述井筒，且引入包括在所述混合系統(tǒng)和所述再循環(huán)環(huán)路中的至少一個引入所述振動源。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括提供用于形成所述漿體的液體源和至少一種粉末源。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述液體源包括基于水的液體。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述液體源包括水和至少一種液體添加劑。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述粉末源包括干的水泥混合物。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述粉末源包括干的水泥混合物和至少一種干燥顆粒添加劑。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述振動源包括主動式振動源。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述振動源包括被動式振動源。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中引入所述振動源通過增強在所述漿體的液體源中所述粉末源的潤濕而促進了漿體的均一化。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中引入所述振動源通過將空氣從所述漿體中移除而促進了漿體的均一化。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中引入包括在所述混合位置和所述下游點之間的高速區(qū)和所述再循環(huán)環(huán)路中的高速區(qū)中的至少一個引入振動。
14.一種混合和輸送漿體至下游點的系統(tǒng)，其包括 用來混合液體相和粉末相以形成所述漿體的混合位置；用于將所述漿體引導(dǎo)至再循環(huán)環(huán)路和所述下游點中的至少一個的泵；和至少一個振動源，以促進漿體的均一化和用于輸送至所述下游點的所述漿體的完全混合，所述振動源遠離所述混合位置設(shè)置。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述液體相包括基于水的液體。
16.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述液體相包括水和至少一種液體化學(xué)添加劑。
17.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述粉末源包括干的水泥混合物。
18.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述粉末相包括干的水泥混合物和至少一種干的化學(xué)添加劑。
19.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述振動源包括主動式振動源。
20.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述振動源包括被動式振動源。
21.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述振動源通過增強所述漿體中所述粉末源的潤濕而促進了漿體的均一化。
22.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述振動源通過從所述漿體中移除空氣而促進了漿體的均一化。
23.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括井筒水泥漿體混合系統(tǒng)，其包括至少一個混合器、漿體空氣分離器、混合筒、再循環(huán)泵、和輸送泵，且其中所述下游點包括井筒。
24.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個振動源位于所述再循環(huán)環(huán)路和所述系統(tǒng)的至少一個中的高速區(qū)中。
全文摘要
一種混合用于輸送至下游點的漿體的方法，其包括在混合位置混合液體源和粉末源以形成漿體，并將該漿體引導(dǎo)至下游點和再循環(huán)環(huán)路中的至少一個，引入至少一個振動源以促進漿體的均一化以及用于輸送至所述下游點的所述漿體的完全混合，所述振動源遠離所述混合位置設(shè)置。
文檔編號B28C5/48GK102256758SQ200980151088
公開日2011年11月23日 申請日期2009年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日
發(fā)明者J.雷納, M.伍德曼西, P.茲加, R.沙姆派因 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司