Номер патента: 7679

Опубликовано: 29.12.2006

Авторы: Диосс Жан-Мишель, Верме Франк

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ получения смеси твердых компонентов (21а, 21b, ..., 21n), содержащихся в контейнерах (31), имеющих отверстие (36) в дне, и включающий в предварительно определенном соотношении обеспечение для каждого компонента разжиженного потока (24а, 24b, ..., 24n) посредством нагнетания воздуха в каждый контейнер вблизи отверстия (36) в дне для перевода компонента в текучее состояние, при этом поток (24а, 24b, ..., 24n) имеет предварительно определенный индивидуальный расход, соответствующий соотношению компонента в смеси, перемещение каждого потока (24а, 24b, ..., 24n) исключительно под действием силы тяжести к впускному отверстию (39) неподвижного смесителя (32), непрерывно выпускающего из выходного отверстия (38) поток смеси (26).

2. Способ по п.1, дополнительно включающий рассеяние потоков внутри смесителя, вызываемое прохождением потоков через по меньшей мере одно неподвижное препятствие (44), помещенное в потоки.

3. Способ по любому из пп.1, 2, дополнительно включающий отслеживание эффективного расхода одного выбранного компонента смеси и регулировку в реальном времени индивидуальных расходов каждых других компонентов на основании упомянутого эффективного расхода.

4. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором смесь твердых компонентов включает цемент, и дополнительно осуществляют перемешивание смеси с водой для получения цементного раствора и закачивание полученного раствора в кольцевое пространство скважины.

5. Установка для приготовления смеси твердых компонентов с предварительно определенным соотношением, содержащая загрузочный контейнер (31) для каждого отдельного компонента, имеющий боковые стенки (40), дно (42) с отверстием (36) и решетку (41), проходящую от нижней части боковых стенок (40) к отверстию (36), и средства (43) для подачи воздуха в промежуток между дном загрузочного контейнера и решеткой, проницаемой для воздуха, но непроницаемой для компонентов, содержащихся в загрузочном контейнере, средство (35) для регулирования расхода каждого компонента, вытекающего из отверстия (36) на основании соотношения каждого компонента в смеси, неподвижный смеситель (32), имеющий впускное отверстие (39) для введения всех отдельных потоков исключительно под действием силы тяжести и непрерывно выпускающий из выходного отверстия (38) поток смеси.

6. Установка по п.5, в которой средства (35) для регулирования расхода каждого компонента представляют собой щелевые запорные клапаны.

7. Установка по п.5 или 6, в которой вертикальные стенки (40) загрузочного контейнера (31) образуют угол a к вертикали в диапазоне от 0 до 23ш.

8. Установка по п.5, в которой смеситель (32) включает рассеивающие средства (44), неподвижно установленные внутри главного корпуса для создания препятствия на пути общего потока, поступающего во впускное отверстие (39).

9. Установка по п.5 или 6, дополнительно включающая машинный интерфейс управления (52) для ввода рецепта смеси, обрабатывающее средство для подсчета для каждого компонента смеси предварительно определенного расхода, исходя из соотношения компонентов в рецепте смеси.

10. Установка по п.9, дополнительно включающая сенсорную систему (64a, 64b) для измерения величины эффективного расхода избранного компонента смеси, обеспечивающую подачу сенсорного сигнала, указывающего величину эффективного расхода упомянутого компонента, регулируемые клапаны (66a, 66b), при этом эффективный расход компонента регулируется в зависимости от отверстия регулируемого клапана, и регулируемый клапан и датчик образуют контур (62a, 62b), и расход компонента регулируется в соответствии с предварительно определенным расходом посредством сенсорного сигнала.

Рисунок 1

 

Текст

Смотреть все

007679 Область изобретения Настоящее изобретение относится к установке для смешивания веществ. В частности, оно относится к установке для смешивания веществ, предназначенных для производства цементного раствора, который может быть использован при цементации скважин. Уровень техники изобретения Получение жидких смесей часто включает смешивание множества веществ согласно предварительно определенному рецепту смеси. Вещества, например, могут быть жидкостями, гелями или твердыми веществами в форме макрочастиц и/или порошка. Рецепт смеси обычно указывает соотношение каждого продукта. Следовательно, для получения любого окончательного количества смеси необходимо определить соответствующее требуемое количество каждого продукта. Смешивание часто является последовательным процессом. Сначала отмеряется требуемое количество каждого вещества, например, по весу или по объему. Компоненты затем заливаются в смесительное устройство, либо один за другим, либо вместе, где они смешиваются. Это может быть, например, достигнуто механическим способом, например, перемешиванием веществ вращающимися лопастями. Когда одно или несколько веществ находится в форме макрочастиц или порошка, смешивание может включать одну или несколько стадий взвешивания и механического перемешивания. Смешивание как последовательный процесс обычно осуществляется для приготовления промысловых цементных смесей. Пример процесса приготовления цементных смесей показан блок-схемой на фиг. 1. Для каждого продукта определяется масса продукта, необходимая для формирования порции на стадии 11, в соответствии с соотношением продукта, указанным в рецепте смеси. Затем обеспечивается предварительно определенная масса каждого продукта посредством отвешивания подходящего количества продукта на стадии 12. Наконец, отвешенные количества продуктов помещаются в механическую мешалку на стадии 13. Механическая мешалка может быть шнеком, вращающимся внутри цилиндра или роторным барабаном. Продукты механически перемешиваются на стадии 14, формируя итоговую цементную смесь, которая со временем собирается на стадии 15. Этот последовательный способ не подходит, если индивидуальные объемные (или массовые) доли разных компонентов смеси сильно различны. Это, например, случай с цементной смесью, приготовленной в значительной степени из цемента с другими твердыми добавками в относительно малых количествах. Сущность изобретения С одной стороны, настоящее изобретение предполагает смешивать многочисленные твердые компоненты согласно предварительно определенному соотношению, включая обеспечение для каждого компонента разжиженного потока при предварительно определенном расходе в соответствии с соотношением упомянутого компонента в смеси и перемещение каждого потока исключительно посредством силы тяжести к входному отверстию стационарного смесителя, который создает непрерывный поток смеси из выпускного отверстия. Этот способ может дополнительно включать рассеяние индивидуальных потоков внутри смесителя,например, предоставлением по меньшей мере одного неподвижного препятствия внутри потоков. Согласно предпочтительному варианту осуществления контролируется расход избранного компонента смеси, и расход других компонентов регулируется в реальном времени на основании данного эффективно контролируемого расхода. С другой стороны, изобретение создает установку для приготовления смеси твердых компонентов с предварительно определенным соотношением, содержащую контейнеры для каждого отдельного компонента, соединенные с индивидуальными генераторами потока, средство, присоединенное к каждому генератору потока для регулирования индивидуально создаваемого расхода на основании соотношения каждого компонента, стационарный смеситель, имеющий входное отверстие для введения исключительно под действием силы тяжести всех отдельных потоков и непрерывно выпускающий из выходного отверстия поток смеси. Расходы предпочтительно регулируются с помощью щелевых запорных клапанов, расположенных справа вдоль дна отдельного контейнера. В другом предпочтительном варианте осуществления каждый контейнер включает решетку, проходящую от нижней части его боковых стенок к его отверстию, при этом решетка непроницаема для компонента, но проницаема для воздуха и предназначена для поступления воздуха в промежуток между дном загрузочного контейнера и решеткой. Желательно, чтобы установка была снабжена датчиками для измерения эффективного расхода избранного компонента и контролировалась приводной системой контроля клапанов, направляющих потоки других компонентов на основании эффективного расхода. Другие аспекты и преимущества изобретения станут понятными из следующего описания и прилагаемой формулы изобретения. Краткое описание чертежей Далее изобретение теперь описано более подробно со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых изображено следующее: фиг. 1 - блок-схема известного способа смешивания цемента;-1 007679 фиг. 2 - блок-схема, показывающая вариант осуществления настоящего изобретения; фиг. 3 - схема установки согласно настоящему изобретению; фиг. 4 - схема разжижающих средств; фиг. 5 - пример смесителя согласно изобретению; фиг. 6 - пример системы контроля; фиг. 7 - пример блок-схемы, показывающей систему контроля; фиг. 8 - пример блок-схемы, показывающей другую систему контроля. Подробное описание Подобные ссылочные номера используются для аналогичных элементов на всех фигурах во всем описании. Смешивание цемента известно как последовательный процесс, в течение которого каждый продукт взвешивается перед его введением в смесительную установку. Когда такое смешивание цемента повторяется для производства нескольких партий, партии могут не быть совершенно идентичными. По этой причине качество выработки цемента, смешиваемого при последовательном процессе, может меняться от одной партии к другой. Настоящее изобретение позволяет получить достаточно постоянное качество продукции при смешивании цемента. Настоящее изобретение обеспечивает приготовление идентичных партий или создание непрерывного потока смеси для любого количества цементной смеси. Фиг. 2 предоставляет блок-схему, показывающую пример способа согласно настоящему изобретению. На фиг. 2 показан первый поток цемента 21 а. Для каждого другого вещества 21b21n, например,для материалов из частиц с низкой плотностью, таких как микросферы, материалов из мелких частиц,таких как микрокремнезем и т.д., обеспечивается отдельный поток 23 с предварительно определенным расходом. Расход каждого компонента смеси 24 а, 24b24n согласовывается с соотношением компонентов в рецепте смеси 22. Например, рецепт смеси может указывать, что для приготовления 600 кг цементной смеси необходимо смешать 200 кг цемента с 400 кг второго продукта. Согласно настоящему примеру, обеспечивается поток цемента и поток второго продукта, расход второго продукта будет в два раза выше, чем расход цемента. В данном примере расход каждого компонента 24 а, 24b24n является расходом массы. Для расхода объема необходимо принимать во внимание различие в плотности каждого вещества при подсчете плотности потока. Потоки различных компонентов 24 а, 24b24n собираются в смесителе 25, где они непрерывно смешиваются, так что смеситель непрерывно выпускает на выходе по существу однородный поток. Когда расход каждого компонента имеет соответственно определенную величину, согласованную с соотношением компонента в рецепте смеси, существенно однородный поток соответствует смеси 26 рецепта 22. Фиг. 3 показывает схему варианта установки согласно настоящему изобретению. В данном варианте осуществления четыре продукта P1, P2, P3, P4 смешиваются для приготовления цементной смеси. Каждый продукт находится в порошковой форме и содержится в загрузочном контейнере 31. Для каждого потока вычисляется определенный расход в соответствии с соотношением продукта в рецепте смеси. Для каждого компонента обеспечивается поток с предварительно определенным расходом. Расход каждого компонента контролируется с помощью регулирующего клапана 35. В данном варианте осуществления каждый из четырех продуктов транспортируется из загрузочного контейнера в приемное отверстие смесителя 32 под действием силы тяжести соответствующим образом через трубу 33. Расход каждого компонента может регулироваться индивидуально в зависимости от отверстия регулирующего клапана 35. Отверстие может регулироваться мануально, или автоматически, с помощью контролирующей системы 36. Контролирующая система 36 в данном варианте осуществления рассчитывает расход для каждого компонента в зависимости от соотношения компонента в рецепте смеси и контролирует каждый регулировочный клапан. Подробное изображение дна каждого загрузочного контейнера 31 показано на фиг. 4. Для получения однородного потока под действием одной только силы тяжести желательно, чтобы боковые стенки 40 загрузочных контейнеров были в значительной степени вертикальными, например, чтобы уголк вертикали не превышал 23. Решетка 41 расположена между нижним краем вертикальных стенок 40 и отверстием в дне 42 загрузочного контейнера, обращенного в сторону клапана 35. На практике желательно, чтобы боковые стенки 40 и дно 42 были двумя независимыми частями, удерживаемыми вместе непроницаемым соединением. Решетка обычно выполнена из перфорированной пластины, покрытой сеткой, которая в значительной степени непроницаема для порошка, находящегося в загрузочном контейнере 31, но проницаема для воздуха. Воздух нагнетается между решеткой 41 и дном 42 с помощью насоса 43, который создает непрерывную циркуляцию воздушного потока. Такое устройство гарантирует, что расход компонента в этом случае зависит только от площади поверхности, предназначенной для протекания порошка и определяемой клапаном 35, предпочтительно щелевым запорным клапаном. Лучшие результаты достигаются с двунаправленным дисковым клапаном со сквозным каналом вследствие того, что форма его отверстия предотвращает засорение порошком выпускного отверстия. Так как поток зависит только от площади сечения отверстия и не зависит от высоты компонента в-2 007679 загрузочных контейнерах (по крайней мере, в первом приближении), могут быть дозаправлены в любое время, включая время смешивания, избегая таким образом любых перерывов в потоке веществ. Также может быть предусмотрена непрерывная загрузка для всех или некоторых из загрузочных контейнеров. Поскольку продукты поступают во входное отверстие 39 смесителя 32 под действием силы тяжести, частицы каждого компонента приобретают достаточную скорость для образования беспорядочного потока в смесителе, достаточного для осуществления полного перемешивания. При необходимости также может быть использовано (хотя и необязательно) рассеивающее средство, подобное показанному на фиг. 5 и по существу изготовленное из хаотично расположенных стержней 44. Такое рассеивающее средство не требует какого-либо его перемещения. В данном варианте осуществления, смеситель имеет главный корпус воронкообразной формы, в котором стержни 44 образуют множество неподвижных препятствий, установленных внутри смесителя. Поток продуктов рассеивается, когда их частицы сталкиваются с неподвижными препятствиями, возникает хаотичное движение в потоках и рассеивание веществ. Положение стержней может при необходимости регулироваться. Собирание и последующее рассеивание потоков веществ обеспечивает перемешивание продуктов и получение цементной смеси. Продукты смешиваются без какого-либо движения смесителя 32 и, кроме того, без какого-либо перемещения неподвижных препятствий, установленных в нем. Когда продукты смешаны, полученная смесь удаляется. В данном варианте осуществления смеситель имеет выходное отверстие 38, через которое смесь непрерывно выпускается наружу и собирается в резервуаре 34. Резервуар содержит партию перемешенного цемента. После заполнения резервуар может быть перевезен на буровую площадку для смешивания с водой и использования. Смесь может находиться в месте временного хранения перед подобным использованием. В качестве альтернативы, полученная смесь может быть сразу смешана с водой, образуя таким образом раствор. Смешивание полученной смеси с водой может быть осуществлено с помощью системы наблюдения за твердыми частицами (см., например, патент США 6,491,421), или любой другой непрерывной или дозирующей смесительной системы для воды и цемента. Раствор может напрямую быть закачан в кольцевое пространство скважины. Способ согласно изобретению является непрерывным в противоположность известному последовательному способу. Порции, которые поступают от системы, имеют стабильное качество: качество продукции не меняется от одной партии к другой и является значительно улучшенным по сравнению с партиями, получаемыми известным способом. Более того, до тех пор, пока предоставляются средства для принятия смеси от смесителя, например, ленточный конвейер или подающий винт, процесс смешивания может совершаться без какого-либо прерывания даже для дозаправки загрузочного контейнера, так как эта операция может быть выполнена в то же время, когда загрузочный контейнер подает продукты в смеситель. Это выражается в очень высокой производительности. Дополнительно, такой процесс не требует механических действий для смешивания продуктов. Если смеситель не включает каких-либо неподвижных препятствий или каких-либо силовых установок, главный корпус также должен быть предпочтительно воронкообразной формы, чтобы способствовать собиранию потоков. Скорость частиц сама по себе значительна для создания беспорядочного рассеивания, когда потоки объединяются. Выходы трубок должны быть достаточно близко друг к другу,так, чтобы вытекающие продукты сливались в одной точке, обеспечивая таким образом смешивание продуктов. Концы трубок могут быть взаимно изогнуты так, чтобы способствовать сбору потоков веществ и рассеиванию частиц. Рассеивание и объединение в данном варианте осуществления происходят одновременно. Фиг. 6 показывает схему одного варианта осуществления системы контроля, в которой смешиваются два продукта. В данном варианте система контроля 55 включает машинный интерфейс управления 52,соединенный с программируемым логическим контроллером 53. Машинный интерфейс управления 52 позволяет оператору получить доступ к рецепту смеси 54 и изменить порядок. Для каждого продукта высчитывается предварительно определенный расход, исходя из соотношения продукта в рецепте смеси. Программируемый логический контроллер 53 регулирует расход каждого продукта в соответствии с предварительно определенной величиной расхода. В данном варианте эффективный расход каждого продукта зависит от отверстия соответствующего клапана. Эффективный расход каждого потока может подвергаться незначительным вариациям вследствие неконтролируемых параметров. Например, если вещество определенного продукта не полностью однородное, эффективный расход массы данного продукта может изменяться несмотря на тот факт, что отверстие соответствующего клапана не изменяется. Программируемый логический контроллер 53 регулирует расход, контролируя отверстие каждого клапана 56 а, 56b. Эффективный расход контролируется для каждого продукта. Для продукта в порошкообразной форме для получения эффективного расхода массы fMa, fMb, может использоваться датчик, например, динамометрический элемент 51 а, 51b. Система контроля 55 получает сигнал датчика от каждого динамометрического элемента 51 а, 5lb. Клапаны 56 а, 56b контролируются управляющим сигналом Sa, Sb, исходящим от программируемого логического контроллера 53. Следует отметить, что в данном случае термин динамометрический элемент используется по отношению к датчику веса, а не по отношению к-3 007679 средствам определения общего веса в хранилище, как в традиционных системах, где первый этап приготовления смеси состоит в индивидуальном измерении веса каждого ингредиента. Фиг. 7 - это блок-схема, иллюстрирующая функцию системы контроля, показанной на фиг. 6. Для каждого продукта используется контур 62a, 62b для сохранения эффективного расхода массы близко к величине предварительно определенного расхода fPa, fPb в соответствии с соотношением продукта в рецепте смеси. Величина предварительно определенного расхода fPa, fPb вычисляется для каждого продукта согласно рецепту смеси 61 цементной смеси. Динамометрический элемент 64 а, 64b испускает сенсорный сигнал fMa, fMb, который показывает величину эффективного расхода определенного продукта. Величина эффективного расхода таким образом сравнивается с величиной предварительно определенного расходаfPa, fPb. Управляющий сигнал Sa, Sb, который контролирует отверстие регулируемого клапана 66 а, 66b,имеет величину, зависящую от разницы между величиной эффективного расхода и величиной предварительно определенного эффективного расхода fPa, fPb. Если эффективная величина расхода выше, чем величина предварительно определенного расхода fPa, fPb, то отверстие клапана 66 а, 66b уменьшается. Если эффективная величина расхода меньше, чем величина предварительно определенного расхода fPa, fPb, то отверстие клапана 66 а, 66b увеличивается. Таким образом, расход каждого продукта поддерживается на уровне величины, в значительной степени согласованной с предварительно определенной величиной fPa,fPb. Фиг. 8 - это блок-схема альтернативного варианта осуществления. Первый регулируемый клапан 76b позволяет обеспечить поток цемента. Первый динамометрический элемент 74b выдает сенсорный сигнал fMb, который соответствует величине эффективного расхода цемента. Поток цемента не контролируется, и расход второго продукта отслеживается на уровне величины, зависящей от величины эффективного расхода цемента. Вычислительные средства 75 подсчитывают расход fCa для второго продукта согласно величине эффективного расхода цемента и согласно соотношениям компонентов в рецепте 71. Например, рецепт смеси 71 может указывать, что для приготовления 600 кг цементной смеси необходимо смешать 200 кг цемента с 400 кг второго продукта. Эффективный расход цемента отслеживается. Подсчитанный расходfCa равен двойному эффективному расходу цемента. Контур 72 а использован для регулирования расхода второго продукта, основываясь на величине подсчитанного расхода fCa. Контур 72 а включает второй регулируемый клапан 76 а и второй динамометрический элемент 74 а. Второй динамометрический элемент 74 а подает сенсорный сигнал fMa, который служит признаком величины эффективного расхода второго продукта. Величина второго эффективного расхода сравнивается с величиной подсчитанного расхода fCa. Управляющий сигнал Sa, который контролирует отверстие второго регулируемого клапана 76 а, имеет величину, зависящую от разницы величины второго эффективного расхода и величины подсчитанного расхода fCa. Если эффективная величина второго расхода выше, чем величина подсчитанного расхода fCa, то отверстие второго клапана 76 а уменьшается. Если эффективная величина второго расхода меньше, чем величина подсчитанного расхода fСа, то отверстие второго клапана 76 а увеличивается. Таким образом, расход второго продукта поддерживается на уровне величины, в значительной степени согласованной с подсчитанной величиной fCa. Расход каждого компонента согласован с соотношением вещества в рецепте 71 смеси. Смеситель изобретения особенно подходит для приготовления цементной смеси, включая, например, цемент, кварцевый песок и другие твердые компоненты. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения смеси твердых компонентов (21 а, 21b, , 21n), содержащихся в контейнерах(31), имеющих отверстие (36) в дне, и включающий в предварительно определенном соотношении обеспечение для каждого компонента разжиженного потока (24 а, 24b, , 24n) посредством нагнетания воздуха в каждый контейнер вблизи отверстия (36) в дне для перевода компонента в текучее состояние, при этом поток (24 а, 24b, , 24n) имеет предварительно определенный индивидуальный расход, соответствующий соотношению компонента в смеси, перемещение каждого потока (24 а, 24b, , 24n) исключительно под действием силы тяжести к впускному отверстию (39) неподвижного смесителя (32), непрерывно выпускающего из выходного отверстия (38) поток смеси (26). 2. Способ по п.1, дополнительно включающий рассеяние потоков внутри смесителя, вызываемое прохождением потоков через по меньшей мере одно неподвижное препятствие (44), помещенное в потоки. 3. Способ по любому из пп.1, 2, дополнительно включающий отслеживание эффективного расхода одного выбранного компонента смеси и регулировку в реальном времени индивидуальных расходов каждых других компонентов на основании упомянутого эффективного расхода. 4. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором смесь твердых компонентов включает цемент, и дополнительно осуществляют перемешивание смеси с водой для получения цементного раствора и закачивание полученного раствора в кольцевое пространство скважины. 5. Установка для приготовления смеси твердых компонентов с предварительно определенным со-4 007679 отношением, содержащая загрузочный контейнер (31) для каждого отдельного компонента, имеющий боковые стенки (40), дно (42) с отверстием (36) и решетку (41), проходящую от нижней части боковых стенок (40) к отверстию (36), и средства (43) для подачи воздуха в промежуток между дном загрузочного контейнера и решеткой, проницаемой для воздуха, но непроницаемой для компонентов, содержащихся в загрузочном контейнере, средство (35) для регулирования расхода каждого компонента, вытекающего из отверстия (36) на основании соотношения каждого компонента в смеси, неподвижный смеситель (32),имеющий впускное отверстие (39) для введения всех отдельных потоков исключительно под действием силы тяжести и непрерывно выпускающий из выходного отверстия (38) поток смеси. 6. Установка по п.5, в которой средства (35) для регулирования расхода каждого компонента представляют собой щелевые запорные клапаны. 7. Установка по п.5 или 6, в которой вертикальные стенки (40) загрузочного контейнера (31) образуют уголк вертикали в диапазоне от 0 до 23. 8. Установка по п.5, в которой смеситель (32) включает рассеивающие средства (44), неподвижно установленные внутри главного корпуса для создания препятствия на пути общего потока, поступающего во впускное отверстие (39). 9. Установка по п.5 или 6, дополнительно включающая машинный интерфейс управления (52) для ввода рецепта смеси, обрабатывающее средство для подсчета для каждого компонента смеси предварительно определенного расхода, исходя из соотношения компонентов в рецепте смеси. 10. Установка по п.9, дополнительно включающая сенсорную систему (64a, 64b) для измерения величины эффективного расхода избранного компонента смеси, обеспечивающую подачу сенсорного сигнала, указывающего величину эффективного расхода упомянутого компонента, регулируемые клапаны(66a, 66b), при этом эффективный расход компонента регулируется в зависимости от отверстия регулируемого клапана, и регулируемый клапан и датчик образуют контур (62a, 62b), и расход компонента регулируется в соответствии с предварительно определенным расходом посредством сенсорного сигнала.

МПК / Метки

МПК: B28C 7/04, B01F 15/04, G05D 11/13, B01F 5/24, B01F 15/00

Метки: установка, смесительная

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/8-7679-smesitelnaya-ustanovka.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Смесительная установка</a>

Похожие патенты