[0003] 本发明涉及油气田和油气井开发，并且更特别地，涉及用于在井场处提供经涂覆的支撑剂(coated proppant)以用于在含油气地层中进行水力压裂和支撑裂缝的新系统和方法。

[0004] 油气井开发已经有超过一百年的广泛的工程与化学改进，旨在解决井与井之间以及单个井内可能出现的各种问题。在单独的井之间存在极大的变化性(variability)。这种变化性基于但不限于以下因素：井的位置，哪个盆地；井的类型，哪个地层；所用的水的类型，淡水、采出水、混合水；井的深度；井的温度；井的典型处理压力；孔隙压力梯度；以及地层接受支撑剂的容易程度。

[0005] 在单个井内也存在极大的变化性。这种变化性基于但不限于以下因素：完成井的跟部阶段(heel stage)，该阶段更靠近井的竖直部分且通常具有较低的处理压力和较小的用于输送支撑剂的距离；

[0006] 以及完成井的趾部阶段(toe stage)，该阶段远离井的竖直部分且通常具有较高的处理压力和大得多的用于输送支撑剂的距离(即，大约3英里或更远)。

[0007] 根据井的完井设计，也可能存在极大的变化性。这种变化性基于但不限于以下因素：每英尺的水的桶数；每英尺的砂的磅数；以线性英尺计的阶段长度；丛式井(cluster)的数量和间距；以每分钟桶数计的泵速率(pump rate)；以每加仑磅数计的砂装载量；砂泵速率；以及以每千加仑加仑数计或以每千加仑磅数计的减摩剂剂量(friction reducer dosage)。

[0008] 已经开发了用于增加与油气储层相关联的井眼产量的各种方法。不同类型的过程可能需要各种处理。通常，井产量可以通过压裂地层来改进。压裂通常通过向地层泵送充满含有大比例水的流体并加压该流体以便向部分地层施加大的表面力来进行。这些大的表面力引起应力，并且由于涉及的巨大面积，可以在岩层中产生极高的力和应力。

[0009] 因此，岩层往往破碎，从而增加了孔隙度并为生产的油气朝向井眼通过地层以进行开采提供了空间。此外，存在各种技术以进一步改进裂缝网络，诸如酸化。然而，如前面所暗示的那样，该过程并不简单，并且将各种材料掺入混合物中需要耗费大量的时间、金钱、能量和其他资源。尽管如此，这些混合物对于如下任务而言是至关重要的：将支撑剂输送到裂缝中以撑开地层并为油气迁移回到井眼中提供路径。

[0010] 如果通过利用改进的组合物和用于将材料掺入混合物中的方法能够更高效地利用这些资源，则将是本领域的进步。

[0011] 此外，水力压裂具有相当复杂的过程以将各种组分添加到压裂流体中。不仅必须添加支撑剂，而且必须添加各种其他化学品。在压裂过程中，需要搅拌材料以产生用于压裂的工作流体或“浆液”。这种搅拌需要相当大的设备，从而在整个井场占据了显著的占地面积。

[0012] 此外，这种设备需要人力并且需要对众多接收和存储区域进行维护。这些是最终将被添加到工作流体中的各种组分产品所需要的。用于将辅料混合到流体中的所有这些过程都会导致时间上的延迟。例如，可能证明很难将粉末材料掺入。

[0013] 特别是对于小颗粒，表面张力往往会使这些材料漂浮在液体表面上，并且需要充分的混合(substantial mixing)及充分的相关时间。许多固体必须预先混合在油、乳液等中，从而增加了任何溢出的影响。同时，向压裂流中添加化学品必然会造成添加剂的不均匀分布。例如，在将组分添加到该压裂流中时，组分在井口附近处于非常高的浓度。与此同时，该新添加的组分完全不存在于其他地方。因此，已证明，使材料彻底地分布或者甚至使其良好地分布在整个引入的流体中的能力是困难的。

[0014] 类似地，将单独的组分化学品和材料运输到井场需要专用于不同类型的材料和阶段的多个车辆。例如，一些材料是流体，一些材料是固体，一些材料使用水溶剂，一些材料使用石油基溶剂，并且这些材料必须用它们自己合适的存储、装卸和运输设备以不同的方式进行搬运、运送和装卸。

[0015] 采用大量的烃遭遇到各种投诉，烃诸如为各种乳液、化学添加剂等，包括经常使用的如柴油燃料等材料。在现场有这种液体化学品的情况下，增加了由于这种材料的化学品溢出而导致的表面污染的风险。即使当容纳在较小的容器中时，这些材料也存在被水、风和其他天气携带而溢出的风险，以及在运送、装卸或供料和混合过程中可能溢出的可能性。

[0016] 同时，用于存储、混合系统、接收、货运等所需的操作占地面积(operational footprint)增加了井场的总操作占地面积。此外，对于接收、制备、存储、装卸和最终混合材料(这些材料将被添加到压裂流体中)的过程，金钱、劳动力和时间的花费都是相当可观的。

[0017] 因此，提供一种系统和方法，其将消除用于服务压裂流体的现有材料和混合系统所固有的装卸、设备、占地面积、运输和其他问题中的许多问题，这将是本领域的进步。

[0018] 用于解决这些问题中的许多问题的一种方法是使用经涂覆的支撑剂产品，这种支撑剂产品中有几种在市场上有售。通常，这些经涂覆的支撑剂产品是经树脂涂覆的支撑剂，这种支撑剂可以具有几种不同类型的功能。这些经涂覆的支撑剂产品通常在井场外生产，然后被运输到它们的使用场地。这迫使消费者在使用产品之前选择他们想要哪种产品功能，并且一旦这些产品被涂覆，就没有机会改变它们的功能。结果是，消费者或运营商公司可以尝试预先确定这些产品在特定井场最可能遇到什么条件，并且尝试选择必要的功能来解决预先确定的变化性范围的所有方面。在该系统下的另一种选项是选择解决最坏情况的产品，这可能导致使用过度设计的产品，这浪费了主动输入的成分并且抬高了使用这种产品的成本。

[0019] 在场外涂覆支撑剂产品会增加一定的物流和装卸成本，因为经涂覆的支撑剂产品的最脆弱的时候是在物流和装卸过程中。通常借助气动卡车或某种箱式系统将支撑剂运送到井场。通过气动卡车运送的支撑剂被卸载到现场的砂筒仓中，该砂筒仓向搅拌机(blender)供料。通过箱子运送的支撑剂由输送带直接卸载到搅拌机中。通常，所有支撑剂在引入到搅拌机之前必须保持干燥。经涂覆的支撑剂产品在与水分接触时会活化，这会破坏一些产品，并且在试图装载搅拌机时导致与其他产品一起现场恶化。

[0020] 考虑到所涉及的各种因素，在待解决且无法改变或无法适应的特定情况面前，场外生产的经涂覆的支撑剂不太可能有效且高效地提供必要的性能特性。

[0021] 因此，提供一种系统和使用方法，其物理且电连接到现有的水力压裂车队设备上、由来自现场数据车的实时数据进行驱动并且利用来自数据车的信息来生产最佳的经涂覆的支撑剂产品，这将是本领域的进步。此外，提供一种系统和方法，其可以生产各种经涂覆的支撑剂产品以解决井场处的特定实时井下条件，这将是本领域的进步。还有，可以调整该系统以与相关联的井下条件变化基本上相同的速率提供经涂覆的支撑剂。

[0022] 提供一种系统和方法，其将使在压裂流体中用作添加剂的各种材料的使用最优化，并且基于当前井条件提供对经涂覆的支撑剂产品的实时调整并因此提供对压裂流体的实时调整，这将是本领域的实质性进步。此外，这可以在正要将新生产的经涂覆的支撑剂产品添加到搅拌机中之前现场进行。

[0048] 容易理解，如在本文附图中一般性描述和示出的，本发明的部件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，如附图中所表示的，本发明的系统和方法的实施例的以下更详细描述不旨在限制所要求保护的本发明的范围，而仅仅是本发明的各种实施例的代表。通过参考附图，将最佳地理解本发明的所示实施例，其中，相同的部件始终由相同的标号表示。

[0049] 油气井可以具有以各种配置设置在井场处的各种设备。这样的配置可能因井场而异，并且取决于井的类型、井场的地形、所需的设备和材料、以及其他类似因素。

[0050] 参考图1，在示意图中描绘了常规或典型的井场配置10。井场配置10可以包括用于砂存储部12或支撑剂存储部12的筒仓或箱子。砂是典型的支撑剂材料，但也可以使用适合用作支撑剂的任何材料。合适的支撑剂或基底可以包括砂(干或湿的，水分含量范围是0％至15％)、陶瓷支撑剂、经树脂涂覆的支撑剂、纤维等。

[0051] 砂输送器14可以在一端可操作地连接到砂存储部12的筒仓，并且在另一端通过任何合适的装置可操作地连接到搅拌机20，该合适的装置能够将砂从砂存储部12转移到搅拌机20。砂输送器14可以是带秤(belt‑scale)，带秤可以对从砂存储部12输送到搅拌机20的砂进行称重。

[0052] 搅拌机20可以用于混合和制备待运送到歧管22的砂和压裂流体。搅拌机20可以可操作地连接到在制备待运送到井口26的压裂流体的过程中需要或使用的任何材料。例如，但不作为限制，搅拌机20可以可操作地连接到水18(淡水、采出水或混合用水)、酸16和/或其他化学品17的合适供应源。

[0053] 歧管22可以用于将压裂流体分配或泵送至井口26。歧管22可以是压裂歧管22，该压裂歧管22可以包括安装在压裂泵输出集管(frac pump output header)下游和被服务的每个压裂树上游的流量配件(flow fitting)和阀的布置。适于预期目的的任何歧管22都可以以适当的构造进行使用。

[0054] 压裂车24或压裂卡车24可以用于监测、显示和控制水力压裂设备和过程。压裂车24可以可操作地连接到水力压裂过程中使用的所有其他设备，包括但不限于，砂存储部12、砂输送器14、搅拌机20及其附带的水18、酸16和化学品17材料，以及歧管22。压裂车24可以包括监测系统、显示系统和控制系统，使得工程师和/或班组人员能够从压裂车24监测和控制压裂过程。压裂车24可以包括压裂控制系统，该压裂控制系统可以监测、显示和控制井场处的水力压裂设备和过程。

[0055] 参考图2，移动涂覆单元30可以设置在砂存储部12和搅拌机20之间。移动涂覆单元可以沿着从砂存储部12到搅拌机20的路径或在该路径中以如下方式定位：即，利用砂输送器14将砂从砂存储部12输送通过移动涂覆单元30然后到达搅拌机20。根据井场的可用空间，移动涂覆单元30可以以合适的角度定位。可以根据具体井场的需要来调整移动涂覆单元30的设置。

[0056] 移动涂覆单元30可以描述为具有近端和远端。来自砂存储部12的砂或支撑剂可以沿着砂输送器14被输送到移动涂覆单元30的近端，在该近端，砂或支撑剂可以被堆积(deposit)到移动涂覆单元30上的装料斗34中。然后，砂经过涂覆过程并在移动涂覆单元30的远端离开移动涂覆单元30。当经涂覆的支撑剂或经涂覆的砂离开移动涂覆单元的远端时，经涂覆的支撑剂可以堆积到搅拌机20中，或者砂输送器14可以用于将经涂覆的支撑剂输送到搅拌机20。

[0057] 移动涂覆单元30可以可操作地连接到涂覆添加剂28。涂覆添加剂28可以包括任何合适类型的添加剂(即，减摩剂、杀生物剂、破碎剂(breaker)、增黏剂、阻垢剂等)，并且添加剂可以呈任何期望的形式(即，液体或粉末)。涂覆添加剂28连接到移动涂覆单元30上的适当结构。例如，液体涂覆添加剂可以存储在任何合适的存储机构中，该合适的存储机构包括但不限于料斗、罐、搬运袋(tote)、化学品运输车辆或筒仓并且连接到液体添加剂分配器40或喷涂器40。类似地，粉末涂覆添加剂可以存储在任何合适的存储机构中，该合适的存储机构包括但不限于料斗、散装袋(bulk bag)、气动罐、化学品运输车辆或筒仓并且连接到按体积或重量进行分配的体积式粉末分配器60。

[0058] 参考图3和图4，移动涂覆单元30可以包括多个结构和设备，以提供在井场处对支撑剂或砂进行涂覆的能力。合适的平台70或拖车70可以用于支撑和运输包括移动涂覆单元30的设备。平台70可以由任何合适的材料制成，并且可以具有任何合适的大小和尺寸，只要它可以正确地支撑移动涂覆单元30及其相关联的设备且当然是可移动和可运输的即可。平台可以适当地连接到具有轮子72的底盘、或滑轨(skid)(未示出)，使得移动涂覆单元30可以被运输到井场。平台70可以包括一个或多个支撑件74，当移动涂覆单元30在井场处运行时，该一个或多个支撑件可以向移动涂覆单元30提供额外的稳定性，但是当移动涂覆单元
30被运输时，该一个或多个支撑件74可以是可移除的或可缩回的。安装在滑轨上或拖车上意味着移动涂覆单元30可以位于井或砂矿的现场，从而提供了灵活性以平衡经济考虑、空间可用性和吞吐量需求。

[0059] 通常，移动涂覆单元30至少包括PLC控制单元32、液体添加剂分配器40、体积式粉末分配器60、以及涂覆搅拌器50或涂覆混合器50。其他结构可以被包括在移动涂覆单元30中，或者可以在井场处且可以由移动涂覆单元30使用。与给定的移动涂覆单元30相关联的结构可以以任何有效的方式分布，以便允许足够的空间来容纳所有部件，且使得单独的单元结构能够进行高效的处理。如果需要，单元结构可以是独立的和/或被保护以免受天气影响。

[0060] 例如，在移动涂覆单元30中使用砂之前，入站砂存储单元34或装料斗34可以存储从井场的砂存储部12接收到的砂。类似地，出站砂输送带36可以用于将所得到的经涂覆的支撑剂或经涂覆的砂从移动涂覆单元30输送到搅拌机20，或输送到砂输送器14的另一区段，然后输送到搅拌机20。

[0061] 移动涂覆单元30可以可操作地连接到一个或多个粉末添加剂筒仓62，在该粉末添加剂筒仓62处，粉末添加剂经由一个或多个粉末添加剂输送器64被输送到移动涂覆单元30。粉末添加剂筒仓62的主要目的可以是保持体积式粉末分配器60充满可用的粉末添加剂。

[0062] 移动涂覆单元30可以在几乎任何阶段包括干燥器，以干燥支撑剂或从支撑剂中除去多余的水分。移动涂覆单元30可以被构造成接受和成功地涂覆各种支撑剂，如湿砂、干砂、陶瓷支撑剂、经树脂涂覆的支撑剂、湿纤维、干纤维等。移动涂覆单元30可以包括一些或所有这些设备部件，这取决于所期望的设计和预期的功能。

[0063] 用于使用移动涂覆单元30在井场处涂覆砂、陶瓷、树脂、纤维或另一种支撑剂的典型过程可以描述如下。首先，应当理解，PLC控制单元32以允许PLC控制单元32监测和控制移动涂覆单元的涂覆过程的方式可操作地连接到移动涂覆单元30的其他设备部件。这种可操作的连接可以描述为包括电子和物理连接，因为PLC控制单元32可以监测和控制移动通过移动涂覆单元30的支撑剂的量，并且控制所使用的涂覆添加剂28的量和时间。PLC控制单元32可以使用用于经涂覆的支撑剂的任何期望的配方或配制方案进行预编程，并且可以提供用于生产期望的经涂覆的支撑剂产品所需的配方或配制方案及过程顺序。PLC控制单元还可以独立运行而被启动，由来自外部源(诸如压裂车24)的输入而被触发，或者被远程控制。

[0064] 还应当理解，PLC控制单元32可以可操作地连接到井场的压裂车24的控制系统，使得压裂车24中的工程师或远程监测和控制工作的那些工程师可以控制通常与井场相关联的水力压裂过程(即，监测和控制砂输送器14、搅拌机20、歧管22等)，以及控制移动涂覆单元30(即，一个或多个液体添加剂分配器40、一个或多个体积式粉末分配器60、涂覆混合器50等)上的涂覆过程。

[0065] PLC控制单元32可以包括一个或多个程序，控制单元32使用该一个或多个程序来控制移动涂覆单元30并生产出所期望的经涂覆的支撑剂。这些程序可以描述为用于生产所期望的经涂覆的支撑剂的配方或配制方案。配方或配制方案可以提供非常宽范围的可以由移动涂覆单元30生产的经涂覆的支撑剂，该范围仅受单元30可用的添加剂28的数量限制。例如且不作为限制，移动涂覆单元30可以用于生产仅具有液体涂料或仅具有粉末涂料或任一类型涂料的倍数和组合的经涂覆的支撑剂。也可以根据所使用的支撑剂(干砂、湿砂、纤维等)对配方进行调整。而且，在水力压裂过程的不同阶段期间可以利用不同的配方或配制方案。

[0066] 移动涂覆单元30上的PLC控制单元32是涂覆砂过程的监测器和控制器。PLC控制单元可以遵循由带秤驱动的预编程配制方案，在该带秤上，砂从移动涂覆单元30上的装料斗34或缓冲料斗(surge hopper)34被移动到移动涂覆单元的涂覆区段中。基于该重量，PLC控制单元32向供料器(即，一个或多个液体添加剂分配器40和一个或多个体积式粉末分配器
60)指示所有其他输入，要配给多少添加剂，并且PLC控制单元可以在井场实时地进行这种操作。工程师或用户可以从预编程的选项中选择经涂覆的砂，或者工程师可以通过增加一个或多个单独的输入来改变配制方案。例如，系统可以被编程为如果增加聚合物装载量则适当地添加增粘剂。

[0067] 移动涂覆单元30的涂覆区段可以用作连续流动机构，在该机构处，经涂覆的支撑剂产品可以离开单元30的涂覆区段并在输送带上朝向搅拌机20前进，该输送带已经是任何标准的、当前井场配置的一部分。可以调整移动涂覆单元30的操作规格以适应所期望的吞吐量。

[0068] 移动涂覆单元30可以是将服务于单个运营商公司的井的“压裂车队”的一部分。该运营商公司可能有能力利用湿砂或干砂，但通常不能两者都利用。该运营商公司可能对湿砂或干砂具有哲学倾向或偏好。移动涂覆单元30上的预编程配制方案可以考虑砂的条件，湿的还是干的。还有，任一类型的配制方案都可以根据需要利用液体的和/或粉末的添加剂二者。虽然移动涂覆单元30可能能够适应湿和/或干的支撑剂，但其可以被编程为利用一种或另一种。尽管不太可能，但移动涂覆单元30可以被构造和编程为在给定井场处适应湿和/或干的支撑剂。类似地，如果需要，移动涂覆单元30可以被构造和编程为在给定井场处适应或使用淡水和/或采出水或其混合物。例如，液体添加剂分配器40可以被构造成使用淡水和/或采出水作为液体添加剂(诸如增粘剂)的一部分。

[0069] 有时，移动涂覆单元30可能对通过移动涂覆单元30的支撑剂根本不进行处理或涂覆。例如，如果仅期望将支撑剂或砂从砂存储部12运送到搅拌机20，则移动涂覆单元30可以有效地用作支撑剂的输送器，而不添加任何添加剂28。

[0070] 可以将任何合适的支撑剂(如砂或纤维)堆积在位于移动涂覆单元30近端的砂存储单元34或装料斗34中。然后可以将支撑剂输送或移动通过液体添加剂分配器40或喷涂器40。装料斗34可以包括具有磅秤的输送带，该输送带将砂以特定的速率和体积移动到涂覆混合器50中。在砂被堆积到涂覆混合器50中之前，砂被暴露于液体添加剂，随着砂落入涂覆混合器50中，该液体添加剂被喷涂在砂上。

[0071] 通常，液体添加剂分配器40将包括喷涂器，当支撑剂前进通过液体添加剂分配器40时和/或当支撑剂落入涂覆混合器50中时，该喷涂器会将预定量的选定液体添加剂喷涂到支撑剂上。可以相应地使用适于在井场处作为移动涂覆单元30的一部分执行该功能的任何设备。例如，采出水可以用作喷涂到支撑剂上的增粘剂混合物的一部分，或用于任何其他合适的目的。液体添加剂分配器40可以包括温度控制器以将液体添加剂保持在所期望的温度。温控箱可以用于产生各种化学品流体的均匀拌合物(blend)，并通过雾化出口系统均匀地分配这些流体，从而最佳地将流体引入混合过程。PLC控制单元32可以监测和/或控制用于提供将离开液体添加剂分配器40的期望的液体涂覆支撑剂所需的因素。例如，PLC控制单元32可以监测进入液体添加剂分配器40的砂的量和支撑剂的进入速率，以确定需要将多少液体添加剂分配或喷涂到支撑剂上。还有，可以将一种或多种液体添加剂喷涂到支撑剂上，如PLC控制单元32所确定的。液体添加剂分配器40可以主要描述为将液体添加剂分配或喷涂到支撑剂上的部件。用于存储和/或混合液体添加剂的设备可以是或可以不是液体添加剂分配器40本身的一部分或移动涂覆单元30的一部分。例如，可以使用卡车向液体添加剂分配器40提供一种或多种液体添加剂，或者可以将液体添加剂分配器40可操作地连接到已经在井场的液体添加剂(如减摩剂等)的源。

[0072] 当支撑剂离开液体添加剂分配器40时，支撑剂通常被堆积到涂覆混合器50中。在通过体积式粉末分配器60将期望的粉末添加剂分配到涂覆混合器50中之前，可能有大约7秒至10秒的时间。粉末添加剂的类型和分配量由工程师选择的配方或配制方案预先确定并由PLC控制单元32控制。移动涂覆单元30可以包括一个或多个体积式粉末分配器60。所有成分在涂覆混合器50中被涂覆达预定的停留时间。典型的停留时间为大约十五(15)秒。然后，可以通过出站砂输送器36将所得到的经涂覆的支撑剂送出到搅拌机20。

[0073] 体积式粉末分配器60可以被制造成处置各种筛目尺寸的产品，粉末混合器将各种干的粉末添加剂均匀地搅拌以产生精细的专用粉末混合物，该混合物借助时间启动的分配单元被引入到涂覆过程中。

[0074] 体积式粉末分配器60可以由仅用于该目的的粉末添加剂筒仓62和粉末添加剂输送器64保持充满。粉末添加剂可以从粉末添加剂筒仓62或任何其他合适的容器获得。粉末添加剂可以通过可操作地连接的粉末添加剂输送器64被运送到体积式粉末分配器60，以将粉末添加剂从粉末添加剂筒仓62输送到分配器60。分配器60可以以任何合适的方式(包括但不限于倾倒、喷洒、摇动等)将粉末添加剂添加到支撑剂上。一种或多种粉末添加剂可以由分配器60以所述的方式添加到支撑剂。PLC控制单元32可以监测和/或控制用于提供将离开涂覆混合器50的期望的经粉末涂覆的支撑剂所需的因素。例如，PLC控制单元32可以监测进入涂覆混合器50的砂的量和支撑剂的进入速率，以确定需要将多少粉末添加剂分配或添加到支撑剂。类似地，PLC控制单元32可以例如通过使用带秤类型的粉末添加剂输送器64来监测和控制从粉末添加剂筒仓62移动到分配器60的粉末添加剂的量。体积式粉末分配器60可以主要描述为将粉末添加剂分配到支撑剂上的部件。用于存储和/或混合粉末添加剂的设备可以是或可以不是体积式粉末分配器60本身的一部分或移动涂覆单元30的一部分。例如，可以使用卡车或箱子向体积式粉末分配器60提供一种或多种粉末添加剂，或者可以将体积式粉末分配器60可操作地连接到已经在井场的粉末添加剂源。

[0075] 涂覆混合器50可以是适合将经涂覆的支撑剂混合物进行混合或搅拌的任何设备，例如，涂覆混合器50可以被描述为双轴搅拌机，或双轴螺带式搅拌机(twin shaft ribbon blender)，或具有以适当间隔附接到螺带的桨叶的螺带式搅拌机等。涂覆混合器50可以用于表面活化过程(surface activation process)和表面分层过程。涂覆混合器可以拥有标准的螺带，如通常在类似的搅拌单元中存在的，或者涂覆混合器可以由于定制的增加的桨叶而不同，增加的桨叶被定位在特定的位置以增强性能和功效两者。可以使用能够执行期望的功能(将经涂覆的支撑剂混合物进行混合或搅拌)的任何涂覆混合器50。

[0076] 通常，在经涂覆的支撑剂产品被输送到搅拌机20之前，经涂覆的支撑剂产品的各成分或组分可以在混合器50中耗费大约15秒，这可以被描述为停留时间。停留时间可以根据用于生产经涂覆的支撑剂的添加剂28、井场的需要和/或类似因素进行调整。停留时间可以在大约5秒至大约5分钟的范围内。

[0077] 在经涂覆的支撑剂产品完成并离开涂覆混合器50之后，支撑剂的涂覆与经涂覆的支撑剂产品向井口26的运送之间的时间可根据某些因素显著变化，并且可以包括在支撑剂的涂覆之后短于十(10)天的任何时间。该运送时间范围可以根据具体的经涂覆的支撑剂产品、井场的需要、解决实时情况的期望和/或类似因素来调整。该运送时间范围也可以考虑到在井场处由于任何数量的原因而可能发生的工作停止。例如，如果井场如预期那样运行，则经涂覆的支撑剂产品可以在短于支撑剂涂覆的1分钟内运送到井口。如果井场经历一些延迟或困难，则运送时间可能更长并且极大地取决于操作何时可以恢复。

[0078] 涂覆混合器50和与移动涂覆单元30相关联的其他输送结构可以被设计和实施成适应井场的相对高的实时吞吐量需求。单个移动涂覆单元30可以被构造成提供大约450吨/小时或者在大约250吨/小时至600吨/小时的范围内的吞吐量。移动涂覆单元30可以以各种方式构造并且包括各种设备部件以满足特定井场的需求或特定运营商公司的偏好。

[0079] 作为整体，移动涂覆单元30可以被构造成提供与固定位置工厂的吞吐量相似的经涂覆支撑剂的吞吐量，但没有这种工厂的显著成本和灵活性缺乏。固定位置工厂可能以低于最佳吞吐率运行，这意味着工厂未得到充分利用。以高于最佳吞吐率运行固定位置工厂可能对设备造成压力，或者完全是不可能的。移动涂覆单元30可以具有一系列可能的吞吐量。如果需要额外的吞吐量，则可以将两个或更多个移动涂覆单元30添加到井场以获得期望的吞吐量，而不会显著增加井场处的操作占地面积。

[0080] 此外，适当功能性的移动涂覆单元30可以被构造成占据显著较小的空间，这在砂矿和井场处都是高度有利的。相对小的移动单元不太可能中断或阻碍砂矿或井场的交通和其他操作。移动涂覆单元30可以具有大约40英尺乘9英尺的尺寸，使得其可以被战略性地放置、移动几英尺而不会显著中断移动涂覆单元30，或者如果需要甚至可以被移动到场外。

[0081] 各种替代性构造可以用于移动涂覆单元30，从而可以根据给定井场所需增加移动涂覆单元的功能性。例如，可以在涂覆过程的几乎任何阶段使用干燥器，以干燥支撑剂或除去多余的水分。可以包括干燥器，使得支撑剂在进入液体添加剂分配器40之前或进入涂覆混合器50之前被干燥。这将是有用的，如果在井场处的湿支撑剂需要在被移动涂覆单元30使用之前进行干燥，或者如果对于给定的配方或配制方案来说期望非常干的支撑剂来生产给定的经涂覆的支撑剂的话。在支撑剂在涂覆过程中继续移动之前，如果需要的话则可以在液体添加剂分配器40之后包括干燥器以干燥液体的经涂覆的支撑剂。如果期望在混合期间干燥经涂覆的支撑剂，则干燥器可以被包含在涂覆混合器50中。类似地，干燥器可以在各个阶段是有益的，这取决于支撑剂、湿砂、干砂、纤维等。这些实例不是作为限制性实例而提供的，而是作为说明性或各种可能的配置。

[0082] 在一个实施例中，移动涂覆单元30可以从井场压裂车24接收所有必要的信息。然后，移动涂覆单元30可以利用积分算法将接收到的信息实时转化为在井场上根据需要用于生产定制的经涂覆的支撑剂所需的涂覆类型和涂覆速率。在压裂操作期间，基于从压裂车24接收到的实时信息，可以对用于生产定制的经涂覆的支撑剂所需的涂覆类型和涂覆速率进行调整。

[0083] 在一个实施例中，移动涂覆单元30可以知道与砂存储部相距的距离，并且基于给定速率知道将花费多长时间来接收支撑剂或基底，以及将需要在什么时候启动涂覆过程。完成的经涂覆的支撑剂产品可以从移动涂覆单元30出来并且直接供给到井场的搅拌机20中，然后如通常那样起作用。为完成定制涂覆过程而增加的时间可以由PLC控制单元32自动计算，并且允许压裂车24知道在哪个特定时间搅拌机20将开始搅动。

[0084] 支撑剂可以借助任何合适的机构、即气动卡车或箱子到达井场，并且卸载到现场的砂存储筒仓/箱子中。支撑剂可以以适当的速率离开这些筒仓/箱子，以保持移动涂覆单元30上的装料斗34是满的。支撑剂可以进入移动涂覆单元30上的料斗，并且以适当的速率计量输出，以实现基于压裂设计在压裂流体中期望的砂装载量。支撑剂可以用压裂设计所规定的化学品或添加剂28涂覆，对由来自压裂车24或数据车24的信息所做出并告知的设计进行任何必要的改变。所选择的经涂覆的支撑剂可以离开移动涂覆单元30并被输送到井场的搅拌机20，或者直接从涂覆单元30堆积到搅拌机20中，在搅拌机处，经涂覆的支撑剂可以被混合并被泵送到井下。

[0085] 在压裂车24、移动涂覆单元30和现场的筒仓/箱子12之间可以存在连接。压裂设计可以被编程到压裂车24系统中，并且通常在压裂车24可操作地连接到移动涂覆单元30之前已经完成。压裂车24可以与移动涂覆单元30通信以指示涂覆单元料斗34释放足够的砂在涂覆单元30中进行处理以跟上压裂设计，其中用于分配砂的典型速率可以从约100TPH(吨/小时)至约350TPH变化。移动涂覆单元30可以与现场的砂存储筒仓/箱子12连通以确保装料斗34保持充满。基于压裂车24处理的关于井下条件的信息，压裂车24可以与移动涂覆单元30上的供料器(即，液体添加剂分配器40和体积式粉末分配器60)通信，以确定什么化学品或添加剂28将以什么量构成在该特定时间生产的经涂覆的支撑剂的涂层。经涂覆的支撑剂可以以适当的速率离开移动涂覆单元30并被输送到搅拌机20。经涂覆的支撑剂可以在移动涂覆单元30中生产、被输送到搅拌机20并且在大约10秒至20秒内或大约十(10)秒至大约三(3)小时的范围内或甚至在十(10)天内全部被泵送到井口26中。

[0086] 用于期望涂层的配方或配制方案可以基于由压裂车24监测的实时井下条件而改变。因此，移动涂覆单元30可以在一个时间生产第一经涂覆的支撑剂，然后在另一个时间改成生产第二单独的经涂覆的支撑剂。可以进行这样的改变以解决在整个水力压裂过程中井下条件实时变化的问题。

[0087] 在压裂流体中使用经涂覆的支撑剂可以提供多种益处。各种类型的可用的涂覆添加剂28使得经涂覆的支撑剂产品成为可改变井下条件以辅助完井过程的有效方式。

[0088] 参考图5a，该图示出了用于确定支撑剂的侵蚀驱动重量损失的测试过程。对于该测试过程，对不锈钢试样进行了称重并记录其初始重量。测量并记录了插入物的开口直径。将钢试样放入侵蚀池中，并用75加仑的水以及150磅的未经涂覆的砂填充搅拌机。然后，借助三缸泵(triplex pump)使载有支撑剂的流体以57gpm至60gpm的流量流过系统。每30分钟从侵蚀池中取出不锈钢试样并记录重量。在将钢试样插入物从侵蚀池中取出的时间期间，TM
使流体绕过旁路并继续通过流动回路。该测试过程是根据压力测试研究合作社 (Pressure TM
Testing Research Cooperative )指南进行的。

[0089] 参考图5b，该曲线图示出了侵蚀驱动重量损失比较的结果。如所观察到的，与普通的工业用方法相比，由于使用了自悬浮的经涂覆的支撑剂，所以环境的侵蚀显著降低。与基于高粘度减摩剂的系统相比，经涂覆的支撑剂是经亲水性线性聚丙烯酰胺(未交联)涂覆的支撑剂。

[0090] 参考图6a，该图示出了用于评价某些产品对泵送压力的影响的测试过程。对于使用高粘度减摩剂的测试过程，将高粘度减摩剂添加到混合桶中的水中。以25gpm、41.5gpm和65gpm的流量泵送流体。以0.5PPA、1.0PPA、2.0PPA和3.0PPA的浓度添加支撑剂，执行泵速率变化并记录dP，然后进行到下一个支撑剂浓度。倾倒浆液并将下一聚合物浓缩物混入。根据需要重复这些步骤。对于使用经亲水性线性聚丙烯酰胺(未交联)涂覆的支撑剂的测试过程，以0.5PPA、1.0PPA、2.0PPA和3.0PPA的浓度添加经涂覆的支撑剂，执行泵速率变化并记录dP，然后进行到下一个支撑剂浓度。倾倒浆液并将下一聚合物浓缩物混入。根据需要重复TM
这些步骤。该测试过程是根据压力测试研究合作社 指南进行的。

[0091] 参考图6b至图6d，这些曲线图示出了对泵送压力的影响的结果。如所观察到的，与常用的工业产品相比，使用经涂覆的支撑剂有助于降低泵送压力。

[0092] 与普通工业用产品相比，还在曲折路径试验(tortuous path test)中评价了经亲水性线性聚丙烯酰胺(未交联)涂覆的支撑剂的使用。设计了具有高度为4英尺、长度为8英尺、整个宽度恒定的柱的曲折路径，并且在柱内有两个流动路径变化。

[0093] 首先，对具有滑溜水(压裂流体的常见类型)的压裂砂的行为进行了评价。确定的是，用滑溜水泵送的压裂砂将由入口产生限定的再循环区，从而导致进入壁的最后支撑剂的大部分在入口附近沉降。尽管是顺次地，但这两种砂都在结构的前半部分形成了显著的丘。丘峰形成的速度取决于支撑剂的等级(order)。40/70目的拖尾在更靠近入口处形成更大的丘。这是可能的，因为较粗的颗粒不能越过丘峰行进。100目的拖尾允许支撑剂行进到结构的末端并最终将更多的支撑剂置于流出物罐(effluent tank)中。100目的更细颗粒可以更好地越过丘峰行进并进入流出物罐中。

[0094] 还评价了具有增加的粘度、2.5gpt HVFR和4.0gpt HVFR的压裂砂的行为。与滑溜水相比，使用2.5gpt HVFR大大改善了支撑剂的输送。在进入壁时立即有支撑剂悬浮液快速沉降。两倍量的支撑剂以增加的粘度(2.5gpt HVFR)行进到流出物罐。与滑溜水不同，大部分支撑剂在进入壁时高效地越过丘/床行进，从而允许最后的支撑剂进入池以离开入口/井眼移动。当以100目将流体粘度增加到2.5HVFR时，丘峰消失。当以40/70泵送2.5HVFR时，仍然形成了丘峰。

[0095] 参考图7，描述了评价过程80或评价80，评价过程80或评价80可以在井场处执行以确定对水力压裂过程、压裂流体或经涂覆的支撑剂的调整是否可取。虽然在水力压裂过程中可以进行许多调整，但该实例主要描述了对压裂流体中使用的经涂覆的支撑剂产品的可能改变。

[0096] 井场的初始条件82可以包括多个因素，包括但不限于，用于特定场的压裂设计或压裂计划、可用设备等。初始条件82也可以描述为用于监测过程的起始点。压裂车24可以设定为包括、监测和显示关于初始条件82的所有必要信息。

[0097] 井场的当前井下条件84可以由压裂车24及其控制系统来监测。压裂车24可以监测多个井下条件或参数，包括但不限于：砂总量，或每阶段使用的砂的磅数；砂装载量，或每加仑压裂流体的砂的磅数(“PPG”)；砂升量时间表(sand ramp schedule)，其描述了砂装载量的稳定递增的增加(即，对于10吨而言0.5磅/加仑，对于7吨而言0.75磅/加仑，对于10吨而言1.0磅/加仑等)；流体总量，或桶数(“BBLS”)；泵速率，或每分钟桶数(“BPM”)；最大压力，或psi，其由设备(即，管道、堆叠件(stack)等)确定；减摩剂浓度，如果使用液体减摩剂，则该减摩剂浓度可以描述为每1000加仑压裂流体的减摩剂的加仑数(“GPT”)，或者如果使用粉末减摩剂，则该减摩剂浓度可以描述为每1000加仑压裂流体的减摩剂的磅数(“PPT”)；其他化学品装载量，包括杀生物剂、阻垢剂、表面活性剂、缓冲剂等，其可以根据适用性以GPT或PPT进行描述；以及水质(water quality)，或百万分比浓度(“PPM”)的氯化物和其他某些二价离子。

[0098] 通常，压裂车24中的工程师或工程班组可以经由显示屏监测所有必要的参数，该显示屏使用多条线(通常具有不同的颜色)实时跟踪或绘制参数以示出压裂过程的进展，同时显示各种参数的状态。压裂车24中的主要监测条件或参数通常是压力、减摩剂浓度、泵速率和砂装载量。

[0099] 基于该评价80和监测过程，工程师可能遇到关于压裂过程中的可能调整86必须做出决定的情况。井下参数的某些变化或波动是预期的，并且可能不需要任何改变，也不建议使用不同的经涂覆的支撑剂来改变井下条件。如果不需要或不期望进行调整，则评价80和监测过程可以只是如前继续进行。然而，井下条件的某些变化或波动可能有必要或甚至必然需要改变经涂覆的支撑剂以实现井下条件的改变。

[0100] 工程师可以订购更改的经涂覆的支撑剂88。工程师可以向移动涂覆单元30上的PLC控制单元32发送信号，该信号带有关于工程师希望添加到压裂流体中的具体的经涂覆的支撑剂的指令。这种更改的经涂覆的支撑剂可以是与系统当前使用的经涂覆的支撑剂显著不同的经涂覆的支撑剂。例如，工程师可以从使用具有减摩剂涂层的经涂覆的支撑剂切换到具有破碎剂涂层的经涂覆的支撑剂。基于来自压裂车24的实时数据，更改的经涂覆的支撑剂也可以导致使用更多或更少的涂层。例如，工程师可以从具有高水平减摩剂的经涂覆的支撑剂切换到具有较低水平减摩剂的经涂覆的支撑剂。工程师还可以利用具有不同水平的多个涂层的经涂覆的支撑剂。工程师可用的经涂覆的支撑剂产品的变化可以几乎是无限的。

[0101] 因此，工程师可以用适当的经涂覆的支撑剂来应对几乎任何井下条件，并在注意到其情况的几分钟内将该经涂覆的支撑剂运送到井口26。在进行任何改变或调整之后，评价过程80可以如前继续进行。

[0102] 在一个实施例中，可以使用人工智能单元来监测和控制所描述的评价过程80。人工智能单元可以被编程以机器学习评价过程80，包括分析压裂设计、监测井下条件以及根据预定的一组参数变化或根据其自身的学习进行调整。例如，人工智能或推理可以用于基于过去的水力压裂经验或基于工程师输入来创建决策树。人工智能单元可以基于先前的水力压裂过程和井下条件波动的经验而被预编程有决策树。人工智能单元还可以从现场工程师响应中学习。人工智能单元可以被编程为辅助现场工程师，或者几乎控制本文所述的评价过程80。

[0103] 如前所述，“压裂设计”或“压裂计划”通常是为具体井场开发的。压裂设计的开发是一个详细且耗时的过程。对合理地理区域内的现有井进行广泛分析。比较和/或对比可以通过盆地和地层来缩窄，使得可以利用关于之前已经工作或尚未工作的信息来使运营商公司可以从每个井实现的投资回报最大化。

[0104] 完井和储层工程师对可获得的数据进行评价并执行必要的分析以开发给定井的压裂设计。该压裂设计通常将完井过程分成单独的“阶段”，并且现代压裂设计可以包括六十个或更多个这样的阶段。每个阶段将具有仅为液体的PAD相。PAD的目的是引发裂缝。在PAD之后，完井班组开始将砂和/或支撑剂添加到液体中。根据所遵循的时间表缓慢升高砂的量，直到放置了用于该阶段的期望量的砂。为了完成阶段，通常泵送“冲洗液(flush)”。冲洗液仅是液体，且主要用于从井眼中除去任何多余的砂。

[0105] 典型的压裂设计可以基于多个参数。例如，但不作为限制，在压裂设计中评价的相对参数可以包括以下各项：砂总量，或每阶段使用的砂的磅数；砂装载量，或每加仑压裂流体的砂的磅数(“PPG”)；砂升量时间表，其描述了砂装载量的稳定递增的增加(即，对于10吨而言0.5磅/加仑，对于7吨而言0.75磅/加仑，对于10吨而言1.0磅/加仑等)；流体总量，或桶数(“BBLS”)；泵速率，或每分钟桶数(“BPM”)；最大压力，或psi，其由设备(即，管道、堆叠件等)确定；减摩剂浓度，如果使用液体减摩剂，则该减摩剂浓度可以描述为每1000加仑压裂流体的减摩剂的加仑数(“GPT”)，或者如果使用粉末减摩剂，则该减摩剂浓度可以描述为每1000加仑压裂流体的减摩剂的磅数(“PPT”)；其他化学品装载量，包括杀生物剂、阻垢剂、表面活性剂、缓冲剂等，其可以根据适用性以GPT或PPT进行描述；以及水质，或百万分比浓度(“PPM”)的氯化物和其他某些二价离子。

[0106] 评估并建立这些参数，从而引入“完井”过程。基于用于完井的压裂设计，运营商公司可以选择期望的经涂覆的支撑剂作为在建立的压裂设计中使用和泵送的“基础产品”。

[0107] PLC控制单元32是移动涂覆单元30的“大脑”，并且连接到砂、增粘剂、减摩剂(“FR”)和其他化学品的供料器。用于该“基础产品”设计的配制方案与运营商公司可能使用的任何其他“标准”产品配制方案一起存在于移动涂覆单元30上的PLC控制单元32中。

[0108] 当阶段开始并且需要砂时，砂从存在于现场的筒仓12(每个压裂场的一部分)沿着输送带14输送，并且被堆积在移动涂覆单元30上的装料斗34中。砂在带秤上离开装料斗34。由带秤测量的砂的重量允许PLC控制单元32与其他供料器正确地通信，并计算增粘剂、FR和其他化学品的适当添加量，以产生“基础产品”。

[0109] 压裂车24或压裂卡车24是井场的大脑。当前井场上的压裂车24控制现场的砂筒仓12、将砂从筒仓带出到搅拌机20的输送带14、搅拌机本身以及其他现场设备。压裂车24中的主要监测参数是压力、减摩剂浓度、泵速率和砂装载量。压力是减摩剂的主要驱动力。其他添加剂通常保持固定，并且在大多数情况下，改变这些添加剂的添加量仅是为了保持它们成比例并以正确的量进入系统。

[0110] 在本发明的一个实施例中，移动涂覆单元30插入现场的砂筒仓12和搅拌机20之间。移动涂覆单元30上的PLC 32连接到压裂车24并由压裂车24控制。在压裂车24内，工程师以及有时是压裂顾问勤勉地监测用于提供几个参数的实时读数的屏幕，这些参数至少包括以下各项：砂总量、砂装载量、泵速率、压力和减摩剂浓度。

[0111] 如果该阶段平稳地运行，则压裂设计按计划运行，并且移动涂覆单元30可以以满足压裂设计所需的量生产基础产品。如果该阶段不是平稳地运行，正如通常的情况那样，则移动涂覆单元30可以进行调整并生产出有助于更好地满足压裂设计的特定的经涂覆的支撑剂，尽管计划的条件发生了变化。

[0112] 在确保遵循压裂设计的同时，压裂车24中的主要关注点之一是压力读数。压力读数是几件事情的指示。通常，压力读数是地层获取砂的良好程度的指示。这是重要的，因为在完井阶段期间可能发生的最昂贵且费时的事件之一被称为“筛出(screen out)”。“筛出”是指砂不穿过套管中的穿孔并进入裂缝中，从而在井眼中留下砂。在“筛出”的情况下，整个工作可能要停下来数小时，并且必须引入盘管单元(coil tubing unit)以清理砂。根据完井中“筛出”发生的位置，补救“筛出”的成本可能是显著的(即，大约$100,000或更多)。

[0113] 如果压力读数开始接近最大压力阈值，则工程师会进行评估并决定需要做出哪一个或多个改变。通常，首先要做的事情是添加减摩剂。

[0114] 在本发明的一个实施例中，这种调整可以通过压裂车24中的工程师与移动涂覆单元30的PLC控制单元32的通信来完成，该通信告知涂层的减摩剂部分需要增加某个指定的百分比。在接收到该消息时，PLC控制单元32将与减摩剂供料器通信，并且基于在给定时间使用的砂的带秤读数进行减摩剂添加量的必要增加，按照压裂设计所规定的。

[0115] 可能的第二调整将是削减或降低泵速率。如上所述，这种调整将在配制方案中产生实时变化。削减或降低泵速率将指示在相同的时间量中，甚至在相同的砂装载量下，将需要更少的砂。因此，从压裂车24中的工程师到PLC控制单元32的削减泵速率的通信将减慢砂流量，这进而将减少进入移动涂覆单元30的增粘剂、减摩剂和其他化学品添加剂，同时维持配制方案的完整性。

[0116] 最终的调整将是减少砂装载量。同样，由工程师从压裂车24到PLC控制单元32的这种通信将引起砂需求的调整，这将产生对增粘剂、减摩剂和其他化学品的供料器的实时调整。

[0117] 如已经描述的，移动涂覆单元30可以被设计和构造为在井场处制造可更改的经涂覆的支撑剂，并且基于井场处的井下条件进行实时调整。

[0118] 在某些情况下，即使当阶段按计划进行时，工程师也能够做出不是响应于问题而是在完井过程中更积极性的改变，从而可能节省时间和成本。一种可能的调整可以是对泵速率的调整。工程师可能因为地层非常容易接受砂而调整泵速率。在这种情况下，将发生相同的调整过程。工程师将从压裂车24向PLC控制单元32通信以增加速率，并且PLC控制单元32将对进入系统的砂量进行调整，进而将调整用于其他输入产品的供料器。

[0119] 在本发明的另一实施例中，来自压裂车24的数据被捕获、记录和存储以便于“机器学习”。特别地，捕获软件将被编程为“学习”如由压裂车24中的工程师所观察到的哪些具体的实时因素将会引导工程师改变涂覆，以及做出什么改变。在捕获、记录和分析了令人满意的数据量之后，可以通过从“机器学习”开发的编程来驱动压裂车24控制，从而基于当前实际数据与编程指令、范围和限制的比较来对涂覆进行实时调整。压裂车控制器将必要的变化通信给PLC控制单元32，以与前述实施例相同的方式调整配制方案。负责压裂车控制的压裂班组人员在场解决落在编程指令或参数之外的主要问题或难题。

[0120] 由于多种原因，以这种方式利用“机器学习”将是对当前系统的改进。控制压裂车24的现场工程师作为班组的一部分工作。每个班组习惯上具有白班和夜班。每个班次具有负责压裂车控制的工程师。在压裂设计过程中，通常会有几名不同的工程师控制压裂车。这些独立的工程师自身带来了不同的个性、知识、经验和风险承受能力。结果是，独立的工程师可以对压裂车24中监测到的信息做出不同的响应。一些工程师可以快速地做出调整，而其他工程师可能反应较慢。使用基于“机器学习”或“人工智能”的程序可以确保压裂过程中的正常波动接收一致的响应，从而在所有班次和班组之间提供更一致的响应和过程。

[0121] 压裂车24中对压力问题的典型响应是增加减摩剂剂量、削减或降低泵速率以及最终削减或降低砂装载量。对于每个响应存在成本因素。通过将对正常波动的反应进行标准化，时间减少和成本降低是可能的。至少，使用“机器学习”过程可获得的一致性将帮助运营商公司预测和估计在同一油田各井上的“支出授权”成本，或者换句话说，完井过程的分项账单。

[0122] 由于预编程到“机器学习”控制器中的精确性，可以对由移动涂覆单元30生产并随后泵入井中的经涂覆的支撑剂的配方进行不断的调整。结果是，可以遵循预定的可能最佳的压裂设计参数，而具有较少的人为错误风险。这对于位于控制设备处的人类工程师是不可能的，因为人类工程师无法不断地增加和减少适用的参数，即减摩剂浓度。这种实时优化意味着不必使用多于必需的化学品，这节省了成本并改善了项目的ESG(环境、社会和管理)影响。

[0123] 本发明可以以其他具体形式实施而不脱离其精神或本质特征。所描述的实施例在所有方面都应被认为仅是说明性的而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求而不是由前面的描述来指示。在权利要求的等效含义和范围内的所有改变都将包含在其范围内。

[0124] 专利所要求保护和期望保护的是：