智能固体控制系统的制作方法

智能固体控制系统
相关申请的交叉引用
1.本技术主张2019年7月16日提交的申请号为62/874,853的美国临时专利申请的权益，其全部内容通过引用并入本文。


背景技术：

2.在某些情况下，需要分离物料。待分离的物料可以包括固液混合物，其中包括在其中分布有各种颗粒的液体物料。待分离的物料也可能包括干燥物料，用于将大物料与小物料分离。例如，采矿、石油和天然气行业使用振动式筛分机和离心机来分离此类物料。例如，在钻井时，浆料物料(也称为“钻井浆料”)可用于润滑钻头和清除钻屑。可使用一台或多台振动筛(shaker)机器去除可能积聚在浆料中的钻屑和沉积物。当物料流过振动式筛分机的筛网时，比筛网开口小的颗粒与浆料中的液体一起通过筛网。因此，振动式筛分机可用于改变浆料中的粒度分布。
3.有许多运行参数控制物料分离系统的效率和效能。在许多情况下，运行参数是通过反复试验来确定的，这是低效的，可能不会产生优化的物料分离系统。因此，需要能够量化运行参数变化影响的系统和方法。能够比较给定地理区域内的多台钻机，以根据地理位置确定一组优化的物料分离系统运行参数，也将是有利的。从下面的描述中，这些特征和其他特征将变得显而易见。


技术实现要素：

4.根据一些实施例，分离系统可包括一个或多个振动式振动筛设备和一个或多个离心机。每个设备可用于去除浆料的特定成分。多组分系统具有多个参数，可以对这些参数进行控制，以在分离物料的质量、运行成本等方面产生期望的结果。根据实施例，提供了一种用于分离系统的控制系统。控制系统识别和测量多个运行参数，并根据各种指标调整控制参数以优化系统的运行。运营指标可能包括电力消耗、物料成本、废物清除成本、劳动力成本、维修成本等方面的总体成本。
5.系统可配置为生成与钻井浆料质量和效率相关的数据和可视化表示。该系统可提供重要的反馈、统计和效率，可用于告知有关钻井设备运行的商业决策，如物料分离系统。在某些情况下，系统可能会随着时间的推移聚集来自多个钻井现场和钻机的信息。这些信息可用于根据基线指标和地理盆地内一个或多个钻机的最佳机器运行参数，提出建议，甚至向物料分离系统发送控制信号。
6.根据一些实施例，一种固液分离系统，包括振动筛，其配置成将固液混合物分离成第一含固体组分和振动筛流出物；离心机，其配置成将振动筛流出物分离成第二含固体组分和离心机流出物；传感器，其置为测量固液混合物、第一含固体组分、振动筛流出物、第二含固体组分和离心机流出物的一种或多种的特性；处理器电路，其配置为执行运行，所述运行包括从传感器接收表示所测量的特性的传感器信号；基于测量的特性产生控制信号；以及向振动筛和/或离心机提供控制信号，从而引起振动筛和/或离心机的运行参数的变化。
7.在某些情况下，传感器是流量计或密度计。该传感器可配置为测量粒度分布、第一含固体组分和/或振动筛流出物的一个或多个特性。测量的特性可包括一个或多个固液混合物和/或振动筛流出物的密度；固液混合物和/或振动筛流出物的固体含量；振动筛流出物和/或第一含固体组分的粒度分布；第一含固体组分的干燥度；固液混合物进入振动筛的流速；离开振动筛的振动筛流出物的流速；以及振动筛的功率消耗率。
8.在一些实施例中，传感器配置为测量第二含固体组分和/或离心机流出物的一个或多个特性，其可包括离心机流出物的一个或多个密度；离心机排出物的固体含量；离心机流出物和/或第二含固体组分的粒度分布；第二含固体组分的干燥度；振动筛流出物进入离心机的流速；离开离心机的离心机流出物的流速；以及离心机的功率消耗率。
9.传感器可配置为测量与离心机、振动筛流出物和/或离心机流出物相关的一个或多个特性，其可包括密度、粘度、浊度、池深度以及与一个或多个离心机马达相关的扭矩负载。
10.在一些实施例中，振动筛配置为从处理器电路接收控制信号，并基于接收到的控制信号改变振动筛的一个或多个运行参数。在某些情况下，运行参数包括筛网角度、振动运动的形状、振动运动的振幅和振动运动的频率。
11.处理器电路可以通过执行诸如确定测量特性和运行参数之间的关系这样的运行来生成控制信号，使得运行参数的改变导致测量特性的改变；以及生成所述控制信号，使得所述控制信号引起所述运行参数的变化，从而引起所述测量特性的变化，以减小所述测量特性和所述测量特性的预定目标值之间的差度量。
12.在一些情况下，处理器电路产生一个或多个控制信号，以引起振动筛和/或离心机的运行参数的变化，从而使成本度量最小化，其中，成本度量取决于一个或多个成本，包括稀释成本、处置成本、能源成本、筛网更换成本、维护成本以及非生产时间(npt)成本。
13.根据一些实施例，处理器实现的方法包括以下步骤：通过处理器电路接收表征与井相关联的钻井液的时间相关数据，该钻井液已由固液分离系统处理；基于对数据的分析，确定对固液分离系统的一个或多个运行参数的建议的改变；基于所建议的改变生成与时间相关的控制信号；以及自动向固液分离系统的部件提供控制信号，从而引起固液分离系统的运行参数的变化。
14.控制信号可改变振动筛的运行参数，振动筛配置为将固液混合物分离为第一含固体组分和振动筛流出物。
15.在某些情况下，控制信号会改变离心机的运行参数，该离心机配置为将振动筛流出物分离为第二含固体组分和离心机流出物。
16.在一些实施例中，接收时间相关数据包括从一个或多个传感器接收信号，该传感器配置为测量固液混合物、第一含固体组分、振动筛流出物、第二含固体组分和离心机流出物的一种或多种特性。
17.系统可以通过对数据执行机器学习算法来确定建议的改变，以确定油井性能的趋势。
18.根据一些实施例，计算机实现的方法包括获取钻井液报告；分析钻井液报告以提取浆料数据；规范浆料数据；对浆料数据执行机器学习算法，以识别油井动态趋势；至少部分基于油井动态趋势，确定通过一次或多次改变固液分离系统的运行参数来改善油井动态
的建议；并在显示屏上提供建议。
19.提供的建议可能包括对振动筛的建议的改变，振动筛配置为将固液混合物分离为第一含固体组分和振动筛流出物。提供的建议可另外地或可选地包括对离心机的建议的改变，该离心机配置为将振动筛流出物分离为第二含固体组分和离心机流出物。
20.计算机实现的方法可以通过从一个或多个传感器接收数据来获取钻井液报告，该传感器配置为测量固液混合物、第一含固体组分、振动筛流出物、第二含固体组分和离心机流出物的一种或多种特性。
21.在一些情况下，该方法包括基于建议生成控制信号；以及向固液分离系统的部件提供控制信号。
22.该方法还可以包括导致振动筛和/或离心机的运行参数发生变化的控制信号。通过引用并入
23.本技术中提及和确定的所有专利、申请和出版物在此通过引用全部合并，即使在本技术的其他地方提及，也应视为通过引用完全合并。具体而言，本技术的主题与共同拥有的美国专利和未决申请(申请号为62/874,853的美国临时专利申请)的完整公开有关，并通过引用并入其中。
附图说明
24.附图是本发明的一部分，并且并入本说明书。附图示出了本发明实施例的示例，并且结合说明书和权利要求书，用于至少部分地解释本发明的各种原理、特征或方面。下面参考附图更全面地描述本发明的某些实施例。然而，本发明的各个方面可以以许多不同的形式实现，并且不应解释为限于本文所述的实现。相同的数字表示相同的元件，但不一定相同或相等。
25.图1示出了根据示例实施例的振动式筛分机的透视图，该振动式筛分机安装有可更换筛网组件；
26.图2示出了根据示例实施例的振动式筛分机的透视图，该振动式筛分机安装有可更换筛网组件；
27.图3示出了根据示例实施例的带有自动取样和控制系统的离心机的示意图；
28.图4是根据示例实施例的固体控制系统的示意图，该固体控制系统包括振动式振动筛机器和离心机；
29.图5是根据示例实施例的与各种成本度量相关的测量特性矩阵；
30.图6是根据示例实施例的与各种成本度量相关的测量特性矩阵；
31.图7是根据示例实施例的与各种成本度量相关的外部输入数据的矩阵；
32.图8示出了根据示例性实施例的用于测量固体控制系统的振动式振动筛组件的流体流出物的子系统；
33.图9示出了根据示例实施例的用于测量固体控制系统的离心机部件的流体流出物的子系统；
34.图10示出了根据示例实施例的包括图8和9所示子系统的组合子系统；
35.图11示出了根据示例性实施例的用于测量从固体控制系统的振动筛部件去除的固体的子系统；
36.图12示出了根据示例性实施例的用于测量从固体控制系统的离心机部件去除的固体的子系统；
37.图13示出了根据示例实施例的包括图11和12所示子系统的组合子系统；
38.图14示出了根据示例实施例的完整固体控制系统；
39.图15是示出根据示例实施例的处理器实现的方法的流程图；
40.图16是示例计算机系统的框图，根据一个实施例，可以在其中实现公开的实施例；
41.图17是根据示例实施例的偏心振动器设备的透明透视图；
42.图18是根据示例实施例的偏心振动器设备的透明侧视图；
43.图19是根据示例实施例的振动系统的侧视图；
44.图20是根据示例实施例的振动系统的示意图；
45.图21是根据示例实施例的联接到控制系统的偏心振动器设备的示意图；
46.图22是根据示例实施例的联接到控制系统的偏心振动器设备的示意图；
47.图23是根据示例实施例的联接到控制系统的可控震源设备的示意图；
48.图24示出了根据示例性实施例的第一振动模式的偏心振动器设备的质量构件之间的时间相关力；
49.图25示出了根据示例性实施例的用于第二振动模式的偏心振动器设备的质量构件之间的时间相关力；
50.图26示出了根据示例性实施例的用于第三振动模式的偏心振动器设备的质量构件之间的时间相关力；
51.图27示出了根据示例性实施例的用于第四振动模式的偏心振动器设备的质量构件之间的时间相关力；
52.图28示出了根据一些实施例的系统的示意图，该系统配置为生成与钻井浆料质量和效率相关联的数据和视觉表示；
53.图29是根据一些实施例配置的计算资源的示意图，用于生成与钻井浆料质量和效率相关联的数据和视觉表示；
54.图30示出了根据一些实施例的样本数据流示意图；
55.图31示出了根据一些实施例的系统的示例处理流程；
56.图32示出了根据一些实施例的改进固体控制系统的示例用户界面；
57.图33示出了根据一些实施例的改进固体控制系统的示例用户界面；
58.图34示出了根据一些实施例的改进固体控制系统的示例用户界面；
59.图35示出了根据一些实施例的改进固体控制系统的示例用户界面。
具体实施方式
60.本发明一般涉及控制物料分离系统的方法和系统。待分离的物料可以包括固液混合物，其中包括在其中分布有各种颗粒的液体物料。例如，采矿、石油和天然气行业使用振动式筛分机和离心机来分离此类物料。例如，在钻井时，浆料物料(也称为“钻井浆料”)可用于润滑钻头和清除钻屑。可使用一台或多台振动筛机器去除可能积聚在浆料中的钻屑和沉积物。当物料流过振动筛分机的筛网时，比筛网开口小的颗粒与浆料中的液体一起通过筛网。因此，可使用第一振动式筛分机去除尺寸大于筛孔的颗粒。因此，振动式筛分机可用于
改变浆料中的粒度分布。在一个或多个附加阶段中，可使用附加的振动式振动筛机器，通过根据筛孔尺寸去除更多颗粒，进一步改变浆料的粒度分布。
61.对于某些操作，去除无法使用振动式振动筛机器去除的更小颗粒可能是有利的。在这种情况下，可以使用离心机进一步去除较小的颗粒物料。在一个例子中，浆料可能同时包含低重力固体(lgs)和高重力固体(hgs)。lgs的密度可能约为2.6g/cm3，并且可能对应于钻头研磨的钻屑和物料。lgs可包括可根据尺寸阈值指定的颗粒分布。例如，lgs可包括具有大于或等于75μm颗粒的第一组分和具有74μm及更小颗粒的第二组分。根据一个实施例，可以使用振动式振动筛机器去除lgs的第一组分。lgs的第二组分可使用离心机去除。其他物料，包括hgs，也可以使用离心机去除。
62.hgs包括可添加到浆料中以增加其密度的致密固体。例如，hgs可包括密度约为4.2g/cm3的重晶石(即baso4)或密度约为5.5g/cm3的赤铁矿(即fe2o3)。用于调整浆料密度的重晶石和赤铁矿颗粒通常被研磨，使其粒径在约3μm到74μm之间。在重晶石回收操作中，可使用离心机去除重晶石，同时留下其他较小尺寸的颗粒。考虑到包括重晶石和其他低重力物料在内的粒度分布，离心机可在有效去除重晶石颗粒的第一转速下运行。在进一步操作中，离心机可在大于第一速度的第二速度下运行，以去除包括lgs在内的较小颗粒。在示例性实施例中，可使用离心机的第一转速去除具有53μm、45μm、38μm等粒度的重晶石颗粒。然后，可以通过以更高的转速操作同一离心机来去除较小的颗粒。在替代实施例中，可利用第二离心机从浆料中进一步去除颗粒。
63.根据一个或多个实施例，分离系统可包括一个或多个振动式振动筛设备和一个或多个离心机。每个设备可用于去除浆料的特定成分。如下文更详细地描述的，这样的多组分系统具有多个参数，这些参数可被控制以在分离物料的质量、操作成本等方面产生期望的结果。根据实施例，提供了一种用于分离系统的控制系统。控制系统识别和测量多个运行参数，并根据各种指标调整控制参数以优化系统的操作。运行指标可能包括电力消耗、物料成本、废物清除成本、人工成本、维修成本等方面的总体成本，详情如下所述。
64.图1示出了根据示例实施例的振动式筛分机100的透视图，振动式筛分机100具有安装的可更换的筛网组件102。在该示例中，物料送入进料器104，并由此引导到筛网组件102的顶面106上。物料沿流动方向108向振动式筛分机100的端部110移动。向方向108流动的物料包含在筛网组件102提供的凹面结构内，并防止其从筛网组件102的侧面流出。
65.尺寸过小的物料和/或流体通过筛网组件102进入单独的卸料流路112，以便由另一台振动式筛分机、离心机等进一步处理。尺寸过大的物料离开端部110。要筛分的物料可以是干燥的、浆料等，筛网组件102可以从进料器104在方向108朝相对端部110向下倾斜，以协助物料的进料。在进一步的实施例中，筛网组件102可以从进料器104向上倾斜，和/或进料器104可以在沿着筛网组件102的不同位置处提供物料。例如，在其他实施例中，进料器104的位置可以使物料沉积在筛网组件102的中间部分，或使物料沉积在筛网组件102的另一位置。
66.在此示例中，振动式筛分机100包括壁构件114、凹面支撑表面116、中心构件118、振动马达120和压缩组件122。支撑表面116可以具有凹形，并且包括形状类似的配合表面124。在本例中，连接到壁构件114外表面的压缩组件122可向筛网组件102施加压缩力，从而将筛网组件102保持在与支撑表面116接触的位置。振动马达120可将振动运动传递给筛网
组件102，其作用是增强筛分过程。中央构件118将振动式筛分机100分为两个凹面筛分区。在其他实施例中，振动式筛分机100可具有一个凹面筛分区，其中压缩组件122布置在一个壁构件上，如图2所示，并在下文中进行更详细的描述。
67.振动马达120可以包括各种偏心振动器系统，这些系统可以产生基本上线性、椭圆形和/或圆形的振动，如美国专利申请16/279,838中所公开的，其全部内容通过引用并入本文。此类系统可产生相应的基本线性的正弦力，该正弦力可引起基本线性的振动，或可改变筛分机的运动角度和加速度。在一个例子中，浆料(例如半液体混合物)可以脱水，并在振动运动的影响下沿着筛分机的振动筛输送。浆料可从液体-固体混合物转化为脱水固体。为了增加物料的干燥度，公开的实施例允许调整系统的输送角度，这增加了液体从混合物中的去除。
68.例如，输送角度可以从45
°
增加到60
°
。增加角度可能会降低物料在筛分表面上向上移动的流速，从而允许有更多时间将液体从混合物中排出。类似地，可以增加系统的振动加速度以增加液体的去除。可选地，如果需要更湿的排放，可以减小振动加速度，从而减少液体的排出。在干法筛分应用中，还可以增加物料的振动，以减少振动表面中出现的粘附颗粒(即，减少筛网堵塞)。在进一步的实施例中，将振动运动从线性运动改变为椭圆形运动、圆形运动等可能是有利的。如下面参考图17至27更详细描述的。
69.图2示出了根据示例实施例的振动式筛分机200的透视图，该振动式筛分机200具有安装的可更换的筛网组件，该筛网组件具有单个凹面筛分区。待筛分的物料202可送入进料器204，该进料器将物料引导到筛网组件208的顶面206上。进料器204沉积的物料沿流动方向210向振动式筛分机200的端部212移动。通过筛网组件208的凹面形状以及通过壁构件216和218防止物料从筛网组件208的侧面流出，如下文更详细地描述。
70.尺寸过小的物料和/或流体通过筛网组件208进入单独的排放物料流动路径214进行进一步处理。尺寸过大的物料离开端部212。要筛分的物料可以是干燥的、浆料等，筛网组件208可以从进料器204朝着方向210的另一端部212向下倾斜，以协助物料的进料。在进一步的实施例中，筛网组件208可以从进料器204向上倾斜，和/或进料器204可以在筛网组件208的不同位置提供物料。例如，在其他实施例中，进料器204的位置可以使物料沉积在筛网组件208的中间部分，或使物料沉积在筛网组件208的另一位置。
71.振动式筛分机200包括第一壁构件216、第二壁构件218、凹面支撑表面220、振动马达222、筛网组件208和压缩组件226。支撑表面220具有凹面形状，并包括配合表面224。压缩组件226(在本例中连接到壁构件216的外表面)可向筛网组件208施加压缩力，从而将筛网组件208固定在与支撑表面220的配合表面224接触的位置。
72.振动马达222可配置为使筛网组件208振动以增强筛分。压缩组件226可以连接到第一壁构件216或第二壁构件218的外表面。如图2所示，振动式筛分机200具有单个凹形筛分区域。在进一步的实施例中，振动式筛分机可以具有多个凹形筛分区域。虽然振动式筛分机200显示为具有多个纵向定向的筛网组件208，从而形成凹形物料路径，但是筛网组件208不限于这种构造，而是可以以其他方式定向。此外，如图1和2所示，可以提供多个筛网组件208以形成凹形筛分表面。
73.图1和2示出了两个示例性振动式筛分机。进一步的实施例可以配置为与各种振动式筛分机及其部件一起使用，包括设计用于湿式和干式应用的机器、具有多层面板和/或多
个筛分筐的机器、以及具有各种筛分附件布置(例如张紧机构(例如，下安装和上安装张紧机构)、压缩机构、夹紧机构、磁性机构等)的机器。例如，实施例可以包括美国专利7,578,394、6,820,748、6,669,027、6,431,366和5,332,101中描述的振动式筛分机。
74.筛网组件可包括：包括u形构件的侧部或结合杆，该u形构件构造成接收过安装型张紧构件，例如，如美国专利5,332,101中所述；包括手指接收孔的侧部或结合杆，该手指接收孔构造成接收下安装型张紧件，例如，如美国专利6,669,027所述；用于压缩载荷的侧构件或结合杆，例如，如美国专利7,578,394所述；或者可以配置为附接和装载在多层机器上，例如美国专利6,431,366中描述的机器。筛网组件和/或筛网元件也可以配置成包括美国专利8,443,984中描述的特征，包括其中描述的导向组件技术和其中描述的预成型面板技术。筛网组件和筛分元件还可以构造成结合到包括预筛分技术的实施例中，该预筛分技术与美国专利8,439,203中描述的安装结构和筛网构造相兼容。
75.美国专利8,439,984、8,439,203、7,578,394、7,228,971、6,820,748、6,669,027、6,431,366、5,332,101、4,882,054和4,857,176中每一项的公开内容以及这些文献中引用的专利和专利申请，在此全部引入作为参考。根据特定应用的需要，各种其他筛分机可以包括在其他实施例中。
76.图3是根据示例性实施例的具有自动取样和控制系统的离心机310的示意图。离心机310可以是倾析式离心机。在这个例子中，离心机310包括转鼓311、螺旋输送机312、泵315、转鼓驱动马达319、螺旋输送机驱动马达321和泵马达335。离心机310还可包括转鼓变频驱动(vfd)系统332，其可操作地设置成驱动转鼓驱动马达319；输送机vfd系统331，其可操作地设置成驱动螺旋输送机驱动马达321；泵vfd系统334，其可操作地布置成驱动泵驱动马达；以及至少一个计算机或处理器电路330，其电连接并可操作地连接到转鼓vfd332、输送机vfd331和泵vfd334。
77.输送机驱动马达321可以通过齿轮箱323连接到输送机312。离心机310可以配置成通过连接到泵315的导管345接收浆料。泵315可以配置成经由导管317将浆料泵送到转鼓311。转鼓311可由转鼓马达319通过滑轮设备320驱动，螺旋输送机312可由输送机马达321通过齿轮箱323驱动。从浆料中分离出的hgs可通过导管324从离心机310中排出。浆料的剩余部分(液体流出物le)可以通过导管325从离心机310中排出。转鼓311可以由轴承327和329支撑，轴承327和329可以具有分别通过线路340和341与计算机或处理器电路330通信的传感器。
78.输送机马达321的速度和方向信息可由变频驱动器331计算，并可通过线路342传送给输送机变频驱动器331。线路333提供输送机变频驱动器331和计算机或处理器电路330之间的通信链路。输送机vfd331、转鼓vfd332和泵vfd334可以通过通信网络与计算机或处理器电路330通信，例如分别使用线路333、314和360。可以使用许多不同类型的有线和无线通信网络。远程计算机337可以通过通信信道链接到计算机330，包括但不限于硬线338或无线信道。在这点上，可以从远程位置监控和控制离心机310的故障排除或操作。
79.在示例实施例中，计算机或处理器电路330可以包括显示设备378。计算机或处理器电路330可以配置为向离心机310提供控制信号，并控制离心机310的各种参数，例如离心机310的建议的液位(即，池液位)。各种参数和操作状态数据可以显示在显示设备378上。在某些实施例中，操作员可以通过本地操作员控制面板399或者通过远程计算机337与计算机
330直接接口，远程计算机337具有到计算机或处理器电路330的远程互联网或内联网连接。这样，操作者可以在现场监控和控制离心机310，或者从非现场位置远程监控离心机310。额外的硬件可以允许在设备的部件可能难以接近的情况下，从非现场位置或从现场对离心机310进行远程视觉监控。
80.离心机310可以包括连接到导管317的分析组件350a，导管317连接泵315和转鼓311。分析组件350a和350b可以包括传感器370，传感器370例如通过线路339电连接到计算机或处理器电路330。分析组件350a可配置成自动对通过导管317泵送到转鼓311的浆料进行采样，并自动将表征采样浆料的数据传输到计算机或处理器电路330。类似地，分析组件350b可以配置成自动对流经导管325的流出物进行采样，并自动将表征采样流出物的数据传输到计算机或处理器电路330。
81.公开的实施例可以包括离心机和离心机控制系统，例如美国专利9,283,572中描述的实施例，其公开内容通过引用整体结合于此。进一步的实施例可以将如图1或2所示的振动筛机器与如图3所示的离心机结合，如下文更详细描述的。
82.图4是根据示例性实施例的包括振动筛机器402a、402b和402c以及离心机404的固体控制系统400的示意图。浆料(例如钻井浆料)可以沿着输入路径406供给到振动筛机器402a、402b和402c。振动筛机器402a、402b和402c可以沿着第一输出路径408去除各种固体(为简单起见，仅示出了振动筛机器402b的输出路径)。振动筛液体流出物，包括未被振动筛402a、402b和402c去除的液体和固体，可以沿着第二输出路径410离开振动筛402a、402b和402c。进一步的固体可以由离心机404去除，并且可以沿着第三输出路径412离开离心机404。离心机液体流出物，包括未被离心机404去除的液体和固体，可以沿着第四输出路径414离开离心机404。
83.振动筛机器402a、402b和402c以及离心机404的各种参数可以根据各种度量进行调整，以优化固体控制系统404的性能，如下文更详细描述的。例如，固体控制系统400可用于从浆料中去除一些固体和液体，同时留下其他固体和液体，这些固体和液体可作为振动筛液体流出物和/或离心机液体流出物回收。例如，可能希望在去除lgs(416a和416b)同时留下hgs(418a和418b)。
84.如上所述，lgs416a和416b可以具有大约2.6g/cm3的密度，并且可以对应于由钻头研磨的钻屑和物料。lgs可包括具有大于或等于75m的颗粒的第一组分416a，以及具有74m及更小颗粒的第二组分416b。根据一个实施例，lgs的第一组分416a可以使用振动式振动筛机器去除，lgs的第二组分416b可以使用离心机404去除。lgs的有效去除使得浆料可以循环使用。因此，与需要更换的浆料的更换成本相比，去除lgs意味着成本节约。
85.如上所述，浆料通常包括一定量的hgs，其被有意添加到浆料中以调节浆料的密度。例如，重晶石或赤铁矿形式的hgs可能有意添加到浆料中。因此，重要的是调整振动式振动筛机器402a、402b和402c的运行参数，并调整离心机404的运行参数以避免hgs的去除。因此，通过振动筛机器402a、402b和402c去除的hgs418a，或通过离心机404去除的hgs418b，可能代表与替换去除的hgs418a和418b相关的净成本。如果得到的振动筛流出物和/或离心机流出物变得太干，去除浆料的其它组分(例如水和盐水)420a和420b，可能进一步代表净成本。在这种情况下，可能需要添加更多的液体来调节所得流出物的流体性质。
86.系统400的控制器可以调整运行参数以有效地去除某些组分(例如，lgs416a和
416b)，同时留下其他组分(例如，hgs418a和418b、水和盐水420a和420b)。可以限定管理系统400的操作的各种成本度量。成本度量可以取决于控制系统的各种测量参数和控制参数，如下面更详细描述的。所公开的实施例提供了一种控制系统，其基于各种成本度量以及成本度量对测量参数和控制参数的依赖性来优化系统400的性能。振动筛框架的角度振动筛运动的形状振动筛运动的幅度振动筛运动的频率筛孔的尺寸筛网丝厚度筛网面板非空白表面区域物料通过筛网的流速表1
87.根据示例性实施例，上面的表1提供了振动筛控制参数的列表。如上参考图1和2所述，振动式振动筛可用于从浆料中分离颗粒物料。筛孔的大小是重要的振动筛参数，用于改变粒度分布。在这点上，小于筛孔的液体和颗粒穿过筛孔并留在振动筛流出物中。大于筛孔的颗粒从浆料中去除，并从筛分表面收集。当浆料流过筛分表面时，振动筛运动的频率、振幅和形状决定了筛分效率。此外，通过筛网的物料的流速可能对筛分效率有影响。例如，如果流速过快，更多的颗粒物质可能没有足够的时间进行适当的筛分。因此，降低流速可以提高筛分效率。在某些应用中，例如钻油井或气井，可能无法控制流入振动筛的流量。在这种操作中，可以使用几个振动筛。对于缓慢到中等的流量，可以使用一个或多个振动筛，随着流量的增加，使用的振动筛数量增加。
88.如上所述，振动筛分机的筛分角度是可调节的。在某些实施例中，当振动筛分机振动时，被去除的固体可以以这样的方式振动，即它们逐渐沿着筛分表面的斜面向上移动。当去除的固体沿筛面向上移动时，它们通常会失去液体，从而变得更干燥。因此，干燥度可能受到筛网角度的影响，如下面参考表5更详细描述的。同样如下所述，从浆料中去除固体的速率可以部分地由振动筛角度来确定。固体含量浆料流变学粒度分布去除固体的干燥度最大流率筛网退化率功率消耗表2
89.上面的表2提供了根据示例实施例的振动筛测量参数的列表。可以进行各种测量来确定初始浆料、振动筛流出物和离心机流出物的特性。参数可以包括固体含量和分散固体的粒度分布。一个关注的参数是以lgs、hgs、水、盐水、油和其他组分的质量分数表示的固体分布。如上所述，可能需要去除lgs，同时将hgs留在流出物中。hgs可包括重晶石、赤铁矿
或其他重固体颗粒物料，其被添加到浆料中以调节浆料的密度。通常，在回收浆料的操作中，可能代表钻屑和其他沉积物的lgs可从浆料中去除，而hgs，例如重晶石、赤铁矿等，可能残留在浆料中。在其他操作中，如果需要，回收hgs物料也可能是有用的，例如，降低再循环浆料的密度。
90.回收的固体通常不是完全干燥的，因此具有一定量的相关流体成分。流体可以包括水、盐水、油等。当这种回收的固体被丢弃时，液体成分也被丢弃。因此，如果液体是浆料的有用组分，则废弃的液体成分可能代表产生的成本。因此，除去的固体的干燥度是一个可能影响操作成本的参数，如下面更详细描述的。
91.如上所述，参考表1，筛面的角度可以相对于物料通过筛网的流速影响筛分效率。因此，从浆料中去除固体的最大速率可能受到筛网角度的影响。筛网退化率也可能受到其他参数的影响。例如，孔径较小的筛网往往比孔径较大的筛网退化更快。此外，当以可变角度操作振动筛分机时，筛网可能会以取决于筛分角度的速率劣化，如下面更详细描述的。功耗是操作振动筛分机时要考虑的另一个参数。例如，在某些操作条件下，以较低的速度连续运行振动筛分机可能比以较高的速度运行振动筛分机更有效，但只是在某些时间间隔内如此。转鼓速度输送机速度泵速度输送机/转鼓差速堰板半径表3
92.上面的表3提供了根据示例实施例的离心机控制参数的列表。这些参数包括转鼓速度、输送机速度、泵速度和相对输送机/转鼓运动的速度差。另一个参数可以包括堰板的半径。可以通过改变堰板的半径来调节离心机中的池液位。离心机的各种性能指标可通过控制参数进行调整，如表3中所列。
表4
93.上面的表4提供了根据示例实施例的离心机测量参数的列表。表征离心机物料分离过程的测量参数包括密度、粘度、浊度、固体含量和粒度分布。进料到离心机的物料流速，以及转鼓速度和输送机速度决定了物料从流出物中分离的程度。池深度通常会影响分离固体的干燥度，离心机的总功耗与转鼓速度、输送机速度、泵速和扭矩负载有关。如下文更详细描述的，扭矩负载可以通过控制相对输送机/转鼓运动的速度来控制。
94.控制参数的强加变化通常引起测量参数的变化。反过来，第一测量参数的变化可进一步导致第二、第三等测量参数的变化。下表5总结了振动筛机器的测量参数和控制参数之间的关系，而下表6总结了离心机的测量参数和控制参数之间的关系。 第一个参数的变化第二个参数的诱导变化1振动筛角度
↑
去除固体的干燥度
↑
2振动筛角度
↑
最大流量
↑
3振动筛角度
↑
筛网退化率
↑
4流量
↑
废水固体含量(无变化)5筛网孔径大小
↑
去除的最小粒径
↑
6筛网孔径大小
↑
筛网退化率
↓
表5
95.表5总结了根据示例实施例的振动筛的测量和控制参数之间的各种关系。在一些实施例中观察到表5中所示的关系，而在其他实施例中，可能以其他关系为准。对于任何给定实施例，表5中所示的关系通常是针对给定实施例通过实验确定的。然后，可以开发控制方案和控制系统，以基于确定的关系来控制系统。
96.如上所述，振动筛机器的角度会影响筛分过程。例如，随着振动筛筛篮角度的增加，筛分固体的干燥度趋于增加。此外，在一些实施例中，随着振动筛的角度增加，最大流速可以增加。例如，在某些实施例中，分离的固体向上流过筛网，因此，重力限制分离的固体向上流过筛网的速度。角度越大，分离出的固体在筛网上的流动速度越慢，因此，角度越大，可加工物料的整体流动速度越慢。可选地，增加筛网角度会导致进料端的物料池更大，从而增加吞吐量。不幸的是，如上所述，增加振动筛的角度也会增加筛网的退化率。
97.与振动筛有关的另一个关注的角度是振动运动的角度。随着运动角度从0
°
增加到90
°
(其中90
°
垂直于筛网表面)，待筛的颗粒以较慢的速度沿筛网输送。在这种情况下，容量会随着角度的增加而降低，因为会有更多的固体堵塞筛网表面，从而减少通过筛网的流体流量。增加筛网角度通常不会显著改变运动角度。因此，对于待筛的固体的运动由运动角度控制的实施例，待筛的固体继续以不强烈依赖于筛网角度的速率向上输送筛网。
98.另一个关系控制流速和流出物固体含量。在某些实施例中，如上文参考图1和2所述，物料从筛网的顶端供给至筛网的底端。在这样的实施例中，增加的筛分机角度导致流出物沿筛网向下流动的速率增加。在这种情况下，流出物在筛网上停留的时间更少，因此，去
除的固体更少。因此，得到的流出物可能具有更高的固体含量。在其他实施例中，例如从底端进料的振动筛，可能出现相反的趋势。在其他实施例中，流速和流出物固体含量之间可能没有关系。
99.一般来说，流出物的固体含量取决于筛孔尺寸和振动筛进料中各种尺寸颗粒的百分比。增加流量(或振动筛角度)可能不会对能够通过筛网的固体百分比产生显著影响。就质量或体积而言，较高的进料流速可能导致流出物流中有更多的固体，但固体的量仍与给定粒度在进料中的比例有关。例如，如果进料包括10％体积的颗粒，这些颗粒足够小，可以通过筛网开口，如果振动筛的进料为100加仑/分钟(gpm)，预计流出物中含有大约10加仑/分钟(gpm)的固体。如果振动筛的流量增加到1000加仑/分钟，预计流出物中含有100加仑/分钟的固体。
100.如表5所示，随着筛网孔径的增大，通过筛分过程除去的颗粒的最小尺寸也增大。此外，如上所述，筛网孔径大小和筛网退化率之间存在反比关系。所述，筛网孔径大小和筛网退化率之间存在反比关系。表6
101.表6总结了根据示例实施例的离心机的测量和控制参数之间的各种关系。例如，提高泵速会增加物料进入离心机的流速，但会增加功耗。由于泵速增加，流速增加，意味着物料在离心机中的时间减少。因此，离心机去除的颗粒的干燥度往往会降低。提高离心机转鼓
速度会导致更大程度的固体去除。因此，去除的固体的最小尺寸趋于减小。随着转鼓速度的提高，物料的去除量越来越大，往往会降低废水的粘度、浊度、固体含量和密度，但会增加能耗。
102.提高转鼓速度可能会增加或减少被去除固体的干燥度。增加转鼓的速度可以增加液体的排出。因此，对于某些尺寸的去除颗粒，干燥度随着转鼓速度的增加而增加。在其他情况下，随着转鼓速度的增加，较小尺寸的颗粒更容易被去除。较小的颗粒可能具有较大的单位体积总表面积，这可能倾向于保留更多的水分。因此，根据粒度相对于转鼓速度的剧烈变化，固体废料在高转鼓速度下实际上可能包含更多的液体。通常，对于第一范围的转鼓速度，干燥度可以随着转鼓速度增加，而对于第二范围的转鼓速度，干燥度可以随着转鼓速度减少。在某些实施例中，转鼓速度的第二范围可以大于转鼓速度的第一范围。对于转鼓速度的其他范围，相对于转鼓速度，去除的固体的干燥度可能几乎没有变化。
103.输送机的作用是通过离心机移动物料。因此，增加输送机速度往往会增加被去除固体的运动。转鼓速度受转鼓驱动马达(例如，图3中的转鼓驱动马达319)的影响，而输送机速度受输送机驱动马达321(例如，图3中的输送机驱动马达321)的影响。转鼓驱动马达的速度不一定是转鼓的速度，因为转鼓马达通过具有用于驱动机构的固定传动比的皮带连接到转鼓上。同样，输送机速度不一定是输送机的速度。输送机连接到安装在转鼓上的齿轮箱的输出端。输送机马达带动齿轮箱上的输入小齿轮旋转，因此输送机速度取决于转鼓速度、输送机马达速度和齿轮箱传动比。因此，就有了输送机马达速度(齿轮箱输入)、输送机速度(齿轮箱输出)、转鼓速度和转鼓马达速度。
104.控制系统可以如下计算各种速度。用户可以输入期望的转鼓速度，并且控制系统可以确定必要的马达速度以获得期望的转鼓速度。用户也可以指定期望的差速。在这种情况下，控制系统可以确定实际的转鼓速度(基于实际的马达速度和皮带传动比)。控制系统可以进一步确定获得期望的差速所需的输送机速度。基于所确定的输送机速度，控制系统然后可以确定获得期望的差速所需的必要输送机马达速度。最后，基于当前的输送机马达速度和当前的转鼓速度，控制系统可以确定实际的输送机差速。如果差速不同于期望的差速，可以控制或改变各种参数。
105.为简单起见，表6仅提及转鼓速度和转鼓/输送机差速，以表征测量和控制离心机参数之间的关系。然而，如上所述，转鼓马达速度和输送机马达速度之间存在更复杂的关系。例如，仅仅关于输送机速度不能建立直接关系，因为给定的输送机速度可能导致许多不同的速度差，这取决于离心机的转鼓速度。
106.一个或多个马达上的扭矩负载可能会受到流速和/或输送机/转鼓差速的影响。流速的增加可能导致扭矩负荷的降低。然而，改变差速可能是降低扭矩负载的更快或更有效的方式。例如，在某些情况下，关闭离心机的进料(即，将流速降至零)可能导致扭矩负载在30至60秒的时间范围内下降。可选地，在某些实施例中，将差速增加一或两转每分钟(rpm)可以在几秒钟内显著降低扭矩。
107.表6显示了涉及流速的进一步关系。例如，增加流速可以增加流出物密度以及产量。然而，在许多情况下，控制流速可能不方便，甚至是不可能的。例如，当钻探油井时，浆料或钻井液/浆料被向下泵入油井，并且当其从油井返回时，以由浆料泵入油井的速率决定的速率引导至一个或多个振动筛。如上参考图4所述，固体控制系统可以具有一个或多个振动
筛。对于低流速的浆料，单个振动筛就足够了。随着流速的增加，根据钻井作业的需要，可以使用一个或多个附加的振动筛。
108.如上所述，离心机中液体的池深可以通过调节堰板的半径来控制。反过来，调节池深度可能影响各种其他参数，包括：去除固体的干燥度、流出物粘度、流出物浊度、流出物固体含量和流出物密度。
109.在美国专利9,283,572中描述了使用诸如上面表6中提供的关系来控制离心机的各种系统和方法，该专利的公开内容通过引用整体结合于此。例如，系统可以接收一个或多个输入参数，这些输入参数识别转鼓和输送机马达的期望速度、输送机马达的期望扭矩负载和泵的最大流速。然后，该系统可以调节泵速，从而调节浆料流速，以将输送机马达的实际扭矩负载保持在期望的扭矩负载。在不可能将输送机马达的实际扭矩负载保持在期望的扭矩负载的情况下，可以调节泵来调节泵的速度和浆料流速，以保持最大流速。
110.在其他实施例中，系统可以配置成确定实际扭矩负载大于期望扭矩负载。反过来，该系统可以调节泵速以控制浆料的流速，从而将实际扭矩负载减小到等于或小于期望扭矩负载。在其他实施例中，如上所述，可以调节转鼓和输送机之间的速度差来控制扭矩负载。
111.在进一步的实施例中，各种控制系统和方法可以依赖于各种测量参数。例如，系统可以配置成测量流出物的至少一个参数，包括进料密度、粘度、浊度、固体含量、颗粒分布和流速。然后，控制系统可以使用这种测量的结果来调节转鼓速度、输送机速度、泵速度、差速和泵流速中的一个或多个，以基于诸如上面参照表6描述的关系获得期望的结果。
112.如下文更详细描述的，提供类似的控制系统来控制包括离心机和一个或多个振动筛机器的系统，例如上文参考图4描述的系统400。这种控制系统可以控制固体控制系统(例如，图4的系统400)的各种参数(例如，参见表1至表4)，以根据各种成本度量，基于参数之间的已知关系(例如，参见表5和表6)来控制成本。成本度量可能包括稀释成本节约、处置成本节约、能源成本节约、筛网更换成本、维护成本和非生产时间(npt)成本降低。下面将更详细地描述各种成本度量。
113.与稀释相关的成本度量描述如下。随着钻井液的使用，它获得了lgs，其密度增加。对于未清除的固体，这种钻井液必须用新的钻井液稀释，以便继续使用。在一个例子中，可能需要10桶(bbl)新鲜钻井液来稀释1桶未从用过的钻井液中去除的固体。出于说明的目的，假设新钻井液的成本为60美元/桶。将固体去除率提高到“r”桶，可节省10*60*r的稀释成本。如上所述，除去的固体通常也不是完全干燥的。因此，处理去除的固体也会导致不必要的液体处理。由于替换液减少了“o”桶，因此将保留液体减少了o桶，从而节省了60*o的成本。因此，对于一个改进的固体控制系统，其固体去除量增加了o桶，被去除固体的干燥度增加了o桶，实现了600*r+60*o的综合稀释成本节约。
114.以下示例提供了基于油井测试数据的估计稀释成本节约。在钻井过程中，1465桶钻井液用于稀释，成本为60美元/桶钻井液，成本为87，166美元。总共钻了1110桶钻屑，其中1005桶被去除并丢弃，留下105桶需要稀释的遗漏钻屑。此外，随着废弃的切割，总共废弃了1649桶液体和lgs，包括644.5桶液体和1004.7桶lgs。通过改进的固体控制系统，可以节省大量成本。例如，改进的固体控制系统可以导致13:1的实际稀释比，50％的遗漏钻屑去除率增加(即，大约50桶额外的钻屑被去除)，以及减少125桶钻屑上的液体去除率(即，20％的浆料损失)。根据这些估计，可以节省13*60*50+125*60＝46,500美元的成本。
115.处置成本可估算如下。在一个例子中，可以假设运输废物的成本为20美元/桶。采用改进的固体控制系统，增加了r桶的固体去除率，减少了o桶的切割残留液，可节省20*o
–
20*r的成本。来自上述油井的数据也可用于估算处置成本。例如，对于上述示例油井，清除废物的处置成本为17美元/桶。总共钻了1110桶钻屑，丢弃了1649桶废物。在丢弃的废物中，644.5桶是液体，1004.7桶是lgs。使用改进的固体控制系统将去除的固体增加50桶(即50％的漏失钻屑)，并将保留在钻屑上的液体减少125桶(即20％的浆料损失)，可节省17*125
–
17*50＝1，275美元的成本。
116.如上所述，在改进的固体控制系统中可以优化的一个参数是功耗。例如，在某些运行条件下，以较低的速度连续运行系统可能比以较高的速度运行系统更有效，但只是在某些时间间隔内。假设能源成本为0.16美元/千瓦时，改进后的系统将功耗降低了p千瓦时，从而节省了0.16*p美元的能源成本。
117.随着时间的推移，振动筛分机中使用的筛网会逐渐退化和磨损。因此，存在与筛网退化相关的运行成本。如上参考表5所述，各种运行参数，例如筛网孔径的大小和筛网角度，影响筛网面板退化的速率。在这点上，可以调整或优化运行参数以延长筛网寿命，从而降低与替换筛网相关的成本。例如，假设每块筛网面板的更换成本为x美元，则减少筛网面板消耗的改进的固体控制系统可节省x*s美元的成本。
118.维护成本是另一个参数，使用改进的固体控制系统可以降低或优化该参数。例如，传统系统的维护成本平均约为1000美元/月。改进的系统可以减少m％的维护成本，从而每月减少10*m美元的成本。
119.额外成本通常与非生产时间(npt)相关。许多因素可能导致停机时间或npt，如机械故障和与处理用过的钻井液以清除钻屑和其他不需要的碎片相关的延迟。改进的固体控制系统可以使钻井液的处理更加有效，从而使npt减少n％。在示例钻井情况中，运行钻机的日常成本可能在每天15,000美元左右。保守估计，npt可能占每月工作时间的20％。假设平均每月工作4,320小时，npt减少n％，每月npt节省(15,000/24)*4320*(n/10)＝27,000*n美元。
120.基于表5和表6中所示的关系，上述各个成本估计可以被组合成总体成本度量，该总体成本度量可以通过控制上面在表1至表4中列出的各种系统参数来优化。如上所述，改进的固体控制系统可能导致：固体去除量增加r桶，切割时保留的液体减少o桶，功耗减少p千瓦时，筛网消耗减少s筛，维护成本减少m％/月，npt率减少n％/月。因此，考虑到这些因素，对于需要一个月的工作，总体成本节约(以美元计)可以通过以下指标给出：600*r+60*o+20*o
–
20*r+0.16*p+x*s+10*m+900*n＝580*r+80*o+0.16*p+x*s+10*m+27,000*n美元。在其他实施例中，可以用分配给各种成本的不同加权因子来限定各种其他度量。
121.在示例实施例中，可以调整各种振动器参数，例如表1中列出的参数，以优化上述成本度量。例如，正确选择筛网面板属性(例如，筛网孔径大小)、面板角度调整和筛网面板更换速度可能会影响成本度量中的各种因素。例如，固体清除量可增加r桶，切割时保留的液体可减少o桶，筛网消耗可减少s筛，维护成本可减少m％/月，npt可减少n％/月。
122.改进的固体控制系统可以通过测量各种参数，如表2中列出的参数，并基于如表5中列出的关系控制参数，如表1中列出的参数，来控制上述参数。例如，改进的固体控制系统可以配置成自动测量钻井液的废弃率。这种被丢弃的流体可以被测量为单位时间速率的重
量(例如，以吨/小时为单位)。可以测量废弃流体的特性，例如废弃流体中固体的百分比。一个或多个传感设备，例如手动干馏设备，可用于确定废弃流体中固体的百分比。例如，使用手动干馏炉包括称量含有固体的流体，使用干馏炉蒸发液体，然后称量剩余的固体以确定固体的百分比。各种其他传感器可用于执行粒度分析，以确定废弃流体中固体的粒度分布。
123.也可以调整一台或多台离心机的参数，如表3中列出的参数，以优化总体成本度量。各种参数，如转鼓速度、差速输送机/转鼓速度、流速、堰设置等。可以被调整以控制各种参数(例如，参见表4的测量参数)。例如，固体清除量可能增加r桶，切割时保留的液体可能减少o桶，维护成本可能减少m％/月，npt可能减少n％/月。在离心机环境中，与上述振动筛示例一样，可配置改进的固体控制系统，以自动测量钻井液的废弃率。这种被丢弃的流体可以被测量为单位时间速率的重量(例如，以吨/小时为单位)。可以测量废弃流体的特性，例如废弃流体中固体的百分比。
124.图5是根据示例实施例的与各种成本度量相关的测量属性的矩阵500。图5所示的矩阵行对应于各种成本度量，包括稀释成本节约502、处置成本节约504、能源成本节约506、维护成本节约508和npt成本节约510。矩阵500的列对应于各种测量属性，包括丢弃率512、丢弃固体的百分比514、筛网利用率516、lgs的体积百分比518、hgs的体积百分比520、盐水的体积百分比522、粒度分布524和功耗526。
125.在某些实施例中，可以自动测量或手动测量各种参数。例如，在开发新系统时，将自动和手动测量相结合用于基准测试和测试可能是有利的。如上所述，使用手动干馏炉测定流体各种成分的体积密度，例如，涉及称量含有固体的流体，使用干馏炉蒸发液体，然后称量剩余固体以测定固体的百分比。可选地，可以使用商用的各种密度和流量计自动进行密度和流量测量。
126.图6是根据示例实施例的与各种成本度量相关的测量特性的矩阵600。矩阵600与矩阵500类似，具有相同的成本度量(标记行)和相同的测量特性(标记列)。然而，矩阵600指的是一个替代实施例，在该实施例中，更多的测量是自动化的，例如测量废弃固体的百分比514、筛网利用率516以及lgs的体积百分比518和hgs的体积百分比520。图6的实施例可以代表原型系统，该原型系统介于主要手动操作的系统(例如图5的实施例)和全自动系统之间。
127.图7是根据示例实施例的与各种成本度量相关的外部输入数据的矩阵700。这些行对应于成本度量，包括稀释成本节约502、处置成本节约504、能量成本节约506、维护成本节约508和npt成本节约510。矩阵700包括对应于预计增加值的另一行。矩阵700的列对应于与确定成本度量相关的各种外部输入数据。该数据包括浆料成本704、处置成本706、发电机燃料成本708、日费率710、重晶石成本712、筛板成本714、离心机维护成本716、油井井筒尺寸718、井深720、钻井浆料起始盐度722、钻机循环速率724、维护电子捕获检测器(ecd)726和活跃系统体积728。
128.图8示出了根据示例性实施例的用于测量固体控制系统的振动筛网组件的流体流出物的子系统800。在该示例中，一个或多个振动筛机器802可以沿着供给路径804接收钻井液。振动筛机器802可以将钻井液分离成固体和流出物。流出物可以沿着流出物路径806从振动筛机器802去除，并且可以通过各种流体路径808a、808b、808c和808d进行处理。流体路径808a、808b、808c和808d可以具有各种阀810a至810i、一个或多个泵812以及一个或多个分析仪器814。分析仪器814可以包括一个或多个流量/密度/粘度仪814a和一个或多个钻井
液分析仪814b。分析仪器可用于手动或自动测量振动筛流出物的特性。流出物特性可以包括质量和/或体积流速，以及lgs、hgs、水、盐水、油等的质量和/或体积百分比。在示例实施例中，流量/密度/粘度计814a可以是测量流速、密度和粘度的科里奥利(coriolis)仪表。此外，钻井液分析器814b可以是测量油、水和固体百分比(例如％hgs、％lgs等)的萨伦达浆料检测器(salunda mudchecker
tm
)。分析仪器可以进一步包括粒度分析传感器(例如，基于聚焦光束反射测量的传感器)和/或基于光学的浊度传感器。
129.图9示出了根据示例性实施例的用于测量固体控制系统的离心机部件的流体流出物的子系统900。由上述振动筛子系统800产生的流体流出物可以沿着一个或多个流体路径904提供给离心机902。流体路径904可以包括一个或多个泵906。一个或多个流量计908可以测量泵入离心机902的物料的流速。离心机902可以进一步将从振动筛子系统800提供的流出物分离成离心机流出物910和分离的固体912。离心机流出物910的流速可由一个或多个流量计914测量。离心机流出物可以通过各种流体路径，这些流体路径可以与和振动筛子系统800相关联的流体路径相结合。以这种方式，离心机流出物可以以各种方式再循环，包括将离心机流出物与振动筛流出物混合等。
130.图10示出了根据示例实施例的包括图8和9所示子系统的组合子系统1000。系统1000代表用于通过筛分器子系统800和离心机子系统900处理流出物的集成子系统，包括分析仪器814a、814b、908和914。
131.图11示出了根据示例性实施例的用于测量从固体控制系统的筛分器部件去除的固体的子系统1100。在该示例中，一个或多个振动筛机器802沿着路径804接收钻井液，并且流出物沿着流体路径806去除，如上面更详细描述的。由振动器802去除的固体沿着固体去除路径1102去除。去除的固体然后可以供给到输送机1104用于进一步处理。
132.可以通过执行各种测量来分析去除的固体，例如，通过用秤1106称量去除的固体，通过使用激光器1108和/或近红外(nir)源1110对去除的固体执行光谱测量和体积计算等等，以确定丢弃率。然后可以使用一个或多个烘箱1112干燥除去的固体。然后可以称量干燥的除去的固体，以确定干燥的除去的固体的重量。与干燥前除去的固体的重量进行比较，可以确定除去的固体上保留的液体量。
133.图12示出了根据示例性实施例的用于测量从固体控制系统的离心机部件去除的固体的子系统1200。如上所述，由筛分器子系统800接收的流出物可以使用一个或多个泵906沿着流体路径904供给到离心机902。离心机流出物可以沿着流体路径910去除，并如上文参考图9所述进行处理。由离心机902去除的固体可以沿着路径912去除，并且可以像由振动筛子系统1100去除的固体一样被处理。以这种方式，去除的固体然后可以供给到输送机1104用于进一步处理。可以通过执行各种测量来分析去除的固体，例如，通过用秤1106称量去除的固体，通过使用激光器1108和/或近红外(nir)源1110对去除的固体执行光谱测量，等等，如上所述。
134.图13示出了根据示例实施例的包括图11和12所示子系统的组合子系统1300。系统1300代表用于通过振动筛子系统800和离心机子系统900处理固体的集成子系统，包括输送机1104、秤1106、激光源1108、近红外源1110、烘箱1112等。
135.图14示出了根据示例实施例的完整的固体控制系统1400。系统1400是集成的固体控制系统，其包括一个或多个振动筛系统802、一个或多个离心机902、流出物处理子系统
1000和1100，以及去除的固体处理子系统1200和1300。系统1400包括各种分析仪器814a、814b、908和904，其可以配置为对各种流体成分以及其他固体处理测量设备执行流量和密度测量，如上面参考图11和12更详细描述的。系统1400还可以包括一个或多个控制器1402和/或计算系统或处理电路。这种控制器和/或计算机和/或处理电路可以从传感器接收信息，并且可以基于上面参考表5和表6描述的关系，生成控制信号来控制上面参考表1至表4描述的各种参数。控制系统1402可以使用硬件、固件或使用系统组件的软件来实现，如下面参考图16所述。
136.图15是示出根据示例实施例的处理器实现的方法的流程图1500。在该方法中，处理器控制包括振动筛、离心机和传感器的固液分离系统。振动筛配置成将固液混合物分离成第一含固体组分和振动筛流出物，离心机配置成将振动筛流出物分离成第二含固体组分和离心机流出物。在第一阶段1502中，该方法包括从传感器接收信号，该传感器配置成测量第一含固体组分、振动筛流出物、第二含固体组分和离心机流出物的一种或多种的特性。在阶段1504，该方法包括基于测量的特性产生控制信号，并且在阶段1506，该方法包括向振动筛和/或离心机提供控制信号，从而引起振动筛和/或离心机的运行参数的变化。在进一步的阶段1508，处理器可以配置成控制系统以最小化成本度量。成本度量可以取决于稀释成本、处理成本、能源成本、滤网更换成本、维护成本和npt成本中的一个或多个。在其他实施例中可以限定各种其他成本度量。
137.图16是根据一个实施例的示例计算机系统1600的框图，其中所公开的实施例或其部分可以实现为计算机可读代码(即，机器可读计算机程序指令)，其由一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器执行所公开的实施例的操作。
138.所公开的系统可以包括使用硬件、软件、固件、其上存储有计算机程序指令的有形计算机可读(即，机器可读)介质或其组合在计算机系统1600上实现的组件，并且可以在一个或多个计算机系统或其他处理系统中实现。
139.如果使用可编程逻辑，这种逻辑可以在商业上可获得的处理平台上或专用设备上执行。本领域的普通技术人员可以理解，所公开的主题的实施例可以用各种计算机系统配置来实践，包括多核多处理器系统、小型计算机、大型计算机、与分布式功能链接或群集的计算机，以及可以嵌入到几乎任何设备中的普及或微型计算机。
140.根据该示例计算机系统1600描述了各种公开的实施例。在阅读了该描述之后，相关领域的普通技术人员将知道如何使用其他计算机系统和/或计算机体系结构来实现所公开的实施例。尽管操作可以描述为顺序过程，但是一些操作实际上可以并行、并发和/或在分布式环境中执行，并且程序代码被本地或远程存储以供单处理器或多处理器机器访问。此外，在一些实施例中，在不脱离所公开主题的精神的情况下，可以重新安排操作的顺序。
141.上面参照图3描述的计算机或处理器电路330是计算机系统1600的一个例子，下面将更详细地描述。计算机或处理器电路330可以配置成收集测量数据并向系统的各种组件提供控制信号。例如，计算机处理器电路330可以包括个人计算机(pc)和/或可编程逻辑控制器(plc)。计算机处理器电路330可以从一个或多个流量/密度/粘度计814a、908、一个或多个钻井液分析仪814b(例如，参见图8和9)、浊度传感器、温度传感器、粘度传感器、颗粒计数传感器等接收测量数据。计算机或处理器电路330可以控制激光器1108和/或近红外光源1110(例如，参见图11)，并且还可以从相应的激光器和/或近红外传感器(未示出)接收测量
数据。计算机或处理器电路330还可以从vfd系统331、332和334(例如，参见图3)接收数据，并向其提供控制信号，vfd系统331、332和334又控制转鼓驱动马达319、螺旋输送机驱动马达321、泵驱动马达335等。计算机或处理器电路330还可以控制各种阀810a至810i(例如，参见图8)、秤1106和烘箱1112(例如，参见图11)。
142.如相关领域的普通技术人员将理解的，用于实现所公开的实施例的计算设备(例如，计算机或处理器电路330)具有至少一个处理器，例如处理器1602，其中处理器可以是单个处理器、多个处理器、多核/多处理器系统中的处理器、单独操作的这种系统或者在集群或服务器群中操作的计算设备集群。处理器1602可以连接到通信基础设施1604，例如总线、消息队列、网络或多核消息传递方案。
143.计算机系统1600还可以包括主存储器1606，例如随机存取存储器，并且还可以包括辅助存储器1608。辅助存储器1608可以包括例如硬盘驱动器1610、可移动存储驱动器1612。可移动存储驱动器1612可以包括软盘驱动器、磁带驱动器、光盘驱动器、闪存等。可移动存储驱动器1612可以配置为以众所周知的方式向可移动存储单元1614读取和/或写入数据。可移动存储单元1614可以包括由可移动存储驱动器1612读取和写入的软盘、磁带、光盘等。相关领域的普通技术人员将理解，可移动存储单元1614可以包括其上存储有计算机软件(即，计算机程序指令)和/或数据的计算机可读存储介质。
144.在替代实施方式中，辅助存储器1608可以包括用于允许计算机程序或其他指令加载到计算机系统1600中的其他类似设备。这种设备可以包括例如可移动存储单元1616和接口1618。这种设备的例子可以包括程序盒和盒接口(例如在视频游戏设备中发现的)、可移动存储芯片(例如eprom或prom)和相关联的插座，以及允许软件和数据从可移动存储单元1616传输到计算机系统1600的其他可移动存储单元1616和接口1618。
145.计算机系统1600还可以包括通信接口1620。通信接口1620允许软件和数据在计算机系统1600和外部设备之间传输。通信接口1620可以包括调制解调器、网络接口(例如以太网卡)、通信端口、pcmcia插槽和卡等。经由通信接口1620传输的软件和数据可以是信号1622的形式，信号1622可以是电子的、电磁的、光学的或者能够被通信接口1620接收的其他信号。这些信号可以通过通信路径1624提供给通信接口1620。
146.在本文档中，术语“计算机程序存储介质”和“计算机可用存储介质”用于泛指存储介质，例如可移动存储单元1614、可移动存储单元1616和安装在硬盘驱动器1610中的硬盘。计算机程序存储介质和计算机可用存储介质也可以指存储器，例如主存储器1606和辅助存储器1608，它们可以是半导体存储器(例如drams等)。计算机系统1600还可以包括显示单元1626，其通过显示界面1628与通信基础设施1604交互。计算机系统1600还可以包括用户输入设备1630，其经由输入接口1632与通信基础设施1604交互。用户输入设备1630可以包括鼠标、轨迹球、触摸屏等。
147.计算机程序(也称为计算机控制逻辑或计算机程序指令)存储在主存储器1606和/或辅助存储器1608中。计算机程序也可以通过通信接口1620接收。这种计算机程序在被执行时，使得计算机系统1600能够实现这里讨论的实施例。具体而言，计算机程序在被执行时，使得处理器1602能够实现所公开的实施例的过程，例如所公开的方法中的各个阶段，如上面更详细描述的。因此，这样的计算机程序代表计算机系统1600的控制器。当使用软件实现实施例时，软件可以存储在计算机程序产品中，并使用可移动存储驱动器1612、接口1618
和硬盘驱动器1610或通信接口1620加载到计算机系统1600中。计算机程序产品可以包括其上存储有计算机程序指令的任何合适的非暂时性机器可读(即，计算机可读)存储设备。
148.实施例可以使用不同于这里描述的软件、硬件和/或操作系统实现来实现。可以利用适合于执行这里描述的功能的任何软件、硬件和操作系统实现。实施例适用于客户端和服务器或两者的组合。
149.图17是根据示例性实施例的偏心振动器设备1700的透明透视图。偏心振动器设备1700包括外壳组件1750，外壳组件1750可以具有限定轴线1702的细长形状(例如，在图17中用“z”标记)。偏心振动器设备1700还可以包括第一马达组件1710a和第二马达组件1710b，每个都设置在壳体组件1750内。在一些实施例中，第一马达组件1710a可以包括基本上沿着轴线1702定向的第一轴1705a、偏心安装在第一轴1705a上的第一质量构件1720a和偏心安装在第一轴1705a上的第一平衡质量构件1730a。
150.如图17所示，第一质量构件1720a可以连接到第一轴1705a的第一端附近。第一平衡质量构件1730a可以附接到第一轴1705a的第二端附近。第一质量构件1720a和第一平衡质量构件1730a可以各自包括多个构件。在一个实施例中，第一质量构件1720a的第一构件和第一平衡质量构件1730a的第一构件可以构造成基本平行，并且可以围绕第一轴1705a的圆周相对于彼此以限定的角度组装。在一个示例中，所限定的角度可以是大约180度(例如，如图18所示，并且在下面更详细地描述)。
151.第二马达组件1710b可以包括基本上沿着轴线1702定向的相应第二轴1705b、偏心安装在第二轴1705b上的第二质量构件1720b以及偏心安装在第二轴1705b上的第二平衡质量构件1730b。第二质量构件1720b可以附接到第二轴1705b的第一端附近，其中第二轴1705b的第一端邻近第一轴1705a的第一端。第二平衡质量构件1730b可附接在第二轴1705b的第二端附近，与第二轴1705b的第一端相对。第二质量构件1720b和第二平衡质量构件1730b可以各自包括多个构件。第二质量构件1720b的第一构件和第二平衡质量构件1730b的第一构件可以构造成基本平行，并且可以围绕第二轴1705b的圆周相对于彼此以限定的角度组装。在一个示例中，所限定的角度可以是大约180度(例如，如图18所示，并且在下面更详细地描述)。
152.第一质量构件1720a和第二质量构件1720b可以各自具有第一净质量。同样，第一平衡质量构件1730a和第二平衡质量构件1730b可以各自具有第二净质量。可以选择第一净质量和第二净质量的各种组合，第二净质量的大小取决于第一净质量的大小，如下面更详细解释的。例如，第一净重可以是大约24.0kg，而第二净重可以是大约3.0kg。在一些实施例中，第一质量构件1720a的每个构件可以具有半径约为14.0cm的大致圆形的扇形。类似地，第二质量构件1720b的每个构件可以具有半径约为14.0cm的大致圆形的扇形。此外，第一平衡质量构件1730a的每个构件可以具有半径约为9.4cm的大致圆形的扇形。类似地，第二平衡质量构件1730b的每个构件也可以具有半径约为9.4cm的大致圆形的扇形。其他实施例可以包括具有其他形状、尺寸和质量的质量构件。
153.偏心振动器设备1700可以产生基本正弦的力，该力沿着基本垂直于轴线1702的方向(例如，在x-y平面中)具有可调节的大小和方向。在这点上，第一轴1705a配置为以角频率ω(以rad/s为单位的实数)在第一方向上绕轴线1702旋转，第二轴1705b配置为以角频率ω在第二方向上绕轴线1702旋转。在某些实施例中，第二方向可以与第一方向相反，而在其他
实施例中，第一方向和第二方向可以相同。角频率ω可以具有高达约377rad/s的幅度。在第一方向上的旋转导致第一质量构件1720a产生第一径向力fa，该第一径向力fa基本上垂直于第一质量构件1720a的圆周运动轨迹(即，垂直于速度)(如下面参考图24至27更详细描述的)。类似地，在第二方向上的旋转导致第二质量构件1720b产生第二径向力fb，该第二径向力fb基本上垂直于第二质量构件1720b的圆周运动的轨迹(即，垂直于速度)。第一轴1705a和第二轴1705b围绕轴线1702的旋转可以产生合力，该合力基本上包含在垂直于轴线1702的平面内(例如，在x-y平面内)。当第一轴1705a和第二轴1705b反向旋转时，可以产生线性振荡力。可选地，当第一轴1705a和第二轴1705b共同旋转时，可以产生对应于圆形或椭圆形运动的力，如下面更详细描述的。
154.第一力fa的大小可以部分地由角频率ω和第一质量构件1720a的惯性矩来确定。此外，第二力fb的大小可以部分地由角频率ω和第二质量构件1720b的惯性矩来确定。第一质量构件1720a的每个构件可以具有不同的质量或者可以共享共同的第一质量，并且第二质量构件1720b的每个构件可以具有不同的质量或者可以共享共同的第二质量。在一个实施例中，第一和第二质量可以大致相等。在这种情况下，力fa将具有与力fb相似的大小，而与第一和第二质量构件各自的角度位置无关。第一轴1705a和第二轴1705b在角频率ω下的反向旋转可以产生合力f＝fa+fb，该合力在第一质量构件1720a的切向速度和第二质量构件1720b的切向速度基本共线并且定向在相同方向的角位置处最大。此外，合力f可以在第一质量构件1720a的切向速度和第二质量构件1720b的切向速度基本上共线并且定向在基本相反的方向的角位置消失。在一个实施例中，对于大约183rad/s的角频率ω，依赖于时间的合力f的振幅可以具有大约89000n的值。
155.在一些实施例中，第一质量构件1720a中的质量构件可以体现为基本垂直于轴线1702设置的相应第一板。这些第一平板中的每一个都可以是细长的并组装成基本上彼此平行。此外，这些第一板中的每一个可以偏心地安装在第一轴1705a上。类似地，第二质量构件1720b中的质量构件也可以实施为相应的第二板，也基本上垂直于轴线1702设置。每个第二板也可以是细长的并组装成基本上彼此平行。此外，第二板可以偏心地安装在第二轴1705b上。
156.第一板可以各自具有限定的第一质量和限定的第一尺寸，并且第二板也可以共同共享限定的第一质量和限定的第一尺寸。因此，力fa的大小和力fb的大小可以基本相等，而与第一板和第二板各自的角度位置无关。如上所述，第一轴1705a和第二轴1705b在角频率ω下的反向旋转可以产生合力f＝fa+fb，该合力在第一板的切向速度和第二板的切向速度基本共线并且定向在相同方向的角位置处最大。同样地，该合力在第一板的切向速度和第二板的切向速度基本上共线并且定向在基本上相反的方向的角度位置处可以基本上为零(或者可以忽略不计)。
157.在一些实施例中，如图17所示，第一质量构件1720a靠近第二质量构件1720b组装，并且沿着轴线1702与第二质量构件1720b空间分离。在第一质量构件1720a的切向速度和第二质量构件1720b的切向速度基本共线并且定向在基本相反的方向的角位置处，由于第一质量构件1720a和第二质量构件1720b之间的不完全对准，这里描述的力fa和fb可能不会完全相互抵消，如下面更详细描述的。
158.力的不完全抵消可能导致残余净力，该残余净力沿着横向于纵向轴线1702的方向
定向。例如，残余净力可以沿着图17所示的笛卡尔(cartesian)坐标系的x方向定向。质量构件1720a和1720b之间的空间偏移和剩余的净力形成一对，这可能使偏心振动器设备1700产生的线性振动变形。为了去除或减少这种联接，如上所述，第一平衡质量构件1730a和第二平衡质量构件1730b添加到偏心振动器设备1700。例如，如图17和18所示，第一平衡质量构件1730a和第二平衡质量构件1730b也沿着纵向轴线1702相对于彼此偏移。因此，由于这种空间偏移，平衡质量构件1730a和1730b也由于这些质量构件产生的力的不完全抵消而产生额外的联接。例如，如图18所示，通过在与质量构件1720a和1720b定向的横向方向相反的横向方向上对准平衡质量构件1730a和1730b，由平衡质量构件1730a和1730b的反向旋转产生的联接可以抵消由质量构件1720a和1720b产生的联接。
159.在一些实施例中，第一平衡质量构件1730a中的质量构件可以共享共同的第一质量，第二平衡质量构件1730b中的质量构件可以共享共同的第二质量。因此，质量1730a和1730b的大小可以基本相等。由于空间偏移的差异，平衡质量构件1730a和1730b的第一质量和第二质量的大小可以配置为小于质量构件1720a和1720b的净质量，这是消除来自质量构件1720a和1720b的相互作用的不希望的残余联接所需要的。
160.如图17所示，第一质量构件1720a和第一平衡质量构件1730a可以组装成具有偏移的相对角度对准。此外，第二质量构件1720b和第二平衡质量构件1730b也可以组装成具有相同的相对对准偏移。相对对准偏移可以由代表第一质量构件1720a的取向的线和代表第一平衡质量构件1730a的取向的另一条线之间的角度θ(以适当单位表示的实数，例如弧度或度数)来指示。
161.在θ基本等于π(或180度)的实施例中，如图18所示，例如，由于质量1720a和1720b产生的合力f可以基本上与由于质量1730a和1730b产生的合力f’相反。这样，当质量1720a和1720b不对齐时，净残余联接力基本为零。因此，当轴1705a和1705b反向旋转时，第一平衡质量构件1730a和/或第二平衡质量构件1730b可用于保持由偏心振动器设备1700产生的振动运动的线性，如下面参考图24至27更详细描述的。
162.进一步参考图17，偏心振动器设备1700包括产生第一轴1705a旋转的第一转子机构1740a。振动器设备1700还包括产生第二轴1705b旋转的第二转子机构1740b。在一些实施例中，第一转子机构1740a可包括机械联接到第一轴1705a的第一转子组件(未示出)和电磁联接到第一转子组件的第一定子组件(未示出)。第一转子机构1740a还可以包括在第一质量构件1720a附近机械联接到第一轴1705a的第一轴承组件(未示出)，并且还可以包括在第一平衡质量构件1730a附近机械联接到第一轴1705a的第二轴承组件(未示出)。此外，第二转子机构1740b可包括机械联接到第二轴1705b的第二转子组件(未示出)，以及电磁联接到第二转子组件的第二定子组件(未示出)。第二转子机构1740b还可以包括在第二质量构件1720b附近机械连接到第二轴1705b的第一轴承组件(未示出)，并且还可以包括在第二平衡质量构件1730b附近机械连接到第二轴1705b的第二轴承组件(未示出)。
163.在一些实施例中，第一转子机构1740a可以包括附接到第一轴1705a的第一反馈设备，例如编码器设备(未示出)。第一反馈设备可以提供以下项中的一项或多项：指示第一质量构件1720a的至少一个质量构件的相应位置的第一信息；指示第一轴1705a的角速度的第二信息；或者指示第一轴1705a的旋转方向(例如顺时针方向或逆时针方向)的第三信息。第一质量构件1720a的位置由第一轴1705a相对于对应于第一轴1705a的特定位置的限定原点
的每转0到2π之间的角度表示。转子机构1740b还可以包括附接到第二轴1705b的第二反馈设备，例如编码器设备(未示出)。
164.第二反馈设备可以提供以下项中的一项或多项：指示第二质量构件1720b的相应位置的第一信息；指示第二轴1705b的角速度ω的第二信息；或者指示第二轴1705b的旋转方向的第三信息。第二质量构件1720b的位置由第二轴1705b相对于对应于第一轴1705b的特定位置的限定原点的每转0到2π之间的角度表示。
165.第一反馈设备和第二反馈设备可以体现为各自的编码器设备。各个编码器设备中的每一个可以包含在或者可以包括例如旋转编码器设备中。旋转编码器设备可以包括例如每旋转1024个脉冲的旋转编码器设备。编码器设备可以包括与轴(第一轴1705a或第二轴1705b)一起旋转的基本圆形的板。
166.基本圆形的板可以包括与实心部分交替的开口。开口和实心部分将板分隔成多个长度基本相等的弧形，对着限定的角度δγ。编码器设备中的开口数量越多，δγ值越小，因此编码器设备的角位置分辨率越大。每个开口可以代表轴的角位置值。编码器设备还可以包括例如光源设备、第一传感器和第二传感器。光源设备可以照亮基本上圆形的板，使得第一光传感器响应于被照亮而提供电信号，并且进一步使得第二光传感器响应于被实心部分遮挡而提供另一电信号。当轴旋转时，第一传感器和第二传感器提供各自的脉冲序列，该脉冲序列可用于确定轴的角速度、轴的角位置和/或轴的旋转方向。本公开不限于旋转编码器设备，并且在各种实施例中可以使用其他类型的编码器设备。
167.通过分别控制第一轴1705a的初始旋转角度和第二轴1705b的初始旋转角度，并且因此控制这些轴之间的相对角度偏移，可以控制由第一质量构件1720a和第二质量构件1720b产生的合力的方向。这样，可以通过配置和保持第一轴1705a和第二轴1705b各自的大致圆形运动的初始角度以及它们之间的相关相对角度偏移来实现指向垂直于轴线1702的所需或预期方向的合力。这种初始角度的配置可以在偏心振动器设备的操作期间(质量构件在运动中)或启动时(质量构件在静止中)执行。
168.图19是根据示例性实施例的利用偏心振动器设备1902的振动系统1900的侧视图。振动系统1900包括面板组件1910，其通过例如协调的凸缘构件和紧固构件(未示出)机械连接到偏心振动器设备1902。在操作期间，偏心振动器设备1902可以产生依赖于时间的力f(t)。因此，在操作中，偏心振动器设备1902可以在面板组件1910上施加依赖于时间的振荡力f(t)，从而引起面板组件1910的依赖于时间的振荡机械运动。机械运动的振动强度和周期可以由偏心振动器设备1902中的轴的旋转角频率ω以及包括惯性矩在内的其他机械参数来确定。
169.依赖于时间的力f(t)的幅度可以部分地由偏心振动器设备1902中的轴的角速度、偏心振动器设备1902中的第一质量构件和第二质量构件的相应合成惯性矩以及偏心振动器设备1902中的第一平衡质量构件和第二平衡质量构件的相应惯性矩来确定。依赖于时间的力f(t)可以定向在基本垂直于偏心振动器设备1902的纵轴(例如，图17中的轴线1702)的方向上。这样，时间相关力f(t)可以表示为三维向量(f
x
(t)，fy(t)，fz(t))，其中向量分量fz(t)可以基本为零(null)，并且时间相关力f(t)可以基本等于(f
x
(t)，fy(t)，0)。在面板组件1910在静止时开始并且偏心振动器设备1902从断电状态被激励的示例场景中，f(t)可以在瞬态周期(例如，大约500ms)之后自对准到穿过面板组件的重心(cg)1920在x-y平面中的位
置的方向。
170.在偏心振动器设备1902通电之后，这种自对准可以基于振动系统1900中的角动量守恒而发生。这种对准可以通过选择马达组件来配置，例如包括异步马达(例如感应马达)的组件，该组件允许输入频率和轴速度之间的滑动。这种马达因此可以产生扭矩，而不依赖于与转子的物理电连接。因此，指示时间相关力f(t)相对于面板组件1910的底侧的方向的角度φ可以由面板组件1910上的偏心振动器设备1902沿着图19所示的坐标系中的x方向的位置来确定。
171.虽然f(t)被示出为与具有方向φ的直线严格共线，但是由偏心振动器设备1902产生的实际f(t)随着时间推移横穿椭圆，该椭圆具有平行于具有方向φ的直线的半长轴和比半长轴小得多(例如小一、二或三个数量级)的半短轴。这种椭圆可以称为“紧密椭圆”。具体而言，角度φ随着偏心振动器设备1902沿着x轴的坐标增加(或者更通俗地说，随着偏心振动器在面板组件上向前移动)而减小，并且随着偏心振动器设备1902沿着x轴的坐标减小(或者随着偏心振动器向后移动)而增大。角度φ和量值|f(t)|可以确定矢量分量f
x
(t)和fy(t)的相应量值。例如，小的φ(即几度)可以产生大的f
x
(t)和小的fy(t)，而大的φ(例如几十度)可以产生小的f
x
(t)和大的fy(t)。因此，该角度φ可被调节以控制颗粒物质或其他类型的固体在面板组件1910的x-z平面上的输送速率或停留时间。
172.图20是根据示例性实施例的振动系统2000的示意图，该振动系统2000包括功能性地联接到偏心振动器设备1902的控制系统。控制系统包括一个或多个操作员界面设备2030和一个或多个运动控制器设备2010。振动系统2000还包括一个或多个电源2020，其可以为偏心振动器设备1902和/或控制系统的至少一个设备中包括的马达组件供电。电源2020可以包括一个或多个电源和/或公用电源。操作员界面设备2030可以包括输入/输出(i/o)界面设备，例如人机界面(hmi)，其可以允许选择期望的振动模式(例如，基本线性激励或基本椭圆形或圆形激励)。
173.操作员界面设备2030还可以允许在特定时刻进行实时监控或间歇监控。振动模式可以包括由偏心振动器设备1902施加的时间相关力f(t)的限定方向和限定大小。限定的方向由图20中的角度α表示。如图所示，α＝0将对应于基本上沿x方向对齐的时间相关力f
||
(t)。换句话说，f
||
(t)基本上平行于面板组件1910的底侧。如进一步所示，α＝π/2将对应于沿y方向基本垂直的时间相关力f(t)，其中f
⊥
(t)基本垂直于面板组件1910的底侧。
174.操作模式的配置可以包括偏心振动器设备1902的轴的旋转的限定角频率ω的配置和/或第一马达组件的第一偏心质量构件和第二马达组件的第二偏心质量构件之间的限定角偏移的配置。操作员界面设备2030可以接收指示期望角度α、角频率ω和/或角度偏移的输入信息。输入信息可用于配置运动控制器设备2010，以控制偏心振动器设备1902的振动。虽然由偏心振动器设备1902产生的合成f(t)被示出为与方位成线性关系，但是由偏心振动器设备1902产生的实际f(t)随着时间推移横穿椭圆，该椭圆具有平行于具有斜率的线的半长轴和比半长轴小得多(例如，小一、二或三个数量级)的半短轴。
175.根据期望的筛分性能，角度α(也可以称为紧密椭圆角度)可以配置成引起待筛分物料的缓慢输送，从而最大化排出干燥度。可选地，角度α可以配置成诱导对要筛分的物料的快速输送，从而增加机器处理能力，或者可以配置成瞬间反向输送物料，从而去除粘附的颗粒(即，用于去堵塞)。
176.此外，如本文所述，在操作期间，角度α可以在限定的时间段内被调节到大约90
°
的角度α
′
，以获得筛选设备中的筛网的暂时减缓。在规定的时间之后，大约90
°
的α
′
值可能会重新调整为α。在各种实施例中，可以实现对操作模式的进一步临时改变。在一个示例中，可以进行从大约45
°
的角度α0到大约60
°
的角度α
′
的过渡，以减缓输送并导致从供给到具有偏心线性振动器1902的面板组件中的浆料的更干燥的排放。随后，可以实现从大约60
°
的α
′
到大约45
°
的α0的转变，以恢复更快的运输。在另一个示例中，如本文所述，在限定的时间段内，大约45
°
的角度α可以在操作期间被调节到大约30
°
的角度α
′
，以去除筛网上累积的物质。在规定的时间段之后，大约30
°
的α
′
可以被重新调整到α。
177.这种调节在筛分机的操作中可能是理想的，以筛分浆料。在筛分过程中，浆料从液体-固体混合物转化为脱水固体。角度α可以调节以增加干燥度。例如，如果角度α从大约45
°
增加到大约60
°
，如上所述，筛网上物料的流速降低。随着物料向筛分机的卸料端缓慢移动，这种流速的降低允许有更多的时间将液体从浆料中排出。
178.图21是可以包括运动控制器设备2010、控制器设备2120和驱动设备2130的系统2100的示意图。控制器设备2120可以包含或可以包括可编程逻辑控制器(plc)、微控制器等，以及驱动设备2130可以包含或可以包括电子马达驱动器、变频驱动器(vfds)等。控制器设备2120可以接收指示偏心质量构件的位置、速度和/或偏心振动器设备1902的旋转方向的信息。控制器设备2120可以控制驱动设备2130产生特定的操作模式。在这点上，反馈设备2110可以联接到偏心振动器设备1902的相应轴，并且可以提供指示质量构件的相应位置的第一信息。
179.反馈设备2110还可以提供指示轴的相应角速度的第二信息。反馈设备2110可以提供指示偏心振动器设备1902的轴的旋转方向的第三信息。在一个实施例中，第一信息、第二信息和第三信息可以直接提供给控制器设备2120。在另一个实施例中，第一信息、第二信息和第三信息可以间接提供给控制器设备2120，其中这样的信息被提供给相应的驱动设备2130，并且由驱动设备2130中继给控制器设备2120。控制器设备2120可以控制驱动设备2130来产生偏心振动器设备1902的至少一个共线轴的旋转运动。
180.反馈设备2110可以包括附接到偏心振动器设备1902的第一轴的第一反馈设备(例如第一编码器设备)。第一反馈设备可以发送以下项中的一项或多项：(a)指示偏心振动器设备1902的至少一个第一质量构件的相应位置的第一信息，(b)指示第一轴的角速度的第二信息，或者(c)指示第一轴的旋转方向的第三信息。反馈设备2110还可以包括附接到振动器设备1902的第二轴的第二反馈设备(例如第二编码器设备)。第二反馈设备可以发送以下项中的一项或多项：(a)指示偏心振动器设备1902的至少一个第二质量构件的相应位置的第四信息，(b)指示第二轴的角速度的第五信息，或者(c)指示第二轴的旋转方向的第六信息。
181.控制器设备2120还可以接收第一信息、第二信息、第三信息、第四信息、第五信息、第六信息和操作员界面设备2030信息，并且可以指示驱动设备2130至少基于接收的信息来配置第一轴和第二轴的旋转运动。在一个实施例中，控制器设备2120可以直接从第一反馈设备和第二反馈设备接收这样的信息。在另一个实施例中，控制器设备2120可以间接接收第一信息、第二信息、第三信息、第四信息、第五信息和/或第六信息，其中这些信息被提供给驱动设备2130，并由驱动设备2130中继到控制器设备2120。
182.驱动设备2130可以包括第一驱动设备，该第一驱动设备连接到包括偏心振动器设备1902的第一轴的第一马达组件。控制器设备2120可以基于以下项的一项或多项来指导第一驱动设备产生第一轴的旋转运动：第一信息的一部分；第二信息的一部分；第三信息的一部分和操作员界面设备2030信息。驱动设备2130还可以包括第二驱动设备，该第二驱动设备连接到包括偏心振动器设备1902的第二轴的第二马达组件。控制器设备2120可以基于以下项的一项或多项来指导第二驱动设备设置第二轴的旋转运动：第四信息的一部分中；第五信息的一部分；第六信息的一部分和操作员界面设备2030信息。
183.图22是连接到控制系统的偏心振动器设备2200的示意图。根据示例实施例，如图22所示，系统2200可以包括控制器设备2210，该控制器设备2210可以包含在可编程逻辑控制器中或者可以包括可编程逻辑控制器。此外，驱动设备2130(例如，参见图21)可以包含或可以包括第一电子马达驱动器2220a和第二电子马达驱动器2220b。本公开不限于共享公共架构的电子马达驱动器。第一电子马达驱动器2220a和第二电子马达驱动器2220b可以为偏心振动器设备1902中的相应马达组件供电。在这点上，第一电子马达驱动器2220a可以包括通过例如电力线组件2260a联接(例如，机电联接)到第一马达组件的电子逆变器或另一种类型的电源。第二电子马达驱动器2220b可以包括通过第二电力线组件2260b连接到第二马达组件的电子逆变器或另一种类型的电源。
184.第一和第二电力线组件2260a和2260b可以包括例如电导体、电力连接器、绝缘涂层等。第一电子马达驱动器2220a和第二电子马达驱动器2220b可以联接到连接到公用电源(例如50hz交流电源或60hz交流电源)的相应电力线2230a和2230b。此外，第一电子马达驱动器2220a可以通过第一总线2270a联接(电或机电地)到偏心振动器设备1902的第一反馈设备。第二电子马达驱动器2220b也可以(电或机电地)联接到第二总线2270b。第一和第二总线结构2270a和2270b允许传输可以表示偏心振动器设备1902的轴的角位置、角速度和/或旋转方向的信息(模拟和/或数字)。本公开不限于共享公共架构的总线。
185.如图22进一步所示，系统2200还可以包括操作员界面设备2030和远程操作员界面设备2280。操作员界面设备2030、可编程逻辑控制器2210、第一电子马达驱动器2220a和第二电子马达驱动器2220b可以通过网络设备2250(例如高速网络设备或总线)联接。网络设备2250可以允许在操作员界面设备2030、可编程逻辑控制器2210、第一电子马达驱动器2220a和第二电子马达驱动器2220b之间交换信息(例如，数据和/或信令)。一个或多个远程操作员界面设备2280可以经由无线链路和/或有线链路2285联接到网络设备2250。设备2280可以允许配置和/或监控偏心振动器设备1902的操作。
186.图23是振动系统2290的示意图，该振动系统2290具有控制系统，该控制系统在功能上联接到其他类型的偏心马达，从而控制由偏心马达产生的运动类型。例如，控制系统可以在功能上联接到传统的偏心马达2295a和2295b，例如不包括共线轴的偏心马达。根据一个实施例，传统马达2295a和2295b中的每一个的旋转模式(例如，角速度的大小和旋转方向)可以被独立控制。例如，为了产生基本线性的机械激励，可编程逻辑控制器2210可以引导第一电子马达驱动器2220a，以使偏心马达2295a以角速度ω在第一方向上旋转。可编程逻辑控制器(plc)2210可以进一步引导第二电子马达驱动器2220b，以使偏心马达2295b以角速度沿与第一方向相反的第二方向旋转。在另一个例子中，为了产生基本上圆形的机械激励，plc2210可以指示第一电子马达驱动器2220a使偏心马达2295a以角速度ω在第一方
向上旋转。plc2210还可以指示第二电子马达驱动器2220b使偏心马达2295b也以角速度ω在第一方向上旋转。
187.如上所述，包括运动控制器设备2010(例如，参见图20)的控制系统可以产生所公开的偏心振动器设备的预定操作模式。控制系统可以独立地和连续地、几乎连续地或在特定时间(例如，周期性地、几乎周期性地或根据时间表)配置和/或监控偏心振动器设备中包括的共线轴的相应运动，例如相应的角速度和角位置。例如，可以几乎实时地(或基本上周期性地，以明显短于例如设备的轴的1/转周期的百分之一、千分之一、百万分之一等的时间间隔)监控和/或配置操作模式，而无需关闭偏心振动器设备。在这点上，运动控制器设备2010可以采用各种技术，包括电子传动设备，以在偏心振动器设备的操作期间配置轴的角速度和/或角位置，而不需要关闭偏心振动器设备的电源来执行重新配置操作。
188.如上所述，控制系统可以配置为设置和保持偏心振动器设备的共线轴的相应旋转运动之间的相对角度偏移。在这点上，控制系统可以施加共线轴的相应旋转运动的相应初始角度。各个初始角度可以相对于参考坐标系来限定，并且可以确定由偏心振动器设备产生的合力f(t)(基本上是正弦的力)的振荡方向。方位可以由相对于参考坐标系中限定的方向的角度来表示。例如，参考坐标系可以是笛卡尔坐标系，其轴(例如，如图20所示的z轴)基本平行于偏心振动器设备的纵轴。表示合力f(t)振荡方向的方向可以位于垂直于z轴的平面(例如，图20的x-y方向)。
189.图24-27示出了在根据本文所述实施例的偏心振动器设备2400的操作期间的九个不同时刻，初始角度和相关联的相对角度偏移的四个相应配置的示意性力图。
190.图24示出了对于偏心振动器设备2400中的两个共线轴，对于等于0的初始角度，在时刻t0、t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7和t0+t的力配置，导致基本等于0的相对角度偏移。在任何给定的瞬间，力由圆圈内的箭头表示，阴影区域表示各自质量的位置。圆圈外部的箭头表示速度。对应于相应多个质量构件的力用细箭头表示，合力f用粗箭头表示。在这个例子中，角度是相对于图24所示的笛卡尔坐标系限定的，t代表共线轴的旋转周期。对于该示例的初始角度配置和相关的相对角度偏移，偏心振动器设备2400的第一质量构件可以与第二质量构件以角度0和π基本对齐，如对应于t0和t4的图所示。
191.在每个瞬间，由给定质量施加的力(例如，由圆圈中的细箭头所示)基本上垂直于质量构件的速度(例如，由圆圈外的箭头所示)。质量产生的力具有相同的大小。例如，第一质量构件和第二质量构件可以分别施加力fa和力fb，其中|fa|＝|fb|。如图24所示，对于基本等于0的初始角度，合力f(t)可以沿着x方向定向，或者平行于偏心振动器设备2400的基座。此外，力在时刻t2和t6抵消，并在时刻t4指向负x方向。因此，图24的结构会引起受力设备(如面板组件或筛篮)的水平左右振动。例如，筛框或筛面组件可以在基本水平的平面内随着振荡而振动。
192.图25示出了根据本公开的实施例的第二振动模式，其中线性振动相对于水平方向成一定角度定向。在该示例中，控制系统可以暂时延迟偏心振动器设备的第一轴并暂时增加第二轴的速度，从而配置第一轴和第二轴各自的初始角度，该初始角度产生大约等于π/4的相对角度偏移(在图25中设置t2等于t0)。在图25中，质量构件中的一个可以前进例如π/4，而质量构件中的另一个可以延迟例如π/4。因此，第一质量构件可以以角度π/4和5π/4与第二质量构件基本对齐，如对应于t0和t4的图所示。对于这样的初始角度和相关的相对角度偏
移，合力f(t)可以相对于偏心振动器设备2400的基座定向为大约π/4。
193.图26示出了根据本公开的实施例的第三振动模式，其中线性振动相对于水平方向成一定角度定向。通过将第一轴和第二轴的初始旋转角度设定为大约3π/4，可以获得大约3π/4的相对角度偏移，如图26所示(在图26中设定t2等于t0)。在该示例中，第一质量构件可以以角度3π/4和7π/4与第二质量构件基本对齐，如图26中对应于时刻t0和t4的图表所示。因此，将合力f(t)的振荡方向相对于π/4相对角度偏移的方向旋转角度π/2(见图25)，使这样的力基本上与笛卡尔坐标系相对于图25运动的x-y平面的另一对角线对齐。
194.图27示出了根据本公开的实施例的第四振动模式，其中线性振动相对于水平方向成一定角度定向。控制系统可以将第一轴和第二轴各自旋转的初始角度设置为π/2，导致大约如图27所示的相对角度偏移π/2。在该示例中，第一质量构件可以前进例如π/2，而第二质量构件可以前进π/2。这样，第一质量构件可以基本上以角度π/2和3π/2与第二质量构件对齐，如图27中对应于t0和t4的图所示(在图27中设定t1等于t0)。合力f(t)的振荡因此可以基本垂直于水平方向(即，沿着y方向排列)。因此，该运动本质上是垂直的、上下振动。在这种振动模式下，可以使筛架或面板组件以基本垂直于地面的线性振荡运动振动。
195.这里描述的控制系统可以在偏心振动器设备的操作期间引起共线轴的相应旋转角度的变化。在这点上，当偏心振动器设备运行时，振荡运动的平面可以改变。在不同的操作模式中，振动运动可以从线性振动变为圆形或椭圆形振动。例如，控制系统可以使偏心振动器设备的共线轴以共同的方向和共同的角速度旋转，以产生基本上圆形的机械激励。例如，当系统产生具有反向旋转质量的线性运动时，控制系统可以改变基本上共线的轴中的第一轴(或者，在一些情况下，第二轴)的旋转方向被反转。在这种反转时，控制系统还可以使第一轴和第二轴成角度地对准——第一轴和第二轴都不会相对于另一轴成角度地提前或延迟。因此，基本共线的轴配置成以共同的角频率ω在共同的方向上旋转，轴之间没有角度偏移，导致偏心振动器设备的基本圆周运动。在进一步的实施例中，椭圆以及圆形振动可以用在相同方向上旋转但具有相对偏移的质量来实现。
196.在进一步的实施例中，偏心振动器设备可以产生基本上圆形的机械激励，而不依赖于控制系统来配置圆形运动和提供动力。在这样的实施例中，偏心振动器设备的轴的旋转方向可以通过改变产生轴旋转的三相异步感应电动机的三个输入电源引线中的两个的极性来反转。例如，三相系统可以包括(i)第一线电源l1、第二线电源l2和第三电源线l3，以及(ii)第一马达端子t1、第二马达端子t2和第三马达端子t3。轴的顺时针旋转可以通过将l1连接到t1、l2连接到t2以及l3连接到t3来实现。可选地，轴的逆时针旋转可以通过切换l1连接到t3，保持l2连接到t2，以及切换l3连接到t1来实现。
197.控制系统可以允许实时或接近实时地控制马达组件速度和/或振动力方向。颗粒物质从分离器系统的进料端输送到排放端的速率又可以通过控制连接到分离器系统的偏心振动器设备的特性来控制。除了振动筛系统之外，偏心振动器设备可以连接到进料器，例如振动式进料器，在那里可以精确控制物料的进料速率。例如，在大容量处理应用中，可以增加输送速率，以将颗粒物质或其他类型的固体从筛分表面移开和/或将筛分表面区域暴露于进入的物质流。作为另一个例子，可以通过增加物料在筛分表面上的停留时间来降低输送速率以增加筛分物料的干燥度。
198.稀释节省量显示给用户，作为专有钻机和第三方钻机之间稀释率3510和sce丢弃
3512的比较。在一些情况下，用户界面3200可以提供关于如何改进操作员操作台的建议，例如通过调整固体控制来提高固体系统的效率，从而减少浪费、改进稀释和降低成本。额外的钻井浆料参数可以被比较并显示在用户界面3200中。例如，水(桶)3514、重晶石3516、化学品3518和基础油3520的比较可以显示这些井的性能如何比较。然后，用户可以对油井运行参数的变化做出明智的决定，以改善油井性能。
199.图28示出了配置成生成与钻井浆料质量和效率相关联的数据和视觉表示的系统的示意图。该系统可提供重要的反馈、统计数据和效率，这些信息可用于通知有关固体控制设备操作的商业决策。根据一些实施例，系统2800包括计算资源2802，其可以远离钻井现场。计算资源2802可以是本文所述的任何合适类型的计算系统，并且可以包括一个或多个服务器、分布式计算平台(例如，云计算服务)或一些其他类型的基础设施或联网计算资源。在一些实施例中，计算资源2802包括一个或多个服务器计算机2804(1)、2804(2)、
…
2804(p)，它们可以位于任何合适的位置并且可以共享系统所需的任务。计算资源2802具有一个或多个处理器2806和存储器2808。存储器2808存储一组或多组计算机可读指令2810，其包括当被执行时使计算资源2802执行各种操作(例如，通过执行过程、例程和任务)的指令。
200.根据一些实施例，计算资源2802从一个或多个井场2812(a)、2812(b)、2812(n)接收报告。作为示例，计算资源2802将从一个或多个井场2812(a)接收报告，例如钻井浆料报告或流体体积跟踪器。浆料报告可以包括关于钻井液(例如，钻井浆料)的数据，这可以有助于保持流体静压、将钻屑输送到地面、冷却钻头和钻柱、以及密封井筒等。浆料报告可包括与浆料相关的数据，例如但不限于密度、流变性、滤失量、化学性质以及固体控制和分析。浆料报告通常由浆料工程师准备，并且可以采取任何合适的形式，例如物理文档、电子文档，并且可以由从浆料工程师、从一个或多个传感器或来源的组合接收数据的一个或多个软件应用程序准备。
201.在一些示例中，浆料报告的至少一些部分由传感器自动生成，该传感器捕获与钻井浆料和/或钻井设备的时间相关状态相关联的数据。浆料报告可以通过任何合适的方法发送到计算资源2802，诸如利用任何合适的技术和协议的有线连接或无线连接。在一些情况下，浆料报告在电子邮件中发送到计算资源2802。钻机2812(a)可以通过诸如互联网的网络2814与计算资源2802通信。
202.浆料报告通常可包含大量关于钻井浆料的信息，并且报告的分析或一系列报告可用于确定钻井作业的变化，以提高效率、增加吞吐量、提高油井生产率、降低成本和减少浪费等。在一些情况下，浆料报告可以包括与浆料当前密度相关的数据，浆料当前密度是浆料将钻屑悬浮或清除井筒内的障碍物至地面的能力。浆料的密度可以在进入井筒之前确定，并且在离开井筒之后再次确定，以确定由于从井筒取出固体而导致的密度变化。
203.浆料报告可以包括与浆料流变性相关的数据，该数据表示浆料的流动特性。流变数据可包括诸如屈服点的数据，屈服点指示浆料流动所需的剪切应力；漏斗粘度，是浆料流过漏斗时粘度分布的量度；塑料粘度是流变仪或粘度计测量的粘度；凝胶，在预定的无干扰时间后测量凝胶强度。
204.浆料报告还可包括与浆料滤失量相关的数据，该数据表明流体因保持流体静压而滤失以及其他损失。流体损失数据可包括滤液体积、滤饼厚度、高温高压下的静态过滤行为、水损失等。
205.浆料报告还可包括与浆料化学性质相关的数据，这些数据可用于确保浆料的物理性质不会随时间变化，也不会侵蚀井筒。化学性质数据可能包括，除其他外，指示浆料系统氢离子浓度及其酸度或碱度的酸碱度(ph)、浆料中氯化物的总含量、钾(k)和钙(ca)的水平、浆料滤液的酚酞碱度、浆料滤液的甲基橙碱度和浆料中的粘土含量。
206.浆料报告还可能包括固体控制分析，该分析表明lgs的测量值、hgs的测量值、浆料系统中的水百分比、浆料系统中的油百分比以及浆料系统中的总固体，以及其他参数。
207.这些特性以及其他特性是油井设备的重要性能指标(如油井生产效率)。可以周期性地向计算资源2802发送浆料报告，例如一天一次、一天两次、一天四次或另一增量。浆料报告可以存储在数据存储2816中，用于聚集和分析。
208.指令2810可包括对聚集的浆料报告进行分析的各种指令，其可提供可导致井场更有效操作的数据，这将在下面进一步详细描述。
209.数据分析的结果可以用于确定建议、趋势、成本、性能或其他有用信息，并且可以传送到与用户2822相关联的用户设备2820。用户可以是一个或多个井场的利益相关者，例如浆料工程师、投资者、所有者、操作者或一些其他相关方。在某些情况下，对浆料报告中聚集的数据进行的分析将显示出有助于更有效、更经济地操作固体控制设备或两者兼有的趋势。
210.在一些实施例中，固液分离系统包括收集与钻井浆料相关的数据的一个或多个传感器。振动筛配置成将固液混合物分离成第一含固体组分和振动筛流出物，离心机被配置成将振动筛流出物分离成第二含固体组分和离心机流出物。来自传感器的信号被生成并被发送到计算资源2802，该传感器配置成测量第一含固体组分、振动筛流出物、第二含固体组分和离心机流出物的一种或多种的特性。在一些实施例中，基于测量的特性的控制信号从计算资源2802返回，并可用于调整浆料的一个或多个参数。在某些情况下，控制信号发送用于降低或最小化成本度量的建议、控制或参数。成本度量可以取决于稀释成本、处置成本、能源成本、浆料置换和维护成本以及npt成本中的一个或多个。这里考虑了各种其他成本度量，例如结合图5-7示出和描述的任何一个或多个成本度量，并且可以与这里描述的任何实施例一起使用。
211.图29示意性地示出了计算资源2802。计算资源2802包括一个或多个处理器2806和存储指令的存储器2808。存储器存储任何合适的操作系统2902和一组或多组计算机可读指令。一些示例性指令包括数据接收器程序2904、井性能程序2906、切片(slicer)程序2908、分析器程序2910、交互程序2912、趋势数据程序2914、财务程序2916和用户输入程序2918等。
212.计算资源2802可以与数据存储2816通信，以存储和检索历史井性能数据。数据接收器程序2904包括允许计算资源2802接收各种格式的数据的指令。在一些情况下，计算资源2802接收以机器可读文件格式传送的定期浆料报告。在某些情况下，浆料报告以可填写的表格、电子表格或其他类型的文件格式交付，并可根据需要从一个或多个钻井现场推送或拉出。在一些示例中，浆料报告在与计算资源2802可访问的邮件服务器相关联的电子邮件中发送。数据接收器程序2904能够接收浆料报告并提取浆料报告中包含的数据。在一些实施例中，数据接收器程序2904配置成解析电子邮件以确定所附文件包含浆料报告。数据接收器程序2904可以使用自然语言处理、关键词识别或一些其他类型的人工智能来确定接
收到的数据的内容。
213.数据接收器程序2904可以解析浆料报告的内容，并格式化和/或标准化数据以存储在数据存储2816中。在一些实施例中，数据接收器程序2904配置成通过分类法来标准化各种浆料报告，该分类法根据预定的分类法来标记输入数据并将输入数据存储在数据存储2816中以供以后分析。
214.井性能程序2906可以访问数据存储2816以确定井场的历史性能。这可以通过使用生成油井性能度量的算法的数据分析来执行。在一些情况下，井性能程序2906利用诸如平均稀释度、平均丢弃率、平均生产率、总浆料产量和其他数据类型来指示历史井性能。在一些实施例中，可以近乎实时地分析输入数据，并且可以生成当前的油井性能。
215.切片程序2908允许用户分析、查看和创建关于向计算资源2802提供数据的所有钻探站点的子集的报告。例如，切片程序2908可以按地理位置、按所有者、按操作者、按类型、按日期、按技术、按制造商、或允许浆料报告被分析并视为先前已经聚集的所有浆料报告的子集的一些其他过滤器或过滤器的组合来分离井场。这可能有助于确定钻机是否以与其他钻机类似的效率水平运行，例如地理上靠近给定井的其他井。
216.分析器程序2910解析存储在数据存储2816中的浆料报告数据，并确定可用于提高一个或多个钻机的操作效率的趋势、异常和模式。分析器程序2910可以使用一个或多个机器学习算法来确定趋势和关联。这种机器学习算法可以包括但不限于神经网络、线性回归、最近邻、贝叶斯、聚类、k均值聚类、错误检查(例如，值超出范围、丢失数据等)、自然语言等等。
217.交互程序2912提供便于用户交互的界面。例如，可以生成用户界面，以允许一个或多个用户查询与一个或多个操作员、钻机或油井相关联的数据。交互程序2912可以生成允许用户与计算资源2802交互的基于网络的界面。在一些情况下，交互程序2912向相关联的个人用户请求登录凭证，并且可以允许个人用户仅获得对存储在数据存储2816中的数据的特定部分的访问。例如，特定的井操作员可能局限于检索、查看和分析与该特定井操作员操作的井相关联的数据。在某些情况下，特定的井操作员可以访问其他井操作员的聚集数据(例如按地理盆地)，但可能无法确定其他实体拥有的特定井场的单独数据。
218.财务程序2916可以配置有指令以输出与一个或多个钻机或钻井相关联的财务模型。例如，财务程序可以基于来自历史井的经验数据提供与修改钻机的固体控制配置的经济影响相关联的信息。例如，财务程序2916可以确定与降低钻井浆料密度相关联的成本节约，并提供最大化成本节约的建议。
219.根据一些实施例，所描述的系统允许用户查看时间属性，例如特定钻机和井的稀释、性能和废物管理，并将固体控制性能的趋势与钻井程序的变化相关联。在一些实施例中，该系统通过智能决策对可比较的钻井地点进行切片，例如通过按地理基础进行切片，从而允许钻井地点之间的公平比较。一个或多个数据质量算法可用于识别浆料工程师提供给系统的数据的问题。在一些实施例中，钻井盆地平均值和条件格式可用于提供基线和性能趋势，以在广泛的样本大小上对固体控制进行基准测试。
220.图30示出了根据一些实施例的示例数据流示意图3000。浆料工程师3002创建浆料报告，例如通过将数据输入软件程序，填写可填写的表格，并且在一些情况下，数据由确定钻井浆料的一个或多个参数的一个或多个传感器生成。浆料报告可以发送到多个位置，例
如发送到操作员3002以及计算资源2802。在一些实例中，浆料报告可以发送到电子邮件别名，该电子邮件别名可以配置为将浆料报告路由到一个或多个预期接收者，包括计算资源2802。浆料报告可以通过在计算资源2802上执行的数据收集和聚集3006过程来收集，并且可以包括自然语言处理来标记和存储数据。计算资源2802可以另外执行数据标准化过程3008，该过程允许来自不同来源和不同格式的数据被有意义地标记和存储，用于随后的分析、过滤和检索。在一些情况下，浆料报告可以使用不同的术语、具有不同的字段或者使用不同的格式，并且数据标准化过程3008可以将浆料报告的术语和格式标准化为统一的数据映射。
221.标准化数据然后被存储在数据存储2816中，用于随后的分析、过滤和检索。计算资源2802可以执行指令以提供用户界面3010，该用户界面3010允许诸如操作员3002的用户运行搜索、查询，并接收警报、通知、建议和更新的机器运行参数，以改善井的一个或多个特征。在一些情况下，操作员可以通过用户界面访问数据存储2816，以搜索和检索与一个或多个钻机或井相关联的原始数据。在一些情况下，操作员3002可以检索与多个钻机或井相关联的趋势或历史数据，这些趋势或历史数据可以通过预定分组来分组，例如地理盆地、井类型、操作员拥有的或一些其他分组。在一些情况下，可以为操作者3002不拥有或控制的钻机或井提供历史统计数据，并且操作者可以查看由操作者3002控制的钻机或井与不由操作者3002控制的钻机或井的比较。
222.根据一些实施例，本文描述的系统和方法提供了基于网络的应用，该应用使得用户能够以有意义的方式访问数据，例如通过具有可用于跟踪钻机的历史、趋势和性能的预限定报告。在某些情况下，数据可由用户检索，但是某些数据不容易被特定的钻机、井或操作者识别。可用细节的级别可以基于系统的用户凭证等。在一些实施例中，用户能够根据有意义的子集(例如按地理盆地)对数据进行切片，这允许操作者的队和第三方拥有的队之间的比较选项。用户可能能够基于钻机、井稀释、井性能和废物管理来查看时间信息，并将固体控制性能的趋势与钻井程序的变化相关联。
223.在一些实施例中，用户界面提供历史平均值，例如根据地理盆地，并且用户可以将当前操作性能与整个地理盆地的历史基线性能进行比较。在某些情况下，数据被标准化，例如考虑不同长度的井，以扩展适用的数据集并提供性能测量。
224.在一些情况下，用户界面3010允许操作员查看与井或井组相关联的参数，以便做出明智的决定和行动。例如，用户可以查看与avg井lgs％中的一个或多个相关联的信息，并对其进行操作；固体去除效率％；总稀释度；建造的浆料总量；总拖运量(废物量)；废弃率；稀释率；总稀释度/英尺；总浆料量/英尺；平均塑性粘度；平均屈服点；平均浆料重量；间隔天数；区间长度；基础油添加量；加水量；重量物料添加量；化学添加量；稀释成本(基于用户限定的成本/桶)；拖运成本(基于用户限定的成本/桶)；基础油成本(基于用户限定的成本/桶)；重量物料成本(基于用户限定的成本/桶)；上述指标的盆地平均值；以及数据质量分析和错误检测等因素。
225.图31示出了根据一些实施例的系统的示例过程流程3100。在框3102，系统接收一个或多个浆料报告。浆料报告可以定期发送，例如一天一次、一天多次或一些其他定期或非定期间隔。浆料报告可由浆料工程师或与钻井作业相关的其他人员或系统发送。浆料报告可以自动生成，例如通过连接到钻井设备的传感器。浆料报告可以手动生成，在某些情况
下，浆料报告是自动生成的数据和手动获取的数据的组合。浆料报告可以通过任何合适的过程获得，例如通过接收电子文件、从一个或多个传感器提取数据、通过电子邮件或一些其他方法。
226.在块3104，系统解析浆料报告。这可以包括打开附加文件、调用应用编程接口(“应用编程接口(api)”)来提取数据、对数据执行自然语言处理或语义处理，或者一些其他过程。
227.在块3106，数据被标准化和规范化。在某些情况下，数据可能来自不同的来源，采用不同的格式，包括不同的标签或语义，或者与不同的井类型和大小相关联。在这些情况下，可以对数据进行标准化，例如通过对数据应用分类并将标准化标签分配给数据进行分类。在某些情况下，数据被标准化，例如考虑到不同的井长度，因此数据可以以有意义的方式与来自其他井的数据进行比较。
228.在块3108，将一个或多个机器学习算法应用于数据。可以应用任何合适的机器学习算法，例如在块3110，以寻找趋势、异常或因果，并且可以用于生成和提供用于改善油井性能的建议。在某些情况下，建议包括改变固体控制配置，以提高性能、提高效率、减少浪费、降低成本等。
229.在块3112，建议被提供给用户。建议可以通过用户界面传递，或者可以推送给用户，例如通过即时通信，例如文本消息、电子邮件、sms消息或一些其他形式的提醒或建议。
230.该系统通过综合日常浆料报告中的钻井液特性、特征和井筒几何形状来测量固体控制效果和成本节约指标，从而对现有技术进行了大量改进。浆料报告分发给钻井过程中的利益相关者，并且所描述的系统的实施例获取原始数据并将其转换成决策质量信息，并以基于机器学习算法的建议来完成，所述机器学习算法通知操作者或建议采取的步骤以提高生产率、提高井性能、降低成本、减少浪费和提高效率。数据分析和建议系统允许决策者、工程师和技术人员使用工具和建议来优化固体控制配置并降低钻井过程的相关成本。所描述的系统的实施例分析数据并向用户提供以前不能通过简单地查看流体报告(例如浆料报告和体积跟踪电子表格)而获得或可能获得的度量。所描述的系统进一步将钻井平台和油井数据与来自同一运营商的其他钻井平台和油井进行比较，与聚合盆地平均值进行比较，并通过无数因素对该数据进行切片，以实现网络效应。此外，所描述的实施例拓宽了用户可用的固体控制性能评估的范围，并且集中该工具来提供对特定应用的成本节约的有价值的见解。
231.此外，本文描述的实施例提供了固体控制系统中的反馈回路，并且比较了流体和废物处理成本节约、流体特性以及不同的固体控制设置。对现有技术的这些改进使操作员能够优化循环、减少环境影响并提高固体控制设备的成本节约。
232.图32示出了示例用户界面3200，其可以与本文描述的方法和系统一起使用，用于改进固体控制。用户界面3200提供了井的一个或多个特性的可视化，并且在所示实施例中，提供了当前选择的操作员和第三方井之间的比较。例如，操作者选择器3202中的选择允许用户选择井操作者，其在所示示例中是通用能源(generic energy)。井名选择器3204允许用户选择一个或多个井来分析。此外，钻机选择器3206允许选择井场的一个或多个钻机。流线振动筛选择器3208允许用户指定正在使用的振动筛的类型。
233.基于所选标准，系统分析在一个或多个浆料报告中收集的数据，并根据所选标准
显示相关数据。例如，用户界面3200可以通过查看平均稀释率(bbls)3210、sre百分比3212和平均值sce丢弃率3214。
234.系统能够根据系统获取的历史浆料报告确定这些节约。例如，估计的稀释成本节约可能基于油井的测试数据。在钻井的一个例子中，1465桶钻井液用于稀释，成本为60美元/桶钻井液，成本为87166美元。总共钻取了1110桶钻屑，其中1005桶被去除并丢弃，留下105桶需要稀释的漏切钻屑。此外，随着废弃的切割，总共废弃了1649桶液体和lgs，包括644.5桶液体和1004.7桶lgs。通过改进的固体控制系统，可以节省大量成本。例如，改进的固体控制系统可以导致13:1的实际稀释比，50％的遗漏钻屑去除率增加(即，大约50桶额外的钻屑被去除)，以及减少125桶钻屑上的液体去除率(即，20％的浆料损失)。根据这些估计，可以节省13*60*50+125*60＝46,500美元的成本。用户界面3200可以显示代表油井操作变化的这些类型的成本节约。
235.同样，处置成本的估算如下。在一个例子中，可以假设运输废物的成本为20美元/桶。采用改进的固体控制系统，增加了r桶的固体去除率，减少了o桶的切割残留液，可节省20*o
–
20*r的成本。上述油井的数据也可用于估算处置成本。例如，以油井为例，运输废物的处置成本可能为17美元/桶。总共钻了1110桶钻屑，丢弃了1649桶废物。在丢弃的废物中，644.5桶是液体，1004.7桶是lgs。使用改进的固体控制系统将去除的固体增加50桶(即50％的漏失钻屑)，并将保留在钻屑上的液体减少125桶(即20％的浆料损失)，可节省17*125
–
17*50＝1,275美元的成本。用户界面能够显示这些数值的节省(numerical savings)，并提供如何提高井场效率的建议。
236.图33示出了示例用户界面3200，该界面显示了基于所选井所采用的固体控制系统的所选井之间的成本差异。作为比较，选择使用generic brand的流线振动筛和derrick equipment company制造和销售的专有流线振动筛对油井进行比较。一系列可变输入允许用户输入实际值，例如每桶浆料成本3302、基础油成本3304、重晶石成本3306和每桶运输成本3308。根据这些变量值，结合获取的浆料报告数据，系统能够通过用户界面显示所选油井之间的总成本差异。总成本差异可能至少基于稀释成本、sce丢弃、拖运成本、基础油成本、间隔长度、重晶石成本和其他方面的差异。因此，系统能够根据钻井设备和运行参数的变化显示财务变化。
237.在一些实施例中，系统接收来自与固液分离系统相关联的一个或多个传感器的输入，例如图5-7或表1-6中列出的任何输入。另外地或可选地，系统通过手动输入接收输入，手动输入可能包括上述任何输入。在某些情况下，从传感器数据中获取一个或多个输入，通过手动输入获取一个或多个输入。
238.图34示出了另一个示例用户界面3200，该用户界面显示了特定运行员油井与第三方运行油井相比的表现。用户界面3200可从数据存储中检索历史数据，该数据存储可填充浆料报告、每日钻井报告和其他与油井运行和性能有关的信息。在一些情况下，用户界面3200将显示各种成本的比较，例如基础油成本3402和平均拖运成本3404。可以对油井进行比较，例如设备、设备运行参数、固体控制，用户可能会收到关于如何改善所选油井性能的建议。
239.图35示出了示例用户界面3200，其比较了所选井之间的稀释度。例如，用户可以为给定的操作员选择所有钻机，并将其与同一操作员或不同操作员运行的不同钻机进行比
较。在所示示例中，第一操作员选择器3502允许用户选择操作员，第一钻机选择器3504可用于选择一个或多个钻机。比较面板允许操作员在第二操作员选择器3506和第二钻机选择器3508中进行选择。如图所示，选择器用于选择专有钻机和第三方钻机之间的比较。
240.本文所述的实施例改进了石油钻井技术，尤其是，一些实施例被设计为专门改进钻井浆料中的固体控制。系统可以获取浆料报告，这些报告可以通过多种机器学习算法中的任何一种进行解析、标记、存储和分析。机器学习算法可以分析存储数据的趋势、因果关系，并确定改进一台或多台钻机固体控制的方法。依靠人工智能提高油井效率，可以降低环境影响、减少浪费、减少所需电力、提高产量、提高油井作业效率，并大幅节约成本。所述系统提供了一个反馈回路，用于检测和比较流体和废物处理指标、浆料特性，并区分固体控制设置。
241.本发明阐述了示例性实施例，因此并不打算以任何方式限制本发明的实施例和所附权利要求的范围。上面已经借助于说明指定功能及其关系的实现的功能构建块描述了实施例。为了便于描述，本文任意限定了这些功能构建块的边界。可在适当执行指定功能及其关系的范围内限定备用边界。
242.上述对特定实施例的描述将充分揭示本发明实施例的一般性质，使得其他人可以通过应用本领域普通技术人员的知识，容易地修改和/或适应这些特定实施例的各种应用，而无需过度实验，不偏离本发明实施例的一般概念。因此，基于本文给出的教学和指导，此类适应和修改旨在在所公开实施例的等效物的含义和范围内。本文中的术语或术语用于描述而非限制，使得说明书中的术语或术语将由相关领域的普通技术人员根据本文中给出的教导和指导进行解释。
243.本发明实施例的广度和范围不应受到上述任何示例实施例的限制，而应仅根据以下权利要求及其等价物进行限定。
244.条件语言，例如，除其他外，“能够(can)”、“能够(could)”、“可以(might)”或“可以(may)”，除非另有明确说明，或在所使用的上下文中理解，通常旨在传达某些实现可能包括，而其他实现不包括某些特征、元件，和/或操作。因此，这种条件语言通常并不意味着一个或多个实现以任何方式需要特征、元件和/或操作，或者一个或多个实现必然包括用于在有或没有用户输入或提示的情况下决定这些特征、元件和/或操作，和/或在任何特定实施中包括或将要执行的操作。
245.本说明书和附图公开了可提供分离设备控制和优化的系统、设备、设备和技术的示例。当然，为了描述本发明的各种特征，不可能描述元件和/或方法的每一个可想象的组合，但是本领域的普通技术人员认识到，所公开的特征的许多进一步的组合和排列是可能的。因此，可以在不脱离本发明的范围或精神的情况下对本发明进行各种修改。此外，考虑到说明书和附图以及本文所示的公开实施例的实践，本发明的其他实施例可能是显而易见的。规范和附图中提出的示例在各方面均应视为说明性的，而非限制性的。尽管本文使用了特定术语，但它们仅在一般和描述性意义上使用，不用于限制目的。
246.本领域技术人员将理解，在一些实施方式中，可以以替代方式提供上述过程和系统提供的功能，例如在更多软件程序或例程中分割或合并为更少的程序或例程。类似地，在一些实现中，所示出的过程和系统可以提供比所描述的更多或更少的功能，例如，当其他所示出的过程分别缺少或包括这样的功能时，或者当所提供的功能量被改变时。此外，虽然可
以将各种操作说明为以特定方式(例如，串行或并行)和/或特定顺序执行，但本领域技术人员将理解，在其他实现中，可以以其他顺序和其他方式执行操作。本领域技术人员还将理解，上面讨论的数据结构可以以不同的方式构造，例如通过将单个数据结构拆分为多个数据结构，或者通过将多个数据结构合并为单个数据结构。类似地，在一些实现中，所示数据结构可以存储比所描述的更多或更少的信息，例如当其他所示数据结构分别缺少或包括此类信息时，或者当所存储的信息的数量或类型被改变时。如图中所示并在本文中描述的各种方法和系统代表示例实现。这些方法和系统可以在软件、硬件或其他实现中的组合中实现。类似地，在其他实现中，可以改变任何方法的顺序，并且可以添加、重新排序、组合、省略、修改各种元件等。
247.综上所述，应当理解，尽管为了说明的目的在本文中描述了具体实现，但是可以在不偏离所附权利要求的精神和范围以及其中所述元件的情况下进行各种修改。此外，虽然以下某些方面以某些权利要求书形式呈现，但发明人在任何可用的权利要求书形式中考虑了各个方面。例如，虽然当前只有一些方面可以描述为体现在特定配置中，但其他方面同样可以被体现。可以进行各种修改和改变，这对于受益于本发明的本领域技术人员来说是显而易见的。其意图包括所有此类修改和变更，因此，上述描述将被视为说明性的，而不是限制性的。