技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及儲存集裝箱。本發(fā)明還涉及用于從支撐劑集裝箱排出支撐劑的設(shè)備。

背景技術(shù)：

水力壓裂是由于加壓流體的存在所造成的巖層中的碎裂傳播。水壓裂縫在礦脈或巖脈的情況下可以自然地形成，或者可以是人為的，以釋放石油、天然氣、煤層氣、或用于提取的其它物質(zhì)。壓裂是通過鉆入到儲集巖地層中的井筒完成的。來自高增壓的壓裂流體的注射的能量在巖石中形成新的通道，該通道可以增加化石燃料的提取率和最終采收率。一般通過將支撐劑引入到所注射的流體中在注射后保持裂縫寬度。支撐劑是防止裂縫在注射停止時閉合的材料，例如砂粒、陶瓷粒、或其他顆粒。

隨著過去十年內(nèi)水力壓裂的崛起，對支撐劑的需求急劇上升。目前全球供應(yīng)緊張。全球支撐劑供應(yīng)商的數(shù)量自2000年以來從少數(shù)增加至遠超過50個的砂、陶瓷支撐劑和樹脂涂層支撐劑的生產(chǎn)商。

目前為止，主要的支撐劑是由古風(fēng)化石英構(gòu)成的硅砂，其是在地球的大陸山頂中最常見的礦物。與在手指間揉搓時通常有砂礫感的常見砂不同，用作支撐劑的砂由于其圓的、球形的形狀和嚴格分級的顆粒分布而傾向于摸起來是滾動的。砂品質(zhì)是沉積和加工兩者的函數(shù)。粒度至關(guān)重要，這是因為受井下條件和完井設(shè)計的限制，任何給定的支撐劑都必須可靠地落入特定篩目范圍內(nèi)。一般地，較粗糙的支撐劑由于顆粒間的較大孔隙而允許較高的流動能力。然而，由于用于承受通常在深的含油地層和含氣地層中出現(xiàn)的應(yīng)力的顆粒與顆粒的接觸點相對較少，所以較粗糙的支撐劑在應(yīng)力下可能更易于破裂或者被壓碎。

一般地，在任何水力壓裂操作中，需要大量的這種支撐劑。一般地，已經(jīng)難以在壓裂現(xiàn)場處有效地儲存支撐劑。另外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，將支撐劑有效地運輸?shù)狡谕奈恢檬窍喈?dāng)困難的。通常，支撐劑在貨車的后部被拖運到期望的位置，并且就地傾卸。在這種情況下，支撐劑通常暴露于不利的天氣條件。這會在支撐劑的儲存期間大大降低其品質(zhì)。另外，將支撐劑保持在水力壓裂現(xiàn)場的集裝箱中需要在儲存設(shè)施方面的大量資金投入。一般地，在設(shè)施接設(shè)施的基礎(chǔ)上執(zhí)行這種儲存設(shè)施的卸載。這樣，需要能夠?qū)⒅蝿┯行У剡\輸?shù)脚c水力壓裂位置相鄰的期望位置，并且將支撐劑儲存在該位置處。

隨著被稱為“水力壓裂”的油氣井增產(chǎn)方法學(xué)的發(fā)展和接受，在將大量的支撐劑從當(dāng)?shù)厣暗V輸送到井口中已經(jīng)產(chǎn)生了突出的物流挑戰(zhàn)。該物流挑戰(zhàn)影響物流鏈上上下下的每個利益相關(guān)者。具體地，這包括砂礦主、鐵路部門、轉(zhuǎn)運設(shè)施、油田服務(wù)公司、貨運公司以及勘探與生產(chǎn)公司。將砂輸送到用戶的現(xiàn)有方法需要使用昂貴的專用設(shè)備和高水平的協(xié)調(diào)。這使得該方法受到破壞支撐劑有效流動到井口的大量問題的影響。使用目前方法的結(jié)果是在很大程度上是不必要的物流成本上花費數(shù)百萬美元。

砂礦在整個美國正迅速發(fā)展以滿足“頁巖熱潮”產(chǎn)生的對支撐劑的需求。已經(jīng)上線或處于發(fā)展的不同階段的最近礦中的大部分具有有限的運輸基礎(chǔ)設(shè)施來支撐砂從砂坑輸出。因此，許多礦正在建造會容納最多達到100輛或更多輛軌道車的鐵路岔道，所述軌道車可以被裝載和分級用于到指定目的地的運輸。除了鐵路軌道以外，這些公司還在昂貴的立式筒倉儲存設(shè)施上投資以儲存數(shù)千噸支撐劑。在物流鏈的接收端沒有同樣的流體轉(zhuǎn)運和儲存設(shè)施的情況下，砂礦不能有效地將支撐劑運送到頁巖地區(qū)。這對礦主造成損失的收益和生產(chǎn)率，以及對在目的地區(qū)域的支撐劑購買者造成更高的價格。

鐵路部門是將支撐劑從礦移動到各個頁巖地區(qū)所需的物流鏈的重要部分。由于在這些偏遠地區(qū)的一些中缺少鐵路軌道和轉(zhuǎn)運設(shè)施，鐵路部門必須選擇他們的客戶的輸送位置，并且確保他們的客戶有能力來有效地卸載軌道車。近來，鐵路部門已經(jīng)看到指派的漏斗車車隊困在那些沒有經(jīng)濟有效的儲存選擇來有效地卸載這些車的目的地處。因此，鐵路部門已經(jīng)被迫付出大量的機會成本。這樣，已經(jīng)發(fā)展出對于促進快速且廉價地從軌道車卸載支撐劑的能力的需要，以使得鐵路部門能夠提高軌道車車隊的速度、周轉(zhuǎn)和創(chuàng)收能力。

轉(zhuǎn)運設(shè)施處的有限儲存嚴重限制了許多目前設(shè)施的有效運轉(zhuǎn)的能力。大部分轉(zhuǎn)運設(shè)施被迫通過沿著鐵路側(cè)線引進貨車(即氣動裝置)并且將砂從軌道直接輸送到貨車來卸載軌道漏斗車。這需要在轉(zhuǎn)運部分以及貨運群體的緊張的協(xié)調(diào)工作。長的貨車線很常見，并且在全國范圍內(nèi)滯期費(即由貨運公司收費的等待時間)總計達到幾億美元。這樣，轉(zhuǎn)運者不能夠充分實現(xiàn)輸送裝置和其他物料裝卸裝置的使用。這些轉(zhuǎn)運終端的吞吐率大大降低了終端的有意義收益的成本計算。

此外，最佳的轉(zhuǎn)運終端位置是固定的并且不能夠從一個頁巖支付區(qū)域移動到另一個。固定筒倉和平式儲存設(shè)施的投資者可以看到那些投資下滑的使用和價值。在這種固定筒倉上的投資的潛在損失經(jīng)常會將投資資本從這些類型的未來計劃嚇跑，使得進一步加劇了物流鏈的問題。這樣，已經(jīng)發(fā)展出對于用于支撐劑的可移動的、廉價儲存和輸送的解決方案的需要，該解決方案會有助于復(fù)蘇改進設(shè)施和使現(xiàn)有的和新的轉(zhuǎn)運和儲存設(shè)施的創(chuàng)收潛能最大化所需的資本。

在頁巖地區(qū)中有效的轉(zhuǎn)運和儲存設(shè)施的缺乏對貨運車隊的效率產(chǎn)生了不好的影響。雖然貨運公司通常已經(jīng)收取了滯期費以補償?shù)却龝r間和損失的生產(chǎn)率，但是那些類型的費用受到了來自客戶群的大量阻力。當(dāng)貨運公司需要排隊等待裝載，或經(jīng)常在井場處等待卸載時，裝置在一天中可以進行的輪轉(zhuǎn)非常有限。貨車更通常地每天進行一次旅程，并且很常見地可能每兩天或每三天進行一次輸送，而不是在單日內(nèi)輪轉(zhuǎn)兩次或三次裝載。這種有效車隊使用的缺乏導(dǎo)致貨運公司與本來所需的相比不得不購買更多的裝置并且雇用更多的司機來搬移同樣數(shù)量的物料。這樣，期望的是省去滯期費并且為貨運公司帶來變得更可盈利的機會，同時使裝置上的投資更小。

服務(wù)公司(例如壓裂公司)受目前的支撐劑輸送方法所困。這是由于低效的轉(zhuǎn)運設(shè)施和氣動(散裝)貨車輸送。如果服務(wù)公司沒有支撐劑供應(yīng)，則其不能壓裂井。眾所周知的是，圍繞有效地將支撐劑輸送至井場的問題是成功完成壓裂作業(yè)的服務(wù)公司的主要挑戰(zhàn)之一。由于井場處缺乏需要的支撐劑，因此壓力泵、連續(xù)油管和其他油氣井增產(chǎn)裝置經(jīng)常在現(xiàn)場閑置。由于對在支撐劑物流鏈的上游所發(fā)生的缺乏控制，因此在井位處“篩選掉(screening-out)”或用完支撐劑是很常見的。這導(dǎo)致服務(wù)公司的較小利潤率。許多小型到中型水力壓裂公司很少有或沒有物流基礎(chǔ)設(shè)施。一些已經(jīng)進入了市場，而沒有過多考慮與進行必要供給的輸送以完成油氣井相關(guān)聯(lián)的物流問題。這樣做的話，這些公司中的許多都已經(jīng)為了生存而被迫尋找物料的來源并且采用非常昂貴的物流選擇。這已經(jīng)導(dǎo)致高于市場的定價以完成油氣井。還存在錯過否則可行的水力壓裂合同的風(fēng)險。這樣，需要為了適當(dāng)?shù)馗偁幎娼档统杀尽?/p>

勘探和生產(chǎn)公司以及全體美國居民為困擾支撐劑供應(yīng)鏈的全部低效和浪費支付最終賬單。服務(wù)公司被迫通過考慮供應(yīng)鏈問題的歷史成本來對水力壓裂服務(wù)進行定價。勘探和生產(chǎn)公司需要傳遞生產(chǎn)的整體增加成本。這樣，需要提供有成本效益的解決方案以提高支撐劑物流鏈中的利益相關(guān)者的盈利能力，同時降低消費者的整體成本。

本發(fā)明人在2012年3月22日提交的美國專利申請13/427,140號描述了一種用于在裝載站和井場之間輸送支撐劑的系統(tǒng)。該申請描述了將儲存集裝箱放置在鄰近列車站點的位置，使得支撐劑在由列車輸送時可以排出到集裝箱中。然后可以運輸集裝箱以在裝載區(qū)將其堆疊地儲存，或可以將集裝箱輸送到裝載站處的傾斜機構(gòu)。傾斜機構(gòu)會傾斜集裝箱以使得支撐劑能夠從其中向外流出。該支撐劑會通過輸送機流出到氣動貨車。然后貨車可以在高速公路上將支撐劑運輸?shù)骄畧?。在井場處，來自氣動貨車的支撐劑之后可以排出到井場處的二十英尺集裝箱中。這些二十英尺集裝箱可以以堆疊的配置儲存在井場處。最后，集裝箱中的每個都可以被運輸?shù)骄畧鎏幍牧硪粋€傾斜機構(gòu)，使得儲存集裝箱中的每個中的支撐劑都可以排出到輸送機上并且最后用于在壓裂操作期間使用。

在該美國專利申請13/427,140號中，使用的二十英尺ISO集裝箱是世界上最便宜并且最容易得到的運輸裝置件之一。確定的是，二十英尺集裝箱的使用使得能夠通過對內(nèi)壁的各種小的改造和二十英尺ISO集裝箱的加強來運輸支撐劑。有效容量比可接受的容量大。確定的是，經(jīng)改造的二十英尺集裝箱可以容納超過四十五噸的支撐劑。未改造的二十英尺ISO集裝箱的成本小于四千美元。這使得其與建造立式筒倉或平式儲存建筑相比非常實惠。

二十英尺ISO集裝箱通過在集裝箱的頂部切割出孔并且配置不透水的鉸接蓋來改造，可以由任意數(shù)量的容易獲得的傳輸單元通過該蓋傾卸支撐劑。在二十英尺ISO集裝箱中還存在下部蓋。該下部蓋可以打開以將支撐劑從二十英尺ISO集裝箱卸出。作為替換方案，制造方形限料閘并將其焊接到二十英尺集裝箱的垂直后下側(cè)。該閘蓋使得集裝箱能夠以自卸貨車底板的形式傾斜。因此，砂可以從限料閘流出，同時使砂流減速。

該專利申請?zhí)峁┝私?jīng)由集裝箱將砂從標準軌道漏斗車轉(zhuǎn)運到二十英尺的ISO集裝箱的能力。確定的是，集裝箱可以在不到二十分鐘之內(nèi)裝載至少四十五噸支撐劑。通過沿著鐵路軌道預(yù)先放置集裝箱，可移動的輸送機可以使列車從一端到另一端地工作，并且以非常有效和及時的方式卸載列車。這部分方法省去了調(diào)用可以由輸送單元系統(tǒng)地裝載的氣動貨車的協(xié)調(diào)工作。這使卸載列車的漏斗車所需時間減少了許多個小時。其還省去了在鐵路岔道和轉(zhuǎn)運設(shè)施處的貨車交通費和滯期費。

一旦支撐劑被裝載到集裝箱中，就會使用另一件專用裝置來升起滿的集裝箱并且將集裝箱堆疊在其他集裝箱上。集裝箱的可堆疊布置使得能夠在很小的占地面積之內(nèi)操作和儲存支撐劑。升起滿的集裝箱所需的專用裝置很重且很大，使得會在從一個位置移動到另一位置之前必須將其拆散成幾塊。這對這種裝置提供給集裝箱化方法的靈活性產(chǎn)生了一些限制。

通過“用集裝箱裝運的”支撐劑，發(fā)現(xiàn)可以添加庫存管理系統(tǒng)以提供與客戶在特定區(qū)域中擁有的支撐劑的量/庫存有關(guān)的實時、準確的信息。目前，許多支撐劑購買者都受到來自轉(zhuǎn)運設(shè)施的錯誤的容量報告的影響。這樣，他們可能會不確定正輸送到井場的支撐劑實際上具有他們已經(jīng)購買的質(zhì)量和等級。通過應(yīng)用庫存管理系統(tǒng)、將進入庫存和從庫存中出去的集裝箱打上條形碼并且進行掃描，客戶會確保他們已接收到他們的支撐劑，并且他們在訂購更多物料時會能夠簡化采購過程。

在該現(xiàn)有方法中，由于二十英尺ISO集裝箱需要被清空和轉(zhuǎn)運到氣動拖車中以輸送到井口，因此在方法中加入傾斜單元。該傾斜單元容納二十英尺ISO集裝箱。傾斜單元能夠升起集裝箱的一端并且產(chǎn)生通過限料閘完全清空集裝箱所需的角度。一旦傾斜，砂會流到輸送機的帶上并且垂直上升到料斗中。料斗靜止在鋼鐵制造的支架上。該支架足夠高，使得拉動氣動拖車的貨車可以在支架下駛過并且由料斗進行重力供料以裝滿砂拖車。這些“裝載站”可以沿路徑重復(fù)以緩解貨車在具有可用于裝載貨車的有限數(shù)量的輸送機的轉(zhuǎn)運設(shè)施處的瓶頸。又一次地，在該轉(zhuǎn)運設(shè)施處的貨車運輸滯期費可以通過該方法顯著降低。軌道車可以迅速卸載并且被釋放回鐵路部門。這還降低或省去了由鐵路部門對停留以等待卸載的軌道漏斗車收取的滯期費。

該現(xiàn)有方法產(chǎn)生了便宜的儲存解決方案，提高了轉(zhuǎn)運過程的效率，增加了庫存可視性和控制，并且降低了貨車和軌道兩者的滯期費。但是，其確實具有幾個限制。例如，二十英尺ISO集裝箱雖然能夠處理九萬磅的支撐劑，卻不能在公共道路上合法運輸。在大多數(shù)州，為了被認為是合法負載，車輛的最大允許總重量及其有效負載為八萬磅的車輛毛重。根據(jù)法律，為了達到法定重量限制，可以被分解為兩個或更多個單元的任何負載都必須被分為多個負載。由于支撐劑是可分的，因此法律不允許重的或超重的負載。

顆粒物料的休止角為當(dāng)斜面上的物料瀕臨滑動時相對于水平面的最陡的下降角或斜坡傾角。當(dāng)散裝顆粒物料被傾倒到水平表面上時，會形成錐形堆。堆表面與水平表面之間的內(nèi)角被稱為休止角，并且與顆粒的密度、表面積和形狀、以及物料的摩擦系數(shù)有關(guān)。休止角還取決于重力。

當(dāng)分析傾倒到二十英尺ISO集裝箱中的支撐劑的休止角時，很明顯的是這種集裝箱的許多空間是空的。具體地，在集裝箱由輸送機填充時，在沒有以某種方式操縱或傾斜集裝箱的情況下，不能利用二十英尺ISO集裝箱的上端。此外，當(dāng)通過原始的底部蓋清空集裝箱時，支撐劑會直接傾倒出底部并且使非常大量的物料位于集裝箱的底板上。

本發(fā)明人在2012年7月23日提交的美國專利申請13/555,635號為本專利的母專利。美國專利申請13/555,635號描述了一種通過采用原始的二十英尺ISO集裝箱并且將其分成兩半來新一代的集裝箱。這樣，提供了十英尺ISO集裝箱。確定的是，通過將集裝箱分為十英尺的配置，這種集裝箱可以容納大約45000到48000磅的支撐劑。更重要地，這種滿載的集裝箱的車輛總毛重可以在公共道路上合法地運輸。這是個重要突破。集裝箱可以在壓裂人員之前被輸送到井口，并且在壓裂過程期間省去砂輸送。因為任何壓裂作業(yè)所需的全部支撐劑都可以輸送并儲存在現(xiàn)場，所以這種十英尺ISO集裝箱有效省去了井場處的貨車運輸滯期費的出現(xiàn)。同時，這種十英尺集裝箱的使用有效消除了由支撐劑的休止角引起的問題，并且使得能夠更充分地利用這種十英尺ISO集裝箱的容量。發(fā)現(xiàn)這是該方法的最優(yōu)配置、尺寸和成本。

該在先申請利用在十英尺ISO集裝箱內(nèi)部制造并焊接的插入物。該插入物使得通過頂部蓋裝載的支撐劑能夠全部流出新設(shè)計的底部限料閘。省去了操縱或傾斜集裝箱的需要?，F(xiàn)在可以通過僅利用重力來填充和清空該十英尺集裝箱。

過去，已經(jīng)授權(quán)了與儲存和運輸設(shè)施相關(guān)的多個專利。例如，McGough等人的2008年7月31日公布的美國專利公開2008/0179054號示出了一種散裝物料儲存和運輸系統(tǒng)。特別地，該儲存系統(tǒng)安裝在貨車的拖車上。該儲存系統(tǒng)包括限定適合于將聚集物料容納在其中的內(nèi)部空間的壁。在集裝箱的底部處提供料斗。這些料斗具有傾斜的壁。料斗可以延伸以使得物料能夠從集裝箱的內(nèi)部適當(dāng)?shù)剌斔偷郊b箱之外的位置。使用致動器來展開和折疊集裝箱。

2007年7月10日授權(quán)給L.Saik的美國專利7,240,681號描述了一種用于使地層砂脫水和將其回收的裝在拖車上的移動設(shè)備。拖車被安裝到貨車可牽引的拖車以將砂容納于其中。集裝箱具有一對傾斜的端壁。集裝箱的后端是可適當(dāng)打開的，以使得砂能夠從其中移出。在集裝箱的前部上提供氣夯錘或水力夯錘，以使得集裝箱能夠被有角度地向上升起，以使得砂能夠通過在集裝箱后部的閘被排出。

1981年1月27日授權(quán)給Gray等人的美國專利4,247,228號描述了一種具有氣動輸送機的自卸貨車或拖車。集裝箱安裝到車輪上的框架。水力夯錘使集裝箱傾斜，用于通過后部出口傾卸。氣動輸送機由框架支持，進氣口在集裝箱的后部。閘使得固體能夠通過重力常規(guī)地傾卸或者由氣動集裝箱吹到儲存設(shè)施。集裝箱具有在其中形成的頂部蓋，以使得固體能夠被引入到集裝箱的內(nèi)部。

1958年12月23日授權(quán)給Fisher等人的美國專利2,865,521號示出了具有適合于將散裝物料容納在其中的內(nèi)部空間的散裝物料貨車。使用氣動輸送機，以使得能夠?qū)⑦@種物料從集裝箱的底部移出。在集裝箱相對的側(cè)上提供有一對傾斜的壁，以使得集裝箱內(nèi)的散裝物料能夠被輸送到集裝箱的底部。在輸送機的頂部提供有頂部蓋。氣動輸送機連接到集裝箱的底部。

本發(fā)明的一個目的是提供一種使得支撐劑能夠容易地運輸和儲存的支撐劑儲存集裝箱。

本發(fā)明的另一目的是提供一種使得能夠?qū)⒅蝿┤菀椎厍矣行У嘏懦龅郊b箱底部的支撐劑儲存集裝箱。

本發(fā)明的另一目的是提供一種允許支撐劑在壓裂現(xiàn)場有效地儲存的支撐劑儲存集裝箱。

本發(fā)明的另一目的是提供一種省去氣動拖車的使用的用于輸送支撐劑的方法。

本發(fā)明的又一目的是提供一種用于輸送支撐劑的支撐劑儲存集裝箱和方法，其中集裝箱可以由簡單的叉車移動。

本發(fā)明的另一目的是提供一種用于輸送支撐劑的方法，其有效地省去了與裝載站相關(guān)聯(lián)的和在井場處的滯期費。

本發(fā)明的又一目的是提供一種輸送支撐劑的方法，其避免了由于重復(fù)處理引起的支撐劑的劣化。

本發(fā)明的又一目的是提供一種支撐劑排出系統(tǒng)，其將預(yù)測定量的支撐劑提供到鉆井現(xiàn)場。

本發(fā)明的再一目的是提供一種滿足高速管理并且在集裝箱內(nèi)部中具有較少空閑空間的支撐劑集裝箱。

通過閱讀所附說明書和所附權(quán)利要求書，本發(fā)明的這些和其他目的以及優(yōu)點會變得明顯。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為一種用于運輸和儲存支撐劑的集裝箱。該集裝箱包括：具有底部、一對側(cè)壁、一對端壁以及頂部的箱體。箱體具有在其頂部處或與其頂部相鄰地形成的入口。箱體在底部處具有出口。在出口處設(shè)置有閘。閘可以在覆蓋出口的第一位置與打開出口的第二位置之間可滑動地移動。

第一斜坡從一對側(cè)壁中的一個延伸到出口。第二斜坡從一對側(cè)壁中的另一個延伸到出口。第三斜坡從一對端壁延伸到出口。第四斜坡從一對端壁中的另一個延伸到出口。箱體具有在其底部上形成的軌道。閘位于軌道中。閘具有從其向外延伸的銷。箱體具有在其外部上形成的框架。框架延伸跨過一對側(cè)壁和一對端壁。斜坡具有通過框架暴露的外部表面。箱體具有最多達到48000磅支撐劑的容量。箱體為十英尺ISO集裝箱。

本發(fā)明還是一種具有集裝箱的支撐劑排出系統(tǒng)，所述集裝箱具有一對側(cè)壁、一對端壁、底部和頂部。集裝箱具有在頂部處或與頂部相鄰地形成的入口。集裝箱具有在其底部處形成的出口。閘可滑動地固定在集裝箱的出口處，以在覆蓋出口的第一位置和打開出口的第二位置之間移動。支承結(jié)構(gòu)具有頂部表面和至少一個致動器。集裝箱可移除地位于支承結(jié)構(gòu)的頂部表面上。致動器可以與閘配合以使閘從第一位置移動到第二位置。

特別地，閘具有從其延伸的銷。致動器具有托狀物(receptacle)。銷可以容納在托狀物內(nèi)。

輸送機位于支承結(jié)構(gòu)的頂部表面下方以接收通過集裝箱的出口從集裝箱排出的支撐劑。料斗位于支承結(jié)構(gòu)上的其頂部表面之下。料斗直接位于集裝箱的閘的下方。料斗在其底部處具有開口。料斗的底部位于輸送機的上方。計量閘定位為與在料斗計量閘的底部處的開口相鄰。計量閘可以在關(guān)閉位置和打開位置之間移動。在料斗的底部處的開口具有在其中形成的多個縫隙。計量閘也具有穿過其形成的多個縫隙。當(dāng)計量閘位于打開位置時，計量閘的多個縫隙至少部分地與料斗的多個縫隙對準。在料斗的底部處的開口具有倒V形配置。計量閘具有與在料斗的底部處的開口相配的倒V形配置。計量閘可以相對于在料斗的底部處的開口滑動。致動器固定到計量閘以使計量閘在關(guān)閉位置和打開位置之間移動。

框架固定到輸送機并且沿著其延伸。卸料槽連接到框架并且與輸送機的一端協(xié)作以將支撐劑從輸送機排出到期望的位置。多個輪可以可轉(zhuǎn)動地安裝到框架以使得輸送機能夠被運輸?shù)狡谕奈恢谩?/p>

本發(fā)明還涉及一種用于將支撐劑輸送到壓裂現(xiàn)場的方法。該方法包括以下步驟：(1)形成具有適合于將支撐劑容納在其中的內(nèi)部的集裝箱，集裝箱在其底部處具有出口；(2)用支撐劑填充集裝箱；(3)將裝滿的集裝箱沿著道路移動到壓裂現(xiàn)場；(4)將裝滿的集裝箱放置在輸送機結(jié)構(gòu)上；(5)將支撐劑從集裝箱的出口排出到輸送機上；和(6)將排出的支撐劑輸送到壓裂現(xiàn)場處的期望位置。

在本發(fā)明的該方法中，形成的步驟包括：使集裝箱形成為具有約十英尺的長度。將閘放置在集裝箱的出口上。閘可以在關(guān)閉出口的第一位置和打開出口的第二位置之間移動。輸送機結(jié)構(gòu)在其上具有致動器。該致動器連接到托狀物。閘具有從其向外延伸的銷。將銷定位于致動器的托狀物中。致動器被致動以使閘從第一位置移動到第二位置。輸送機結(jié)構(gòu)具有位于其頂部表面下方的料斗。料斗在其底部處具有計量閘。計量閘位于輸送機結(jié)構(gòu)的輸送機的上方。將裝滿的集裝箱直接定位于輸送機結(jié)構(gòu)的料斗的上方。支撐劑從集裝箱的出口排出到輸送機結(jié)構(gòu)的料斗中。通過計量閘以受控的流速計量供給支撐劑以將其從計量閘排出到輸送機上。

本發(fā)明的方法還包括以下步驟：將裝滿的集裝箱放置在列車上，將列車上的裝滿的集裝箱運輸?shù)揭粋€位置，將裝滿的集裝箱從列車移出，和將移出的裝滿的集裝箱放置到車輛上。

前述部分旨在特別地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方案。應(yīng)理解的是，在本發(fā)明的范圍之內(nèi)可以對這些優(yōu)選實施方案進行修改。這樣，該部分無論如何都不應(yīng)解釋為對本發(fā)明的真實范圍的限制。本發(fā)明應(yīng)僅由所附權(quán)利要求及其法律等同物來限定。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方案的集裝箱的立體圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方案的集裝箱的側(cè)立視圖。

圖3是示出了本發(fā)明優(yōu)選實施方案的集裝箱的橫截面圖。

圖4是示出了本發(fā)明優(yōu)選實施方案的集裝箱內(nèi)部的俯視圖。

圖5是示出了本發(fā)明優(yōu)選實施方案的系統(tǒng)的支承結(jié)構(gòu)的分離的端視圖。

圖6是本發(fā)明的系統(tǒng)的支承結(jié)構(gòu)的俯視圖。

圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的優(yōu)選實施方案將集裝箱放置在支承結(jié)構(gòu)上的端視圖。

圖8是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的優(yōu)選實施方案放置在支承結(jié)構(gòu)上的集裝箱的側(cè)視圖。

圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的優(yōu)選實施方案放置在支承結(jié)構(gòu)上的多個集裝箱的側(cè)立視圖。

圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的優(yōu)選實施方案放置在支承結(jié)構(gòu)上的多個集裝箱的俯視圖。

具體實施方式

參照圖1，示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方案的集裝箱10。集裝箱10具有有外框架14的箱體12的性質(zhì)。箱體12包括頂部16、底部18、端壁20和側(cè)壁22。側(cè)壁24與側(cè)壁22相對。還有與端壁20相對的端壁26。入口28形成為穿過箱12的頂部16。蓋30可移除地或者鉸接地固定在入口28上，以使得能夠?qū)⒅蝿┮氲郊b箱10的內(nèi)部空間中。

圖1中，可以看出，框架14通常圍繞端壁20和26的外部以及越過側(cè)壁22和24延伸。這樣，如會在下文中描述的，存在具有通過框架14暴露的外部表面的漏斗形的集裝箱底部。在國際運貨過程中，重要的是避免在這種集裝箱內(nèi)的封閉空間。這樣，通過框架14底部處的開口32暴露表面會使得檢查員能夠目視檢查與該漏斗形區(qū)域相鄰的區(qū)域。

如圖2中可以看出的，集裝箱10示出為具有頂部16和底部18?？蚣?4為集裝箱10提供結(jié)構(gòu)支撐并且通常圍繞集裝箱的外部?？蚣苡裳由煲栽诒?0、22、24和26周圍形成籠狀配置的多個垂直桿形成。底部18通常為平面形狀，使得底部18可以放置到支承結(jié)構(gòu)(會在下文中描述)上。重要的是，區(qū)域32顯示漏斗形部分34通過框架14的開口而暴露。這樣，在集裝箱10內(nèi)部將沒有封閉或者密封的區(qū)域。蓋30位于集裝箱10的頂部16處的入口28上方。因此，在蓋30打開時可以通過入口28將支撐劑引入，以填充集裝箱10的內(nèi)部空間。漏斗形區(qū)域34限定位于集裝箱10的底部18處的出口36。

如圖1和2中可以看出的，集裝箱10為10英尺ISO集裝箱。按照標準ISO術(shù)語，這意味著集裝箱長度為10英尺，寬度為8英尺，高度為8.5英尺。高度也可以是9.5英尺。該配置使得能夠?qū)?3000到48000磅的支撐劑引入到集裝箱的內(nèi)部空間中。

圖3示出了集裝箱10的局部橫截面圖?？梢钥闯觯b箱10具有內(nèi)部空間38。出口36形成為與集裝箱10的底部18相鄰。第一斜坡40會從端壁20延伸到出口36。第二斜坡42會從端壁22延伸到出口36。斜坡40和42會用于使得保留在集裝箱10的內(nèi)部空間38內(nèi)的支撐劑朝向出口36通過漏斗。重要的是，閘44位于軌道46內(nèi)，該軌道位于集裝箱10的底部18處。閘44具有如圖3中所示覆蓋出口36的平板的性質(zhì)。閘44包括從閘44向外延伸的銷48(具有主螺栓的性質(zhì))。當(dāng)致動器連接到銷48時，其可以使閘44從關(guān)閉出口36的位置移動到打開出口36的位置。箭頭50示出了閘44在這些位置之間的移動。由于閘44的寬度通常對應(yīng)于出口36的大小，因此閘44會僅僅需要移動少量的行程，以使閘44移動到打開位置。

圖4是集裝箱10的內(nèi)部圖。可以看出，第一斜坡40會從端壁20延伸到出口36。第二斜坡42會從端壁26延伸到出口36。第三斜坡52會從側(cè)壁22延伸到出口36。另一個斜坡54會從側(cè)壁24延伸到出口36。這樣，斜坡40、42、52和54形成漏斗形狀，使得容納在集裝箱10的內(nèi)部空間38內(nèi)的支撐劑可以自由地向下朝向出口36流動。

圖4中，可以看出，閘44位于軌道46內(nèi)。圖4示出了處于其關(guān)閉位置的閘44。致動器可以用于使得閘44從圖4中所示的位置在朝向側(cè)壁22或者側(cè)壁24的方向上移動。銷48和58示出為從閘44的側(cè)面向外延伸。這樣，合適的致動器、例如液壓活塞-氣缸裝置可以連接到這些銷48和/或50，以實現(xiàn)閘44從關(guān)閉位置到打開位置的必要移動。

圖5是示出了如在本發(fā)明的支撐劑排出系統(tǒng)中使用的支承結(jié)構(gòu)60的端視圖。支承結(jié)構(gòu)60具有形成頂部表面64、底部表面66以及側(cè)面68和70的框架62?？蚣?2的頂部64具有可以在其上放置集裝箱10的表面。合適的銷連接件72和74從頂部表面64向上延伸以接合集裝箱10上相應(yīng)的托狀物?？梢圆捎眠@些銷72和74以確保集裝箱10適當(dāng)?shù)囟ㄎ挥谥С薪Y(jié)構(gòu)60上。

托狀物76定位為在頂部表面64處或者與頂部表面64相鄰。致動器78固定到框架62并且延伸到托狀物76。如可以看出的，托狀物76具有在其頂端中形成的縫隙。托狀物76的縫隙適合于容納集裝箱10的閘44的銷48和58中的一個。一旦托狀物76將銷48容納在其中，就可以使致動器78致動，以使托狀物(及其容納的銷)從第一位置80移動到第二位置82。當(dāng)托狀物82(以及容納在其中的銷)移動到第二位置82時，閘44會打開使得支撐劑可以通過集裝箱10的出口36排出。由于銷48和58對稱放置，且由于集裝箱10相當(dāng)對稱，因此支承結(jié)構(gòu)60特別適應(yīng)于在集裝箱10可以放置到頂部表面64上的情況下的各種取向。

圖5中，可以看出，具有位于頂部表面64下方的料斗84。當(dāng)閘44位于打開位置時，料斗84用于容納通過集裝箱10的出口36排出的支撐劑的一部分。這樣，可以采用料斗84以將支撐劑適當(dāng)?shù)赜嬃抗?yīng)到輸送機86上。輸送機86位于料斗84的開口88下方。

如圖5中可以看出的，料斗84具有通常倒V形配置的開口88。存在與開口88相配并且也具有V形配置的計量閘90。計量閘90可以小距離移動，以使得能夠選擇性地和受控地將支撐劑從料斗84排出到輸送機86上。

圖6示出了料斗84的內(nèi)部。料斗84包括側(cè)壁92和94以及端壁96和98。壁92、94、96和98形成為漏斗的形狀，以使支撐劑朝著計量閘90向下移動。在圖6中，可以看出，料斗84的開口88具有在其中形成的多個縫隙。相似地，計量閘90具有穿過其形成的多個縫隙?？p隙之間的結(jié)構(gòu)是實體的。這樣，當(dāng)計量閘90的縫隙與開口88的縫隙對準時，則可以將支撐劑排出到下面的輸送機86上。計量閘90在一個方向或者另一個方向上的小移動會阻擋支撐劑流動通過料斗84的開口88的縫隙。這樣，可以使用非常小的致動器100和102來實現(xiàn)將支撐劑適當(dāng)?shù)赜嬃抗?yīng)到輸送機上。如果期望支撐劑小的流速，則致動器100和102會使計量閘90僅移動小距離。如果需要較大的流速，則致動器100和102會使計量閘90移動為使得計量閘90的縫隙完全對應(yīng)于開口88的縫隙，以實現(xiàn)支撐劑從料斗84向下到輸送機的最大流量。

圖7示出了放置在支承結(jié)構(gòu)60的頂部表面64上的集裝箱10。在正常使用中，可以使用叉車以使集裝箱10適當(dāng)?shù)囟ㄎ辉谥С薪Y(jié)構(gòu)60的銷72和74上的適當(dāng)位置中。最初，集裝箱10的閘44會是關(guān)閉的。此外，計量閘90也可以是關(guān)閉的。當(dāng)集裝箱10適當(dāng)?shù)囟ㄎ粫r，閘44可以移動到打開的位置使得支撐劑被排出到料斗84中。于是料斗84可以填充有支撐劑。當(dāng)期望使支撐劑從料斗84沿著輸送機移動到期望的目的地時，則計量閘90可以打開以實現(xiàn)支撐劑通過料斗84的開口88的期望流速。

圖8示出了其中集裝箱10放置在支承結(jié)構(gòu)60的頂部表面64上的側(cè)視圖。輸送機86示出為縱向延伸。這樣，當(dāng)支撐劑通過與料斗84相關(guān)聯(lián)的計量閘90時，可以以受控的方式將集裝箱10的內(nèi)部空間38內(nèi)的所有支撐劑輸送到輸送機上。

圖9為放置在支承結(jié)構(gòu)118上時集裝箱110、112、114和116的圖。支承結(jié)構(gòu)118具有足夠的長度以適應(yīng)集裝箱110、112、114和116?？梢钥闯?，輸送機120布置在支承結(jié)構(gòu)118的頂部表面下方以及在各個集裝箱110、112、114和116下方的各個料斗122、124、126和128下方。輸送機120為合適地繞滑輪和惰輪卷繞以行進期望路徑的環(huán)形輸送機。從集裝箱110、112、114和116排出的支撐劑被排出到輸送機120上以沿輸送機以及沿向上延伸的部分130行進。輸送機120的端部132會對溜槽134打開。溜槽134可以朝向在壓裂現(xiàn)場處的期望目的。這樣，可以配置集裝箱110、112、114和116的陣列以更換壓裂現(xiàn)場處的現(xiàn)有儲存設(shè)施。由于輪136的使用，支承結(jié)構(gòu)118連同輸送機120一起可以是可在道路上由貨車容易地運輸?shù)摹Ｇ岸?38可以適當(dāng)?shù)剡B接到貨車，以允許本發(fā)明的系統(tǒng)的容易運輸。

圖10示出了集裝箱110、112、114和116在支承結(jié)構(gòu)118上的放置。端部138包括用于附接到貨車的合適的懸掛(hitch)連接。輸送機120在集裝箱110、112、114和116的下方延伸以將支撐劑輸送到溜槽134。圖10示出了溜槽134可以以與輸送機120的端部132協(xié)作的方式適當(dāng)?shù)貥休S轉(zhuǎn)動，以允許支撐劑受控地且直接地被排出到期望位置。

本發(fā)明的集裝箱10制造成單個單元。集裝箱10的閘44具體地設(shè)計為與位于輸送系統(tǒng)上的致動器70對準。致動器是液壓控制的，并且容納附接到閘44的銷48。當(dāng)致動器70被啟動時，閘44水平移動以允許支撐劑從其排出。

本發(fā)明的集裝箱可以特別應(yīng)用于通過軌道的運輸。特別地，可以設(shè)計軌道車以適應(yīng)最多達到四個的集裝箱10。這樣，當(dāng)在軌道車上放置四個集裝箱時，軌道車可以運載大約180000磅的支撐劑。軌道車可以與運載20英尺、40英尺和53英尺的聯(lián)運集裝箱的當(dāng)前聯(lián)運軌道車相似。軌道車會包括向下到軌道車的底盤均勻間隔開的典型聯(lián)運負載鎖定裝置。集裝箱應(yīng)該由足夠?qū)挼牟牧蠘?gòu)成，以使集裝箱的整體裝載重量保持在目前規(guī)范的鐵路重量準則下。此外，其必須足夠強以承受載貨集裝箱的負載。該改進使得砂礦能夠?qū)⒅蝿┲苯友b載到集裝箱10中以加快裝載過程。其也無需在礦場處建造筒倉儲存。一旦集裝箱到達其指定的位置或區(qū)域，就由此省去到氣動拖車、筒倉或平地儲存的轉(zhuǎn)運過程。

本發(fā)明是可以在井場處使用的改善的輸送系統(tǒng)。支承結(jié)構(gòu)60包括制作鋼架，可以將多個集裝箱定位到所述制作鋼架上。集裝箱鎖定到將集裝箱緊固到框架的托狀物中。集裝箱于是會處于在閘打開時將支撐劑從集裝箱輸送到主輸送帶的輸送系統(tǒng)之上。托架配備有可以控制閘打開和關(guān)閉的液壓系統(tǒng)。本發(fā)明的集裝箱可以組合成與被稱為SAND KINGS(TM)、SAND CHIEFS(TM)和SAND DRAGONS(TM)的現(xiàn)有裝置兼容的附件或者儲砂筒。通過以本發(fā)明的可移除集裝箱來代替這些裝置上的現(xiàn)有料斗，在支撐劑輸送過程中可以獲得甚至更高的效率。

本發(fā)明的輸送系統(tǒng)是一旦支撐劑被輸送到井場就將其從集裝箱輸送到用于混合單元的混合器皮帶的替代方法。本發(fā)明的輸送系統(tǒng)提供在SAND MASTER(TM)、SAND KING(TM)、SAND DRAGON(TM)、SAND MOVE(TM)等中常見的所有功能。這樣，本發(fā)明使得待計量供應(yīng)的砂能夠通過限料閘的液壓系統(tǒng)流動到輸送帶上。集裝箱首先被升起到支承結(jié)構(gòu)上的位置。底部限料閘被液壓制動器的托狀物所容納，以建立閘的銷與液壓系統(tǒng)之間的鎖合。液壓系統(tǒng)然后打開限料閘和支撐劑以重力供料到位于支承結(jié)構(gòu)上的料斗中。與料斗系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的另一組限料閘于是通過另一個液壓系統(tǒng)打開。這使得支撐劑能夠被計量供應(yīng)并且流動到輸送帶上。輸送帶然后可以將支撐劑輸送到混合器或者T形帶。支撐劑然后可以與混合器中的其他物料進行混合。

目前，在支撐劑到井場的輸送中使用昂貴的氣動散裝貨車。一旦在現(xiàn)場，卡車運輸者就采用動力輸出單元將砂“吹”到砂儲存裝置中。該輸送經(jīng)?；ㄙM超過一個(1個)小時來完成。通過在本發(fā)明的10英尺集裝箱中將砂輸送到井，省去了昂貴的專用設(shè)備件的使用。集裝箱可以搭載在標準平板拖車、階梯甲板拖車、低貨架拖車或者其他更常用的拖車上。這樣，本發(fā)明的方法能夠挖掘更大范圍的可用貨運能力。這可以降低到井的運輸成本。雖然氣動拖車輸送以“往返行程”的英里數(shù)來定價，但是通過更常見的設(shè)備件(能夠得到“載貨回程”)來輸送本發(fā)明的集裝箱顯著地降低了整體運輸成本。例如，非常需要將部件、工具和其他井口設(shè)備帶出井場進行維修或者返回制造商或租賃公司。平板拖車現(xiàn)在是空的，當(dāng)其在現(xiàn)場時具有容納所述負載的能力，而不是調(diào)用另外的貨運公司來提供該服務(wù)。對“貨物快車”服務(wù)的減少的需要對于服務(wù)公司以及最終對于勘探與生產(chǎn)的公司來說是另一顯著價值。

對于將空的集裝箱送回砂分配設(shè)施而言，可以由單個平板拖車送回總共四個(4個)空的集裝箱。這在從井場將集裝箱移出中提供了4:1的效率水平。此外，40英尺集裝箱的底架會用于空集裝箱和滿集裝箱兩者的移動。正如集裝箱一樣，支承結(jié)構(gòu)可以由典型的平板貨車輸送到井場。支承結(jié)構(gòu)可以通過貨車以與任何其他拖車相似的方式牽拉到現(xiàn)場。

本發(fā)明的另一個重要的優(yōu)點是本發(fā)明的10英尺ISO集裝箱相對于其可以儲存的砂的容量而言占據(jù)小的占地面積。當(dāng)集裝箱堆疊為三層高時，集裝箱在80平方英尺的占地面積上可以儲存大約135000磅。在井口處以及在可能的支撐劑轉(zhuǎn)運設(shè)施中可用的空間可能是極其有限的。這樣，本發(fā)明的方法使在這種位置處對于給定量的支撐劑所需的占地面積最小化。

由于圍繞井場作業(yè)的環(huán)境和安全問題正成為日益關(guān)注的問題，因此本發(fā)明使得釋放到空氣中的顆粒物的量最小化。支撐劑目前是通過氣動拖車輸送到壓裂現(xiàn)場的。使用氣壓來對拖車加壓，然后將物料“吹”到砂儲存單元中。該過程產(chǎn)生超過隨后可以被壓裂現(xiàn)場的人員吸入的范圍的大量的顆粒物。此外，在將砂吹入到砂儲存設(shè)施中時，砂儲存設(shè)施必須將增壓空氣排到大氣中。這產(chǎn)生了對顆粒物甚至更大的暴露。在現(xiàn)場輸送支撐劑的持續(xù)需求在空氣中產(chǎn)生了粉塵和小顆粒的恒定環(huán)境。由于本發(fā)明省去了氣動輸送裝置，因此本發(fā)明的方法顯著地降低了壓裂現(xiàn)場的顆粒物的量。從集裝箱到混合器的重力供料輸送方法大大地提高了井場人員的安全性。

本發(fā)明還用于通過減少正在使用或者等待的貨車的量來減少貨運排放。通過減少這種貨車交通來提高貨車井口處的安全性。

本發(fā)明的上述公開和描述是其舉例說明及解釋。在不脫離本發(fā)明真實精神的情況下，可以在本發(fā)明范圍內(nèi)在圖示結(jié)構(gòu)的細節(jié)或者所述方法的步驟方面進行各種改變。本發(fā)明應(yīng)當(dāng)僅由所附權(quán)利要求及其法律等同物來限定。