Автоматическая система управления процессом цементирования скважин

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (Ш сю Е 21 В 44/00; Е 21 В 33/1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЙЙ (21 ) 3403782/22-03 (22 ) 03.03.82 (46 ) 30.07.83. Бюл. И 28 (72 ) А. Г. Аветисов, В. И, Бондарев и Е. И.Тарабрин (71 ) Всесоюзный научно-исследовательский институт по креплению скважин и, буровым растворам (53 ) 622. 276 (088. 8 } (56 ) 1 . Авторское свидет ель ст во СС СР

М 644938, кл. Е 2I В 33/13, 1973 °

2, Авторское свидетельство СССР

К 56Я86, кл. Е 21 В 33/13, 1975 (про тотип ). (54)(57) АВВТОМАТИЧЕСКАЯ CNCTEHA YflPABЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН, содержащая датчики расхода, один из которых установлен на входе, а другой - на выходе скважины, интег. ратор и индикатор, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения надежности работы системы, в нее введены сумматоры, ключи, умножители, регулируемые блоки задания коэффициентов усиления, компараторы, блок вычисления коэффициента поправки, блок управления ключами и дополнительный интегратор, при этом датчики расхода подключены к входам первого сумматора, выход которого соединен с первым входом блока вычисления коэффициента поправки и к информационным входам первого и второго ключей, датчик расхода, установленный на входе скважины, соединен со вторым входом блока вычисления коэффициента поправки и с первыми входами второго и третьего сумMaTopos, вторые входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго ключей, выходы второго и третьего сумматоров через последовательно соединенные умножители и интеграторы подключены к информационным входам третьего и четвертого ключей, выходы которых соединены с входами индикатора, выход интегратора через первый компаратор подключен к первому входу блока управления ключами и через первый регулируемый блок задания коэффициен тов усиления к другому входу первого умножителя, выход дополнительного интегратора черед второй. регулируемый блок задания коэффициентов усиления подключен к другому входу второго умножителя, выход блока вычис ления коэффициента поправки соединен со вторым входом блока управ ления ключами, выходы которого соединены с управляющими входами ключей.

30 лом цементирования.

45

1 l0

Изобретение относится к системам контроля и управления процессом цементирования нефтяных и газовых скважин, Известны автоматизированные и автоматические системы управления и регулирования-процессом цементирования скважин, содержащие в своем составе автоматическую систему контроля (1), Наиболее близкой к предлагаемой является автоматизированная система управления процессом цементирования скважин, включающая датчик расхода на входе и датчик расхода на выходе скважины, интегратор и индикатор. Интегратор расхода раствора Фиксирует в определенном масштабе продвижение границы между цементным и буровым растворами $23.

Однако известная система не учитывает изменения скорости движения раствора при прохождении участков скважины различного диаметра, а также поглощения тампонажного раствора, В результате очень часто происходит неподъем цементного раствора в заколонном пространстве скважины до проектной отметки, т,е. система работает ненадежно, вследствие чего снижается качество цементирования, Цель изобретения - повышение надежности работы системы, Указанная цель достигается тем, что в автоматическую систему управления процессом цементирования скважин, содержащую датчики расхода, один из которых установлен на входе, а другой - на выходе скважины, интегратор и индикатор, введены сумматоры, ключи, умножители, регулируемые блоки задания коэффициентов усиления, компараторы, блок вычисления коэффициента поправки, блок управления ключами и дополнительный интегратор, при этом датчики расхода подключены к входам первого сумматора, выход которого соединен с первым входом блока вычисления коэффициента поправки и к информационным входам nepeoro и второго ключей, датчик расхода, установленный на входе скважины, соединен со вторым входом блока вычисления коэффициента поправки и с первыми входами второго и третьего сум! маторов, вторые входы которых соединены соответственно с выходами

32173 2 первого и второго ключей, выходы второго и третьего сумматоров через последовательно соединенные умножители и интеграторы подключены к информационным входам третьего и четвертого ключей, выходы которых соединены с входами индикатора, выход интегратора через первый компаратор подключен к первому входу блока управления ключами и чер з первый регулируемый блок задания коэффициентов усиления к другому входу первого умножителя, выход дополнительного интегратора через второй регулируемый блок задания коэффициентов усиления подключен к другому входу второго умножителя, выход блока вычисления коэффициента поправки соединен со вторым входом блока управления ключами, выходы которого соединены с управляющими входами ключей.

Контроль продвижения границы между буровым и цементным растворами, обеспечиваемый предлагаемой системой, псзволяет своевременно и обоснованно вмешиваться в процесс цементирования и управлять им, Hp допуская недоподъема цементного раствора до проектного уровня, что отрицательно сказывается на качестве цементирования.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемой системы; на фиг.2 условная схема скважины перед начаАвтоматическая система управления процессом цементирования сква;жин содержит датчик 1 расхода, размещенный на входе, и датчик 2 рас40 xopa, размещенный на выходе скважины, сумматоры 3-5, клюшки 6-9, умножители 10 и 11, интеграторы 12 и 13,,регулируемые блоки 14 и 15 задания коэффициентов усиления, вычислитель ный блок 16, компараторы 17 и 18, блок 19 управления ключами и индикатор 20.

В исходном состоянии граница между цементным и буровым растворами (фиг.2 ) находится на расстоянии

80 от забоя. Поглощающий интервал находится на расстоянии Ри от забоя скважины. Кроме того, на фиг ° 2 обозначено: L — глубина скважины;

55; 1 -- интервалы затрубного простран1 ства, где разность между диаметром скважины и наружным диаметром обсад. ной колонны постоянная.

10 п= (В„)- "Ч п 81 811 ю

3 1032

Система работает следующим образом.

При включении системы в работу ее исходным состоянием является следующее: ключ 8 открыт, а ключи

6,7 и 9 закрыты. Вместе с началом продавливания начинается работа интеграторов 12 и 13 с начального значения 1, Сигналы с выходов интеграторов !2 и 13 поступают на входы регулируемых блоков коэффициентов усиления интеграторов. Эти блоки являются идентичными, по этому принцип их действия поясним на примере работы одного С.-ока, например блока 14. Когда сигнал на его входе принадлежит интервалу

Р, т. е. если

1-и о ") . -

1 о „1 1 то сигнал на его выходе является постоянным и равен

К3 Е. l (4)

1 25 где F - площадь поперечного сечения з а колонного прост ран ст ва скважины на j-ом интервале.

При переходе 1 (й ) на следующий интервал постоянной разности между диаметром скважины и наружным диаметром обсадной колонны происходит изменение выходной величины логического блока 14 в соответствии с зависимостью (1).

Сигналы с регулируемых блоков

14. и 15 коэффициентов усиления поступают на умножители 10 и с сумматоров 4 и 5, равные расходу заканчиваемого в скважину раствора (q ) за вычетом расхода поглощаемого раство40 ра (ц„ ). Результаты умножения поступают йа входы интеграторов 12 и 13.

Таким образом, на выходах интеграторов формируются величины, равные уровню цементного раствора в скважине с учетом ее конфигурации (фиг.2 ), т.е..

t Ю=„- 0 8 H}-q„«))%+1,H.„), "1 t„. где L (t.) — уровень цементного раст- 50

1 вора в скважине в момент

t когда было достигнуто .1 начало интервала

1 У

F. — площадь поперечного сече1 ния 1-го интервала.

Расход поглощаемого раствора ц, определяется как разность между выходными сигналами датчика 1 расхода

173

4 на входе и датчика 2 расхода на выходе скважины и формируется с по мощью сумматора 3. Вычислительный блок 16 коэффициента поправки cosместно с компаратором 17 предназначен для определения того момента, ког. да начинается прохождение уровня цементного раствора мимо зоны поглощения. Действительно, если перед цементированием наблюдалось поглощение глинистого раствора, то,следовательно, можно установить зависимость где а и Ь - коэффициенты уравнения регрессии, определяемые при градуировке.

q действует в диапазоне расходов

q ., который будет соблюдаться при продавливании. Тогда, контролируя в процессе продавки выполнение условия

А=I@n а.Ь,„>(=я, где g — малая величина. (Я 0,05 q } . в щ,„ можно установить, когда происходит поглощение не глинистого раствора, а цементного. Блок 16 вычисления предназначен для вычисления величины

А, а. компаратор 17 выдает сигнал при нарушении условия (3 ), т .е . после начала прохождения уровнем цементного раст вора интервала поглощения.

Компаратор 18 предназначен для определения момента, когда уровень цементного раствора L (t ) достигает предполагаемого интервала поглощения (фиг.2 ). Появление сигнала на выходе компаратора 18 означает, что уровень цементного раствора в скважине достиг предполагаемого интервала поглощения.

При определении значения 9И могут быть сделаны две ошибки: принято заниженное значение величины Ри по сравнению с реальным; принято завышенное значение величины Р и по сравнению с реальным.

В первом случае порядок работы системы следующий.

При появлении сигнала на выходе компаратора 18 уровень цементного раствора в скважине достиг предполагаемого места поглощения, блок 19 управления ключами подает сигнал на управляющий вход ключа 6 и движение уровня цементного раствора в скважине корректируется с учетом ра1032173

10 схода поглощаемого цементного раствора q+, так как сигнал с выхода сумматора 3 начинает поступать на вход сумматора 4 и далее на интегратор 12. «сли. затем поступает сигнал с выхода компаратора 17 (уровень раствора. достиг реального моста поглощения ), то блок 19 управле; ния ключами подает такие команды на управляющие входы ключей 7-9, что ключ 8 закрывается, а клюни 7 и 9 открываются. При этом на индикаторе 20 выводится скорректированное значение уровня цементного раствора. Если же окажется, что сигнал с компаратора

17 не поступит (это может. произойти если реологические свойства цементного и глинистого растворов практически совпадают ), то поправка на поглощение будет вводиться с момента времени,20 когда установлено, что уровень цемент" ного раствора достиг предполагаемого места поглощения.

Во втором случае порядок работы системы следующий.

При появлении сигнала на выходе компаратора 17 (уровень цементного раствора достиг реального места поглощения ) блок 19 подает команду отк-, рытия на уйравляющий вход ключа 6 и З0 в таком состоянии система сохраняется до конца процесса продавки. Если цементный и. глинистый растворы оказались идентичными, т.е. сигнал на выходе компаратора 17 не появился, то, когда уровень цементного раст. вора достигнет предполагаемого места поглощения, появится сигнал на выходе компаратора 18, На основании этого сигнала блок 19 управления ключами выдаст команду на открытие на управляющий вход ключа 6.

Таким образом, блок 19 управления ключами работает следующим образом.

Если сначала появляется сигнал на выходе компаратора 18, то подается команда на открытие ключа 6.

При поступлении затем сигнала с выхода компаратора 17 подаются команды на закрытие ключа 8 и открытие ключей 7. и 9. Если сначала сигнал появляется на выходе компаратое ра 17, то подается команда на открытие ключа 6 .

Предлагаемая система позволяет непрерывно регистрировать продвижеwe уровня цементного раствора в скважине с учетом поглощения бурового и(или ) цементного растворов. Система рассчитана на работу в условиях отсутствия и наличия поглощений, Применение предлагаемой системы позволит существенно повысить надежность работы за счет контролируемого подъема цементного раствора.

103 173

Фиа 2

Составитель И. Наэаркина

Редактор Ю. Ковач Техред И.Гайду - Корректор 0 ° Гирняк

Заказ 5357/38 Тираж 603 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва,Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал Ilfln "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4