Автоматическая система для регулирования свойств бурового раствора

 

Ц@Ам> 1Фф

СС«03 СОВЕТ(«1И :

СО! Е«>(ЛИСТИЧЕСЕЧИХ

РЕ(,ПУБЛИК.г с.

>.у эL

«-ОС»Дд>СТ„-.Е>-«! !(г« 1-((.«Ю1 Е Т .С;:(-

ПО ДЕЛАЧ «130БГ ЕТЕ«!ИЙ И 0 КРЕ>«ТИ1" (2! 41408: . " — 6, (2 2 5. 07,;-,(c

1- 6 I 5. G., 88. 1! 1!. " > /, 7; > Вс»г,I ;> .. «I .у« :«о — iiсс . ед;>i,, (..in— ский и««сгHгут пГ к;>(i !ению .кв;(жj и буро(«ь!. р; r l 3, Е>;3.":

Г 7; 1,1 Г .,;()втп о»«-. . И. >Г .-.H ., А.Л.У..Вян ., г I. Орлов и, 1, >!. 1;(-(— ников ! 5 3 q 6 2 2 . -, ".., . ", 8 . 8 . (56 ((втоЕ>, . (вп1о I>. Il;т:«> Г;С(. Р

М 032935 "., Е .1 8 4 3,(> 0Г, 19 -.

>)3v(рс:.. е .::,.;(i,,ГС!?

У 1032 65, кп. F. " 21/О . 198", 3, 54, (HTj.!".: ТИ>- i. ..I". > (>I (".!1GÒÅÅ >Е, ; Е>I (Ii) !>- . 3 »1., СЕ((>!Ь. 11> ь РС >1"Г«РЕ>,Г Т1(!.">, =.7 Изоб;)o г; -и!е гноситc:I ., бур(—

HHfC НЕ(В 3 HH!,!К H ! 1 «3 I> . С К В. . К 1)l. l, . . I I изобрете!«ия — ... («««е««ие э(1ф- к1:,:о;— ти работы cHc PCHI I яа cH(гт и >:,державЂ

i:ия плотноc ij 3 l "">овог(1 р>jc творя и эко>«омии у«я;:. Вл«: ге я 1, Систем соде

>кит уст 3 нг а T(>«п«,!и I:.1 !3f,l: Г>.!(c I . » . ж:1>1! блок 3, с- о Зине«(!«!й тра нспГ ргн:.й

„,SU„„1423728 А1 э Е 21 8 (4/ГЭ ." i /Г)6!

В> !1 p «к г«.fq 1 бун;«пя (.«!лучик материалов с дoв»вЂ”

- >,> ì 5 -;:и«! Ii(f гl с(смесителем, ;1T>I;Iêff 8 I! 9 . .. гности, подключенные .- Ió 10 у lp,.««лГ ния, насос 7 смесите". i. Clicт"" . I H>i(cт Г)н " р накопи т(:и., Вкг!«:„,)Вг«и 1!асос 11, блок 12 г f . (ð >11;!к:;(>нов, аккумулируя>«««у>() ем:.- с.l E, 1 3,.:.«я пул« пы (у;>о«немером 14 и уiipa!3.!>IO.-I ;« !иберо . 15, у-3ел 6,«о— п,-(1 ул«,;ы, две регулируемые и две д«:с:,р тH!I!? .3(«д«31«>«к««17 и 18. Раствор

"". уii с г . !ок 3 и 1;jтем в линию 2. г !«к 8 !«з. оpHp.с плотность кромыг ll(, ll >к!« 1. о j i« fi 1 «jf 1((IГ 13 скваЖИ пы, а л(1 гч>п; 9 — ««а в:,оде. ЕЕри расг.!а",:,«! и;1 и, .;:; 1f ий д;)тчика 8 с

i, .ë,Ií; >й o JIIIHj!I!off . «о(-.Tifoc TH раствоfi.,-H(> I «еTcH кoнтур — накопитель для рогу(!!«р )в,llfi я плг тности. Раствор поиаГ (ic(>!1 «1;i б..iov 1 2, р.., «Г .яс 1ся на дв(()IEE садни. Легкая с-уц а «т 13 пи««ию 2 и о бле г чает бур Ho "f раствор. пт«, ! 423728

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и может быть применено при регулировании свойств бурового раствора.

Целью изобрете..ия является повы5 шение эффективности работы системы для регулирования свойств бурового раствора за счет поддержания плотности бурового раствора и экономии утяжелителя.

На фиг. изобр.жена функциональная схема автоматической системы для регулирования свойств бурового раствора; на фиг. 2 — структурная схема узла управления.

Автоматическая система для регулирования свойств бурового раствора включает приемную емкость 1 для бурового раствора, соединенную транспорт- 20 ной линией 2 (желоб) со скважиной через блок 3 очистки, бункер 4 для сыпучих матерналс>н -(с утяжелителем), дозатор 5, смеситель 6, насос 7 смесителя, датчики (плс>тномеры) 8 и 9 25 плотности на выходе и входе н скважину соответственно, у >ел l 0 управления и контур-накопи-ель.

Контур-накопителя (см. фиг. ) обведен пунктиром) -Одержит насос 11, 30 блок 12 гидроцик70HoI3, аккумулирующую емкость 13 для пульпы с уровнемером 14 и управляемым шибером 15, узел 16 подачи пупьпь> (например, гидроэжектор), дне регулируемые задвюк35 ки 17 и 18, а такж» дне дискретные задвижки 19 и 20.

В смесителе 6 происходит смешивание бурового раствора с утяжелителем, поступающего н смеситель 6 из бункера 4 сыпучих материалов через дозатор 5. Ияс:Ос 7 смесителя 6 Обеспечивает подачу "T»æå!>å>!íoão бурового раствор» н транспортную линию 2.

45 транспортной линии 2, соединен с дис— кретными заднюкками 19 и 20. Выход первой диск ретнс>и з .дн юкк и 1 9 соеди— нен с блоком !2 гидроциклонон, подключенных к транспортной линии 2, и

50 с байпасным отводом с первой регулируемой задвижкой. Выход второй дискретной задвижки 20 соединен с первым входом узла 16 подачи пульпы, второй вход которого соединен с аккумулирующей емкостью 13 через вторую регули55 руемую задвижку !8. Выход узла 16 подачи пульпы подключен к транспортной линии 2.

Выходы датчикон 8 и 9 плотности и также уроннемера 14 являются вход.>ми узла 10 управления, выходы которо— го подключены к управляющим входам насоса ll шибера 15, регулируемых задвижек 17 и 18, дискретных задвижек 19 и 20, дпзатора 5 и насоса

Автоматическая система для. рег улиронания свойств бурового раствора функциониоует следук>щим образом.

В исходном состоянии задвижки 18., 19 и 20 закрыты, насосы ll и 7 »ь.— ключеHhl, заднюкка !7 B произно;;пном состоянии, буровой насос осуще тн.ьчет промывку скважин, Буровой раствор из скважины посту пает н блок 3 Очистки, а затем в транспортную линию 2 например, желоб циркуляционной системы. Датчик Я плотности, расположенный на выходе из скважины, непрерывно измеряет плотность промывочной жидкости на выходе из скважины. Датчик 9 плотности, расположенный в прием ой емкости 1, измеряет плотность бурового раствора на нходе в скважину. В случае рассогласования показаний датчика 8

> плОтнОсти (f 8 с зад .>нной величиной плотности (P 3 < ) бурового раствора включается н работу контур-накопитель регулирования плот:!c сти, который работает п двух режимаr.: облегчения и утяжеления. При, - рншательном сигнале рассогласования !. >Отис ти, т.е.

pl! ) р дч, > конт p-l!: .>Cопитель работает н режиме Облегче:o.!> бурового раствора, Тогда нключ->с;ся насос 11„ закрывается дискретная заднюкка 20, открывается дискретн,>я задвижка 19. Буровой раствор из кел ба подается насосом 11 по гидрогроноду на блок !2 гидроциклонон, > д:. он рaaделяется на дне фракции. Легкая .:Оступает в транспортную линию 2 циркуляционной системы и облегчает буровой раствор. С помощью регулируемой заднюкки 17, на которую поступает управляющее воздействие от узла 10 управления, регулируется качестненнья. и количес гвенный

ccстав легкой фракции. В случае рассогласования показаний датчика 9 плотности, расположенного н емкости

1, с заданной величиной плотности, изменяется степень Открь>тия задвижки 17 пропорционально величине рас— согласования. При Отсутстнии такогo рассогласования степень открытия за-, дви>кки 17 остается постоянной до

1423728 тех пор, пока имеется рассогласование между заданной плотностью и датчиком

8 плотности, расположенном в желобе

2 циркуляционной системы. При достижении равенства последних показаний

5 насос 11 отключается, дискретная задвижка 19 закрывается.

При работе контур-накопителя в

onисанном режиме в аккумулирующей емкости 13 накапливается тяжелая фракция (пульпа). Для предупреждения перелива пульпы из аккумулирующей емкости 13 в ней помещен уровнемер

l4, который подает сигнал на узел IO управления при максимальном уровне пульпы, и тогда автоматически закрывается шибер 15. Пульпа при этом по сливному желобу поступает в ".ìáàð.

В режиме утяжеления бурового 20 раствора контур-накопитель работает при положительном рассогласовании плотности, т.е. p c p>„„. Зафиксировав с помощью плотномера 8 это рассогласование, закрывается дискретная 25 задвижка 19, открывается дискретная задвижка 20 и регулируемая задвижка

l8, включается насос 11. Буровой раствор с помощью насоса ll подается по гидропроводу в узел 16 подачи пульпы, например гицроэжектор. Степенью открытия задвижки !8 регулируется количество поступления пульпы на гидроэжектор 16, т.е. в случае рассогласования показаний датчика 9 плотности, расположенного в емкости

1, с заданной величиной плотности изменяется степень открытия регулируемой задвижки 18 пропорционально величине рассогласования. При отсут- 40 ствии такого рассогласования степень открытия задвижки 18 остается лостоянной до тех пор, пока имеется рассогласование между заданной плотностью и датчиком 8 плотности,распо- 45 ложенным на выходе из скважины (в желобе) циркуляционной системы. При достижении равенства показаний датчиков 8 и 9 плотности отключается насос

I1, задвижки 18 и 20 закрываются и подача пульпы прекращается.

Если контур-накопитель регулирования плотности не справляется с утяжелением бурового раствора (большое рассогласование плотности 1, не- 5 достаточно пульпы), только тогда автоматически включается дозатор 5 и насос 7 смесителя 6, которые подают сыпучий утяжелитель и раствор соответственно на смеситель 6, а из него н желоб 2 циркуляционной системы. Дозатор 5 изменяет свою производитель»ость пропорционально величине рассогласования между заданной плотностью и плотностью, измеренной плотномером 9, расположенным в приемной емкости 1. При отсутствии рассогласования дозатор 5 работает с постоянной производительностью до тех пор, пока шчеется рассогласование между показаниями этого датчика и датчика 8 плотности, расположенного в желобе 2 циркуляционной системы. Когда достигается равенство показаний этих датчиков, дозатор 5 и насос 7 останавлива атся и выгрузка утяжелителя из бункера 4 прекращается.

Узел 10 управления (см. фиг. 2) содержит задатчик 21 плотности, первый компаратор 22 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 23, блоки 24 и

25 логического управления, первый ключ 26 и магнитный пускатель 27 (привода насоса 11), второй к.тюч 28 и магнитный пускатель 29 (дискретной задвижки 19 ), третий ключ 30 и магнитный пускатель 31 (дискретной задвижки 20 ), четвертый и пятый ключи

32 и 33, два регулятора 34 и 35 (соответственно для регулирования эаддвижек 17 и 18)„ первый сервомотор

36 и элемент 37 сравнения, второй аналого-цифровой преобразователь (АЦЛ) 38 и сервомотор 39, второй элемент 40 сравнения, тиристорный привод

41 (дозатора 5), второй компаратор

42, третий блок 43 логического управления, шестой и седьмой ключи 44 и

45, четвертый и пятый магнитные пускатели 46 и 47 (соответственно дозатора 5 и насоса 7), восьмой ключ 48, шестой магнитный пускатель 49 и пороговый элемент 50.

Узел 10 управления работает следующим образом.

На первом компараторе 22 непрерывно сравниваются сигналы от задатчика

21 плотности и датчика 8 плотности (через его АЦП 23). ioëã ко при отрицательном сигнале рассогласования первый компаратор 22 посылает сигнал на первый блок 24 логического утгравления, он включается и сигналы с него поступают на ключи 26, 28, 30 и

32. От них включаются магнитные пускатели 27 (привод насоса ll), 29 (привод дискретной задвижки 19, от14 крывве t:ÿ), 3 (нр,твоц дискретной задвил<.«.. ?О, 3:- 1<,".ьтттаетсч), а также через 1<.; ч 32 в1ст<1>1<1,1=:т< 1 регулятор 34 который и, цназнач=;1 цпя регулировки степ< >tl«Iткрытнч з.тцвтг<<тстт 17.

Од:"<н>р м»т lt< и .Ie!Ot!os элементе 37 сравтте-:тя i:Ilètl;t> tтся сигнал задания н>1 тtt<>OTII;t с тпнап цатчттка 9 плотно< т .. (Г < а Гп ЛЦП 38) . Сигнал рассс г leco!3ellltя Е, поступает на регулятор 1 >,, и н."Гn l!:- первый сервомотор 36« t

oTKpI.ITIf>t p Г >Jttlpvpt!ОЙ злдБг«3<к и 7 проис рцнона:тьн веатт>ттнте рассогласогтанит Е . 1 .с»и с =О То степень от> крытня = тдви .<кн 1 7 не меняется, Как только р-1 « г пасов II-ttte между сигнаJIo>! с нц нич и ц.l гч <«ком Я плотности б дет p,i!3 >;<; ттутп< т с нервый компаратор ?2 te 11; 1нус.:<а .т »<<гнал на первый бЛОК," : По> НЧ < К< I:. < Г>пп ВПЕННя И ПОследннй <-ткпючг<е ГСч При этом от ключей 26, 28 El! it<.>тюч.t><> TO ÷ M;<Г нитные пуск;ттептт 27 11 29 и соответственно выключаатсч насос l! и Закрывается дискретная .3ацвижк.> !9. Процесс обЛЕГЧ< .,НЧ б.> рового рвота<тра ЗаКОНЧек.

Д>1ч предупреждения перелива пульtfbl и 3 > к>< 1 .1 нттрут< !ц-11 c*>It< ol 48, c<>ответственно; кп> >.паетс ч >и Гтитттп-t<3 пускатель

49 ттриг. -н 111нбс ра 15

При OII жи- »;. ласонаннч < т>;: нм ут>:.1;е..те13»гг) первый кпмпар тсср 22 посыпает сигнал на второй бл к 25 логического управления, кот<рьтй нкттт<>чается, и сигналы с него поступ;цвт на ключи 28,30, 33 и 26.

От них гткттючнютсч магнитные пускатели 29,. 31 „>чгт»тся насос 11) .

Одновре -!ål но tta !3Topott элементе

40 сравнения сраниваются сигналы задатчик;.- 21 и датчика 9 плотности (через erо ЛЦП 38). Пол:ченный сигнал рассогласования Е< поступает на второй регулятор 35, «.оторый изменяет

cTапень открытия второй регулируемой задв гжки 18 пропорционально величине рассогласования с помощь <> второго сервот<отора 39. Сиггтап т поступает также на уиравпяе,:ый тирнсторный при!

О

55 посылает сигнал на второй блок 25 логического ;правления, который через соответствующие ключи и магнитные пускатели отключает насос 11 и закрывает задвижки 18 и 20. Если уровень пульпы минимальный, то с уровнемера

14 также поступает сигнал на второй блок 25 логического управления. Таким образом операция утяжеления с помощью контур-накопителя прекращается по сигналу уровнемера 14 или по сигналу второго компаратора 42 (P8 =р ) .

Если на пороговом элементе 50 (порог Е выставляется в соответствии с допустимым технологическим допуском) рассогласование f стало больше технологического допуска в течение допустимого времени переходного процесса, то с порогового элемента 50 поступает сигнал на третий блок 43 логического управления, который включается. Он включается также если на

zего поступает сигнал от уровнемера

14 о минимальном уровне пульпы в аккумулирующей емкости 13. После поступления сигнала от уровнемера 14 или от порогового элемента 50 третий блок логического управления через ключи

44 и 45 включает магнитные пускатели

46 и 47, т.е. начинает работать дозатор 5 и насос 7 (осуществляется утяжеление порошкообразным утяжелителем).

На управляемом тиристорном приводе 41 дозатора 5 уже имеется (см. описание выше) сигнал E.>(рассогласование межжу заданной плотностью и плотностью, измеренной плотномером 9). Привод 41 изменяет число оборотов рабочих органов дозирующего устройства пропорцио.— нально величине рассогласования

Если f =О, то число оборотов остается неизменным до тех пор, пока имеется рассогласование между датчиками

8 и 9 плотности. Когда достигается равенство показаний этих датчиков, второй компаратор 42 выдает сигнал на третий блок 43 логического управления. Срабатывают ключи 44 и 45, выключаютсв магнитные пускатели 46 и

47, т.е. дозатор 5 и насос 7 останав23728

6 вод 41 дозатора 5, но последний нока не включается в работу. Если Kg =0, то степень открытия второй регулируемой задвижки !В не меняется.

Одновременно на компараторе 42 сравниваются сигналы с датчиков 8 и

9 плотности и как только эти сигналы станут равными, второй компаратор 42

1423726 ливаются и выгрузка утяжели»еля прекращается.

Причины прекращения утяжеления в момент p11 = р следующие: первый ком9 5 паратор 22 содержит детектор среднего значения и сравнивает среднее по времени + значение р с г, t=V/g, 1 Зад где V — объем приемной емкост»» беэ застойных зон, Q — расход бурового растнора. Это позволяет рациональным образом избежать л» шних переходов с режима на реж»нл и производить выключение системы н случае, если плотность бурового раствора после осреднения н приемной емкости ожидается равной р, Зад

Таким образом, первый компаратор

22 редко меняет свое состояние.

Окончание режимов утяжеления или облегчения обычно происходит по окончании цикла циркуляции, т.е, когда

Так как регуляторы 34, 35 и тиристорный ринпд 41 гарантируют

Г9 P3oA ° 3 р8 p9 = P3A . Время осред- 25 нения р и р второго компаратора 42, который также содержит детекторы среднего значения, выбрано значител:— но меньше, чем время осреднения первого компаратпра 22, нп больше, чем gp длительность переходных процессов

САР. Это позволяет точнее определить конец цикла циркуляции.

При работе системы второй компаратор 42 не может зафиксировать состоя35 ние = р < э„„ из-эа очень незначительногп времени отклонения

)3aA

Предлагается использование системы при плотности бурового раствора

1,05-2,2 г/см . Плотность породы мо3 жет быть 1,3-1,2 г/см . Возможна си3 туация, что плотность породы равняется или даже меньше плотности бурового раствора. Пп- тп »у могут быть любые соотношения между о и о . Если 8 Ззаь — .-.ри работе системы, то будет осущестн IRTheP. облегчение бурового раствора.

Использование изобретения познолит 5О осуществит» регулирование плотности бурового р;.птнпра в заданном диапаэоне н соответствии с требованиями технологии проводки скважин и существенно снизьгь расход утяжелителя.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Автом".тическая система для регулиронания свойств бурового раствора, сод ржащая установленный на выходе скважины блок очистки буроного ра(гвора, соединенный транспортной линией с приемной емкостью, бункер для сыпучих материалов с дозатором, соединенным со смесителем, ныхпд которого подключен к транспор;ной линии, датчики плотности бурового раствора на входе и выходе из скважины, подключенные к узлу управления, выходы которого соединены с управляющими входами дозатора и насоса смесителя, отличающаяся тем, что, с целью понышения эффективности работы системы эа счет поддержания плотности бурового раствора и экономии утяжелителя, автоматическая система для регулирования свойств бурового раствора снабжена насосом, блоком гидроциклонов, аккумулирующей емкостью для пульпы с уровнемером и управляемым шибером, и узлом подачи пульпы, а также двумя регулируемыми и днумя дискретными задвижками, при этом вход насоса подключен к транспортной линии, ныход насоса через первую дискретную задвижку соединен с перьым входом узла под»чи пульпы, а через вторую дискретную задвижку с байпасным отводом, содержащим первую регулируемую задвижку, и с блоком гидроциклонов, выход которого подключен к транспортной линии, выход аккумулирующей емкости через вторую регулируемую задвижку соединен с вторым входом узла подачи пульпы, ныход которого подключен к транспортной линии, причем выход уроннемера соединен с третьим входом узла управления, остальные выходы которпго подключены к управляющим входам насоса, шибера аккумулирующей емкости, а также дискретных и регулируемых задвижек.

1423728

Тираж 531 Подписное

В11ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 4á18/37

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород,;л. Пр рентная, Составитель В, Шилов

Редактор М. Бандура Техред А.Кравчук Корректор М. 11аксимишинец