Система автоматического регулирования содержания коллоидной фазы и объема бурового раствора

 

О П И С А Н И Е (»)659722

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04.11.74 (21) 2074554/22-3 с присоединен:.,зм заявки № (23) Приоритет (51) М. Кл.

E 21В 21/00

Государственный комитет (43) Опубликовано 30.04.79. Бюллетень № 16 (53) УДК 662.276.277 (088.8) ло делам изобретений и открытий (45) Дата опубликования описания 30.04.79 (72) Авторы изобретения В. С. Панаиотти, Н. T. Печенкин, Н. Ф. Мезенцев и Ю. М. Осадчий (71) Заявитель Всесоюзный научно-исследовательский институт по креплению скважин и буровым растворам (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

СОДЕР)КАНИЯ КОЛЛОИДНОЙ ФАЗЪ| И ОБЪЕМА

БУРОВОГО РАСТВОРА

Изобретение относится к системам регулирования количества и свойств бурового раствора, используемого при бурении нефтяных и газовых скважин.

Известна система автоматического контроля свойств бурового раствора, позволяющая контролировать многие важные параметры бурового раствора: вязкость, рН, плотность, СНС, электрическое сопротивление (1).

Однако в систему не включены приборы для контроля собственно процесса промывки скважин, а управление оборудованием для регулирования свойств бурового раствора по данным измерений должен осуществлять оператор.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению из известных систем контроля и управления является электронная система для контроля бурения нефтяных и газовых скважин, включающая наземную циркуляционную систему, расходомер, датчики контроля объема бурового раствора и содержания коллоидной фазы в буровом растворе (по косвенным параметрам: вязкость, плотность) . Управление оборудованием в данной системе осуществляет оператор (2).

Сложность процесса бурения глубоких скважин, большое число контролируемых параметров и многообразие оборудования приводят к тому, что оператор не успевает управлять всем оборудованием одновременно, а расчленяет процесс управления на

5 отдельные задачи, которые имеют различный приоритет и решаются в определенной последовательности.

Целью изобретения является уменьшение потерь ценных компонентов и снижение

10 энергозатрат на хранение и регенерацию бурового раствора.

Это достигается тем, что система снабжена двумя блоками выделения модуля, двумя блоками выделения знака, блоком

15 умножения, сумматором, регулятором, четырьмя ключами, логическим блоком и исполнительным блоком, прн этом выходы датчиков контроля объема н содержания коллоидной фазы подключены, соответст2р венно, через первый блок выделения модуля и через второй блок выделения модуля и блок умножения ко входам сумматора, выход которого через регулятор соединен со входами ключей, управляющие входы

25 которых подключены к соответствующим выходам логического блока, а выходы ключей подключены к соответствующим входам исполнительного блока, установленного на входе циркуляционной системы, причем выход расходомера подключен ко вто659722 рому входу блока умножения, а выходы датчиков контроля объема и содержания коллоидной фазы подключены через соответствующие блоки выделения знака ко входам логического блока.

Кроме того, исполнительный блок содержит дозатор, насос, сепаратор и испаритель.

Предложенная система непрерывно в замкнутом цикле осуществляет регулирование оборудованием для приготовления бурового раствора, восстановления его свойств в процессе циркуляции и регенерации раствора по двум основным компонентам: коллоидному материалу и растворителю. Все это позволяет обеспечить получе»ие бурового раствора требуемого качества п избежать накопления излишков его в каждый текущий момент времени.

На чертеже представлена структурная схема системы автоматического регулирования содержания коллоидной фазы и объема бу.рового раствора.

Объектом регулирования является буровой раствор, циркулирующий через скважину и наземную циркуляционную систему 1.

В циркуляционной системе установлен исполнительный блок 2, включающий дозатор 3, насос 4, сепаратор 5 и испаритель 6, а также установлены датчики 7 и 8 контроля объема бурового раствора и содержания коллоидной фазы в нем и расходомер

9, измеряющий расход циркулирующего бурового раствора.

Выходы датчиков 7 и 8 подключены, соответственно, ко входам двух блоков 10, 11 выделения модуля и параллельно — ко входам двух блоков 12, 13 выделения знака.

Выходы блоков выделения модуля подключены один непосредственно, а второй через множитель 14 ко входам сумматора 15, выход которого подключен ко входу регулятора 16. Выход регулятора 16 параллель»о через четыре ключа 17, 18, 19 и 20 подключен к соответствующим входам исполнительного блока 2. Управляющие входы ключей 17, 18, 19 и 20 подключены к соответству ющим выходам логического блока

21, входы которого подключены к выходам двух блоков 12, 13 выделения знака.

Предложенная система автоматического регулирования работает следующим образом.

В процессе бурения буровой раствор подвергается действию различных возмущений, в результате чего изменяется его количество и состав компонентов в нем, Приборы

7, 8 и 9, установленные в наземной циркуляционной системе 1, измеряют объем бурового раствора, содержание коллоидной фазы в нем и расход циркулирующего раствора. Блоки 10 и 11 выделяют модули отклонений объема и содержания коллоидной фазы. Блок 14 определяет абсолютное отклонение содержания коллоидной фазы

ЗО

G0

65 умножением модуля относительного отклонения содержания коллоидной фазы на расход. Сумматор 15 определяет сигнал рассогласования сложением модулей отклонения объема и абсолютного отклонения содержания коллоидной фазы. Полученный сигнал рассогласования подается на вход регулятора 16, который управляет по определенному алгоритму, например изодромному, одним из четырех механизмов исполнительного блока 2: дозатором 3 для подачи коллоидного материала, насосом 4 для подачи жидкости, сепаратором 5 для удаления лсгпой фракции или испарителем 6 удаления жидкости. Какой именно механизм исполнительного блока необходимо подключит: It Dc один из ключей 17, 18, 19 или 20 к регулятору 16 в каждый текущий момент времени, определяет логический блок 21 на основании информации о знаках отклонений объема и содержания коллопдной фазы, полученной блоками 12 и 13.

Алгоритм работы логического блока следующий: если знаки отклонений объема и содержания коллоидной фазы отрицательны, то включается ключ 17, если знак отклонения объема отрицателен, а знак отклонения содержания коллоидной фазы положителен, то включается ключ 18, если знаки обоих отклонений положительны, то включается ключ 19, если знак отклонения об.ьема положителен, а знак отклонения коллоидной фазы отрицателен, то включается ключ 20.

Включенный механизм будет уменьшать сразу оба отклонения со скоростью тем большей, чем больше сумма модулей отклонений. В некоторый момент времени од»о из отклонений уменьшится до нуля и сменит знак. Тогда логический блок 21 подключит регулятор 16 к другому механизму через соответствующий ключ. Производительность этого механизма практически будет определяться величиной одного из отклоне»ий. Как только отклонение с нулевым значе»исм вновь сменит знак, вновь подключится прежний механизм. Таким образом, оба отклонения уменьшатся до нуля, и система придет в равновесие.

Предложенная система автоматического регулирования позволяет в каждый текущий момент времени иметь в циркуляционной системе буровой раствор с заданным по условиям бурения содержанием коллоидной фазы в таком количестве, которое необходимо для производства процесса бурс»ия и предотвращения возможной потери циркуляции. В результате этого значительно уменьшаются потери ценных компо»ентов бурового раствора и снижаются энергозатраты на приготовление, хранение и регенерацию бурового раствора.

Предложенная система позволяет также увеличить скорость бурения, так как под659722

Формула изобретения

Составитель Н. Чижикова

Техред Н. Строганова

Корректоры: P. Беркович и А. Галахова

Редактор Г. Лановая

Заказ 679/3 Изд. № 301 Тираж 657 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытии

113035, Москва, )К-35, Раугпская нап., д. 4 5 типограг1и я, пр. Сапунова. 2 держивает содержание коллоидной фазы в буровом растворе близким к минимально допустимым значениям.

С наибольшей эффективностью предложенная система автоматического регулирования может применяться в условиях, когда предъявляются жесткие требования к размерам буровой площадки и к отсутствию загрязнения окружающей среды, например в морском бурении.

1. Система автоматического регулирования содержания коллоидной фазы и объема бурового раствора, включающая наземную циркуляционную систему, на выходе которой установлены расходомер и датчики контроля объема бурового раствора и содержания коллоидпой фазы, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью уменьшения потерь ценных компонентов и снижения энергозатрат на хранение и регенерацию бурового раствора, она содержит два блока выделения модуля, два блока выделения знака, блок умножения. сумматор, регулятор, четыре ключа, логический блок и исполнительный блок, при этом выходы датчиков контроля объема и содержания коллоидной фазы подключены соответственно через первый блок выделения модуля и через второй блок выделения модуля и блок ум5 ножения ко входам сумматора, выход которого через регулятор соединен со входами ключей, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам логического блока, а выходы ключей под10 ключены к соответствующим входам исполнительного блока, установленного на входе циркуляционной системы, при этом выход расходомера подключен ко второму входу блока умножения, а выходы датчиков конт15 роля объема и содержания коллоидной фазы подключены через соответствующие блоки выделения знака ко входам логического блока.

2. Система автоматического регулирова20 ния по п. 1, отличающаяся тем, что исполнительный блок содержит дозатор, насос, сепаратор и испаритель.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент СШЛ ¹ 3473368, кл. 75 — 55, опубл. 1969.

2. Патент CILIA № 3541852, кл. 73 — 151, опх бл. 1970.