Устройство для контроля дифференциального расхода

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВ ЕТИЗЬСТВУ

«»775620

i (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 110179 (21) 2713643/18-10 (51)М. Кл.

Q F 1/00 с присоединением заявки Й9 (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по деяам изобретений и открытий (53) УДК 681. 121 (088.8) Опубликовано 301080 Бюллетень Мо 40

Дата опубликования описания 301080 (72) Авторы изобретения

В.К. Бицута, В.И. Иванов, Ю.М. Дунаев и В.Н. Есауленко

Грозненский ордена Трудового Красного Знамени нефтяной институт им. акад. М.Д. Миллионщикова (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО

РАСХОДА

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для обнаружения поглощений бурового раствора и пластовых проявлений на начальном этапе их развития и для оптимизации процесса бурения нефтяных и газовых скважин.

Известно устройство, позволяющее косвенно, по изменению уровня в приемных емкостях судить о изменениях расходов промывочной жидкости

Однако это устройство обладает низкой информационной способностью, а также недостаточной надежностью и точностью измерения.

Наиболее близким по технической сущности к описываемому изобретению является устройство для контроля дифференциального расхода, содержащее сборную и расходную емкости с клапаном перепуска жидкости, два датчика уровня, помещенные в емкос.ти, блок управления, выход которого подключен к исполнительному устройству, связанному с клапаном перепуска жидкости, два преобразователя уровень-частота, на вход которых включены датчики уровня, генератор тактовых импульсов; подключенный к

2 блоку управления, задатчик, блок сигнализации (2).

Недостаток такого устройства заключается в структурной избыточнос5 ти, что ведет к потере точности измерения дифференциального расхода, а следовательно, и к низкой надежности дальнейшего анализа и обработки информации. Кроме того, аппара10 турная сложность всего устройства не отвечае требованиям его практического применения для эксплуатации в условиях буровой установки.

Цель изобретения — повышение точ15 ности измерения °

Для этого в устройство для контроля дифференциального расхода введены два ключа, две схемы И, реверсивный счетчик, дешифратор, схема

20 сравнения, к входам которой подключен эадатчик и через дешифратор выходы младших разрядов реверсивного счетчика, а выход соединен с первыми входами схем И, вторые входы кото25 рых подключены к выходам старших разрядов реверсивного счетчика, причем выходы схем И связаны с блоком синхронизации, управляющие входы ключей — с блоками управления, а

3р выходы — с входами прямого и обрат775620 ного счета реверсивного счетчика, при этом выходы преобразователей ур вень-частота подключены к ключам, На чертеже представлена структурная электрическая схема дифференциального расходомера. устройство содержит сборную 1 и расходную 2 емкости, оснащенные датчиками 3 и 4 уровня со взаимнообратными статическими характеристиками.

Между емкостями установлен клапан 5 перепуска жидкости, соединенный через исполнительное устройство 6 с блоком 7 управления, связанным с генератором 8 тактовых импульсов. Выходы датчиков уровня через преобразователи 9 и 10 уровень-частота подклю- 15 чены совместно с выходами блока управления к ключам 11 и 12. Выходы ключей связаны с шинами прямого 13 и обратного 14 счета реверсивного счетчика 15, выходы 16 младших разрядов рр которого через дешифратор 17 остатка совместно с выходами кодового эадатчика 18 объединены схемой 19 сравнения кодов. Выходы схемы сравнения кодов совместно с обоими выходами 20 и

21 старшего разряда поданы на схемы

И 22 и 23,.которые подключены к блоку

24 сигнализации. Кроме того, реверсивный счетчик имеет кодовый выход

25 для связи с информационными системами или с устройствами оптимизации процесса бурения.

При автоматическом анализе и диагностике вида осложнения в скважине основным информационным сигналом является знак и величина дифференциаль- 35 ного расхода. В основу работы предложенного устройства положен алгоритм работы, основанный на решении системы неравенств откуда

Нэ -Нс

1 макс а на выходе другого преобразователя

55 10 ур ен тр= So hH ìñè с макс где aux 0 вх= <

+du «К (,4

-aQ>B> где Q,к — расход бурового раствора на входе в скважину; Вы — расход бурового раствора на выходе из скважины,"

К вЂ” допустимая величина потерь раствора в скважине;

 — минимально допустимая величина водогазонефтепроявления. практически величины K и 5 равны по абсолютной величине в диапазоне выбранного диапазона измерения. .Данный алгоритм аппаратурно просто реализован применением принципа реверсивного счета на реверсивном счетчике 15. Измерение расхода 6вь осуществляется путем измерения уровня промывочной жидкости сборной емкости 1, а измерение

Qsx- путем контроля уровня в расходной емкости 2.

Нормальный установившийся режим циркуляции бурового раствора в сква жине характеризуется равенством расходов промывочной жидкости на входе и выходе из скважины ВХ= ВЫХ

Разобщим в этот момент сообщающиеся сборную 1 и расходную 2 емкости подачей управляющего сигнала на клапан 5 перепуска жидкости между данными емкостями на период времени, равный 33 . Тогда в обеих емкостях с момента времени 1; начинают изме- няться уровни промывочной жидкости

Я сборной емкости, к концу периода времени D уровень промывочной жидкости составит а в расходной емкости к этому же моменту времени получаем

H c=Hg -aH (4) 1 о где Н . — уровень промывочной жидкос11 ти в обеих емкостях до их разобщения в момент времени

b,Н вЂ” динамическое приращение уровня в каждой емкости за интервал времени, равный

11 Определяется из условия где 5 — площадь поперечного сечения каждой емкости.

Преобразуем информационные сигналы от датчиков 3 и 4 в непрерывный частотный сигнал переменного тока.

При этом статическая характеристика на выходе преобразователя 9 уровеньчастота имеет вид (c учетом периода времени разобщения D) начальное значение частоты, соответствующее нижнему предельному эначению уровня промывочной жидкости HbÄ 775620 а| „ — диапазон изменения-частоты, соответствующий диапазону изменения уровня аН с „, начальное значение частоты, соответствующее верхнему предельному значению уровня.

Следующим тактом блока 7 управления в момент времени 1с = t + 0 открывается ключ 11 на время и частотh ный сигнал с преобразователя 9 уровень-частота подается на шику 13 прямого счета реверсивного счетчика.

За время в счетчик поступило число импульсоч

Затем открывается ключ 12 на вре. мя <пи на шину 14 обратного счета реверсивного счетчика 15 поступает частотный сигнал с преобразователя

10 уровень-частота. Так как с учетом выражения (2) с Р то реверсивный счетчик имеет нулевое состояние всех разрядов, а это означает, что данная ситуация обладает Минимумом информации для бурильщика и по принципу "черного ящика" классифицируется, процесс промывки скважины протекает нормально, беэ осложнений и величина дифференциального расхода ДЦ= О, следовательно, .все в порядке. Управляющий сигнал блока 7, воздействующий через исполнительное устройство 6 на клапан 5 перепуска жидкости, снижается автоматически через каждый период времени, равный т =71+2<ï.

В эти моменты емкости сообщаются и происходит выравнивание уровня в обеих емкостях.

Если расход на выходе из скважины

Цэь, уменьшился на аЦ, то это означает развитие поглощения промывочной жидкости в скважине. При поглощении промывочной жидкости с величиной М, превышающей критическое значение К задаваемое бурильщиком с помощью кодового эадатчика 18, в зависимости от условий бурения (например, при k

2 и аЦ ) 2 M>/ч), измерение дифференциального расхода и анализ его знака формируем следующим образом.

Уменьшение расхода на выходе С В ц с учетом выражений (3)-(7) приводит к тому, что в момент времени- с=

= 11 + 2 на выходе преобразователей

9 и 10 уровень-частота частотные.сигналы будут связаны соотношением с Р-

Тогда при открывании кляча 12 на время t на шину 14 обратного счета поступает сигнал от преобраэователя

10 уровень-частота. За время 1 в счетчик поступило число импульсов

5 Np f рt, (io) следовательно, учитывая выражение(8)

Р 4с (и)

Так как вычитаемое больше уменьшаемого, то старший разряд реверснв ного счетчика занял единичное состояние. При этом на выходе 21 старшего разряда имеется единичный сигнал, а на другом его выходе 20 — нулевой

15 сигнал. Остаток сравнения частот формирует на выходах 16 младших разрядов реверсивного счетчика 15 код,значение которого поступает на вход схемы 19 сравнения кодов. Сюда же щ подается кодовый сигнал от кодового задатчика 18. При этом если остаток сравнения частот в виде кодового сигнала, находящегося в младших разрядах реверсивного счетчика 15, меньше кодового сигнала на выходе кодового эадатчика 18, то на выходе схемы 19 сравнения кодов имеется нулевой сигнал. В противном случае на выходе схемы сравнения единичный сигнал. Одновременное наличие двух единичных сигналов на входе схемы И 23 означа- . ет, что b.Ц > 2 м /ч.

При этом загорается табло "поглощение" блока 24 сигнализации и сраба35 тывает звуковая сигнализация,для

I того чтобы бурильщик принял необходимые меры.

В случае если/Й -Ир/<8, то табло не горит и сигнализация отсутствует, так как на выходе схемы 19 сравнения

40 кодов исчез единичный сигнал.

При гаэонефтепроявлениях в скважине частотные сигналы от преобразователей 9 и 10 уровень-частота свяэаны соотношением

45 И )

Сравнение частот происходит по тому же алгоритму, но так как с уче том выражений (8) и (10) уменьшаемое и больше вычитаемого, то старший разряд реверсивного счетчика находится в нулевом состоянии. Это означает, что на выходе 20 старшего раз- ряда имеется единичный сигнал, а на выходе 21 — нулевой сигнал. Если зна55 чение кода остатка от сравнения частот больше кодового значения от кодового эадатчика 18, то на выходе схемы сравнения кодов появляется единичный сигнал. Два единичных сигнала фО на входе схемы И 22 означают наличие водогазонефтепроявления. При этом загорается табло "Проявление" и срабатывает звуковая сигнализация. Та" ким образом, бурильщик извещен о конкретной ситуации и всегда может опре775620 делить величину дифференциальнсго расхода, уменьшая величину диапазона измерения (т;е. К =8) нажатием соответствующей кнопки кодового задатчика 18.

Когда табло "Проявление" и "Поглощение" погашены, звуковая сигнализация отсутствует, то результат измерения не представляет интереса для бурильщика и он может уверенно выполнять требуемые операции.

Наличие кодового выхода с реверсивного счетчика 15 позволяет считывать в различные моменты времени как значения уровней в емкостях, так и величину дифференциального расхода в двоично-десятичном коде. Это необходимо для последующей обработки данной информации и оптимизации процесса бурения.

Формула изобретения

Устройство для контроля дифференциального расхода, содержащее сборную и расходную емкости с клапаном перепуска жидкости, два датчика уровня, помещенные в емкости, блок управления, выход которого подключен к исполнительному устройству, свяэанному с клапаном перелуска жидкос ти, два преобразователя уровень-частота, на вход которых включены датчики уровня, генератор токовых импульсов, подключенный к блоку управ,ления, эадатчик, блок сигнализации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля, введены два ключа, две схемы И, реверсивный счетчик, дешифратор, схема сравнения, к входам которой под10 ключены задатчик и через дешифратор выходы младших разрядов реверсивного счетчика, а выход соединен с первыми входами схем И, вторые входы которых подключены к выходам старших

)g разрядов реверсивного счетчика, причем выходы схем И связаны с блоком сигнализации, управляющие входы ключей — с блоком управления, а выходы с входами прямого и обратного счета о реверсивного счетчика, при этом выходы преобразователей уровень-частота подключены к ключам.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Журнал "Нефтяное хозяйство"

1977, У 5, с. 15.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 430280, кл. 6 01 F 1/00, 1972 (прототип).

ВНИИЛИ Заказ 7716/57

Тираж 801 Подписное

Филиал ППП"Латент", г.ужгород,ул.Проектная,4