Устройство для измерения структурно-механических свойств буровых растворов

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 0906.80 (21) 2936700/22-03 (51)M. КЛ.

Е 21 В 47/12

G N 11/16 с присоединением заявки М

Государственнмй комитет

СССР по делам изобретений н открытн и (23) Приоритет

Опубликовано 230182. Бюллетень М 3

Дата опубликования описания (53) УДК 622. 243. 144..2.532.137 (088.8) (72) Авторы изобретения

P.Ã.Àõìàäååâ, В.Н.Греков и A.Ï.Çàõàðoâ

Московский ордена Трудового Красного Знамени институт нефтехимической и газовой промышленности им. И.М.Губкина (7f) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИХ

СВОЙСТВ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и может быть использовано при изучении структурно-механических (модулей быстрой и медленной эластичной дефор мации, наибольшей пластической вязкости, предела текучести, периода релаксации, показателя тиксотропии и статического напряжения сдвигу) свойств буровых растворов.

Известно устройство, содержащее коаксиальные цилиндры, между которыми помещается исследуемая жидкость.

Нагружение внутреннего цилиндра осуществляется с помощью сельсинной схемы, причем вращающий момент создается поворотом вала сельсина-датчика на угол, пропорциональный вращающему моменту, который фиксируется изйерительными сельсинами, расположенными на валах силовых сельсинов (1) .

В этом устройстве применено оптико-механическое регистрирующее устройство с фотоэлектрическими умножителями и шлейфный осциллограф с дополнительными отметчиками времени, однако в устройстве отсутствует следящая система, обеспечивающая постоянство величины деформации при изменении напряжения, что не позволяет определять релаксационные характеристики буровых растворов ° Кроме того, применение сельсинов в цепях нагружения и измерения устройства ограничивает чувствительность и точность измерительной схемы и делает ее инерционной.

Известно также устройство для измерения структурно-механических свойств буровых растворов, содержащее чувствительный элемент, выполненный в виде цилиндра, нагруэочный узел, преобразователь, источник напряжения, регистратор (2).

В связи с тем, что - в устройстве основным узлом измерительного элемента является рифленая. пластинка, погруженная в буровой раствор, измере2ы ние усилий в таких устройствах сопряжено со значительными погрешностями, возникающими вследствие того, что в зазорах между пластинкой и стенками ячейки возникает неоднородное поле напряжений из-за изменения величины зазора. Кроме того, ошибки в ячейке возникают вследствие уменьшения измерительной поверхности при погружении пластинки заподлицо с поверхностью

30 жидкости или же иэ-за изменения стол

899880

65 ба жидкости над пластинкой при погру}кении с запасом, Мгновенное приложеНие нагрузки может вызвать в рычажной системе измерительного устройства нежелательные явления,. например автоколебания, которые сказываются на показания прибора °

Цель изобретения — получение постоянной величины деформации при изменении напряжения за счет обеспечения одного и того же угла поворота оси измерительного датчика с помощью электронной следящей системы, а также повышение чувствительности устройства и точности измерений. указанная цель достигается тем, что предлагаемое устройство снабжено следящей системой и блоком управления, нагрузочный узел выполнен в виде рамки с обмоткой, размещенной в магнитном поле постоянного магнита, а измерительный узел выполнен в виде рамки с обмоткой и магнитопровода с обмоткой, включенной в цепь источника напряжения, причем обмотка рамки измерительного узла подключена ко входу преобразователя, выход которого подсоединен ко входу следящей системы, выход которой связан со входами регистратора и блока управления, соединенного с обмоткой рамки нагрузочного узла.

Отмеченные особенности предлагаемого устройства позволяют получать графики следующих зависимостей: напряжение сдвига в зависимости от деформации при постоянной температуре и скорости напряжения G ) (Я) ; величины деформации в зависимости от времени при постоянной температуре и напряжении сдвига =У(} ; величины напряжения сдвига в зависимости от времени при постоянном значении деформации G = Ч (t) .

Обработка этих зависимостей позволяет оценить все основные структурно-механические характеристики буровых растворов.

На чертеже изображена структурная схема устройства для измерения структурно-механических свойств буровых растворов.

Устройство включает электромагнитный датчик 1 угла поворота, совмещенный с механическим указателем угла и шкалой, электромагнитное устройство 2 для создания нагрузочного момента, цилиндр 3, погружаемый в исследуемую жидкость, генератор 4 прямоугольных импульсов, электронный усилиАль 5, блок б управления, следящую систему 7, при этом система выполнена на Г>азе измерительного моста, фазочувствительногo усилителя и исполнительного двигателя.

Кроме того, устройство содержит самопишущий прибор 8, регистрирующий результаты измерений на диаграммную ленту.

Устройство измерения структурномеханических свойств буровых растворов следующим образом.

Нагрузочное устройство 2 представляет собой рамку с обмоткой (на одной оси с датчиком 1 угла поворота и цилиндром 3), которая перемещается в поле постоянного магнита. При подаче в обмотку рамки заданной величины постоянного тока из блока 6 управления возникает электромагнит- ° ное поле, взаимодействующее с полем постоянного магнита, и на оси возникает крутящий момент. Крутящий момент передается на цилиндр 3, погруженный в -исследуемый буровой раствор.

Создается напряжение сдвига. Таким образом, ток в рамке пропорционален усилию сдвига, а угол поворота рамки пропорционален величине деформации.

На такой же угол повернется рамка с измерительной обмоткой электромагнитного датчика 1 угла поворота, которая перемещается в кольцевой щели магнитопровода. Обмоткой возбуждения, питаемой напряжением переменного тока частотой 1000 Гц от генератора 4 прямоугольных импульсов, создается магнитный поток, который наводит в измерительной обмотке рамки ЭДС, амплитуда которой прямопропорциональна углу поворота. Наведенная ЭДС подается на вход электронного усилителя 5, усилительный сигнал поступает на вход самопишущего прибора 8.

Таким образом, полезный сигнал снимается визуально (по механическому указателю} и в форме электрического напряжения, поступающего для регистрации на самопишущий прибор 8.

Блок 6 управления, подавая электрический ток в устройство 2 нагруженин 1, осуществляет нагружение ,создание крутящего момента на цилиндре 3) " заданной оператором скоростью или же скачком, в зависимости от режима измерения.

При снятии характеристики : напряжение сдвигу в зависимости от времени при постоянной величине деформации используется следящая система 7.

Так как деформация пропорциональна углу поворота цилиндра 3, то необходимо отслеживать постоянство угла поворота рамки датчика 1, снижая на необходимую величину нагрузочный ток в устройстве 2. С этой целью оператором задается заранее выбранная уставка в измерительный )мост следящей системы 7. Сигнал, пропорциональный углу поворота рамки датчика 1 (величина деформации 8),с выхода усилителя 5 подается на другое плечо измерительного моста следящей системы. Сигнал рассогласования поступает на фазочувствительный Усилитель следящей системы, который выдает сигнал в блок б управления с тем,чтобы свести рассогласование к нулю.

899880

ВНИИПИ Заказ 12115/46 Тираж 623 Подписное

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

Уменьшение величины нагрузочного тока приводит к сохранению неизменным угла поворота оси цилиндра 3, тем самым выполняется условие постоянства величины деформации.

Поскольку величина нагрузочного тока пропорциональна усилию сдвига, то регистрация самопишущим прибором

8 изменения нагрузочного тока позволяет получить зависимость напряжения от времени при постоянной деформации, т. е. Релаксационную характеристику бурового раствора.

Использование предлагаемого устройства лабораториями, ответственными За составление регламенточ буровых растворов, позволит лучше обос- S новывать структурно-механические характеристики и химическую обработку растворов с учетом как пусковых характеристик, так и гидродинамического влияния растворов на устойчивость Щ стенок скважин. Правильная химическая обработка буровых растворов приведет к сокращению времени на промывку и проработку скважины до 6-10 %, облегчит условия работы гидравличес- р5 кой системы буровой установки.

Годовой экономический эффект на одно устройство при бурении глубоких скважин может составить около ?8 тыс. руб.

Формула изобретения

Устройство для измерения структурно-механических свойств буровых

РаствоРов, содержащее чувствительный элемент, выполненный в виде цилиндра, нагруэочный узел, измерительный узел, преобразователь, источник напряжения, регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения и обеспечения возможности определения релаксационных характеристик буровых растворов, оно снабжено следящей системой и блоком управления, нагрузОЧный узел выполнен в виде рамки с обмоткой, размещенной в магнитном поле постоянного магнита, а измерительный узел выполнен в виде рамки с обмоткой и магнитопровода с обмоткой, включенной в цепь источника напряжения, причем обмотка рамки измерительного узла подключена ко входу преобразователя, выход которого подсоединен ко входу следящей системы, выход которой связан со входами регистратора и блока управления, соединенного с обмоткой рамки нагрузочного узла.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

У 103697, кл. G 01 N 11/14, 1952.

2. Авторское свидетельство СССР

М 658440, кл. G 01 N 11/16, 1979 (прототип) °