Система автоматического регулирования реологических параметров бурового раствора

 

ОП HCAHHE

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик рн969885 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 0601.81 (21) 3231727/22-03 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Опубликовано 301082, Бюллетень № 40

Дата опубликования описания 3010.82

131) М Кл з

Е 21 В 21/06

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений и открытий

{53) УДК 662.276..277(088.8) (72) Авторы изобретения

А.Б.Крых, Е.П.Пистун и Д.Ю.Мочернюк,1

Львовский ордена Ленина политехнический институт

-%... им. Ленинского комсомола (71) Заявитель (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

РЕОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ БУРОВОГО

РАСТВОРА

Изобретение относится к системам регулирования реологических параметров, в частности предельного напряжения сдвига и пластической вязкости бурового раствора,и может быть применено в системах автоматизации процессов бурения нефтяных и гаэовых скважин.

Известна система автоматического 1ð контроля свойства бурового раствора, позволяющая контролировать его вязкость, рН, плотность и электрическое сопротивление (1).

Однако данная система не обеспечивает контроль собственно реологических параметров бурового раствора, не формирует соответствующих регулирующих воздействий, а управление оборудованием для регулирования свойств бурового раствора осуществляется оператором. Система также не обеспечивает контроля реологических параметров бурового раствора, таких как предельное напряжение сдвига и пластическая вязкость, и не формирует автоматических регулирующих воздействий.

Управление оборудованием в данной системе осуществляет оператор.

Известна также система автоматического регулирования содержания колло- 3Р идной фазы и объема бурового раствора, включающая наземную циркуляционную систему с исполнительным блоком, содержащим дозатор, насос, сепаратор и испаритель, два блока выделения знака, регулятор, четыре ключа и логический блок, при этом регулятор соединен с входами ключей, управляю щие входы которых подключены к соответствующим выходам логического блока, а выходы ключей подключены к соответствующим входам исполнительного блока, установленного на входе циркуляционной системы, причем на выходе циркуляционной системы установлен датчик контроля объема бурового раствора, выход из которого через блок выделения знака подключен к входу логического блока. Кроме того, система регулирования содержит расходомер, датчик содержания коллоидной фазы, два блока выделения модуля, блок умножения и сумматор, причем выходы датчиков контроля объема и содержания коллоидной фазы подключены соответственно через первый блок выделения модуля, через второй блок выделения модуля и блок умножения ко входам сумматора, выход которого через регулятор соединен с входами клю969885 чей, а выход расходомера подключен к второму входу блока умножения, и до.полнительный выход датчика. содержания коллоидной фазы подключен череэ второй блок выделения знака к входу логического блока 123. 5

Рассмотренная система автоматического регулирования обеспечивает автоматическое регулирование содержания .коллоидной фазы и объема бурового раствора, однако она не может обес- 10 печить при суцествующих в процессе бурения возмущениях на буровой раствор стабилизацию его необходимых структурно-механических свойств.

Это главным образом связано с 15 тем, что в рассмотренной системе не контролируются и не регулируются реологические параметры раствора, а также тем, что одним лишь иэмейением соотношения коллоидного ма- 2р териала и растворителя нельзя при указанных воэмуцениях получить оптимальные структурно-механические свойства бурового раствора.

Цель изобретения — повышение стабильности реологических параметров бурового раствора в процессе бурения.

Указанная цель достигается тем, что система автоматического регулирования, включающая наземную циркуляционную систему с исполнительным блоком, содержащим дозатор, насос, сепаратор и испаритель, два блока выделения знака, регулятор, четыре ключа и логический блок, в которой регулятор соединен с входами ключей, управ- Зэ ляюцие входы которых подключены к соответствуюцим выходам логического блока, а выходы ключей подключены к соответствующим входам исполнительного блока, установленного на входе 4р циркуляционной системы, причем на вы-. ходе циркуляционной системы установлен датчик контроля объема бурового раствора, выход из которого через блок выделения знака подключен к вхо- 45 ду логического блока, снабжена датчиками предельного напряжения сдвига и пластической вязкости, блоком деления, дискретным управляющим устройством и двумя исполнительными механизмами-насосами для подачи химреагентов, при этом выход датчика пластической вязкости подключен к блоку деления и к регулятору, а также через блок выделения знака к логическому блоку, а выход датчика предельного напряжения сдвига подключен лишь к блоку деления, выход из которого соединен через дискретное управляющее устройство с исполнительными механизмами для подачи химреагентов. бр

Предлагаемая система непрерывно и автоматически в замкнутом цикле обеспечивает регулирование как объема бурового раствора, так и основных его реологичееких параметров„ таких как 5 пластическая вязкость, предельное напряжение сдвига и независимый динамический коэффициент пластичности, причем это регулирование обеспечиваЕт оптимальные значения указанных параметров бурового раствора и при значительных возмущениях, которые имеют место в процессе бурения, в результате чего обеспечивается снижение энергозатрат на бурение скважин.

На чертеже представлена структурная схема системы автоматического регулирования реологических параметров бурового раствора.

Объектом регулирования является буровой раствор, циркулирующий через скважину Ъ наземную циркуляционную систему 1. В циркуляционной системе установлены исполнительный блок 2, включающий дозатор 3, насос 4, сепаратор 5 и испаритель 6, исполнительные механизмы 7 и 8 для подачи химреагентов, также установлены датчики 9-11 соответственно объема бурового раствора и его реологических параметров — пластической вязкости и предельного напряжения сдвига.

Выходы датчиков 10 и 11 подключены к блоку 12 деления, выход которого подключен ко входу дискретного управляющего устройства 13. Выходы дискретного управляющего устройства 13 подключены ко входам исполнительных механизмов 7 и 8 для подачи химреагентов. Выходы датчиков 9 и 10 подключены соответственно ко входам двух блоков 14 и 15 выделения знака. Выход датчика 10 также подключен ко входу регулятора 16, выход которого параллельно через четыре ключа 17-20 подключен к соответствующим входам исполнительного блока 2,а именно к дозатору 3, насосу 4, сепаратору 5 и испарителю 6. Управляющие входы ключей 17-20 подключены к соответствующим выходам логического блока 21, входы которого подключены к выходам двух блоков 14 и 15 выделения знака.

Система автоматического регулирования работает следующим образом.

В процессе бурения буровой раствор подвергается действию различных возмущений, вследствие чего изменяются его количество и показатели структурно-механических свойств. Приборы 9-11, установленные в наземной циркуляционной системе 1, измеряют соответственно объем, пластическую вязкость и предельное напряжение сдвига. Блок 12 определяет независимый динамический коэффициент пластичности..

Если значение независимого динамического коэффициента пластичности выходит за пределы оптимальных значений, то дискретное управляющее устройство включает один из исполнительных механизмов 7 или 8 для подачи

969885 химреагентов. Так, например,.при значении независимого динамического коэффициента пластичности, меньшем минимально допустимого, включается подача реагента-структурообразователя, при значении, большем максимально допустимого, включается подача реагента-стабилизатора. Одновременно регулятором 16 с помощью исполнительного блока 2 осуществляется регу лирование реологических параметров 10 бурового раствора. Регулятором 16 формируется сигнал рассогласования между текущим значением пластической вязкости, получаемым датчиком 10 пластической вязкости, и ее заданным 15 значением. Регулятор 16 управляет одним иэ четырех механизмов исполнительного блока 2: доэатором 3 для

;подачи коллоидного материала, насоcoin 4 для подачи жидкости, сепарато- 20 ром 5 для удаления легкой фракции и испарителем 6 для удаления жидкости.

На основании информации о знаках отклонений объема и пластической вязкости, полученной блоками 14 и 15. 25 логический блок 21 определяет, какой именно механизм исполнительного блока необходимо подключить через один из ключей 17-20 к регулятору 16.

Алгоритм работы логического блока следующий. Если знаки отклонений объема и пластической вязкости отрицательны, то включается ключ 17, если знак отклонения объема отрицателен, а знак отклонения пластической вязкости положителен, то включается ключ 35

18, если знаки обоих отклонений положительны, то включается ключ 19, если знак отклонения объема. положителен, а .знак отклонения пластической вязкости отрицателен, то включается 40 ключ 20.

Предлагаемая система автоматического регулирования позволяет иметь в циркуляционной системе буровой раствор с заданными по условиям бурения 45 значениями реологических параметров (пластической вязкости и предельного напряжения сдвига), а также обеспечивает регулирование объема бурового раствора в количестве, необходимом для производства процесса бурения.

Кроме того, путем определения незави-, симого динамического коэффициента пластичности система регулирования поддерживает оптимальные реологические параметры бурового раствора. Все это в свою очередь обеспечивает значительное снижение энергозатрат на приготовление, хранение и регенерацию бурового раствора. Предлагаемая система автоматического регулирования позволяет также увеличить скорость проходки скважины, так как скорость бурения непосредственно зависит от регулируемых реологических параметров.

Предлагаемая система может быть применена в схеме автоматизации буровой установки, и ее внедрение обеспечит значительное повышение техникоэкономических показателей бурения, а соответственно и обеспечит народному хозяйству существенный экономический эффект.

Формула изобретения

Система автоматического регулирования реологических параметров бурового раствора, содержащая наземный циркуляционный узел с исполнительным блоком, включающим дозатор, насос, сепаратор и испаритель, два блока выделения знака, регулятор, четыре ключа и логический блок, регулятор соединен с входами ключей, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам логического блока, установлейного на входе циркуляционного узла, причем на выходе циркуляционного узла .установлен датчик контроля объема бурового раствора, выход которого через блок выделения знака подключен ко входу логического блока, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью повышения стабильности реологических параметров бурового раствора в процессе бурения, она снабжена датчиками предельного напряжения сдвига и пластической вязкости, блоком деления,дискретным управляющим блоком и двумя исполнительными механизмами-насосами для подачи химреагентов, при этом выход датчика пластической вязкости подключен к блоку деления, к регулятору, а также через блок выделения знака к логическому блоку, а выход датчика предельного напряжения сдвига подключен к блоку деления, выход которого соединен через дискретный управляющий блок с исполнительными механизмами для подачи химреагентов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США Р 3473368, кл. 75-55 опублик. 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

У 659722, кл. Е 21 В 21/06, 1974.

969885

Заказ 8339/Зб Тираж б23

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11 3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная, 4

Составитель N.Êàðáà÷èíñêàÿ

Редактор В.Пилипенко Техред С.Мигунова Корректор A.Ãîèöåíêî