УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ БУРОВОГО РАСТВОРА Российский патент 1997 года по МПК E21B44/00 

Изобретение относится к устройствам для одновременного определения параметров бурового раствора непосредственно в процессе бурения и может быть использовано при разведочном и эксплуатационном бурении нефтяных и газовых скважин.

Известно устройство для измерения параметров бурового раствора, содержащее измерительный трубопровод, соединенный с желобом, и установленные на измерительном трубопроводе электромагнитный расходомер, гамма-плотномер, датчик температуры [1]
Недостатком устройства является низкая точность определения расхода, так как при заполнении измерительного трубопровода часть бурового раствора протекает по желобу.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство, содержащее измерительный трубопровод, соединенный с желобом, установленные на измерительном трубопроводе электромагнитный расходомер, гамма-плотномер, датчик температуры [2]
Недостатком известного устройства является низкая точность определения расхода, так как весь буровой раствор, вытекающий из скважины, проходит через проходное сечение расходомера, которое должно быть полностью заполнено буровым раствором для нормального функционирования электромагнитного расходомера. Из-за пульсирующего режима истечения бурового раствора из скважины невозможно обеспечить полный отвод бурового раствора из желоба в измерительный трубопровод, часть раствора, протекающая по желобу до вибросита, не учитывается расходомером, что приводит к погрешности определения расхода, которая может достигать 50%
Задача изобретения создать устройство для одновременного измерения параметров бурового раствора, обеспечивающее необходимую для практики точность определения расхода.

Эта задача решается тем, что устройство для одновременного измерения параметров бурового раствора, содержащее измерительный трубопровод, соединенный с желобом, установленные на измерительном трубопроводе электромагнитный расходомер, гамма-плотномер, датчик температуры, выходы всех датчиков связаны с соответствующими входами коммутатора, выход которого соединен с входом микроЭВМ, согласно изобретению дополнительно содержит нейтронный датчик уровня, установленный на желобе перед измерительным трубопроводом, при этом выход датчика уровня соединен с соответствующим входом коммутатора.

Кроме того, целесообразно, чтобы между источником и детекторами нейтронного датчика уровня был расположен слой из поглощающего медленные нейтроны материала.

Установка нейтронного датчика уровня на желобе перед измерительным трубопроводом позволяет в заданный промежуток времени определять уровень бурового раствора в желобе, а следовательно, и истинную площадь S поперечного сечения раствора, которая используется при вычислении объемного расхода Q_об или массового расхода Q по формулам:
Q_об v•S;
Q_мас= v•S•ρ;
где v скорость бурового раствора;
S площадь поперечного сечения раствора;
ρ плотность бурового раствора.

То есть позволяет определять расход бурового раствора через скважину с необходимой точностью.

Слой из поглощающего медленные нейтроны материала, расположенный между источником и детектором нейтронного датчика уровня, поглощает медленные нейтроны, которые образуются в материале биологической защиты при замедлении быстрых нейтронов источника, что позволяет обеспечить необходимую точность измерения уровня за счет большей чувствительности датчика.

На фиг. 1 показано размещение датчиков на желобе и измерительном трубопроводе; на фиг. 2 установка нейтронного датчика уровня на желобе (разрез А-А на фиг. 1); на фиг. 3 зависимость потоков обратно рассеянных медленных нейтронов от уровня бурового раствора в желобе.

На зависимостях, приведенных на фиг. 3, кривая Y₁ соответствует случаю, когда между источником и детекторами нейтронного датчика уровня расположен слой из поглощающего медленные нейтроны материала; кривая Y₂ когда слой отсутствует. Из зависимостей видно, что кривая Y₁ имеет большую крутизну наклона при прочих равных условиях, что обеспечивает более высокую точность измерения уровня бурового раствора в желобе.

Устройство для одновременного измерения параметров бурового раствора содержит (фиг. 1) соединенный с желобом 1 измерительный трубопровод 2, установленное под ними вибросито 3. На измерительном трубопроводе 2 установлены электромагнитный расходомер 4, гамма-плотномер 5, датчик 6 температуры. На желобе 1 перед измерительным трубопроводом 2 установлен нейтронный датчик 7 уровня, состоящий (фиг. 2) из биологической защиты 8, выполненной, например, из парафина, источника 9 нейтронов, слоя 10 из поглощающего медленные нейтроны материала, например карбида бора, детекторов 11. Выходы всех датчиков соединены с соответствующими входами коммутатора 12, выход 13 которого соединен с входом 14 микроЭВМ 15.

Устройство работает следующим образом.

При прохождении бурового раствора по желобу 1 нейтронный датчик 7 уровня измеряет его уровень, который постоянно меняется, что обусловлено условиями протекания бурового раствора в стволе скважины, часть бурового раствора поступает в измерительный трубопровод 2, где электромагнитный расходомер 4, гамма-плотномер 5, датчик 6 температуры измеряют соответствующие параметры синхронно с измерениями датчика 7 уровня. Сигналы со всех датчиков поступают на соответствующие входы коммутатора 12, с выхода 13 которого поочередно сигналы поступают на вход 14 микроЭВМ 15, которая с использованием корреляционных зависимостей вычисляет измеренные за заданный промежуток времени параметры бурового раствора: уровень, расход, плотность, температуру, и с помощью этих вычислений определяет объемный и массовый расход.

Использование: для определения параметров бурового раствора непосредственно в процессе бурения нефтяных и газовых скважин. Сущность изобретения: устройство содержит установленные на измерительном трубопроводе, соединенные с желобом датчик температуры, гамма-датчик плотности, электромагнитный расходомер. На желобе перед измерительным трубопроводом установлен дополнительный датчик уровня. Выходы всех датчиков соединены с входами коммутатора, выход которого соединен с входом микроЭВМ. При этом датчик уровня выполнен нейтронным и состоит из биологической защиты, источника нейтронов и детекторов, между которыми расположен слой из поглощающего медленные нейтроны материала. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для одновременного измерения параметров бурового раствора, содержащее измерительный трубопровод, соединенный с желобом, установленные на измерительном трубопроводе электромагнитный расходомер, гамма-плотномер, датчик температуры, выходы всех датчиков соединены с соответствующими входами коммутатора, выход которого соединен с входом микроЭВМ, отличающееся тем, что на желобе перед измерительным трубопроводом установлен нейтронный датчик уровня, выход которого связан с соответствующим входом коммутатора. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нейтронный датчик уровня состоит из биологической защиты, источника нейтронов и детекторов, при этом источник нейтронов и детекторы разделены слоем из поглощающего медленные нейтроны материала.