УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОСТАБИЛЬНОСТИ ИНВЕРТНЫХ ЭМУЛЬСИЙ Российский патент 2002 года по МПК E21B21/08 C09K7/00 

Техническое решение относится к бурению скважин и, в частности, может быть использовано для определения устойчивости буровых инвертных эмульсионных растворов.

Основными узлами устройства для определения электростабильности инвертных эмульсий являются регулируемый источник высокого напряжения 0-600 В, измерительные электроды, регистратор напряжения "пробоя" на измерительных электродах, контактные элементы и органы управления [1, 2].

Известно устройство для определения электростабильности инвертных эмульсий, содержащее регулируемый источник высокого напряжения 0-600 В, измерительные электроды, стрелочный вольтметр в качестве регистратора напряжения на измерительных электродах, контактные элементы и органы управления [3]. Недостатками этого устройства являются:
1. Низкая точность измерений, обусловленная как наличием в качестве датчика тока токового реле, которое является инерционным звеном и которое имеет значительный разброс величины тока, при котором оно срабатывает, так и наличием в качестве регистратора напряжения "пробоя" стрелочного вольтметра, который также имеет инерцию и значительную погрешность при снятии с него показаний.

2. Колебание скорости нарастания измерительного напряжения "пробоя", обусловленное нестабильностью напряжения, питающего само устройство.

3. Наличие испытательного напряжения на измерительных электродах после срабатывания "пробоя", что является не безопасным для оператора.

4. Наличие ручного "возврата" регулируемого источника высокого напряжения в ноль после "пробоя", что осложняет операторские функции при работе с устройством.

5. При превышении напряжения "пробоя" исследуемой эмульсии предела измерения устройства необходимо также вручную "возвратить" испытательное напряжения в ноль для проведения следующих измерений.

6. Наличие постоянного контроля оператором за показаниями вольтметра во время проведения измерения и в то же время необходимость держать вручную кнопку включения нарастания измерительного напряжения до момента "пробоя", что приводит к утомляемости оператора.

7. Наличие одних электромеханических элементов в устройстве, что приводит к громоздкости и ненадежности всего устройства в целом.

8. Наличие одного порога срабатывания тока "пробоя", обусловленное свойствами датчика тока в виде реле, приводит к ограничению функциональных возможностей устройства.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому техническому решению является устройство для определения электростабильности инвертных эмульсий [4]. Указанное устройство для определения электростабильности с помощью повышающего трансформатора напряжения и регулируемого источника высокого напряжения в виде трансформатора с подвижной короткозамкнутой обмоткой, соединенной жестко с гайкой винта, вращающегося через редуктор от реверсивного двигателя подает регулируемое напряжение 0-500 В на два измерительных электрода, один из которых подключен через ступенчатый делитель тока, падение напряжения с которого усиливается усилителем мощности и подается на реле. При наличии достаточного тока в измерительной цепи это реле срабатывает и переключает двигатель управления короткозамкнутой обмоткой на обратный ход. Измерение заканчивается тогда, когда двигатель полностью снимет напряжение с электродов. При превышении напряжения "пробоя" исследуемой эмульсии больше предела измерения прибора необходимо воспользоваться кнопкой "возврат" для приведения трансформатора с короткозамкнутой обмоткой в исходное положение.

Функциональная схема устройства для определения электростабильности инвертных эмульсий [4], содержащая нерегулируемый источник высокого напряжения, состоящий из повышающего трансформатора напряжения, регулируемый источник высокого напряжения, делитель тока, элемент световой сигнализации, контактный элемент "замер", два измерительных электрода и регистратор, снабжена преобразователем напряжения с делителя тока в сигнал "пробой", узлом "возврата" регулируемого источника высокого напряжения в ноль с контактным элементом "возврат", узлом установки порога срабатывания тока "пробоя", релейной схемой управления, имеющую вход и два выхода, причем регулируемый источник высокого напряжения, имеющий силовой вход, два входа управления и силовой выход переменного тока, выполнен в виде трансформатора с подвижной короткозамкнутой обмоткой, соединенной жестко с гайкой винта, вращающегося через редуктор от реверсивного двигателя, делитель тока выполнен в виде набора постоянных резисторов, преобразователь напряжения с делителя тока в сигнал "пробой" выполнен в виде усилителя мощности, узел "возврата" регулируемого источника высокого напряжения в ноль выполнен в виде механизма включения обратного хода двигателя, вращающего короткозамкнутую обмотку трансформатора регулируемого источника, управление которым осуществлено с помощью контактного элемента "возврат", узел установки порога срабатывания тока "пробоя" выполнен в виде переключателя, регистратор выполнен в виде стрелочного вольтметра, и к тому же у трансформатора с подвижной короткозамкнутой обмоткой, соединенной жестко с гайкой винта, вращающегося через редуктор от реверсивного двигателя, силовой вход подключен к выходу повышающего трансформатора напряжения, чей вход подключен к сетьевому питанию через контактный элемент "замер", силовой выход переменного тока соединен с измерительными электродами и вольтметром, один из которых подсоединен через делитель тока, первый вход управления подключен к контактному элементу "возврат", а второй вход управления подключен к первому выходу релейной схемы управления, второй выход которой подключен к элементу световой сигнализации, а вход соединен с выходом усилителя мощности, вход которого подключен через переключатель к набору постоянных резисторов делителя тока.

Недостатками этого устройства для определения электростабильности инвертных эмульсий являются:
1. Низкая точность измерений, обусловленная наличием в качестве регистратора напряжения "пробоя" стрелочного вольтметра, который имеет инерцию при снятии с него показаний.

2. Колебание скорости нарастания измерительного напряжения "пробоя", обусловленное нестабильностью напряжения, питающего устройство.

3. Наличие напряжения на измерительных электродах после срабатывания датчика тока, что является не безопасным для оператора.

4. Наличие ручного способа "возврата" регулируемого источника высокого напряжения в ноль при превышении напряжения "пробоя" исследуемой эмульсии предела измерения устройства, что осложняет операторские функции при работе с устройством.

5. Наличие постоянного контроля оператором за показаниями вольтметра во время проведения измерения, что приводит к утомляемости оператора.

6. Наличие практически одних электромеханических элементов в устройстве, что приводит к громоздкости и ненадежности всего устройства в целом.

7. Наличие ступенчатого порога срабатывания тока "пробоя", обусловленное переключением входа усилителя мощности на одно из резисторов делителя тока, приводит к ограничению функциональных возможностей устройства.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение надежности в работе, упрощение операторских функций, повышение безопасности проведения измерений, повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей устройства в целом.

Поставленная задача достигается тем, что:
1. Устройство для определения электростабильности инвертных эмульсий, содержащее нерегулируемый источник высокого напряжения, состоящий из повышающего трансформатора напряжения, регулируемый источник высокого напряжения, делитель тока, элемент световой сигнализации, контактный элемент "замер", два измерительных электрода и регистратор снабжают компаратором, имеющим два входа и выход, источником опорного напряжения, контактным элементом "ток срабатывания", двумя ключами, каждый из которых имеет информационный вход, вход управления и выход, инвертором, элементом звуковой сигнализации, аналого-цифровым преобразователем, элементом памяти, имеющим информационный вход, вход "запоминание" и выход, делителем напряжения и полупроводниковым логическим блоком управления, имеющим три входа и три выхода, причем делители тока и напряжения выполняют в виде переменных резисторов, регистратор выполняют в виде цифрового индикатора, регулируемый источник высокого напряжения выполняют в виде стабилизированного во всем диапазоне регулирования полупроводникового высоковольтного усилителя постоянного тока, силовые входы которого подключают к выходам повышающего трансформатора напряжения, первый силовой выход постоянного тока соединяют со входами делителя напряжения и первого электрода, второй силовой выход постоянного тока соединяют с выходом делителя напряжения и через делитель тока с входом второго электрода, а вход управления соединяют с первым выходом полупроводникового логического блока управления, первый вход которого соединяют с выходом контактного элемента "замер", второй вход соединяют с выходом контактного элемента "ток срабатывания", второй выход подключают к входу управления первого ключа и к входу инвертора, третий выход подключают к элементам световой и звуковой сигнализации и к входу "запоминание" элемента памяти, а третий вход соединяют с выходом компаратора, первый вход которого подключают к выходу делителя тока, а второй вход подключают к выходу источника опорного напряжения и к информационному входу второго ключа, вход управления которого соединяют с выходом инвертора, а выход соединяют с выходом первого ключа и с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединяют с информационным входом элемента памяти, выход которого подключают к цифровому индикатору, а информационный вход первого ключа подключают к выходу делителя напряжения.

2. В устройстве по п.1 в качестве двух ключей используют два бесконтактных ключа.

3. В устройстве по п.1 в качестве двух ключей используют два контактных ключа.

4. Устройство по п.2 дополнительно снабжают двумя аналоговыми выходами, один из которых подключают к выходу делителя тока, а другой подключают к выходу делителя напряжения.

5. Устройство по п.3 дополнительно снабжают двумя аналоговыми выходами, один из которых подключают к выходу делителя тока, а другой подключают к выходу делителя напряжения.

6. Устройство по п.2 дополнительно снабжают вторым аналого-цифровым преобразователем и вторым цифровым индикатором, причем вход второго аналого-цифрового преобразователя подключают к выходу делителя тока, а выход подключают к цифровому индикатору.

7. Устройство по п. 3 дополнительно снабжают вторым аналого-цифровым преобразователем и вторым цифровым индикатором, причем вход второго аналого-цифрового преобразователя подключают к выходу делителя тока, а выход подключают к цифровому индикатору.

8. Устройство по п.4 дополнительно снабжают вторым аналого-цифровым преобразователем и вторым цифровым индикатором, причем вход второго аналого-цифрового преобразователя подключают к выходу делителя тока, а выход подключают к цифровому индикатору.

9. Устройство по п. 5 дополнительно снабжают вторым аналого-цифровым преобразователем и вторым цифровым индикатором, причем вход второго аналого-цифрового преобразователя подключают к выходу делителя тока, а выход подключают к цифровому индикатору.

На чертеже приведена функциональная схема построения предлагаемого устройства для определения электростабильности инвертных эмульсий, где
1 - повышающий трансформатор напряжения;
2 - стабилизированный во всем диапазоне регулирования полупроводниковый высоковольтный усилитель постоянного тока, у которого 1 и 2 - силовой вход, 3 - вход управления, 4 и 5 - силовой выход постоянного тока;
3 - делитель напряжения;
4 и 5 - измерительные электроды;
6 - делитель тока;
7 - компаратор, у которого 1 и 2 - вход, 3 - выход;
8 - источник опорного напряжения;
9 - полупроводниковый логический блок управления, у которого 1 - первый вход, 2 - второй вход, 3 - третий вход, 4 - первый выход, 5 - второй выход, 6 - третий выход;
10 - контактный элемент "замер";
11 - контактный элемент "ток срабатывания";
12 - элемент световой сигнализации;
13 - элемент звуковой сигнализации;
14 - первый ключ, у которого 1 - информационный вход, 2 - выход, 3 - вход управления;
15 - инвертор;
16 - второй ключ, у которого 1 - информационный вход, 2 - выход, 3 - вход управления;
17 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
18 - элемент памяти, у которого 1 - информационный вход, 2 - вход "запоминание", 3 - выход;
19 - цифровой индикатор;
20 - первый дополнительный аналоговый выход;
21 - второй дополнительный аналоговый выход;
22 - второй дополнительный аналого-цифровой преобразователь;
23 - второй дополнительный цифровой индикатор.

Предлагаемое устройство для определения электростабильности инвертных эмульсий работает следующим образом.

При подаче питания на устройство напряжение на выходе 4, 5 высоковольтного усилителя 2 отсутствует. При кратковременном включении сигнала с контактного элемента "замер" 10 на вход 1 блока логики 9 блок логики 9 своим первым выходом 4 включает усилитель 2 на автоматическое нарастание силового выходного напряжения на измерительных электродах 4 и 5, при этом его величина с делителя напряжения 3 через первый ключ 14, АЦП 17, элемент памяти 18 отображается на цифровом индикаторе 19. При появлении в измерительной цепи тока сигнал снимается с делителя тока 6. В случае превышения его напряжения над опорным с источника опорного напряжения 8, т.е. при появлении "пробоя" испытательной эмульсии, включается компаратор 7, который воздействует на блок логики 9 по третьему входу 3.

При этом
- своим сигналом на выходе 4 блок логики 9 сначала останавливает нарастание выходного напряжения с высоковольтного усилителя 2;
- потом, по истечении выдержки времени, необходимой для осуществления одного измерения аналого-цифровым преобразователем 17, своим сигналом на выходе 6 блок логики включает элементы световой 12 и звуковой сигнализации 13, воздействуя при этом также на вход "запоминание" 2 элемента памяти 18, который фиксирует напряжение "пробоя" на цифровом индикаторе 19, после чего опять же сигналом на выходе 4 блок логики 9 "сбрасывает" выходное напряжение высоковольтного усилителя 2 в ноль.

Т. е., при наличии "пробоя" напряжение на измерительных электродах будет отсутствовать, что значительно увеличит безопасность работы с предлагаемым устройством.

Для проведения следующего измерения электростабильности необходимо снова кратковременно включить контактный элемент "замер" 10.

При превышении напряжения "пробоя" исследуемой эмульсии над пределом измерения предлагаемого устройства блок логики 9 сигналом с выхода 4 автоматически "сбрасывает" выходное напряжение высоковольтного усилителя 2, а значит и напряжения на электродах, в ноль, что также увеличивает безопасность работы с устройством.

При включении сигнала с контактного элемента "ток срабатывания" 11 на вход 2 блока логики 9 блок логики сигналом с его второго выхода 5 отключает первый ключ 14 и через инвертор 15 включает второй ключ 16. При этом на цифровом индикаторе 19 отображается величина напряжения с источника опорного напряжения 8 через АЦП 17 и элемент памяти 18, т.е., при этом фактически отображается величина порога срабатывания тока "пробоя". Блок логики данный режим включает только при отсутствии цикла измерения электростабильности. Данный режим используется для контроля порога срабатывания тока "пробоя" либо для выставления уставки нового порога срабатывания предлагаемого устройства, что обеспечивается изменением величины опорного напряжения с выхода источника опорного напряжения 8. Режим контроля тока "пробоя" и возможность изменения его порога срабатывания значительно расширяют функциональные возможности предлагаемого устройства.

Наличие дополнительных двух аналоговых выходов 20 и 21 позволяет снимать характеристики (чертить графики, снимать осциллограммы) всего цикла измерения электростабильности, что также расширяет функциональные возможности предлагаемого устройства.

Наличие дополнительного канала измерения величины тока между электродами в процессе измерения электростабильности, состоящего из второго дополнительного аналого-цифрового преобразователя 22 и второго дополнительного цифрового индикатора 23 также расширяет функциональные возможности предлагаемого устройства.

При проведении измерений у оператора нет необходимости постоянно контролировать напряжение, при котором произойдет "пробой", так как предлагаемое устройство это выполнит автоматически. В случае "пробоя" оно автоматически отключит напряжение с измерительных электродов, включит световой и звуковой сигналы и при этом "запомнит" величину напряжения "пробоя" на цифровом индикаторе 19.

Электронное исполнение предлагаемого устройства значительно повышает его точность измерений и надежность, снижая при этом массо-габаритные показатели.

В данном предлагаемом устройстве значительны расширены его функциональные возможности, оно более безопасно, точно и надежно в работе, оно просто в управлении.

Т. о. применение предлагаемого технического решения позволяет повысить надежность в работе, упростить операторские функции, повысить безопасность проведения измерений, повысить точность измерений и расширить функциональные возможности устройства для измерения электростабильности инвертных эмульсий в целом.

Литература
1. Орлов Г. А. и др. Применение обратных эмульсий в нефтедобыче. - М.: Недра, 1991, с. 46 и 47.

2. Токунов В.И и др. Гидрофобно-эмульсионные буровые растворы. - М.: Недра. 1983. с. 52-58.

34. Хабибулин Р.А. и др. Экспресс-метод для определения стабильности гидрофобно-эмульсионных растворов. - М.: Нефтяное хозяйство, 1975, 5, с. 25 и 26.

4. SU 1247508 А1, кл. E 21 B 21/04, 30.07.1986.

Изобретение относится к бурению скважин и, в частности, может быть использовано для определения устойчивости буровых инвертных эмульсионных растворов. Техническим результатом является повышение надежности в работе, упрощение операторских функций, повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей устройства в целом. Устройство содержит нерегулируемый источник высокого напряжения, состоящий из повышающего трансформатора напряжения, регулируемый источник высокого напряжения, делитель тока, элемент световой сигнализации, контактный элемент "замер", два измерительных электрода и регистратор. Устройство также снабжено компаратором, источником опорного напряжения, контактным элементом "ток срабатывания", двумя ключами, инвертором, элементом звуковой сигнализации, аналого-цифровым преобразователем, элементом памяти, делителем напряжения и полупроводниковым логическим блоком управления. Причем делитель тока и напряжения выполнены в виде переменных резисторов. Регистратор выполнен в виде цифрового индикатора. Регулируемый источник высокого напряжения выполнен в виде стабилизированного во всем диапазоне регулирования полупроводникового высоковольтного усилителя постоянного тока. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для определения электростабильности инвертных эмульсий, содержащее нерегулируемый источник высокого напряжения, состоящий из повышающего трансформатора напряжения, регулируемый источник высокого напряжения, делитель тока, элемент световой сигнализации, контактный элемент "замер", два измерительных электрода и регистратор, отличающееся тем, что оно снабжено компаратором, имеющим два входа и выход, источником опорного напряжения, контактным элементом "ток срабатывания", двумя ключами, каждый из которых имеет информационный вход, вход управления и выход, инвертором, элементом звуковой сигнализации, аналого-цифровым преобразователем, элементом памяти, имеющим информационный вход, вход "запоминание" и выход, делителем напряжения и полупроводниковым логическим блоком управления, имеющим три входа и три выхода, причем делители тока и напряжения выполнены в виде переменных резисторов, регистратор выполнен в виде цифрового индикатора, регулируемый источник высокого напряжения выполнен в виде стабилизированного во всем диапазоне регулирования полупроводникового высоковольтного усилителя постоянного тока, силовые входы которого подключены к выходам повышающего трансформатора напряжения, первый силовой выход постоянного тока соединен со входами делителя напряжения и первого электрода, второй силовой выход постоянного тока соединен с выходом делителя напряжения и через делитель тока - с входом второго электрода, а вход управления соединен с первым выходом полупроводникового логического блока управления, первый вход которого соединен с выходом контактного элемента "замер", второй вход соединен с выходом контактного элемента "ток срабатывания", второй выход подключен к входу управления первого ключа и к входу инвертора, третий выход подключен к элементам световой и звуковой сигнализации и к входу "запоминание" элемента памяти, а третий вход соединен с выходом компаратора, первый вход которого подключен к выходу делителя тока, а второй вход подключен к выходу источника опорного напряжения и к информационному входу второго ключа, вход управления которого соединен с выходом инвертора, а выход соединен с выходом первого ключа и с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с информационным входом элемента памяти, подключенного выходом к цифровому индикатору, а информационный вход первого ключа подключен к выходу делителя напряжения. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве двух ключей оно содержит два бесконтактных ключа. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве двух ключей оно содержит два контактных ключа. 4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит два аналоговых выхода, один из которых подключен к выходу делителя тока, а другой подключен к выходу делителя напряжения. 5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит два аналоговых выхода, один из которых подключен к выходу делителя тока, а другой подключен к выходу делителя напряжения. 6. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит второй аналого-цифровой преобразователь и второй цифровой индикатор, причем вход второго аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу делителя тока, а выход подключен к цифровому индикатору. 7. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит второй аналого-цифровой преобразователь и второй цифровой индикатор, причем вход второго аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу делителя тока, а выход подключен к цифровому индикатору. 8. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит второй аналого-цифровой преобразователь и второй цифровой индикатор, причем вход второго аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу делителя тока, а выход подключен к цифровому индикатору. 9. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит второй аналого-цифровой преобразователь и второй цифровой индикатор, причем вход второго аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу делителя тока, а выход подключен к цифровому индикатору.