ИНДИКАТОР ПЛОТНОСТИ Российский патент 2005 года по МПК G01N9/00 

Изобретение относится к устройствам для измерения плотности различных жидкостей - в основном буровых и цементных растворов, применяемых при бурении и цементировании нефтяных, газовых и разведочных скважин, а также в строительной индустрии и в других отраслях промышленности.

Известны рычажные весы - плотномер типа ВРП-1, которые предназначены для периодического измерения плотностей буровых и цементных растворов и включают: стойку, подвижную часть, в которую входит рычаг, жестко скрепленный с мерным стаканом, крышку, две призмы, укрепленные на рычаге, подушки, соединяющие подвижную часть весов со стойкой, две измерительные шкалы - верхнюю и нижнюю и подвижный груз.

Измерение плотности жидкостей с использованием рычажных весов - плотномера производится следующим образом: в мерный стакан до его краев набирается измеряемая жидкость, сверху мерный стакан накрывается крышкой, при этом из него вытесняется излишняя жидкость, оставляя в нем жидкость всегда определенного объема. После этого стенки мерного стакана тщательно обмывают водой и совместно с рычагом взвешивают, установив на стойку одну из призм рычага (в зависимости от величины плотности измеряемой жидкости). (В.И. Демихов “Справочное пособие” “Средства измерения параметров бурения скважин”. - М.: Недра, 1990, с.139).

Основными недостатками данного устройства для измерения плотности жидкостей являются:

- периодичность измерения плотности жидкостей, приготавливаемых поточным методом;

- долговременность и затруднительность процесса измерения плотности жидкостей;

- существенные погрешности измерения плотности из-за наличия зачастую в потоке измеряемых жидкостей комкообразных включений, газовой фазы - особенно в буровых растворах, поступающих из разбуриваемых газосодержащих пластов скважин, и воздуха в цементных растворах, приготавливаемых в основном с использованием гидровакуумных смесительных устройств;

- сложность использования рычажных устройств на мобильных смесительно-осреднительных установках, монтируемых на шасси автомобилей различных типов и предназначенных для приготовления цементных и других растворов при цементировании и бурении скважин.

Известен также индикатор плотности бурового раствора, который представляет собой закрытый вертикальный сосуд с внутренней перегородкой, являющейся элементом гашения давления напора потока жидкости, разделяющей его на две сообщающиеся сверху и снизу полости. Сосуд оснащен входным и выходным патрубками, а также двумя датчиками давления. Датчиками давления служат преобразователи типа “Сапфир”, выполняющие роль взвешивающего устройства.

Принцип работы индикатора плотности основан на взвешивании столба жидкости высотой 1 м (В.И. Демихов “Справочное пособие” “Средства измерения параметров бурения скважин”. - М.: Недра, 1990, с.145).

Основными недостатками индикатора плотности, приведенного в качестве прототипа, являются:

- существенные погрешности измерения плотности из-за наличия зачастую в потоке измеряемых жидкостей комкообразных включений, газовой фазы - особенно в буровых растворах, поступающих из разбуриваемых газосодержащих пластов скважин, и воздуха в цементных растворах, приготавливаемых в основном с использованием гидровакуумных смесительных устройств;

- сложность использования на мобильных смесительно-осреднительных установках, монтируемых на шасси автомобилей различных типов и предназначенных для приготовления цементных и других растворов при цементировании скважин.

Задача, поставленная перед заявляемым изобретением, заключается в устранении погрешностей измерения плотности путем предварительного отделения от потока измеряемых жидкостей комкообразных включений, зачастую находящихся в цементах - особенно в лежалых, вынужденно применяемых в районах Крайнего Севера, Западной и Восточной Сибири и в других отдаленных нефтегазовых регионах страны, а из буровых растворов - разбуренную горную породу, а также газовую фазу от раствора, поступающего из скважины и воздуха - из гидровакуумных смесительных устройств. Наряду с этим необходимо полное исключение влияния давления напора потока жидкости на взвешивающее устройство, упрощение конструкции и обеспечение возможности использования предлагаемого индикатора плотности жидкостей на мобильных смесительно-осреднительных и цементосмесительных установках, размещенных на шасси автомобилей различных типов.

Поставленная задача достигается тем, что индикатор плотности содержит входной и выходной патрубки, элемент гашения давления напора потока жидкости, мерный сосуд и взвешивающее устройство. Новым является то, что он содержит дополнительную емкость, к которой подсоединены входной и выходной патрубки, при этом выходной патрубок оснащен крутоизогнутым фитингом с установленным на его торце элементом гашения давления напора жидкости. Этот элемент представляет собой перфорированный по поверхности с боковыми вырезами сливной патрубок, соединенный с диском, имеющим перфорационные отверстия на периферии и расположенным над мерным сосудом, выполненным в виде мерного стакана. Мерный стакан соединен посредством тяг со взвешивающим устройством, а в его днище выполнены отверстия, суммарная площадь которых меньше проходного отверстия выходного патрубка. Стенки дополнительной емкости в верхней части перфорированы, ее полость разделена перфорированной перегородкой, а днище выполнено со сливными отверстиями и с уклоном по ходу потока жидкости, поступающей из входного патрубка.

На фигурах 1 и 2 представлен общий вид индикатора плотности. Индикатор плотности содержит дополнительную емкость 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками. Стенки дополнительной емкости 1 в верхней части перфорированы по высоте, обеспечивающей поддержание определенного уровня жидкости в ней. Перфорация перегородки 4 начинается ниже перфорации стенок дополнительной емкости 1 для обеспечения постоянного и достаточного перетока жидкости в отгораживаемую полость и в выходной патрубок 3. Днище дополнительной емкости 1, выполненное с уклоном по ходу потока жидкости, имеет отверстия в самых нижних частях обеих полостей для полного истечения через них жидкостей в момент остановки и окончания процесса приготовления. К нижней части полости, отгороженной перегородкой 4, прикреплен выходной патрубок 3 с крутоизогнутым фитингом 5 и перфорированный с боковыми вырезами сливной патрубок 6, соединенный с диском 7, имеющим перфорационные отверстия по периферии для растекания потока жидкости по его поверхности и плавного истечения через отверстия в расположенный ниже мерный стакан 8 с отверстиями в его днище для быстрой смены поступающей измеряемой жидкости и постоянного контроля ее плотности по показаниям жестко прикрепленного взвешивающего устройства 9, соединенного с мерным стаканом 8 посредством тяг 10.

Измерение плотности жидкостей с использованием индикатора плотности осуществляется следующим образом.

Приготавливаемая жидкость из смесительного устройства любого типа по входному патрубку 2, имея зачастую комкообразные включения и газовоздушную фазу, поступает на днище дополнительной емкости 1 в начале ее уклона. При этом комкообразные включения сползают к дальней торцевой стенке дополнительной емкости 1, где накапливаются и периодически выбрасываются. Газовоздушная фаза начинает отделяться от потока жидкости на выходе из входного патрубка 2, затем на плоской поверхности днища, выполненного с уклоном, а также при прохождении через перфорационные отверстия в перегородке 4 и в стенках дополнительной емкости 1. Накапливаемая при этом в дополнительной емкости 1 жидкость, из-за наличия перфорации в стенках только в верхней их части, а в перегородке 4 несколько ниже, поступает в отгороженную полость, а из нее в выходной патрубок 3, крутоизогнутый фитинг 5, через перфорационные отверстия и боковые вырезы в сливном патрубке 6 на плоскость диска 7 и через перфорационные отверстия, выполненные на его периферии, плавно стекает в мерный стакан 8, откуда через отверстия в днище вытекает и переливается через его края, обеспечивая постоянный определенный объем жидкости в мерном стакане 8, который постоянно взвешивается взвешивающим устройством 9 с показаниями величины плотности на шкале или на табло. При остановке или прекращении процесса приготовления жидкость стекает из обеих полостей дополнительной емкости 1 через сливные отверстия, выполненные в его днище в нижних частях обеих полостей.

Индикатор плотности жидкостей целесообразно располагать над резервуаром с перемешивающими устройствами.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается:

- во взвешивании определенного объема измеряемой жидкости в мерном стакане 8 с обеспечением постоянной быстрой и полной смены в нем измеряемой жидкости;

- в исключении воздействия на показания взвешивающего устройства напора потока измеряемой жидкости, комкообразных включений и газовоздушной фазы в ней.

Использование предлагаемого индикатора плотности позволит постоянно контролировать на потоке истинную плотность приготавливаемых жидкостей, оперативно поддерживать необходимые режимы их приготовления, обеспечивая им заданные свойства и качество проводимых с их помощью технологических процессов и операций, особенно при строительстве нефтяных и газовых скважин.

Простота конструкции индикатора плотности позволит также широко применять его в различных отраслях промышленности, в том числе на мобильной цементировочной и другой технике.

Использование: при бурении и цементировании скважин, в строительной промышленности. Сущность: индикатор плотности содержит входной и выходной патрубки, подсоединенные к дополнительной емкости, выходной патрубок оснащен крутоизогнутым фитингом с прикрепленным к его торцу элементом гашения давления напора потока жидкости, представляющим собой перфорированный по поверхности с боковыми вырезами сливной патрубок, соединенный с диском, имеющим перфорационные отверстия на периферии, и расположенным над мерным сосудом, выполненным в виде мерного стакана, соединенного посредством тяг со взвешивающим устройством. Технический результат - повышение точности измерений. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Индикатор плотности, содержащий входной и выходной патрубки, элемент гашения давления напора потока жидкости, мерный сосуд и взвешивающее устройство, отличающийся тем, что входной и выходной патрубки подсоединены к дополнительной емкости, а выходной патрубок оснащен крутоизогнутым фитингом с прикрепленным к его торцу элементом гашения давления напора потока жидкости, представляющим собой перфорированный по поверхности с боковыми вырезами сливной патрубок, соединенный с диском, имеющим перфорационные отверстия на периферии, и расположенным над мерным сосудом, выполненным в виде мерного стакана, соединенного посредством тяг со взвешивающим устройством, при этом в днище мерного стакана выполнены отверстия, суммарная площадь которых меньше площади проходного отверстия выходного патрубка.2. Индикатор плотности по п.1, отличающийся тем, что стенки дополнительной емкости в верхней части перфорированы, ее полость разделена перфорированной перегородкой, а днище выполнено со сливными отверстиями и с уклоном по ходу потока жидкости, поступающей из входного патрубка.