АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ АНАЛИЗ БУРОВОГО РАСТВОРА Российский патент 2022 года по МПК G01N25/18 G01N9/36 E21B47/103 E21B49/02 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0001] При бурении ствола скважины в центр бурильной колонны закачивают буровые растворы. Буровой раствор выходит из бурильной колонны в месте крепления долота через насадки и перемещается обратно вверх по кольцевому пространству ствола скважины к буровому оборудованию, расположенному на поверхности. Буровые растворы обеспечивают смазку и охлаждение в процессе бурения. Кроме того, буровой раствор выносит выбуренную породу из ствола скважины, регулирует давление в стволе скважины и выполняет ряд других функций, связанных с бурением ствола скважины. Чтобы обеспечить пригодность свойств буровых растворов, инженер по буровым растворам постоянно проверяет свойства бурового раствора. Например, вязкость бурового раствора должна быть достаточно высокой, чтобы выносить выбуренную породу из ствола скважины, и в то же время достаточно низкой, чтобы позволить выбуренной породе и увлеченному газу выходить из буровых растворов на поверхности. В зависимости от операции, инженер по буровым растворам может проверять свойства бурового раствора несколько раз в течение 24 часов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0002] Прилагаемые графические материалы иллюстрируют ряд приведенных в качестве примера вариантов реализации изобретения и являются частью данного описания. Вместе с последующим описанием данные графические материалы демонстрируют и объясняют различные принципы данного изобретения.

[0003] На фиг. 1 проиллюстрирован вид в перспективе примера устройства для анализа раствора в соответствии с данным изобретением.

[0004] На фиг. 2 проиллюстрирована схема примера внутренних компонентов устройства для анализа раствора в соответствии с данным изобретением.

[0005] На фиг. 3 проиллюстрирован детальный вид камеры для раствора устройства для анализа раствора в соответствии с данным изобретением.

[0006] На фиг. 4 проиллюстрирован пример пользовательского интерфейса устройства для анализа раствора в соответствии с данным изобретением.

[0007] На фиг. 5 проиллюстрирована схема системы для регулирования температуры проб раствора в соответствии с данным изобретением.

[0008] На фиг. 6 проиллюстрирован пример способа автоматизированного анализа проб раствора при различных температурах в соответствии с данным изобретением.

[0009] На фиг. 7 проиллюстрирован пример компонентов устройства для анализа раствора с боковым контуром для регулирования температуры раствора для измерений плотности в соответствии с данным изобретением.

[0010] На фиг. 8 проиллюстрирован пример компонентов устройства для анализа раствора без датчика плотности в соответствии с данным изобретением.

[0011] Хотя варианты реализации изобретения, описанные в данном документе, подвержены различным модификациям и альтернативным формам, конкретные варианты реализации изобретения проиллюстрированы в качестве примера в графических материалах и будут подробно описаны в данном документе. Однако приведенные в качестве примера варианты реализации изобретения, описанные в данном документе, не должны ограничиваться конкретными раскрытыми формами. Вместо этого данное изобретение охватывает все модификации, эквиваленты и альтернативные варианты, попадающие в объем прилагаемой формулы изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0012] Буровой раствор циркулирует вниз по бурильной колонне, из насадок в буровом долоте, а затем вверх по кольцевому пространству ствола скважины. Буровой раствор можно использовать для удаления выбуренной породы из забоя ствола скважины. Во время операции бурения контролируют физические свойства бурового раствора, чтобы определять, функционирует ли буровой раствор надлежащим образом и вносить любые требуемые изменения в процессе бурения.

[0013] При проведении анализов бурового раствора могут измерять физические характеристики бурового раствора, такие как реологические свойства раствора. Анализы реологических свойств могут проводить с помощью реологического датчика, такого как вискозиметр, реометр или датчик другого типа. Эти анализы могут проводиться на объекте в стволе скважины, в лаборатории или в другом месте. Устройство 100 для анализа раствора, проиллюстрированное на фиг. 1, может последовательно выполнять ряд анализов бурового раствора без дальнейших команд пользователя между анализами. Другие типы анализов свойств раствора, которые могут быть выполнены с помощью устройства 100 для анализа раствора, включают измерение удельного веса бурового раствора, реологических свойств, плотности, водонефтяного содержания, электрической стабильности эмульсии, удельной проводимости раствора и гранулометрического состава твердых частиц. На основании принципов, описанных в данном изобретении, устройство 100 для анализа раствора может автоматически выполнять по меньшей мере один или более анализов свойств раствора при различных температурах.

[0014] Устройство 100 для анализа раствора может содержать корпус 102, пользовательский интерфейс 104 и приемник 106 сосуда для отбора проб. Проба бурового раствора может быть отобрана из циркулирующего бурового раствора или из другого места в сосуд 108 для отбора проб. Сосуд 108 для отбора проб может быть соединен с приемником 106 сосуда для отбора. Канал для раствора может быть подвешен к приемнику 106 сосуда для отбора проб и погружен в пробу бурового раствора, когда сосуд 108 для отбора проб соединен с приемником 106 сосуда для отбора проб. Насос может активно транспортировать по меньшей мере часть пробы бурового раствора из сосуда 108 для отбора проб в устройство 100 для анализа раствора, в котором могут быть проведены анализы.

[0015] Сосуд 108 для отбора проб может быть прикреплен к приемнику 106 сосуда для отбора проб через любой подходящий тип устройства сопряжения. В некоторых примерах приемник 106 сосуда для отбора проб имеет внутреннюю резьбу, которая может входить в зацепление с внешней резьбой сосуда 108 для отбора проб. В других примерах сосуд 108 для отбора проб фиксируется на месте, удерживается на месте посредством сжатия, иным образом сцепляется с приемником 106 сосуда для отбора проб или иным образом соединяется с приемником 106 сосуда для отбора проб посредством другого типа крепления.

[0016] Пользовательский интерфейс 104 может предоставить пользователю возможность давать устройству 100 для анализа раствора команду на проведение анализов. В некоторых примерах устройство 100 для анализа раствора представляет варианты для анализа пробы бурового раствора через пользовательский интерфейс 104. В некоторых случаях пользователь может указывать типы анализов, которые должны быть выполнены, а также параметры для выполнения этих типов анализов. Например, пользователь может дать команду устройству 100 для анализа раствора выполнить анализ на вязкость при множестве температур через пользовательский интерфейс 104. Пользователь может также указывать требуемые температуры для этих анализов через пользовательский интерфейс 104.

[0017] Пользовательский интерфейс 104 любого типа может использоваться в соответствии с принципами, описанными в данном изобретении. В некоторых случаях пользовательский интерфейс 104 представляет собой сенсорный экран, доступный из корпуса 102 устройства 100 для анализа раствора. В этом типе примера пользователь может касаться сенсорного экрана для ввода информации и подачи команд устройству 100 для анализа раствора. В других примерах устройство 100 для анализа раствора может содержать беспроводной приемник, причем пользователь может предоставлять информацию и/или передавать команды по беспроводной связи устройству 100 для анализа раствора. Например, пользователь может передавать информацию и/или давать команды с помощью мобильного устройства, электрического планшета, ноутбука, сетевого устройства, настольного компьютера, вычислительного устройства, устройства другого типа или их комбинаций. В примерах, в которых пользователь может связываться с устройством 100 для анализа раствора по беспроводной связи, пользователь может находиться на объекте или пользователь может находиться в удаленном месте. В некоторых случаях инженер по буровым растворам может находиться в удаленном месте за пределами участка, а техник на месте может заполнить сосуд 108 для отбора проб для инженера по буровым растворам, так что инженеру по буровым растворам не обязательно находиться на объекте, чтобы проанализировать буровой раствор и дать рекомендации. В еще одном примере пользовательский интерфейс 104 может содержать клавиатуру, мышь, кнопку, регулятор с круговой шкалой, переключатель, ползунок, механизм физического ввода другого типа или их комбинации, чтобы помочь пользователю вводить информацию или давать команды в устройство 100 для анализа раствора. В некоторых случаях устройство 100 для анализа раствора может содержать микрофон или камеру, которая позволяет пользователю передавать звуковую информацию устройству 100 для анализа раствора и/или связываться с помощью движений/жестов рукой с устройством 100 для анализа раствора.

[0018] После ввода информации и передачи команды в устройство 100 для анализа раствора для инициирования анализов устройство 100 для анализа раствора может выполнить анализа без дальнейшего участия пользователя. При завершении того или иного анализа устройство 100 для анализа раствора может автоматически переходить от одного типа анализа к другому. Кроме того, устройство 100 для анализа раствора может автоматически регулировать температуру пробы бурового раствора между анализами без участия пользователя. Нередко буровой раствор анализируют после его циркуляции через бурильную колонну в горячей скважинной среде. В тех обстоятельствах, в которых буровой раствор желательно анализировать при температуре ниже текущей температуры бурового раствора, буровой раствор следует охладить перед проведением анализа. Устройство 100 для анализа раствора может понизить температуру пробы бурового раствора и освободить пользователя для выполнения других задач.

[0019] На фиг. 2 и 3 проиллюстрирована схема примера внутренних компонентов устройства 100 для анализа раствора в соответствии с данным изобретением. На фиг. 3 детально показана часть внутренних компонентов, проиллюстрированных на фиг. 2. В этом примере устройство 100 для анализа раствора содержит приемник 106 сосуда для отбора проб, насос 200, канал 204 для раствора, датчик 216 плотности, соединенный с каналом 204 для раствора, камеру 218 для раствора и датчик 220 реологии, соединенный с камерой 218 для раствора.

[0020] Приемник 106 сосуда для отбора проб может представлять собой любое подходящее крепление к внешней стороне устройства 100 для анализа раствора, к которому может быть присоединен сосуд 108 для отбора проб и которое содержит механизм для удаления пробы 230 бурового раствора из сосуда 108 для отбора проб. В проиллюстрированном примере часть канала 204 для раствора подвешена к приемнику 106 сосуда для отбора проб на таком расстоянии, чтобы впускное отверстие 206 было погружено в пробу 230 бурового раствора при прикреплении сосуда 108 для отбора проб. Фильтр 202 соединен с каналом 204 для раствора, или бурового раствора, и окружает впускное отверстие 206, так что твердые частицы и/или нежелательный мусор не могут попасть в канал 204 для раствора.

[0021] Первая часть 210 канала 204 для раствора соединяет впускное отверстие 206 с насосом 200. Насос 200 может использоваться для вытягивания по меньшей мере части пробы 230 бурового раствора из сосуда 108 для отбора проб в канал 204 для раствора. В некоторых примерах насос 200 представляет собой шланговый насос. Тем не менее, можно использовать любой подходящий тип насоса в соответствии с принципами, описанными в данном изобретении.

[0022] Вторая часть 212 канала 204 для раствора может соединять канал 204 для раствора с насосом 200 и датчиком плотности. В некоторых случаях насос 200 находится выше, чем датчик 216 плотности. В этом типе примера насос 200 может выпускать пробу 230 бурового раствора и обеспечивать продвижение пробы 230 бурового раствора под действием гравитации к датчику 216 плотности. В других примерах насос 200 может активно проталкивать пробу 230 бурового раствора через датчик 216 плотности.

[0023] Можно использовать любой подходящий тип датчика 216 плотности. В одном примере датчик 216 плотности может быть кориолисовым датчиком плотности, который измеряет характеристику пробы 230 бурового раствора при прохождении через него раствора. Кориолисовые датчики плотности могут измерять перемещение/вибрацию внутренних компонентов датчика плотности. Указанные перемещения могут измеряться, когда проба 230 бурового раствора проходит через датчик 216 плотности. Эта частота вибрации соотносится с плотностью пробы бурового раствора.

[0024] Третья часть 214 канала 204 для раствора соединяет канал 204 для раствора от датчика 216 плотности с камерой 218 для раствора. Камера 218 для раствора может содержать стенку 236 камеры, которая определяет отверстие 242. Выпускное отверстие 208 камеры 218 для раствора может заканчиваться в отверстии 242 камеры 218 для раствора и направлять пробу 230 бурового раствора в камеру 218 для раствора.

[0025] Датчик 222 определения уровня может передать сигнал насосу 200, чтобы прекратить закачку в пробу 230 бурового раствора, когда уровень 232 раствора находится на соответствующей высоте. Может использоваться любой подходящий тип датчика 222 определения уровня. Неисчерпывающий список датчиков определения уровня, которые могут использоваться, включает ультразвуковые датчики, датчики удельной проводимости раствора, емкостные датчики, индукционные датчики, микроволновые датчики, лазерные датчики, поплавковые переключатели, переключатели теплового потока, датчики гидростатического давления, радиолокационные датчики, магнитострикционные датчики, оптические датчики, тензодатчики, датчики других типов, датчики времени полета, датчики других типов или их комбинации.

[0026] Хотя в некоторых вариантах применения могут использоваться каждый из вышеупомянутых датчиков определения уровня, многие из вышеупомянутых датчиков определения уровня могут быть не такими эффективными, как другие типы датчиков для определенных типов буровых растворов. В некоторых примерах датчик определения уровня термической дисперсии встроен в камеру 218 для раствора и может быть эффективным для широкого спектра различных типов буровых растворов. Датчик определения уровня термической дисперсии может быть эффективным для определения уровня раствора независимо от диэлектрической прочности раствора, склонности создавать оптически наблюдаемые возмущения и других характеристик буровых растворов, которые затрудняют определение уровня.

[0027] Метод термической дисперсии обычно используется для измерения характеристик расхода раствора. Обычно растворы холоднее, когда они текут, а не находятся в статическом состоянии. Обычно с помощью метода термической дисперсии анализируют температуру раствора, чтобы определить скорость потока или другую характеристику раствора. В примерах, в которых метод термической дисперсии используется в устройстве 100 для анализа раствора, метод термической дисперсии может быть переориентирован для определения уровня 232 раствора.

[0028] Определение уровня с помощью метода термической дисперсии можно осуществлять, активно перемещая пробу 230 бурового раствора при ее поступлении в камеру 218 для раствора и измеряя разности температур на различных высотах вдоль камеры 218 для раствора. В некоторых примерах ротор 248 может вызывать вращение пробы 230 бурового раствора внутри камеры 218 для раствора по мере ее заполнения. Вращение пробы 230 бурового раствора, вызванное ротором 248, может создавать охлаждающее воздействие на участки стенки 236 камеры, непосредственно контактирующие с раствором. Уровень 232 раствора может быть определен путем сопоставления разностей температур вдоль стенки камеры для раствора и определения уровня 232 раствора на высоте, на которой возникает разность температур.

[0029] В примере на фиг. 2 и 3 датчик 222 определения уровня содержит индикатор 224 первого уровня, индикатор 226 второго уровня и индикатор 228 третьего уровня. В некоторых случаях каждый из индикатора 224 первого уровня, индикатора 226 второго уровня и индикатора 228 третьего уровня являются индикаторами уровня термической дисперсии. В других примерах по меньшей мере один из указанных индикаторов является датчиком другого типа. В случае тех индикаторов уровня, которые являются индикаторами теплового уровня, каждый из них может содержать два или более термометров уровня, которые определяют температуру стенки 236 камеры, температуру вблизи внешней стороны стенки 236 камеры, температуру вблизи внутренней стороны стенки 236 камеры или их комбинации. Все термометры уровня индикатора уровня могут находиться рядом друг с другом, но на разной высоте. Когда нижний из двух термометров определяет иную температуру, чем находящийся выше термометр, индикатор уровня может передать сигнал для остановки насоса 200. Эта разность температур может указывать на то, что уровень раствора 232 находится между нижним и верхним термометрами.

[0030] Индикатор 226 второго уровня может использоваться в качестве резервного, если индикатор 224 первого уровня не работает должным образом. В этой ситуации индикатор 226 второго уровня может вызвать передачу сигнала для остановки насоса 200.

[0031] Индикатор 228 третьего уровня может использоваться для указания того, что уровень 232 раствора слишком высок. В некоторых примерах датчик 220 реологии или другие компоненты устройства 100 для анализа раствора встроены в камеру 218 для раствора выше рабочего уровня 234 раствора. Если уровень 232 раствора становится слишком высоким, проба 230 бурового раствора может попасть в эти компоненты и нарушить их работу. В одном из таких примеров ротационный пеленгатор вискозиметра может находиться выше рабочего уровня 234 раствора в камере 218 для раствора, и, если уровень 232 раствора превышает рабочий уровень раствора, проба 230 бурового раствора может попасть в ротационные пеленгаторы. В некоторых случаях ротационные пеленгаторы вискозиметра точно настроены на получение точных показаний измерений. Попадание бурового раствора в эти точно настроенные пеленгаторы может привести к тому, что результаты измерений вискозиметра будут неточными. При активации индикатор 228 третьего уровня может вызвать передачу пользователю сообщения о том, что перед продолжением анализов необходимо проверить оборудование. В некоторых примерах индикатор 228 третьего уровня также может передавать сигнал для остановки насоса 200.

[0032] В примере на фиг. 2 и 3 датчик 220 реологии представляет собой вискозиметр. Датчик 220 реологии может содержать ротор 248, который подвешен в отверстии 242 камеры 218 для раствора для контакта и/или погружения в пробу 230 бурового раствора, когда камера 218 для раствора заполнена. В некоторых примерах ротор 248 представляет собой внешний цилиндр, который вращается вокруг балансира (не показан), который находится во внутреннем цилиндре. Проба 230 бурового раствора заполняет кольцевое пространство между ротором 248 и балансиром. При активации ротор 248 вращается с известными скоростями и создает напряжение сдвига на балансире через пробу 230 бурового раствора. Торсионная пружина сдерживает движение балансира и измеряет напряжение сдвига. Вискозиметр может проводить анализы при любой подходящей скорости вращения ротора (оборотов в минуту или об/мин). В некоторых случаях анализы проводятся при 600, 300, 200, 100, 6 и 3 об/мин.

[0033] Электрический регулятор температуры может сообщаться с камерой 218 для раствора. Любой подходящий тип электрического регулятора температуры может использоваться в соответствии с принципами, описанными в данном изобретении. В некоторых примерах электрический регулятор температуры содержит термоэлектрический материал 256 (например, термоэлектрическое устройство), который обладает характеристикой выработки электрического тока в ответ на перепад температур. Термоэлектрический материал 256 может иметь первую сторону 258, контактирующую с внешней поверхностью 238 камеры 218 для раствора. В некоторых случаях термоэлектрический материал 256 имеет вторую сторону 260, которая расположена напротив первой стороны 258 и контактирует с теплоотводом 268.

[0034] Термоэлектрический материал 256 может быть частью электрической цепи, которая может пропускать электрический ток через термоэлектрический материал 256, чтобы одновременно создавать как зону 262 нагрева, так и зону 264 охлаждения внутри термоэлектрического материала 256. Переключатель полярности может быть включен в цепь для изменения направления прохождения электрического тока через термоэлектрический материал 256. Когда электрический ток проходит через термоэлектрический материал 256 в первом направлении, зона 262 нагрева создается рядом с камерой 218 для раствора, а зона 264 охлаждения создается рядом с теплоотводом 268. Когда зона 262 нагрева активно создается рядом с камерой 218 для раствора, электрический регулятор температуры активно нагревает камеру 218 для раствора. В некоторых случаях, когда зона 262 нагрева создается рядом с камерой 218 для раствора, температура камеры для раствора повышается до более высокой температуры или температура камеры для раствора может поддерживаться на уровне требуемой температуры для проведения анализа пробы 230 бурового раствора. В ситуациях, когда электрический ток проходит через термоэлектрический материал 256 во втором направлении, противоположном первому направлению, зона 262 нагрева создается рядом с камерой 218 для раствора, и зона 262 нагрева создается рядом с теплоотводом 268. В тех ситуациях, когда зона 264 охлаждения активно создается рядом с камерой 218 для раствора, температура пробы бурового раствора снижается до более низкой температуры или температура пробы бурового раствора может поддерживаться на уровне требуемой температуры для проведения анализа пробы 230 бурового раствора.

[0035] Температура зоны 262 нагрева и зоны 264 охлаждения может регулироваться с помощью широтно-импульсного модулятора. Широтно-импульсный модулятор может включать и выключать электрическую цепь с частотой, которая создает поток среднего тока. Чем дольше широтно-импульсный модулятор вызывает протекание электрического тока через термоэлектрический материал 256, по сравнению с периодами, когда поток электрического тока прекращается, тем выше общая мощность, подаваемая на термоэлектрический материал 256, что приводит к достижению более высокой температуры в зоне 262 нагрева и более низкой температуры в зоне 264 охлаждения. Разница температур в зоне 262 нагрева и зоне 264 охлаждения может быть уменьшена за счет увеличения периодов времени, в течение которых электрический ток не будет протекать через термоэлектрический материал 256. Широтно-импульсный модулятор может вызвать нагревание или охлаждение термоэлектрического материала 256 регулируемым образом камеры 218 для раствора до каждой из требуемых температур для каждого из анализов, которые должны быть выполнены с помощью камеры 218 для раствора.

[0036] Камера 218 для раствора может быть выполнена из теплопроводного материала, который распространяет температуру, создаваемую первой стороной 258 термоэлектрического материала 256. В этих вариантах реализации изобретения камера 218 для раствора выполнена из алюминия, однако камера 218 для раствора может быть выполнена из других типов теплопроводных материалов. Неисчерпывающий список теплопроводных материалов, которые могут использоваться для изготовления камеры 218 для раствора, включает алюминий, медь, золото, магний, бериллий, вольфрам, другие металлы, их смеси, их сплавы или их комбинации. В некоторых случаях камера 218 для раствора полностью выполнена из материала, который имеет, по существу, постоянную теплопроводность. В других примерах внутренняя поверхность стенки 236 камеры облицована материалом с другой теплопроводностью, чем у материалов, которые составляют другую часть камеры 218 для раствора.

[0037] Контактная поверхность 240 внешней поверхности 238 камеры 218 для раствора, которая является смежной с термоэлектрическим материалом 256, может иметь шероховатость гладкой поверхности, которая находится в тепловом контакте с термоэлектрическим материалом 256. В некоторых примерах контактная поверхность 240 содержит полированную поверхность. Кроме того, в некоторых вариантах реализации изобретения контактная поверхность 240 имеет более полированное покрытие, чем другие участки внешней поверхности 238 камеры 218 для раствора. Полированное покрытие контактной поверхности 240 может уменьшить зазоры между термоэлектрическим материалом 256 и внешней поверхностью 238 камеры 218 для раствора. В некоторых примерах для заполнения зазоров между контактной поверхностью 240 и термоэлектрическим материалом 256 могут использовать теплопроводящую пасту. Даже в примерах, в которых контактная поверхность 240 имеет полированное покрытие, контактная поверхность 240 может все же иметь небольшие зазоры, которые могут сводить к минимуму теплопередачу между термоэлектрическим материалом 256 и камерой 218 для раствора, и теплопроводящую пасту могут использовать в этих примерах для повышения теплопередачи.

[0038] Внешняя поверхность 238 камеры 218 для раствора может быть по меньшей мере частично окружена изоляционным слоем 244. Изоляционный слой 244 может сводить к минимуму воздействие условий окружающей среды, которые в противном случае могли бы нагревать или охлаждать камеру 218 для раствора. Например, изоляционный слой 244 может препятствовать нагреву или охлаждению камеры 218 для раствора температурой окружающей среды вне камеры для раствора 218 выше или ниже требуемой температуры для проведения анализа реологических свойств. В некоторых случаях изоляционный слой 244 может предотвращать образование конденсата снаружи камеры 218 для раствора, что может вызвать нежелательное охлаждение камеры 218 для раствора при повышении температуры пробы 230 бурового раствора или попытке поддержания более высокой температуры пробы 230 бурового раствора.

[0039] Камера 218 для раствора может содержать по меньшей мере один термометр 250 для раствора, который измеряет температуру пробы 230 бурового раствора. Камера 218 для раствора также может содержать по меньшей мере один термометр 252 для оборудования, который может измерять температуру по меньшей мере одного элемента оборудования, связанного с пробой 230 бурового раствора. Например, термометр 252 для оборудования может измерять температуру материала, образующего камеру 218 для раствора. Измерения температуры материала камеры для раствора могут предотвратить перегрев камеры 218 для раствора.

[0040] Теплоотвод 268 может быть выполнен из теплопроводного материала и содержать теплообменные пластины 270, которые увеличивают площадь поверхности теплоотвода 268. Теплообменные пластины 270 могут использоваться для теплообмена с текучей средой, такой как воздух или жидкость. В примерах, в которых зона 262 нагрева создается на второй стороне 260, тепло, генерируемое зоной 262 нагрева, может распространяться по всему теплоотводу 268 и передаваться через теплообменные пластины 270 в текучую среду. В некоторых случаях вентилятор 272 расположен рядом с теплоотводом 268, чтобы вызвать прохождение воздуха через теплообменные пластины 270 для увеличения скорости, с которой тепло рассеивается в воздухе. В других примерах вода или другой тип жидкости может проходить по теплообменным пластинам 270 в качестве текучей среды. В этом примере текучая среда не вступает в контакт с камерой 218 для раствора, а вместо этого вступает в контакт с теплообменными пластинами 270 теплоотвода 268.

[0041] На фиг. 4 проиллюстрирован пример пользовательского интерфейса 104 устройства 100 для анализа раствора в соответствии с данным изобретением. В этом примере пользовательский интерфейс 104 обеспечивает формат, с помощью которого пользователь может давать устройству 100 для анализа раствора команды на проведение анализов. В этом примере указанный формат содержит варианты 400 источников проб для выбора источника пробы 230 бурового раствора, варианты 402 заданных значений температуры для каждого из анализов и варианты 404 продолжительности для каждого из анализов. Кроме того, пользовательский интерфейс 104 обеспечивает элементы управления для передачи команд устройству 100 для анализа раствора.

[0042] В этом примере пользователю предоставляется пять заданных значений температуры для проведения анализов. В то время как проиллюстрированный пример показывает пять различных температур для проведения анализов, пользователю могут быть представлены любые подходящие значения температуры, а также может быть представлено любое подходящее количество вариантов заданных значений температуры.

[0043] В проиллюстрированном примере периоды длительности анализа проиллюстрированы как вариант на десять секунд или вариант на десять минут. Но любая соответствующая продолжительность анализа может быть представлена в соответствии с принципами, раскрытыми в данном документе. Кроме того, через пользовательский интерфейс 104 может быть представлено любое подходящее количество вариантов 404 продолжительности анализа.

[0044] Хотя в примере по фиг. 4 показан формат, обеспечивающий ограниченное количество вариантов, которые может выбрать пользователь, в других примерах формат представляет открытые поля, в которых пользователь может указывать значения температуры, продолжительности анализов или другие параметры анализа. Кроме того, некоторые примеры могут предоставить пользователю возможность добавлять любое количество анализов к выполнению устройством 100 для анализа раствора.

[0045] Элементы управления, предоставленные в проиллюстрированном примере, включают команду 406 начала, команду 408 остановки, команду 410 повтора и команду 412 сброса. Пользователь может выбрать команду 406 начала, когда он или она хочет начать проведение анализов. В некоторых примерах, в ответ на передачу команды 406 начала, устройство 100 для анализа раствора выполняет каждый из анализов в последовательности без необходимости дополнительного участия пользователя. В некоторых примерах последовательность выполнения анализа включает выполнение первого анализа при самом низком выбранном заданном значении температуры и выполнение второго анализа при втором самом низком выбранном заданном значении температуры и так далее, пока окончательный анализ не будет выполнен при самом высоком выбранном заданном значении температуры.

[0046] На фиг. 5 проиллюстрирована схема системы 500 для анализа проб бурового раствора. Система 500 содержит процессор 515, контроллер 520 ввода/вывода, запоминающее устройство 525, пользовательский интерфейс 526, переключатель 530 полярности, датчик 535 реологии и электрический регулятор 540 температуры. Эти компоненты могут обмениваться данными по беспроводной связи, через проводные соединения или их комбинации. Запоминающее устройство 525 системы может содержать определитель 545 температуры анализа, регулятор 550 температуры, верификатор 555 температуры, инициатор 560 анализа и определитель 565 завершения анализа. Регулятор 550 температуры содержит широтно-импульсный модулятор 570 и переключатель 575 полярности.

[0047] Процессор 515 может содержать интеллектуальное аппаратное устройство (например, процессор общего назначения, процессор обработки цифровых сигналов (DSP; digital signal processor), центральный процессор (ЦП), микроконтроллер, специализированную интегральную схему (ASIC; application-specific integrated circuit), программируемую вентильную матрицу (FPGA; field-programmable gate array), программируемое логическое устройство, дискретный логический компонент или транзисторный логический компонент, дискретный аппаратный компонент или любую их комбинацию). В некоторых случаях процессор 515 может быть выполнен с возможностью работы с массивом памяти с использованием контроллера запоминающего устройства. В других случаях контроллер запоминающего устройства может быть интегрирован в процессор 515. Процессор 515 может быть выполнен с возможностью выполнения машиночитаемых команд, хранящихся в запоминающем устройстве, для выполнения различных функций (например, функций или задач, поддерживающих оценку заданных оптических устройств).

[0048] Контроллер 520 ввода/вывода может представлять модем, клавиатуру, мышь, сенсорный экран или подобное устройство или взаимодействовать с ними. В некоторых случаях контроллер 520 ввода/вывода может быть реализован в составе процессора. В некоторых случаях пользователь может взаимодействовать с системой через контроллер 520 ввода/вывода или через аппаратные компоненты, управляемые контроллером 520 ввода/вывода. Контроллер 520 ввода/вывода может сообщаться с любым подходящим входом и любым подходящим выходом.

[0049] Запоминающее устройство 525 может включать оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Запоминающее устройство 525 может содержать машиночитаемое, выполняемое компьютером программное обеспечение, содержащее команды, которые при выполнении предписывают процессору выполнение различных функций, описанных в данном документе. В некоторых случаях запоминающее устройство 525 может содержать, помимо прочего, базовую систему ввода/вывода (БСВВ), которая может управлять основной работой аппаратных средств и/или программного обеспечения, например взаимодействием с периферийными компонентами или устройствами.

[0050] Определитель 545 температуры анализов обеспечивает запрограммированные команды, которые предписывают процессору 515 определение температуры, при которой должен выполняться анализ. В некоторых примерах температура анализа определяется путем доступа к информации, введенной пользователем в пользовательский интерфейс.

[0051] Регулятор 550 температуры обеспечивает запрограммированные команды, которые предписывают процессору 515 регулирование температуры пробы бурового раствора. Часть процесса регулирования температуры может включать в себя определение текущей температуры пробы бурового раствора и определение того, выше или ниже требуемая температура для следующего анализа текущей температуры пробы бурового раствора. На основании того, следует ли температуру пробы бурового раствора увеличить или уменьшить, переключатель 575 полярности может вызвать передачу процессором 515 переключателю 530 полярности команды на направление электрического тока через термоэлектрический материал в соответствующем направлении. Широтно-импульсный модулятор 570 может передать электрическому регулятору 540 температуры команду на регулирование силы электрического тока, проходящего через термоэлектрический материал. При активном изменении температуры пробы бурового раствора широтно-импульсный модулятор 570 может добиться того, чтобы мощность сигнала превышала мощность сигнала, предназначенную только для поддержания температуры пробы бурового раствора на уровне текущей температуры для проведения анализа.

[0052] Верификатор 555 температуры обеспечивает запрограммированные команды, которые предписывают процессору 515 определение текущей температуры пробы бурового раствора. К этой информации может обращаться регулятор температуры 550, чтобы определить, когда изменять мощность сигнала от уровня активного изменения температуры пробы бурового раствора до уровня поддержания температуры пробы бурового раствора.

[0053] Инициатор 560 анализа обеспечивает запрограммированные команды, которые вызывают выполнение процессором 515 анализа с помощью датчика 535 реологии. Инициатор 560 анализа может также обратиться к информации, предоставленной верификатором 555 температуры, чтобы определить, находится ли температура пробы бурового раствора на соответствующем уровне температуры для выполнения анализа.

[0054] Определитель 565 завершения анализа обеспечивает запрограммированные команды, которые вызывают определение процессором 515 момента, когда выполнение анализа завершено. В некоторых примерах определитель 565 завершения анализа посылает сигнал регулятору температуры при завершении анализа при первой температуре. В ответ регулятор 550 температуры может запустить процесс изменения температуры пробы бурового раствора для следующего анализа при другой требуемой температуре.

[0055] На фиг. 6 проиллюстрирован пример способа 600 автоматизированного анализа проб раствора при различных температурах в соответствии с данным изобретением. В этом примере способ 600 включает в себя: подачу 605 пробы бурового раствора в камеру 605 для раствора, получение 610 команд на проведение анализа пробы бурового раствора при двух или более температурах, доведение 615 температуры пробы бурового раствора до первой температуры из двух или более температур по всей камере для раствора с помощью электрического регулятора температуры, анализ 620 пробы бурового раствора при первой температуре с помощью датчика реологии, встроенного в камеру для раствора, автоматическое доведение 625 температуры пробы бурового раствора до второй температуры после завершение анализа при первой температуре с помощью электрического регулятора температуры и анализ 630 пробы бурового раствора при второй температуре с помощью датчика реологии. По меньшей мере некоторые из частей указанного способа могут быть выполнены в соответствии с принципами, описанными в данном изобретении.

[0056] На фиг. 7 проиллюстрирован пример компонентов устройства 100 для анализа раствора с боковым контуром 800 для регулирования температуры раствора для измерений плотности в соответствии с данным изобретением. В проиллюстрированном примере в устройство 100 для анализа раствора включен боковой контур 800. В боковой контур 800 включены второй насос 806 и датчик 216 плотности. Второй насос 806 может вызывать попадание части пробы 230 бурового раствора в боковой контур 800 из камеры 218 для раствора, когда температура бурового раствора находится на уровне требуемой температуры для анализа плотности пробы 230 бурового раствора.

[0057] В некоторых примерах пользовательский интерфейс представляет пользователю варианты для проведения анализа реологических свойств пробы 230 бурового раствора, анализа плотности пробы 230 бурового раствора или их комбинаций. Пользователь может дать устройству 100 для анализа раствора команду на проведение анализа бурового раствора при той же температуре, при которой датчик 220 реологии проводит анализ пробы 230 бурового раствора. В других примерах плотность пробы 230 бурового раствора может быть проанализирована при температуре, которая отличается по меньшей мере от одного из анализов, проводимых с помощью датчика 220 реологии. В некоторых случаях электрический регулятор нагрева доводит температуру пробы 230 бурового раствора до температуры анализов, выполняемых либо датчиком 220 реологии, датчиком 216 плотности, датчиком другого типа, встроенным в камеру 218 для раствора, либо их комбинациями. В примере по фиг. 8 устройство 100 для анализа раствора не содержит датчик 216 плотности в соответствии с данным изобретением.

[0058] Хотя выше было описано, что устройство для анализа раствора содержит приемник сосуда для отбора проб, соединяемый с сосудом для отбора проб, содержащим пробу бурового раствора, в некоторых примерах приемник сосуда для отбора проб не включен в устройство для анализа раствора. Например, пользователь может вылить пробу бурового раствора в резервуар, встроенный в устройство для анализа раствора. В некоторых примерах, в которых проба бурового раствора поступает в устройство для анализа раствора, в выпускное отверстие резервуара может быть включен фильтр для отфильтровывания песка, бурового шлама, других типов твердых веществ или их комбинаций. В некоторых случаях пользователь может выливать пробу бурового раствора непосредственно в камеру для раствора, соединенную с вискозиметром или другим датчиком реологии.

[0059] В одном варианте реализации изобретения система содержит канал для раствора, камеру для раствора, сообщающуюся с каналом для раствора, датчик реологии, сообщающийся с камерой для раствора, и электрический регулятор температуры, сообщающийся с камерой для раствора. Камера для раствора охлаждается в ответ на первый управляющий сигнал от электрического регулятора температуры.

[0060] Способ включает в себя: прием команд на проведение анализа пробы бурового раствора при двух или более температурах, доведение температуры пробы бурового раствора до первой температуры из двух или более температур с помощью электрического регулятора температуры, анализ пробы бурового раствора при первой температуре с помощью датчика свойств раствора, автоматическое доведение температуры пробы бурового раствора до второй температуры после завершения анализа при первой температуре с помощью электрического регулятора температуры и анализ пробы бурового раствора при второй температуре.

[0061] Устройство содержит камеру для раствора, причем камера для раствора имеет стенку камеры и отверстие, определенное стенкой камеры. Устройство также содержит датчик реологии, сообщающийся с камерой для раствора. Датчик реологии содержит ротор, выступающий в отверстие, причем ротор поддерживается на некоторой глубине внутри отверстия для контакта с пробой раствора, когда камера для раствора заполнена раствором до рабочего уровня. Кроме того, устройство содержит по меньшей мере один датчик термической дисперсии, который определяет уровень пробы раствора, когда ротор заставляет пробу раствора перемещаться внутри камеры раствора, и электрический регулятор температуры, сообщающийся с камерой для раствора, которая выполнена с возможностью регулирования температуры пробы раствора внутри камеры для раствора.

[0062] Вышеприведенное описание, с целью объяснения, приведено с упоминанием конкретных вариантов реализации изобретения. Однако не предусмотрено, чтобы приведенные выше иллюстративные объяснения были исчерпывающими или ограничивали данное изобретение конкретными раскрытыми формами. Возможны многие модификации и варианты с учетом вышеизложенных идей. Варианты реализации изобретения выбраны и описаны таким образом, чтобы как можно лучше объяснить принципы данных систем и способов, а также их практическое применение, чтобы тем самым дать возможность другим специалистам в данной области техники наилучшим образом использовать настоящие системы и способы, а также различные варианты реализации изобретения с различными модификациями, которые могут подходить для конкретного предусмотренного применения.

[0063] Если не указано иное, следует понимать, что термины в единственном числе, используемые в описании и формуле изобретения, означают «по меньшей мере один из». Кроме того, для простоты использования слова «включающий» и «имеющий», употребляемые в описании и формуле изобретения, являются взаимозаменяемыми и имеют то же значение, что и слово «содержащий». Кроме того, следует понимать, что термин «на основании», употребляемый в описании и формуле изобретения, означает «на основании по меньшей мере».

Система содержит канал для раствора, камеру для раствора, сообщающуюся с каналом для раствора, датчик реологии, сообщающийся с камерой для раствора, и электрический регулятор температуры, сообщающийся с камерой для раствора. Камера для раствора охлаждается в ответ на первый управляющий сигнал от электрического регулятора температуры. Техническим результатом при реализации заявленной группы изобретений является возможность определять, функционирует ли буровой раствор надлежащим образом, и вносить любые требуемые изменения в процессе бурения. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Система для анализа бурового раствора, содержащая:

канал для раствора;

камеру для раствора, сообщающуюся с каналом для раствора;

датчик реологии, сообщающийся с камерой для раствора;

электрический регулятор температуры, сообщающийся с камерой для раствора;

при этом камера для раствора выполнена охлаждаемой в ответ на первый управляющий сигнал от электрического регулятора температуры, причем электрический регулятор температуры включает термоэлектрический материал, который создает одновременно зону нагрева и зону охлаждения.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что камера для раствора выполнена нагреваемой в ответ на второй управляющий сигнал от электрического регулятора температуры.

3. Система по п. 2, отличающаяся тем, что полярность второго управляющего сигнала противоположна полярности первого управляющего сигнала.

4. Система по п. 1, дополнительно содержащая датчик плотности, сообщающийся с каналом для раствора.

5. Система по п. 4, дополнительно содержащая:

впускное отверстие канала для раствора; и

выпускное отверстие канала для раствора, сообщающееся с камерой для раствора;

при этом датчик плотности расположен между впускным отверстием и выпускным отверстием.

6. Система по п. 1, отличающаяся тем, что электрический регулятор температуры содержит широтно-импульсный модулятор для управления мощностью сигнала, посылаемого через термоэлектрический материал.

7. Система по п. 1, отличающаяся тем, что электрический регулятор температуры содержит теплоотвод, сообщающийся с термоэлектрическим материалом.

8. Система по п. 1, дополнительно содержащая:

переключатель полярности, сообщающийся с термоэлектрическим материалом;

при этом, когда переключатель полярности направляет электричество в первом направлении через термоэлектрический материал, зона нагрева создается на первой стороне термоэлектрического материала, а зона охлаждения создается на второй стороне термоэлектрического материала;

при этом, когда переключатель полярности направляет электричество во втором направлении, противоположном первому направлению, через термоэлектрический материал, зона нагрева создается на второй стороне термоэлектрического материала, а зона охлаждения создается на первой стороне термоэлектрического материала.

9. Система по п. 1, дополнительно содержащая:

процессор;

запоминающее устройство, сообщающееся с процессором, при этом процессор содержит запрограммированные команды для:

приема входных данных для проведения анализа пробы раствора в камере для раствора с помощью датчика реологии при двух или более различных температурах;

доведения температуры пробы раствора до первой температуры из двух или более различных температур с помощью электрического регулятора температуры;

анализа пробы раствора с помощью датчика реологии при первой температуре;

автоматического доведения температуры пробы раствора до второй из двух или более различных температур с помощью электрического регулятора температуры; и

анализа пробы раствора с помощью датчика реологии при второй температуре.

10. Система по п. 1, дополнительно содержащая, по меньшей мере, один датчик определения уровня, встроенный в камеру для раствора.

11. Система по п. 10, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один датчик определения уровня представляет собой датчик термической дисперсии.

12. Система по п. 1, дополнительно содержащая изоляционный слой, покрывающий внешнюю поверхность камеры для раствора.

13. Способ проведения анализа бурового раствора, включающий:

прием команд для анализа пробы бурового раствора при двух или более температурах;

доведение температуры пробы бурового раствора до первой температуры из двух или более температур с помощью электрического регулятора температуры;

анализ пробы бурового раствора при первой температуре с помощью датчика свойств раствора;

автоматическое доведение температуры пробы бурового раствора до второй температуры после завершения анализа при первой температуре с помощью электрического регулятора температуры; и

анализ пробы бурового раствора при второй температуре;

причем доведение температуры пробы бурового раствора до первой температуры или второй температуры включает подачу управляющего сигнала на термоэлектрический материал, находящийся в тепловом контакте с пробой бурового раствора.

14. Способ по п. 13, дополнительно включающий:

подачу пробы бурового раствора в камеру для раствора; и

определение уровня бурового раствора внутри камеры для раствора с помощью датчика термической дисперсии, встроенного в камеру для раствора.

15. Устройство для анализа бурового раствора, содержащее:

камеру для раствора, причем камера для раствора содержит:

- стенку камеры; и

- отверстие, определенное стенкой камеры;

датчик реологии, сообщающийся с камерой для раствора, причем датчик реологии дополнительно содержит:

- ротор, выступающий в отверстие;

- при этом ротор поддерживается на некоторой глубине внутри отверстия для контакта с пробой раствора, когда камера для раствора заполнена раствором до рабочего уровня;

по меньшей мере, один датчик термической дисперсии, определяющий уровень пробы раствора, когда ротор заставляет пробу раствора перемещаться внутри камеры для раствора;

электрический регулятор температуры, сообщающийся с камерой для раствора, выполненной с возможностью регулирования температуры пробы раствора внутри камеры для раствора; при этом

электрический регулятор температуры дополнительно содержит:

термоэлектрический материал, который создает одновременно зону нагрева и зону охлаждения;

первую сторону термоэлектрического материала, контактирующую с внешней поверхностью камеры для раствора; и

вторую сторону термоэлектрического материала, контактирующую с теплоотводом.

16. Устройство по п. 15, отличающееся тем, что термоэлектрический материал обладает характеристикой:

создания зоны нагрева, смежной с камерой для раствора, и создания зоны охлаждения, смежной с теплоотводом, в ответ на первый управляющий сигнал, проходящий через термоэлектрический материал; и

создания зоны нагрева, смежной с теплоотводом, и создания зоны охлаждения, смежной с камерой для раствора, в ответ на второй управляющий сигнал, проходящий через термоэлектрический материал, когда полярность второго управляющего сигнала противоположна полярности первого управляющего сигнала.

17. Устройство по п. 15, дополнительно содержащее:

процессор;

запоминающее устройство, сообщающееся с процессором, при этом процессор содержит запрограммированные команды для:

приема входных данных для анализа пробы раствора в камере для раствора с помощью датчика реологии при множестве температур;

автоматического доведения и поддержания температуры пробы раствора до каждой из указанного множества температур; и

автоматического анализа пробы раствора с помощью датчика реологии при каждой из указанного множества температур.