Устройство для автоматического ввода жидкого реагента в буровой раствор Советский патент 1983 года по МПК E21B21/06 E21B44/00 

Изобретение относится к систем регулирования количества и свойст бурового раствора, используемого при бурении нефтяных и газовых скважин. Известно устройство для автома ческого ввода жидкого реагента в буровой раствор, содержащее назем ную циркуляционную систему, на вы ходе которой установлены расходомер и датчики контроля объема бур вого раствора и содержания коллоид ной .фазы, два блока выделения моду ля, два блока выделения знака, бло умножения, сумматор, регулятор, ч ре ключа, логический блок и исполнительный блок 1 . Наиболее близким техническим решением к изобретению является ус ройство для автоматического весово го Дозирования непрерывного действия, включающее емкость для реагента, датчик количества вещества например, уровнемер, регулирующую задвижку, регулятор и устройство индикации 2. В известных устройствах из-за частого засорения регулирующей задвижки происходит изменение коэффициента расхода, что является причиной перехода системы- регулиро вания расхода в область режимов, для которых она не предусматривалась , и система может даже стать неустойчивой, либо режим ее работы будет отличаться от оптимального. В момент включения системы в ра боту на выходе датчика количества вещества, например уровнемера, сиг нал может не изменяться некоторое время, хотя из емкости происходит отбор реагента. Это связано с наличием зоны нечувствительности датчика количества вещества, например уровнемера, из-за его засорения, налипания на него частиц находящихся в жидком реагенте и т При этом регулятор полностью открывает регулирующую задвижку и происходит подача излишних количеств жидкого реагента в буровой раствор, вследствие чего снижается качество обработки бурового раствора, так-как не соблюдается заданная рецептура обработки. Целью изобретения является пойышение надежности работы устройства ввода жидкого реагента в буровой раствор за счет контроля за неисправностью устройства и снижение потерь жидких реагентов. Указанная цель достигается тем что в устройство для автоматического ввода жидкого реагента в буро вой раствор, содержащее емкость для,реагента, уровнемер, соединенный с дифференцирующим блоком, задатчик расхода, регулируемая задвижка, соединенная с исполнительным блоком, и блок индикации, введены сумматоры, блок вычисления степени открытия задвижки, блок вычисления козффициента расхода, компараторы, элементы ИЛИ и НЕ, блок памяти, блок задержки, датчик положения задвижки, ключи и блок управления ключами,, при этом вход блока управления ключами соединен с выходом задатчика расхода, один из выходов соединен со входом блока индикации, а другие выходы - с управляющими входами ключей, выходы дифференцирующего блока и задатчика расхода подключены к первому сумматору, выход которого соединен с информационным входом первого ключа, выходы датчика положения задвижки и блока вычисления степени открытия задвижки подключены ко входам второго cyivcviaTopa, выход которого подключен к информационному входу второго ключа, выходы первого и второго ключей соединены со входами третьего сумматора, выход которого подключен к исполнительному блоку, выход датчика положения задвижки через блок вычисления коэффициента расхода подключен ко входам парешлельно соединенных компараторов, выходы которых через последова;тельно соединенные элемент ИЛИ и блок задержки подключены ко входу блока индикации, выход эле- . мента ИЛИ через элемент НЕ соединен с управляющим входом третьего ключа, информационный вход которого соединен с выходом блока вычисления коэффициента-расхода, выход третьего ключа через блок памяти подключен к информационному входу четвертого ключа, выход которого соединен с первым входом блока вычисления степени открытия задвижки, второй вход которого соединен с выходом датчика расхода. На чертеже изображена блок-схема устройства для автоматического ввода жидкого реагента в буровой раствор., Устройство содержит емкость для жидкого реагента 1, уровнемер 2, регулирующую задвижку 3, исполнительный элемент- 4, устройство индикации 5, блок управления ключами 6, дифференцирующий блок 7, три сумматора 8, 9 и 10, блок 1вы- . числения степени открытия задйижки 11, блок вычисления коэффициента расхода 12, блок памяти 13, компараторы 14 и 15, элемент ИЛИ 16 элемент НЕ 17, блок задержки 18, четыре ключа 19, 20, 21 и 22, датчик положения задвижки 23, задатчик расхода 24. Система работает следующим образом.

При поступлении сигнала с задатчика расхода 24 о требуемом раходе реагента блок управления б открывает ключи 19, 21 и запирает ключ 20. Блок вычисления степени открытия задвижки 11 вычисляет что значение (т) по формуле

).

(11

Л|Ч

т - степень открытия задвижки

где

(), F - площадь проходного сечения задвижки.

Функция ( F) является известной для каждого типа задвижки и представляет собой зависимость между положением регулирующего органа задвижки (например,линейное положение штока или линейный угол поворота заслонки и т.д.) и площадью проходного сечения з адвижки. При вычислениях по формуле (1) значение jU-берется из блока памяти 13 (из предьщущего цикла работы системы ). Вычисленное значение степени открытия задвижки т является задающим воздействием для канала регулирования, включающего следующие элементы: датчик степени открытия задвижки 23, сумматоры 9 и 10, исполнительный элемент 4, регулирующую задвижку 3. Этот канал отрабатывает вычисленное значение т.

Через интервал времени Т блок управления 6 ключами подает команду на закрытие на управляющие входы ключей 19 и 21 и команду на открытие на управлякяций вход ключа 20. Интервал времени Т выбирается достаточным для того, чтобы началась устойчивая работа уровнемера 2.

На вход исполнительного блока 4 через ключ 20 и сумматор 10 подается рассогласование (, которое образуется насумматоре 8. Сигнал, отражающий истинный расход . формируется дифференцирующим блоком 7 согласно зависимости

ан

(2)

ар.

%

о at

F -ьплсяцадь поверхности реагенгдета в емкости 1, dH/St- скорость изменения уровня

Н в емкости.

Если вначале при открытии задвижки на величину т бьша допущена ошибка из-за того, .что значение коэффициента расхода jtt. берётся из предыдущего цикла, то она ликвидируется вторым каналом регулирования, включающим датчик уровня 2, дифференцирующее звено 7, сумглаторы 8 и -10, исполнителылай элемент 4 и регулирующую задвижку 3. .

Такое разбиение на два канала регулирования обосновано следующими причинами. Датчик уровня в .чальный момент работы системы обладает большой зоной нечувствитель.ности из-за налипания частиц, содержащихся в реагенте, кристаллизации реагента на чувствительных элементах датчика уровня и т.д., т.е. необходимо некоторое изменение уровня, чтобы получить стабильный сигнал на выходе уровнемера. Поэтому, пока сигнал на выхо0де уровнемера отсутствует, регулятор полностью открывает задвижку 3. Химический реагент начинает пос- тупать в буровой раствор не в том количестве , которое требуется для

5 его обработки, а в значительно большем. Это вызывает большие потери химического реагента, бурового раствора (обработанного не .так, как требуется) и может выз0вать аварийную ситуацию из-за неконтролируемого изменения свойств бурового раствора (повышение водоотдачи, повышение или снижение вязкости и т.д.).

5

Наличие же канала регулирования для предварительной установки заданной степени открытия задвижки позволяет (хотя и приближенно) открыть задвижку на нужную величину до начала стабильной работы уров0немера. Время срабатывания Т блока управления ключами выбирается из условия , где время начала стабильной работы уровнемера (определяется экспериментально).

5

Сигнал о фактической степени открытия задвижки (т) поступает также в блок вычисления коэффициента расхода tjU.) 12, где jU, определяется по формуле- .

0

dH

-зг

(i)

.

oF(mR2«5H F(m)

где F{m) - площадь проходного сечения регулирукя15ей задвижки в зависимости от степени открытия задвижки.

Эта зависимость является обратной по отношению к зависимости (1) и задана. Если вь1численное значение коэффициента расхода /и. находится в заданных пределах ju.,i и,, то этр значение коэффициента расхода через ключ 22 идет в блок памяти 13 и запоминается там. Это значение /U. используется в следующем цикле работы системы для предварительного определения степени, открытия задвижки Шд в момент вкгаочения системы. Если окажется, что ,-f,, то на выходе компаратора 14 нижнего значения коэффициента расхода имеется единичный сигнал, поступающий на вход элемента ИЛИ 16 и с выхода последнего - на вход эле

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИ- ЧЕСКОГО ВВОДА ЖИДКОРО РЕАГЕНТА В БУРОВОЙ РАСТВОР, содержащее eMKOdTb для реагента, уровнемер, соединенный с.дифференцирующим блоком, задатчик расхода, регулируемая задвиж ка, соединенная с исполнительньв4 бло ком, и блок индикации, о т л и ч а -;, ю щ е ее я тем, что, с целью повышения надежности работы устройства, в него введены сумматоры, блок вычисления степени открытия задвижки , блок вычисления коэффициента расхода, компараторы, элементы ИЛИ и НЕ, блок памяти, блок задержки, , датчик положения задвижки, ключи и блок управления ключами/ при этом вход блока управления ключами соединен с выходс 4 задатчика расхода, один из выходов соединен со входом Iблока индикации, а другие выходы с управлякяцикш входами ключей, выхо, ды дифференцирующего блока и за- датчика расхода подключены к первому сумматору, выход которого соединен с информационным входом первого ключа, выходш датчика положения задвижки и блока вычисления степени открытия задвижки подключены ко входам второго сумматора, выход которого подключен к информационному входу второго ключа, выходы первого и второго ключей соединены со входами третьего сумматора, выход которого подключен к исполнительному блоку, выход датчика положения задвижки через блок вычисления коэффициента расхода подключен ко входам параллельно соеСЛ диненных компараторов, выхода: которых через последовательно соединенные элемент ИЛИ и блок задержки подключены ко входу блока индикации, выход элемента ИЛИ через элемент НЕ соединен с управлякяцим входом третьего ключа, информационный вход которого соединен с выходом блока вычисления коэффициенсо ел М о ел та расхода, выход третьего ключа через блок памяти подключен к г информационному входу четвертого ключа, выход которого соединен с первым входсм блока вычисления сте-пени открытия задвижки, второй вход которого соединен с выходом задатчика расхода.