Автоматизированная система для регулирования свойств бурового раствора Советский патент 1983 года по МПК E21B44/00 E21B21/08 

1 Изобретение относится к системам ре гупировашет свойств бурового раствора, используемого при бурении нефтянык и газовых скважин. Известно устройство дп регупированш свойств бурового раствора, включающее датчик, задатчик, сумматор, регупятор, бпок дозирующих устройств fl) . Наибопее бпизким техническим решением к изобретению является автоматизи роваиная система дпя регулирования свойств бурового раствора, содержащая наземную циркуляционную систему, раоходомер, датчик и задаггчнк параметров бурового раствора, два блока выделения модуля, два блока выделения знака, блок умнэжения, сумматор, регулятор, четыре ключа, логический блок управления клк чами и исполнительный элемент 2. В известных системах регулирование происходит сразу после отклонения свойс промывочной жидкости от заданных. Одн ко немедленш 1й ввод реагентов после откпонения свойств раствора от заданных является неоправдаHRbiM, так как часто, соверр1ив цикла циркуляции, буровой раствор без вмешательства извне стабилизируется. В этой ситуации происходит оправданный перерасход химиче ких реагентов. За счет этого снижается качество обработки бурового раствора, так как чем болыие в него введено хими ческих реагентов, тем вероятнее, что-он нотеряет необходимые технологические качества и потребуется замена его на новый, а это связано со значительными материальными затратами. Цель изобретения - повышение надежности регулирования свойств бурового раствора и снижение потерь химических реагентов. Указанная цель достигается тем, что в систему автоматизированного регулиро- вания свойств бурового раствора, содержащую датчик и задатчик параметров бурового раствора, регулятор, блок дозирования, соединенный с насосем, сумматор и кпючи, введень блок усреднения, блок памяти, дополнительный сумматор, блок управления ключами, задатчик времени, элементы НЕ, И, ИЛИ и компараторы, причем выход датчика параметров буровогораствора через блок усреднения подклю чен к информационному входу первого ключа, выход которого подключен к . одному из входов дополнительного сумматора непосредственно и через первый бло памяти с одним из входов сумматора, 677 выход которого через первый и второй компарато|и 1 соответственно соединен с первыми входами первого и второго элемента И, выход дополнительного сумматора подключен к информационному входу второго ключа и через третий и четвертый компараторы к вторым входам соответсч венно первого и второго элементов И, выходы которых через элемент ИЛИ соединены с первым входом третьего элемента И, выход которого через второй блок памяти соединен с управляющим; входом второго ключа непосредственно и через элемент НЕ с вторым входом третьего элемента И, вы ход второго ключа через регулятор соединен с входом,блока,дозирования, выход задатчика времени соединен с входом блока управления, ключами, выходы которого соединены с управляющими входами первого и второго ключей, выход задатчика параметров бурового раствора соединен с информационным входом третьего ключа и с другим входом сумматора, выход третьего ключа соединен с другим входом дополнительного сумматора, выход датчика параметров бурового раствора соединен с блоком дозирования. На фиг. 1 изображена блок-схема автоматизированной системы для регулирования свойств бурового раствора; на фиг. 2 - временная диаграмма работы системы. Система содержит датчик 1, блок усреднении 2, ключи 3-5, блоки памяти 6 и 7, сумматоры 8 и 9, задатчик времени 1О и задатчик параметров бурового раствора 11, блок управления 12 ключами, KOMnapatopbi 13-16, элементы И 17-19, элемент ИЛИ 20, элемент НЕ 21, регулятор 22, блок дозирования 23. Система работает следующим образом. В исходном состоянии ключи 3-5 заперты. .Измеренное значение регулируемого параметра бурового раствора, подаваемого насосом через скважину, с датчика 1 поступает в блок усреднения 2 регулируемого параметра, где происходит его усреднение за цикл циркуляции бурового раствора , (О где Т. , Тц - время пребывания бурового раствора в скважине и наземной циркуляционной системе соответст ти парамет{ 1 вычисляются по формулам СКб U. ске гдеУс(:в .ц - объемы скважины и циркуляционной сисгемы соответственно;Q - расход бурового раствора Вычисленное по формулам (1) и (2) значение Т выставляется на задатчике 1о Блок управления 12 ключами в конце каждого цикла циркуляции открывает ключи 3 и 4.В этот момент на сумматоре 8; происходит сравнение .усредненного значения параметра бурового раствора за цикл с заданным значением, поступающим с за датчика 11. Одновременно на суммато торе 9 происходит сравнение усредненного значения параметра за предыдущий цикл с заданным, поступаклцим с задатчика 11 Кроме того, в блок памяти 6 записываетзг ся усредненное значение параметра текущего цикла. Сигнал с выхода сумматора 9 Е поступает на входь компараторов 13 и 14. Единичный сигнал на выходе компаратора 13 появится, ,если выполнится условие , а сигнал на выходе компаратора 14 появится, если выполнится условие Eji- Р . Значение + Р яв ляется технологическим допуском на , менение регулируемого параметра. Одновременно сигнал с выхода сумматора 8 Е поступает на выходы компараторов 15 и 16. Единичный сигнал на выходе компаратора 15 появится, еспи выполнится условие EI S , а сигвапна выходе, компаратора 16 появится, еспи выполнится условие Е -f . Сигнал на выходе логического элемента И 17 появится то толысо в том спучае, если имеется поло- жительное отклонение регулируемого параметра от заданного значения в гекушем и предыдущем циклах, т.е. Е 1, к ЕЛ J . . Сигнап на выходе логического элемента И 18 появится только в том случае, если имеется отрицательное отклЬ нение регулируемого параметра от.заданг ного значения в текущем и предыдущем циклах, т.е. Е f - Ё и Е/ - . Сигнал с выходов элементов И 17 и 18 поступают на входы элемента ИЛИ 20, а с его выхода на первый BXCJI погического эпемента И 19, а сигнал с выхода последне го поступает на блок памяти 7. В блоке7 хранится логический ноль, если в предыдущем цикле буровой раствор не падве гается управляющему воздействию, или логическая единица, - если подвергается, С выхода блока памяти 7 сигнал через элемент НЕ 21 поступает на второй вход элемента И 19. Одновременно выход блока 7 связан с управляющим входо ключа 5. Совокупность элементов 7,19, И 21 обеспечивает открытие ключа 5 только в том случае, если на предыдущем цикле раствор не подвергался управляющему воздействий. После открытия ключа 5 рассогласование Е поступает та регулятор 22, функция которого заключается во включении блока дозирующих на время цикла Т и поддержании заданного расхода химического реагента. По истечении времени цикла Т регулятор 22 отключает блок дозирующих устройств. Кроме того, регулятор устанавливает расход химического реагента пропорциональным отклонению Е. Принцип действия системы поясняется временной диаграммой на фиг. 2. В случае, когда, регулируемый параметр выходит за верхнюю границу допуска + (фиг. 2 а), в первом цикле управляющие воздействия отсутствуют. Во втором цикле имеются отклонения параметров от заданных за текущий и предыдущий цикл за верхнюю границу допуска. Поскольку во втором цикле управление отсутствовало, то в третьем цикле система управления вырабатывает управляющий сигнал U . В четвертом цикле регупируемый параметр бурового раствора оказался в заданных границах. При дальнейшем росте регулируемого параметра и выходе его за границу допуска работа системы осуществляется аналогично описанному выше. В случае, когда ввод химического peaгента за одИн цикп циркуляции не обес- печивает возвращение регулируемого параметра в зону допусков (фиг. 26), до третьего цикла включительно процесс протекает аналогично .описанному выше. В четвертом цикле. имеются отклонения параметров за текущий и предыдущий циклы. Поскольку в этом интервале управление отсутствовало, то в пятом цикле регулятор 22 с помощью блока дозирующих устройств 23 осуществляет ввод химического реагента в буровой раствор. В шестом цикле отклонение регулируемого параметра попадает в зону допусков,-и процесс регулирования заканчивается. В случае, когда после подачи управляющего воздействия регулируемый параметр отклонился за нижнюю границу зоны допусков (фиг. 2 в), в первых трех циклах процесс протекает аиапогично описанному ы.1ше. Ввод химического реагента будет осуществлен в шестом цикле, так как в пятом иикпе наблюдались откпстенЕя па аметра за текущий и 1фе«г аыаушкй ивкпы цщжутшции и управпение в 8ТОМ ивк)% огсутствовапо. Вопоспвдующнх цнкпах регулируемый параметр бурового раствора входит в зону допусков и управпсяющее воздействие не подается. Итак, датчик 1 измеряет регулируемый параметр, который бпоком усреднения 2 усредняется за цикл циркутшиии буровогс раствора. Полученаое значение и является регулируемой величиной. Далее это зшчевве фиксируется в блоке памяти и oauoBpavteBBo производится сравнение этого усредненного значения с заданным, а также с вшшается усредненное значение регупируемого параметра за предыдущий цикл с заданилм. Формируется отклонение регу руемого параметра от заданногчэ звачешп за щзедыдутаий и текущий циклы. Бспи ,9Тй отклонения одного зшка и, кроме того, ю предыдущем циктю управление отсутствовало, то производится ввод квмкчесякого реагента в буровой раствор. Во всех остальных случаях регулирование параметра не производится.

Система может быть использована, ватфимер, для регулирования таких параметров бурового раствора, как шшстичеокая вязкость, динамическое напряжение сдвига,статическое напряжение сдвига, условная вязкость,водоотдача и т.д.При необходимости регулирования нескольких параметров может быть использовано несколь ко таких систем-по одной на каждый регулируемый параметр.

Предлагаемая система может быть реализована с помощью микроЭВМ либо на унифицированных эпектро-пневматических элементах ГСП.

Использование в процессе регулирования napMvieTpa бурового раствора значения отклонения от заданного не только в текущем цикле, но и в предыдущем, выгодно отличает предлагаемую систему от прототипа. Вводя химтеский реагент через цикл циркуляции контролируют результат воздействия на буровой раствор Предлагаемая система не реагирует на случайные флюктуации регулируемого параметра бурового раствора, что позволяет снизить химического реагента и повысить качество обработай бурового раствора.

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СВОЙСТВ БУР(ЭВОГО РАСТВОРА, содержащая цатчик и задатчик параметров бурового раствора, регулятор, бпок дозирования, сое-, диненный с насосом, сумматор и кпючц, У отличающая с я тем, что, с : целью повышения надежности регулирования свойств бурового раствора, в нее введены бпок усреднения, блоки памяти, дополнительный сумматор, блок управления ключами, задатчик времени, элементы НЕ, И, ИЛИ и компараторы, причем выход датчика параметров бурового раствора через блок усреднения подключен к информационному входу первого ключа, выход которого подключен к одному из входов дополнитепьного сумматора непосредственно в через бпок памяти с одним иэ входов сумматора, выход которого через первый и В1торой компараторы соответственно соепянен с первымк . входами первого и второго эпемевта И, выход дополнитепьного сумматора подключен к информациснвому входу второго ключа и через третий и четвертый компараторы к вторым вхооам соответственно первого и второго эпемевтов И, выходы KoTOfibix через элемент ИЛИ соеаинещ с нервам вхоас 4 третьего элемента ,И, вы коя которсяО через второй бпсж памяти соединен с управляющим входом второго ключа непосреаственво и через элемент НЕ с вторым входом третьего элемента И, ввыход вторснго ключа через регулятор соединен с входом блока дозирования, выход задатчшЕа крвмвук соединен с входом бпока управпэкия кюочами, выходы которого соединены с управляющими вхооамв первого в второго ключей, вцход заоатчика параметров бурового раствора соеднюв с икформак онным входом третьего ключа и с другим 9д входом сумматора, выход третьего кпкяа соединен с другим входом д нюпвитепьно-. го сумматора, выход датчика пара 1«втЕрв бурового раствора соединен с бпоком дозирования.