Плотномер для буровых растворов Советский патент 1984 года по МПК G01N9/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленностях для контроля удельного веса промывочных жидкостей при бурении нефтяных и газовых скважин.

Известно устройство для измерения плотности промывочной жидкости содержащее двуплечий рычаг, на одном конце которого укреплен поплавок, а другой соединен с системой регистрации перемещения поплавка, выполненной в виде двух вертикально расположенных сильфонов, помещенных в герметичные камеры, полости которых заполнены монометрической жидкостью и соединены между собой капиллярной трубкой, причем шток нижнего сильфона, помещенного в испытуемую среду, соединен с одним из концов рычага, а шток верхнего сильфона соединен с сильфоном, зaпoлнe ным жидкостью и соединенным трубкой с испытуемой средойП1

Устройство не обеспечивает достаточной точности измерений.

Известно также устройство для измерения плотности промывочной жидкости при бурении скважин, содержащее два поплавка, соединенных посредством чувствительного элемента, воспринимающего усилие, с которым один из поплавков, полностью погруженный в жидкость, действует на первый поплавок, находящийся на поверхности С23.

Однако данное устройство обладает ограниченными метрологическими возможностями (недостаточная надежность в работе и точность ) за счет требуемого компромиса между величинами плавучей способности (Архимедовой силы) обоих поплавков и обеспечением постоянства объема поплавка, находящегося на поверхности бурового раствора и подверженного загрязнению за счет образования глинистой корки при высыхании раствора, попадающего на его поверхность.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является весовой плотномер жидких сред, содержащий плотномер для буровых растворов, содержащий корпус с входным и выходными штуцерами, подвижные весочувствительные патрубки, соосно соединенные эластичными элементами между собой и штуцерами, соединенны тягой с плечом уравновешивающего рычага, противоположный конец которого снабжен грузоустанавливающим электромагнитным механизмом с калиброванными Грузами, электромагнит которюго соединены с выходом реверсивного счетчика импульсов, к входу которого через ключ подключен генеоатор импульсов, а плечо рычага соединено с аналоговым компенсационным преобразователем,- элемент ИЛИ, подг.; ключенный к управляемой цепи ключа., и блок отображения информации С35« . Нзвес ное устройство не обеспечивает достаточной, точности и чувствительности измерений.

Целью изобретения является упрощение конструкции путем уменьшения количества калиброванных грузов, повышение лувствительности и точности измерений за счет калиброванного взвешивания.

Эта цель достигается тем, что плотномер для буровых растворов, содержащий корпус с входным и выходными штуцерами, подвижные весочувствительные патрубки, соосно соединенные эластичными элементами между собой и штуцерами, соединенные с плечом уравновешивающего рычага, противоположный конец которого снабжен грузоустанавливающим электромагнитным механизмом с калиброванными грузами, электромагниты которого соединены с выходом реверсивного счетчика импульсов, к входу которого через ключ подключен генератор импульсов, а плечо рычага соединейо с аналоговым компенсационным преобразователем, элемент ИЛИ, подключенный к управляемой цепи ключа, блок отображения информации, дополнительно снабжен аналоговым электриче ким преобразователем, нуль-органом с инвертором, элементом сравнения с источником опорного напряжения, величина которого пропорциональна дискрету младшего разряда калиброванного груза, промежуточной

и выходной буферной памятью, согласующим элементом с сумматором,таймерой причем выход аналогового электрй-. ческого преобразователя подключён к входам промежуточной буферной памяти и;

Согласующего элемента, выход которого через сумматор и выходную

буферную память подключен к входу блока отображения информации, а выход промежуточной буферной памяти подключен к входам нуль-органа и элемента сравнения, к второму входу которого подключен источник опорного напряжения, величина которого пропорциональна дискрету младшего разряда калиброванного груза, а их. выходы соответственно подключены через инвертор к элементу ИЛИ и входу управления обратным счетом реверсивного счетчика импульсов, а также к второму входу ИЛИ и входу управления прямым счетом реверсивного счетчика, причем выход элемента ИЛИ йодключен к цепям управления выходной буферной и промежуточной памяти и через таймер - к их вторым управляемым цепям записи. На чертеже изобраокена принципиальная схема цифрового плотномера для буровых растворов. Платномер содержит основание 1 с входным 2 и выходным 3 штуцерами подвижные весочувствительные патру ки 4 и 5 , располфясенные соосно с штуцерами и соединенные герметично между собой и штуцерами 2 и 3 посредством эластичных элементов 6-8 а концы подвижных весочувствительных патрубков 4 и 5, обращенные к входному и выходному штуцерам 2 и 3, кинематически соединены с ним подвижно посредством подвижных опор, выполненных, например, в вид кернов 9 и 1Q и конусов 11 и 12, закрепленных посредством кронштейнов 13 и 14 на торцах штуцеров 2 и 3 и подвижных весочувствительных патрубках 4 и 5, противоположные торцы которых обращены навстре чу друг другу и соединены между собой гибкими тягами 15 и 16, расположенными, вертикально по обе сто ны эла;стичного элемента 7 и соединенных с торцами подвижных весо чувствительных патрубков 4 и 5 посредством кронштейнов 17 и 18, причем гибкие тяги 15 и 16 располо жены посредине эластичного элемента 7. Конец подвижного весочувствител ного патрубка 4 посредством тяги 19 соединен с плечом уравновешивающего рычага 20, противоположный конец которого снабжен грузоустана ливающим электромагнитньш механизмом 1, состоящим из калиброванных грузов 21-23, опираикцихся на противоположный конец рычага 20 на ра стоянии от его опоры качения О с коэффициентами например 1, 2, 4 8, а над калиброванными грузами смонтированы грузоустанавливающие ;электромагниты 24-26, обмотки кото рых подключены к выходным цепям реверсивного электронного счетчика 27 импульсов и входной цепи согласующего элемента 28, выход которог через сумматор 29 подключен к вход ным цепям выходной буферной Пс1мяти 30, к выходу которой подключен блок 31 отображения информации. С противоположным плечом уравновешивающего рычага 20 также соединен аналоговый электрический преобразователь ГГ, например с силовой ко пенсацией, состоящей из электросилового элемента 32, датчика 33 рас согласования/подключенного к вход усилителя 34. Выход аналогового, электрического преобразователя II (т.е. выход усилителя 34) подключе к входам промежуточной буферной па мяти 35 и согласующего элемента 28 Выход промежуточной буферной па ти 35 подключен к входам нуль-органа 36 и элемент 37 сравнения, к второму входу которого подключен источник 38 опорного напряжения, величина которого пропорциональна дискрету младшего разряда калиброванного груза 21. Выход нуль-органа 36 через инвертор 39 подключен к входу элемента ИЛИ 40 и к цепи переключения реверсивного счетчика 27 на обратный счет импульсов, а выход элемента 37 сравнения подключен к второй цепи элемента. ИЛИ 40 и к цеПи перек ючения реверсивного счетчика на прямой импульсов. Выход элемента ИЛИ 40 подключен к цепям управления выходной буферу ной памяти 30 и промежуточной буферной Пс1мяти 35 и к управляемой цепи ключа 41, через который к входу реверсивного электронного счетчика 27 подключен генератор 42 импульсов, дополнительно выход элемента ИЛИ 40 подключен к входу таймера 43, выход которого подключен к управляемьо цепям выходной буферной памяти 30 и промежуточной буферной памяти 35. Таким образом, цифровой плотномер для буровых растворов состоит из двух весочувствительных патрубков 4 и 5, расположенных соосно и образующих две консоли, направленные пoдвижнJJMи концами навстречу одна другой и герметично соединенные эластичным элементом и гибкими тягами 15 и 16 образуя прямоточную весочувствительную систему, в которой все герметизирующие эластичные элементы 6-8 работают на изгиб, так как эластичные элементы при работе на изгиб имеют значительно меньшую жесткость по срсшнению с тем, если бы они работали на сдвиг. Тгисая весочувствительная система взвешивается автоматически дискретно посредством калиброванных грузов 21-23, а в пределах дискрета младшего разряда, определяемого грузом 21, взвешивается аналоговы1У1 компенсационным преобразователем II с Последующим автоматическим согласованием и суммирование результатов измерения с отображением, например в цифровой форме. Цифровой плотномер для буровых растворов работает следующим обраj3OM., При отсутствии измеряемой жидкости в полости подвижных весочувствитедьных патрубков 4 и 5 калиброванные грузы 21-23 притянуты к грузоустанавливающим электромагнитам 24-26, и вся система 4,5, 7 и 20 находится в состоянии равновесия относительно опоры качения О. При наличии измеряемой жидкости с плотностью в пределах млгшшего разряда в полости подвижных весочувствительных патрубков 4 и 5 посл ние начнут отклоняться от горизонтали, что приведет к появлению сигнала рассогласования на выходе дат чина 33 под действием которого аналоговый электрический преобразователь 11 своим силовым элементом 32 приведет систему в состояние равновесия, при этом на выходе преобразователя II сформируется электрический сигнал, пропорциональный вес измеряемой жидкости, находящейся в полости подвижных весочувствитель ных патрубков 4 и 5, а следовательно, и пропорциональный плотности. Этот аналоговый сигнал через сумматор 29 и выходную буферную память 30, открытую фронтом сигнала с элемента ИЛИ 40, отобразится блоком 31 отображения, например в цифровой форме. Калиброванные грузы 21-23 при этом будут оставаться притянутыми к полюсам грузоустанавливающихэлектромагнитов 24-26. При повышении плотности измеряемой жидкост 1 выше предела младшего разряда, определяемого калиброванным грузом 21, сигнал на входе элемента 37 сравнения превышает напряжение, присутствующее на его втором входе с источника 38 опорного напряжения, в результате чего на выходе элемента 37 сравнения сформируется сигнал, который откроет ключ 41 и на вход реверсивного счетчика 27 импульсов поступит импульс с генератора 42, который счет чик 27 запомнит и одновременно обеспечит обмотку газоустанавливающего электромагнита 24, в результате чего калиброванный груз 21 установится на плечо уравновешивающего рычаг.а 20, а так как этот груз находится от точки качения О рыча на 20 на расстоянии с коэффициентом равном единице, то его вес разовьет уравновешивающий момент на рычаге 20, пропорциональный величине плотности, верхний предел которой определяется величиной опорного напряжения источника 38. Одновременно сигналом с элемента ИЛИ, его передним фронтом, закроется вход промежу точного буфера памяти 35 и следовательно зафиксируется выходной сигна выходной буферной памяти 30, в результате чего блоком 31 отображенения будет продолжать отображаться событие, преди1ествующее моменту сра батывания элемента 37 сравнения, в результате чего блоком 31 отображения не будет отображаться переход ный процесс, который возникает при установке калиброванного груза 21 н плечо рычага 20. Этот переходный процесс заключается в том, что вес калиброванного груза 21 скомпенсиру ет часть веса жидкости, находящейся в полости подвижных весочувствительных патрубков 4 и 5, и аналоговый электрический преобразователь ll изменит величину сигнала в стороЙу уменьшения до величины, равной той разности, которая превысила величину, развиваемую источником 38 опорного напряжения и которая пропорциональна величине приращения плотности. Через время, определяемое таймером 43 за промежуток, через который закончится, переходной процесс , сигналом с его выхода буферные элементы памяти 30 и 35 переключатся на режим записи новой информации, тогда на вход памяти 30 поступит сигнал с выхода сумматора 29, равный сумме сигналов с реверсивного счетчика 27 и пропорциональный весу груза 21 и с аналогово о электрического преобразователя II, пропорционыльный величине приращения плотности. Аналогично произойдет взвешивание, например при дальнейшем увеличении плотности, с установкой на плече рычага 20 других грузов 22 и 23 или их комбинаций с одновременным формированием пропорциональных сигналов на выходе реверсивного счетчика 27. И в каждом таком варианте результаты дискретного взвешивания грузами 21-23 и аналогового взвешивания между дискретами будут согласовываться по масштабу форме сигналов и коду в Согласующем элементе 28 и после суммирования вьщаваться на блок 31 отображения информациичерез выходную буферную память, которая совместно с ТТромежуточной буферной памятью 35 обеспечивает удобство считывания информации, так как они хранят информацию на время считывания и совместно с таймером 43 обеспечивают устойчивость автоматического взвешигвания. При снижении величины плотности жидкости до значения сигнала, равного нулю на выходе аналогового электрического преобразователя 11, срабатывает нуль-орган 36 и через инвертор 39 выдает сигнал на цепи обратного счетчика реверсивного счетчика 27 импульсов и одновременно через элемент ИЛИ 40 открывает ключ 41, через который на вход реверсивного счетчика 27 поступит импульс с генератора 42 импульсов, и счетчик уменьшит хранимоечисло импульсов, в результате чего комбинация грузов 21-23 на плече рычага 20 изменится на величину дискрета ладшего разряда, что вызовет одновременно уменьшение величины на входе сумматора 29 и изменение величины на выходе аналогового преобразователя II, и далее прохождение сигналов по всем цепям повторится .аналогично как при увеличении плотности, и блоком 31 отображения информации представляется новое значение плотности жидкости.

ПЛОТНОМЕР ДЛЯ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ, содерж ий корпус с входным; и выходными штуцерами, подвижные весочувствительные патрубки, соосно соединенные эластичньдаш элементами между собой и штуцерами, соединенные тягой с плечом уравновешивающего рычага, противоположный конец которого снабжен грузоустанавливающим электромагнитным механизмом с калиброванными грузами, электромагниты которого соединены с выходом реверсивного счетчика импульсов, к входу которого через ключ подключен генератор импульсов, а плечо рычага соединено с аналоговым компенсационным преобразователем, элемент ИЛИ, подключенный к управляемой цепи ключа, блок отображения информации, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции путем уменьшения количества калиброванных грузов, повышения точности и чувствительности за счет калиброванного взвешивания, дополнительно снабжен аналоговьом электрическим преобразователем, нуль-органом с инвертором, элементом .сравнения с источником опорного напряжения, величина кото- рого пропорциональна дискрету младшего разряда калибрюванного груза, промежуточной и выходной буферной памятыб, согласующим элементом с сумматора, таймером, причем выход аналогового электрического преобразователя подключен к входам промежуточной буферной памяти и согласующего элемента, выход которого через j сумматор и выходную буферную память (Л подключен к входу блока отображения информации, а выход промежуточной буферной памяти подключен к входам нуль-органа и элемента сравнения, к второму входу которого подключен ИСТОЧНИК опорного напряжения, величина, которого пропорциональна дискрету младшего разряда калибровано ного груза, а их в.ыходы соответ00 ственно- подключены через инвертор к элементу ИЛИ и входу управления di обратным счетом реверсивного счетчика импульсов, а также к второму а эо входу ИЛИ и входу управления прямым счетом реверсивного счетчика, причем выход элемента ИЛИ подключен к цепям управления выходной буферной и про; межуточной памяти и через таймер к их BTOptavi управляемым цепям записи.