Вискозиметр для исследования реологических характеристик буровых растворов Советский патент 1986 года по МПК G01N11/08 

рого элемента ИЛИ,, а шестой выход - с управляющим входом системы регулирования -давления в газовой магистрали, стробируюЕцие входы аналого-цифровых преобразователей подключены к выхо ду втор.ого элемента ИЛИ, инфор мационные входы - к выходам показывающих приборов расходомера и системы замера перепада давления в емкостях, а выходы через - последовательно соединенные блоки регистров памяти и устройство сопряжения - к входам Вычислительного блока, выходы

I

Изобретение отйосится к области реологии и мохсет быть использовано в информационно-измерительных системах контроля технологических параметров процесса бурения.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства и повьпиение точности измерения

На фиг.1 показана структурная схе .ма предлагаемого вискозиметра для исследования реологических характеристик буровых растворов; на фиг.2 - временные диаграммы работы блока управления .

Вискозиметр содержит подающую 1 и приемную 2 термостабилизированные емкости с мешалками 3, измерительную трубку 4, один конец которой установлен в нижней части подающей емкости, а другой конец - в верхней части приемной емкости, вы- ще предельно возможного уровня раствора в эт ой емкости, расходомер 5 состоящий из первичного преобразователя 6 электромагнитного типа и показывающего прибора 7 с электрическим выходом, газовую магистраль 8 соединенную через первый кран 9 с верхней частью приемной емкости, а через второй кран 10 -с нижней частью подающей емкости таким образом что соответствующие концв измерительной трубы и газовой магистрали находятся в подающей емкости на одном и том же уровне, систему 11 регулирования давления в газовой магистрали с дистанционга1м электрическим управлением, систему замера

05000

которого соединены с входами блока индикации, вход первого элемента задержки подключен к четвертому выходу блока управления, а.выход - к первому управляющему входу блока регист, ров памяти, вход второго элемента задержки подключен к пятому выходу блока управления,а - к второму управляющему входу блока ре- гистров памяти, к управляющему входу устройства сопряжения и к второму входу первого элемента ИЛИ.

;перепада давления в емкостях, состоящую из трубок 12, первичных измерительных преобразователей 13 и датчика 4 перепада давления с показывающим прибором, имеюЕщм

электрический выход, соединяющую обе емкости магистраль 15 с третьим краном 16, магистраль 17 подачи раствора в подающую емкость, снабженную четвертым краном 18,магистраль

19 слива раствора из приемной емкости, снабженную пятым краном 20, сигнализатор 21 уровня, установленный в стенке подающей емкости с возможностью контакта с заполняющим эту емкость раствором, первый элемент ИЛИ 22, первый вход которого соединен с входом Пуск устройства, а выход - с первым входом блока 23 управления, второй вход которого соединен с сигнализатором

уровня, первый выход - с управляющими входами первого, четвертого и пятого кранов с дистанционным электрическим управлением, второй

выход - с блоком включения двигателей мешалок (не показан), третий выход - с управляющим входом второго крана с дистанционным.электри- ческим управлением, четвертый и пятый выходы - с входами второго элемента ИЛИ 24, а шестой выход - с управляющим входом системы регулирования давления в газовой магистрали, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 25 и 26, стробирую

щие входы которых подключены к выходу второго элемента ИЛИ, информпцион 1ые входы - к выходам показывающих приборов расходомера и системы замера перепада давления в емкостях, а выходы через последовательно- соединенные блок 27 регист- ров памяти и устройство 28 сопряжения - к входам вычислительного блока 29, выходы которого соединены с входами блока 30 индикадии, элемент 31 задержки5вход которого подклго- чен к четвертому выходу блока управления, а выход - к первому управляющему входу блока регистров памяти, и элемент 32 задержки, вход которого подключен к пятому выхо- ду блока управления, а выход - к втрому управляющему входу блока регистров памяти, к управляющему входу устройства сопряжения и к второму входу первого элемента ИЛИ.

Вискозиметр работает следующим образом.

Сигнал Пуск (фиг.2а) с установочного входа устройства проходит через элемент ИЛИ 22 и запускает блок 23 управления, импульс с первого выхода которого (фиг.2б) поступает на управляющие входы кранов 95 18 и 30 с дистанционным электрическим управлением и открывает и При этом раствор через магистраль 17 поступает в подающую емкость 1 и заполняет ее до тех пор, пока уровень рас твора в емкости не достигает уровня, на котором установлен си нализатор 21. Одновременно включается система термостабилизации емкостей 1 и 2, которые устанавливаются либо одна под другой, либо горизонтально; подается потенциал определенного уровня V с шестого выхода блока 23 (фиг.2ж) на управляющий вход системы 11 регулирования давления, поддерживающей давление сжатого воздуха в газовой магистрали 8 на заданном уровне F .

При срабатывании сигнализатора 21 импульс с его выхода (фиг.2в) поступает на второй вход блока 23 управления и, во-первых, формирует задний фронт первого выходного импульса блока 23 (фиг.26), при это краны 9,18 и 20 закрываются, прекращается подача раствора в емкость 1 и сжатого воздуха - в приемную емкость 2 (пустую в данный момент времени): во-вторых, формирует передний фронт следующего выходного .импульса блока 23 (фиг.2г)5 посту-;

5 ю js 20

25

5

30

5

0

5

0

г.аьэщего с второго выхода этого бло- itri па включения двигателей Maiiia/ioK 3 раствора.

Через интервал времени Лt с мо- ме;;та срабатывания сигнализатора УРОВНЯ; когда раствор в подающей емкости достига.ет требуемой температуры li консистенции, начинается пер- Bijii-; такт (IJ цикла измерения (начало цикла условно показано коротким 1:1,мпульсом на ф11г.2д, при этом импульс с третьего выхода блока 23 управления (, момент времени 1:,1 поступает на управляющий вход крана 10 с дистанционным электрическим управлением и открывает его. Сжатым ,, поступаюпщм через магистраль 8 в подающую емкость .осущесткляется выдавливание раствора из подающей емкости в приемную емкость 2 через измерительную Бискозиметрическую трубку 4 с расходомером 5, состояпщм из первичного преобразователя 6 и показываю- ыего прибора 7 с электрическим выходом Параллельно с измерением расхода произвог1ится замер перепада давления в емкостях. Система, предназначенная для этой цели, состоит из трубок 12, первичных преобразователей 3 и датчика 14 перепада давления с покгзывают им прибором, имеющим электрический выход.

В времени t j соответст- в топщй окончанию первого такта цикла измерения, и пульс с четвертого выхода блока 23 управления (фиг.2з) проходит через элемент ИЛИ 24 на стробируютие вхо,пъ АЦП 25 и 26, разрешая выполнение операции преобразования в код мгновенных значений сигналов на выходах расходомера Q и системы замера перепада давления в емкостях 4Р соответственно. Результаты преобразования (N,3 с выхода .щи 25 и НдР с выхода АЦП 26) импульсом, за,цержанным (задержка обеспечивается элементом 31) относительно момента времени t, на время t.;%Atnp (где д trip. время вы- полгЕения операции аналого-цифрового преобразования), заносятся в пер вый и второй регистры памяти блока 27.

Задним фронтом первого импульса считывания (фиг,2з) потенциал на шестом выходе блока 23 управления скачком изменяется до уровня Мч (.2ж)J при этрм исполнительный

s

1205000

механизм системы 11 под действием управляющего потенциала изменяет положение регулирующей заслонки в газовой магистрали 8, задавая тем самым новое значение Р давлени сжатого воздуха, соответствующее. V; Начинается второй такт (L1) цккла измерения,. который протекает аналогично первому такту, но уже с другой скоростью движения раствора в измерительной трубке 4. В момент времени t, соответствующий окончанию второго такта, импульс с пятого выхода блока 23 управления (фиг.2и) проходит через элемент ИЛИ 24 на стробирующие входы АЦП 25 и 26,вновь разрешая выполнение операции преобразования в код мгновенных значений сигналов на выходах расходомераДР и системы замера перепада давления в емкостях дР соответственно. Результаты преобразования NQ,, с выхода АЦП 25 и NuP с выхода АЦП 26) импульсом, задержаным (задержка в данном случае обес- печивается элементом 32) относительно момента времени t-j на время TI t/i , заносятся в третий и четвертый регистры памяти блока 27, Эт же импульсом включается в работу -устройство 28 сопряжения, которое, последовательно опрашивая регистры, памяти блока 27, переписывает информацию в регистры вычислительного блока 29.Массив информации, таким образом, составляют упомянутые выше коды NQ, NAP, N и Мдр.,, а также коды NP и Njg, которые вводятся в блок 27 предварительно и отображают некоторые необходимые дпя последующих вычислений константы &,сЗв.

В момент времени, соответствующий заднему фронту второго импуль- са считывания (фиг.2и), во-первых, импульс с третьего выхода блока 23 снимается (фиг.2е), в результате чго кран 10 закрывается и прекращается подача сжатого воздуха в емкость 1; во-вторых, потенциал на шестом выходе блока 23 изменяется до прежнего уровня V (фиг.2ж)5 а давление газа в магистрали 8 - до прежнего значения Р ..

Вычислительный блок 29 осуществляет определение искомьк парамет- )ов по формулам

ггб

128Е

6

Д Р, - Д Рг 2, -Q

5-d

LlH Лр ,

i6f 1пу-J

де Ч

d,J

Л Р., ,Д PV

структурная вязкость и динамическое напря- ;кение сдвига исследуемого раствора соответственно;

диаметр и длина измерительной трубки соответственно;показания системы замера перепада давления в емкостях, снятые в моменты времени t и tn :

QH.Q, показания расходомера, снятые в те же моменты времени.

Вычисленные блоком 29 в течение третьего такта ( ) цикла измерения (конец цикла условно показан коротким импульсом на фиг.2к) значения

параметров Ч

выводятся на табло

10 ts 20 25 Q

5

0

5 0 5

блока 30 индикации. Кроме того, в случае необходимости они могут быть занесены во внешнюю память (дол- I говременное запоминающее устройство), выведены на цифропечать, записаны на магнитную ленту и т.д.

Чтобы обеспечить циклический режим работы вискозиметра, импульс с выхода элемента 32 через элемент ИЛИ 22 поступает на. вход блока 23 управления и вновь запускает его. При этом появляется импульс на первом выходе блока (фиг.26), в результате чего, открываются краны 9,18 и 20,, раствор подается в емкость 1 через магистраль 17 и сливается из приемной емкости 2 через : магистраль 19 (для ускорения процесса слива его осуществляют под давлением сжатого воздуха, который поступает в верхнюю часть приемной емкости из газовой магистрали 8 при открытом кране 9), срабатывает сигнализатор 21 уровня и т.д. Дальнейшая последовательность операции аналогична указанной.

Дпя снятия характеристик пробы исследуемой жидкости в лабораторных условиях кран 20 закрыт постоянно, кран 18 открыт только в начале работы - на время подачи пробы исследуемого раствора в емкость 1 {после этого его закрывают Возврат исследуемого раствора из приемной емкости 2 в подающую осуществляют через магистраль 15 с открытым краном 16 (при этом кран 10 закрыт, кран 9 открыт), а выдавливание раствора из подающей емкости в приемную, как и прежде, 2050008

через измерительную трубку 4 (при этом кран 10 открыт, краны 9 и 16 закрыты).

5 Точность измерения реологических характеристик раствора повышается, так как Для измерений используют двухтактную схему : в первом такте снимают показания Сч,бР, ;

10

во втором такте - Q,AP

5

51

d,f jLL

(Д воадуж