Установка для определения реологических характеристик и режима движения буровых растворов Советский патент 1988 года по МПК G01N11/08 

щую емкость, и третий аналого-цифровой преобразователь, причем информационный вход третьего аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу показьшающего прибора плотномер стробирующий вход - к девятому выходу блока управления, а выход - к третьему входу блока регистров памяти, десятый, одиннадцатый и двенад- цатьш выходы блока управления соединены с управляющими входами первого, третьего и пятого кранов.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в ней блок управления выполнен в виде двух формирователей одиночных импульсов, четырех триггеров, четырех элементов ИЛИ, двух элементов И, трех элементов задержки, таймера, реле, узла управления сливом раствора и узла подключения управляющих напряжений, причем выход первого из формирователей через первый элемент ИЛИ подключен к первым входам первых двух триггеров, второй вход второго триггера соединен с выходом второго формирователя, а прямой выход - с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых соединены с установочными входами задания режимов, а выходы - с вторьм входом первого элемента ИЛИ и с первым входом третьего триггера, второй вход которого подключен к второму входу первого триггера, к входу блока управления и к входу первого элемента задержки, выход которого подключен к первому

входу четвертого триггера и к входу таймера, первый выход которого через второй элемент задержки подключен к шестому выходу блока, а второй выход к девятому выходу блока и к входу третьего элемента задержки, выход которого подключен к седьмому выходу блока, к второму входу четвертого триггера, к третьим входам обоих элементов И и к первому входу узла управления сливом раствора, второй и третий входы которого соединены с выходом первого Формирователя и с инверсным выходом второго триггера, а выход - с одним из входов второго элемента ИЛИ, другой вход которого подключен к выходу первого триггера и к первому выходу блока, а выход - к двенадцатому выходу блока, один из входов третьего элемента ИЛИ подключен к выходу первого триггера, другой вход - зс выходу третьего триггера и к одиннадцатому выходу блока, а выход - к десятому выходу блока, входы четвертого элемента ИЛИ соединены с выходами таймера, а выход - с пятым выходом блока, управляющие обмотки реле подключены к установочным входам блока, а подвижные контакты двух его контактных групп - к третьему и четвертому выходам блока, входы узла подключения управляющих напряжений соединены с выходами соответствующих элементов задержки, а выход - с восьмым выходом блока, выход четвертого триггера соединен с вторым выходом блока.

Изобретение относится к реологии и может быть использовано в информационно-измерительных системах контроля технологических параметров процесса бурения.

Цель изобретения - пов1ьппение производительности и расширение функциональных возможностей.

На фиг.1 показана структурная схема установки; на фиг.2 - схема блока

управления; на фиг.З - временная диаграмма работы установки.

Установка содержит подающую 1 и приемную 2 термостабилизированные емкости с мешалками 3, измерительную трубку 4, один конец которой установлен в нижней части подающей емкости i, а другой конец - в верхней части приемной емкости 2 вьше предельно

возможного уровня раствора в этой емкости, расходомер 5, состоящий из

первичного преобразователя 6 электромагнитного типа и показьшакицего прибора 7 с электрическим выходом, газовую магистраль 8, соединенную через первый кран 9 с дистанционным электрическим управлением с верхней частью приемной емкости 2, а через второй : кран 10 с дистанционным электрическим управлением - с нижней частью подающей емкости 1 таким образом, что концы измерительной трубки 4 и газовой магистрали 8 находятся в подающей емкости 1 на одном и том же уровне, систему 11 регулирования давле- ния в газовой магистрали 8, вьтолнен- ную с возможностью дистанционного электрического управления, систему замера перепада давления в емкостях 1 и 2, состоящую из трубок 12, пер- вичных измерительных преобразователей 13 и датчика 14 перепада давления с показьшающим прибором, имеющим электрический вьпсод, соединяющую обе емкости между собой магистраль 15 с третьим краном I6 с дистанционным электрическим управлением, магистраль 17 подачи раствора в подающую емкость I, снабженную четвертым краном 18 с дистанционным электрическим управлением, магистраль 19 слива раствора из приемной емкости 2, снабженную пятым краном 20 с дистанционным электрическим управлением, сигнализатор 21 уровня, установленный в стенке по- дающей емкости I с возможностью контакта с заполняющим эту емкость раствором, плотномер 22, снабженный пока- зьюающим прибором с электрическим выходом и подключенный к магистрали 17 подачи раствора в подающую емкость 1 (до места установки четвертого крана) , аналого-цифровые преобразовате- ,ли 23 - 25, информационные входы ко- торых подключены к выходам показьша- ющего прибора 7 расходомера 5, системы замера перепада давления в емкостях 1 и 2 и плотномера 22 соответственно, а выходы через последовательно соединенные блок 26 регистров памяти и блок 27 сопряжения - к входу вычислительного блока 28, выход ко- торюго соединен с входом блока 29 индикации, и блок 30 управления, вход которого соединен с выходом сигнализатора 21 уровня, первый и второй выходы - с управляющими входами четвертого 18 и второго 10 кранов с дис

г

0

0

5

танционным электрические управлением, третий и четвертый выходы - с входами Питание системы термостабилизации емкостей и блока включения двигателей мешалок (не показаны),пя- тьй выход - со стробирующими входами первых двух аналого-цифровых преобразователей 23 и 24, шестой и седьмой выходы - с управляющими входами блока 26 регистров памяти (седьмой выход, кроме того - с управляющим входом блока сопряжения), восьмой выход - с управляющим входом системы I1 регулирования давления в газовой магистрали, девятый выход - со стро- бирующим входом третьего аналого-цифрового преобразователя 25, а десятый, одиннадцатый и двенадцатый выходы - с управляющими входами первого 9, третьего 16 и пятого 20 кранов с дистанционным электрическим управлением соответственно. Кроме того, блок 30 управления установки содержит (фиг,2) два формирователя 31 и 32 одиночных импульсов, выход первого из которых через первый элемент ИЛИ

33подключен к первым входам первого

34и второго 35 триггеров, второй вход последнего соединен с выходом второго формирователя 32, а прямой Q-выход - с первыми входами .первого 36 и второго 37 элементов И, вторые входы которых соединены с установочными входами 38 и 39 задания режимов соответственно, а выходы - с вторым . входом первого элемента ИЛИ 33 и с первым входом третьего триггера 40, второй вход которого подключен к второму входу первого триггера 34, к входу блока 30 управления и к входу первого элемента 41 задержки, выход которого подключен к первому входу четвертого триггера 42 и к входу таймера 43, первый выход которого через второй элемент 44 задержки подключен к шестому выходу блока 30, а второй выход - к девятому выходу блока 30

и к входу третьего элемента 45 задержки, выход которого подключен к седьмому выходу блока 30, к второму входу четвертого триггера 42 (выход которого является вторым выходом блока) , к третьим входам обоих элементов- И 36 и 37 и к первому входу узла 46 управления сливом раствора после окончания измерений, второй и третий входы которого соединены с выходом первого формирователя и с инверсным

Q-выходом второго триггера 35, а вьгход - с одним из входом второго элемента ИЛИ 47, другой вход которого подключен к выходу первого триггера 34 и к первому выходу блока 30, а выход - к двенадцатому выходу блока 30, третий элемент ИЛИ 48, один из входов которого подключен к выходу первого триггера 34, другой вход- 10 цатый - через элементы ИЛИ 48 и 47 к выходу третьего триггера 40 и к одиннадцатому выходу блока 30, а выход - к десятому выходу блока 30, четвертый элемент ИЛИ 49, входы которого соединены с выходами таймера 43,-15 этом раствор через магистраль 7 с

соответственно) и с этих выходов на управляющие входы кранов 18, 9 и 20 с дистанционным электрическим управ лением, открьшая их (фиг.1). При

20

25

30

35

а выход - с пятым выходом блока 30, реле 50 с управляющими обмотками, подключенными к установочным входам 51 и 52 блока 30, и двумя контактными группами, подвижные контакты которых связаны с третьим и четвертым выходами блока 30, и узел 53 подключения управляющих напряжений к системе регулирования давления в газовой магист- рали, входы которого соединены с выодами соответствующих элементов задержки, а выход - с восьмым выходом

блока 30. В состав узла 46 входят элементы И 54 и ИЛИ 55, а также триггер 56, узел имеет установочные входы Слив автоматический 57 и Слив по команде 58. В состав узла 53 входит триггер 59, управляющий ключами 60 и 61, выходы которых объединены и подключены к выходу данного узла.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии схемы все триггеры блока 30 управления находятся в положении О (фиг.2). Режим ,. 1 циклического отбора - слива бурового раствора, характерньш для условий действующей буровой, задается по- потенциала высокого уровня, соответствующего уровню логической . 1 (потенциал 1), на установочный вход 38 и с него на первый управляющий вход элемента И 36. Сигнал Пуск (фиг.3,а), формируемый при нажатии кнопки в формирователе 31, проходит через элемент ИЛИ 33 блока управления (фиг.2) и устанавливает в положение 1 триггеры 34 и 35. Потенциал 1 с единичного Q-выхода триггера 35 (фиг.3,в) подается на второй управляющий вход элемента И 36, подготавливая его (этот же потенциал поступает на элемент И 37, который в данном режиме блокирован потенциалом

50

низкого уровня, соответствующего уровню логического О, т.е. потенциалом О с установочного входа 39). Потенциал 1 с единичного р-вьсхода триггера 34 (фиг.3,6) поступает на первый, десятьм и двенадцатый выходы блока,управления (на первый вход непосредственно, а на десятый и двенадцатый - через элементы ИЛИ 48 и 47 этом раствор через магистраль 7 с

соответственно) и с этих выходов на управляющие входы кранов 18, 9 и 20 с дистанционным электрическим управлением, открьшая их (фиг.1). При

0

5

0

5

,.

0

открытым краном 18 поступает в подающую емкость 1 и заполняет ее до тех пор, пока уровень раствора в этой емкости не достигнет уровня, на котором установлен сигнализатор 21. Под давлением Р, сжатого воздуха, поступающего из газовой магистрали 8 в приемную емкость 2 через открытьй кран 9, раствор (если он имеется в приемной емкости в данный момент времени) сливается через магистраль 19 с открытым краном 20.

В начале работы установки импульсом Вкл., поступающим на установочный вход 51 (с формирователя, аналогичного формирователю 31; на фиг.2 не показан), включается реле 50 и напряжения U и и„ через замкнув- щиеся контакты двух его контактных групп поступают на третий и четвер- тьгй выходы блока управления и далее на входы Питание системы термостабилизации емкостей и блока включения двигателей мешалок. После окончания работы установки импульсом Выкл., поступающим на установочный вход 52 (с формирователя, аналогичного формирователю 31; на фиг.2 не показан), реле 50 возвращается в исходное положение, при этом соответствующие контакты его контактных групп размыкаются, система термостабилизации емкостей и блок включения двигателей мещалок обесточиваются.

При срабатьюании сигнализатора 21 (фиксирующего заданный уровень заполнения емкости 1 исследуемым раствором) импульс с его выхода (фиг.3,г) возвращает триггер 34 в исходное положение О (фиг.), при этом разрешающий потенциал 1 снимается с управляющих входов кранов 9, 18 и 20 и они закрьшаются. Прекращается

подача раствора в емкость 1 и сжатого воздуха в емкость 2.

Задержанный элементом 41 на время (с целью достижения раствором в емкости 1 требуемой температуры и консистенции) выходной импульс сигнализатора 21 (фиг.3,д) устанавливает триггер 42 в положение 1 и запускает таймер (реле времени) 43 - на- чинается первый такт цикла измерения длительностью ut,. Потенциал 1 с единичного Q-выхода триггера 42 (фиг.3,е) поступает на второй выход блока управления и с него на управля ющий вход крана 10 с дистанционньм электрическим управлением, открывая его, Сжатым воздухом, поступающим через магистраль 8 в подающую емкост 1, осуществляется выдавливание раст- вора из этой емкости в приемную емкость 2 через измерительную виско- зиметрическую трубку 4 с расходомером 5, состоящим из первичного преобразователя 6 и показьшающего при- бора 7 с электрическим выходом. Па раллельно с измерением расхода посредством указанного расходомера производятся замер перепада давления в емкостях и замер плотности бурового раствора в магистрали 17 посредством плотномера 22 с показьшающим прибором.

В момент времени, соответствующий окончанию первого такта цикла измерения, т.е. через время it, с момента запуска таймера 43 импульс с перого выхода последнего (фиг.3,и) проходит через элемент ИЛИ 49 на пятый выход блока управления и отсюда поступает на стробиругощие входы аналого- цифровых преобразователей 23 и 24, разрешая выполнение операции преобразования в код мгновенных значений сигналов на выходах расходомера Q, и системы замера перепада давления в емкостях лР, соответственно. Результаты преобразования заносятся в первый и второй регистры памяти блока 26. Указанный импульс формируется (фиг.3,к) элементом 44 задержки, вы- ход которого связан с шестым выходом блока управления и с первым управляющим входом блока 26. Этот же импульс перебрасьшает триггер 59 узла 53 в положение 1, при котором потенциал 1 с единичного Q-вьгхода триггера (фиг.3,ж) появляется на уп1 авляющем входе ключа 60 и устанавливает его в

0 5 0

5

0

замкнутое положение, подключая напряжение U,j и, (фиг.3,з) к восьмому выходу блока управления (ключ 61 при этом размыкается, так как с инверсного Q-выхода триггера снимается теперь потенциал О). Исполнительный механизм системв 1 1 под действием управляющего напряжения U изменяет , положение регулирующей заслонки в газовой магистрали 8, задавая тем самым новое значение Р давления сжатого воздуха, соответствующее U. Начинается второй такт цикла измерения (длительностью ), которьй протекает аналогично первому, но уже с другой скоростью движения раствора в измерительной трубке 4.

В момент времени, соответствующий окончанию второго такта цикла измерения, т.е. через время лс, + utj с момента запуска таймера 43 импульс с второго выхода последнего (фиг.3,л) проходит на пятый выход блока управления (через элемент ИЛИ 49) и далее на стробирздощие входы аналого-цифровых преобразователей 23 и 24, вновь разрешая выполнение операции преобразования в код мгновенных значений сигналов на выходах расходомера Q и системы замера перепада давления в емкостях uPj соответственно, а также на девятый выход блока управления непосредственно и далее на стробиру- кяций вход аналого-цифрового преобразователя 25, разрешая вьшолнение операции преобразования в код мгновенного значения сигнала на выходе плотномера 22. Результаты преобразования заносятся в третий, четвертый и пя- тьш регистры памяти блока 26 по импульсу, задержанному на время f, . Этот импульс формируется элементом 45 задержки (фиг.2,м), с выхода которого он поступает на седьмой выход блока управления и далее на второй управляющий вход блока 26 и управляющий вход блока 27 сопряжения, который, последовательно опрашивая регистры памяти блока 26, пе- реписьшает информацию, поступает на узел 53 и возвращает триггер 59 в исходное положение О (фиг.3,ж), при этом ключ 60 размыкается, а ключ 61 -устанавливается в замкнутое положение, подключая управляющее напряжение Ux к системе 11 регулирования давления в газовой магистрали (фиг.3,з), возвращает триггер 42 в

исходное положение О, при этом потенциал 1 с управляющего входа крана 10 снимается (фиг.3,е), он закрывается, доступ сжатого воздуха в емкость 1 прекращается, а также проходит через элементы И 36 и ИЛИ 33 на триггер 34 и устанавливает его в положение 1 (фиг.3,6) - начинается новый цикл измерения. Дальнейшая последовательность операций аналогична рассмотренной; открьшаются краны 18, 9 и 20, раствор через магистраль 17 поступает в подающую емкость 1 и заполняет ее (до момента срабатьюания сигнализатора 21), раствор из приемной емкости 2 под давлением Р, сжатого воздуха, поступающего в эту емкость из газовой магистрали 8, сливается через магистраль 19 и т.д.

Вычислительный блок 28 (калькулятор } по предварительно заложенной в него программе осуществляет вычисление искомых параметров по формулам

,4

г

ITd

1281 3d,

лР. - uPi

128|1Q,, .

- d; - . Qf ,

Р 9,6d,lp

где J

и Г

структурная вязкость и динамическое напряilo окончании работы установки происходит следующее. Импульс Конец цикла (фиг.3,н), формируемый оператором посредством формирователя 32 (аналогичного формирователю 31), возвращает триггер 35 в исходное положение О, при этом потенциал 1 с соответствующего управляющего входа элемента И 36 снимается (фиг.3,в), цепь обратной связи разрьшается и устройство ждет окончания текущего цикла измерения, т.е. появления выходного импульса элемента 45 задержки (фиг.3,м), который, устанавливая соответствующие элементы схемы (триггер 42, узел 53) в исходное положение, далее не проходит на триггер 34 (так как элемент И 36 закрыт) и этот триггер остается в положении О (пока не поступит следующий импульс Пуск с формирователя 31). В емкости 2 остается раствор, для принуди тельного слива которого предназначен узел 46. При подаче на установочный

жение сдвига исследуе-35 57 разрешающего потенциала Слив

и 1 ЛР, и ЛР, мого бурового раствора соответственно; диаметр и длина измерительной трубки 4 соответственно ; показания системы замера перепада давле- ния в емкостях, снятые в соответствующие моменты времени;

Q , и Q,j - показания расходомера 5, снятые в те же моменты времени;

р - показания плотномера

22;

d - средний диаметр колонны бурильных .труб; р - фактическое и критическое значения расхода бурового раствора, закачиваемого в скважину (Qi определяется внешним расходомером);

40

45

50

Qq, И QK

55

автоматический подготавливается элемент И 54 (на втором управляющем входе которого уже имеется потенциал 1 с инверсного Q-выхода триггера 35) и указанный выходной импульс элемента 45 задержки, который не может пройти через закрытый элемент И 36, проходит через элементы И 54 и ИЛИ 55 на триггер 56, устанавливая его в положение. Потенциал 1 с Q-выхода триггера через элемент ИЛИ 47 поступает на двенадцатый выход блока управления и далее, на управляющий вход крана 20, открывая его и разрешая слив бурового раствора по магистрали 19. Предусмотрена возможность слива раствора по команде оператора. В этом . функции выходного импульса элемента 45 задержки выполняет импульс Слив по команде (формируется оператором посредством формирователя, аналогичного формирователю 31; на фиг.2 не показан), который по

- показатель режима течения бурового раствора в скважине (j 1 - турбулентный режим;

J 1 - структурный режим; - неустойчивое состояние гидравлической системы).

ilo окончании работы установки происходит следующее. Импульс Конец цикла (фиг.3,н), формируемый оператором посредством формирователя 32 (аналогичного формирователю 31), возвращает триггер 35 в исходное положение О, при этом потенциал 1 с соответствующего управляющего входа элемента И 36 снимается (фиг.3,в), цепь обратной связи разрьшается и устройство ждет окончания текущего цикла измерения, т.е. появления выходного импульса элемента 45 задержки (фиг.3,м), который, устанавливая соответствующие элементы схемы (триггер 42, узел 53) в исходное положение, далее не проходит на триггер 34 (так как элемент И 36 закрыт) и этот триггер остается в положении О (пока не поступит следующий импульс Пуск с формирователя 31). В емкости 2 остается раствор, для принуди тельного слива которого предназначен узел 46. При подаче на установочный

57 разрешающего потенциала Слив

0

5

0

5

автоматический подготавливается элемент И 54 (на втором управляющем входе которого уже имеется потенциал 1 с инверсного Q-выхода триггера 35) и указанный выходной импульс элемента 45 задержки, который не может пройти через закрытый элемент И 36, проходит через элементы И 54 и ИЛИ 55 на триггер 56, устанавливая его в положение. Потенциал 1 с Q-выхода триггера через элемент ИЛИ 47 поступает на двенадцатый выход блока управления и далее, на управляющий вход крана 20, открывая его и разрешая слив бурового раствора по магистрали 19. Предусмотрена возможность слива раствора по команде оператора. В этом . функции выходного импульса элемента 45 задержки выполняет импульс Слив по команде (формируется оператором посредством формирователя, аналогичного формирователю 31; на фиг.2 не показан), который поступает на установочный вход 58, проходит через элемент ИЛИ 55, устанавливает триггер 56 в положение 1 и т.д. В обоих случаях триггер 56

Растбор

возвращается в исходное положение О в начале очередного цикла измерения импульсом Пуск формирователя 31.

t § I a- t1

«

fui г