Автоматическая система для регулирования свойств бурового раствора Советский патент 1988 года по МПК E21B44/00 E21B21/08 

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и может быть применено при регулировании свойств бурового раствора.

Целью изобретения является повышение эффективности работы системы для регулирования свойств бурового раствора за счет поддержания плотности бурового раствора и экономии утяжелителя.

На фиг. 1 изображена функциональная схема автоматической системы для регулирования свойств бурового раствора; на фиг. 2 - струк1урная схема узла управления.

Автоматическая система для регулирования свойств буравого раствора включает приемную емкость 1 для бурового раствора, соединенную транспорт ной линией 2 (желоб) со скважиной через блок 3 очистки, бункер 4 для сыпучих материалс1В -(с утяжелителем), дозатор 5, смеситель 6, насос 7 смесителя, датчики (плотномеры) 8 и 9 плотности на выходе и входе в скважину соответственно, учел 10 управлени и контур- Накопи ель.

Контур-накопителя (см. фиг. 1 обведен пунктиром) годержит насос , блок 12 гидроциклонов, аккумулирующую емкость 13 для пульпы с уровнемером 14 и управляемым шибером 15, узел 16 подачи (например, гидроэжектор) , две регулируемые задвижки 17 и 18, а также две дискретные задвижки 19 и 20.

В смесителе 6 происходит смешивание бурового раствора с утяжелителем, поступающего н смеситель 6 из бункера 4 сьшучих материалов через дозатор 5. Насос смесителя 6 обеспечивает подачу ут.чжелепного бурового раствора в транспортную линию 2.

Выход насоса 11, подключенного к транспортной линии 2, соединен с дискретными задвижками 19 и 20. Выход первой дискретно 1; дв Г Кки 19 соединен с блоком 12 гидроциклонов, подключенных к транспортной линии 2, и с байпасным отводом с первой регулируемой задвижкой. Выход второй дискретной задвижки 20 соединен с первыъ входом узла 16 подачи пульпы, второй вход которого соединен с аккумулирующей емкостью 13 через вторую регулируемую задвижку 18. Выход узла 16 подачи пульпы подключен к транс1тортной линии 2.

0

5

5

0

0

5

0

5

0

5

Выходы датчиков В и 9 плотности и также уровнемера 14 являются входг - ми узла 10 управления, выходы которого подключены к управляющим входам насоса 11 шибера 15, регулируемых задвижек 17 и 18, дискретных задпи- жек 19 и 20, дозатора 5 и насоса 7.

Автоматическая система для-регулирования свойств бурового раствора функциониоует следунлцим образом.

В исходном состоянии задвииа и 18., 19 и 20 закрыты, насосы II и 7 ш,:- ключены, задвижка 17 в произвольном состоянии, буровой насос осуществляет промьшку скважин.

Буровой раствор из скважины сюсту пает н блок 3 очистки, а затем в транспортную линию 2 апример, желоб циpкyляциoи)oй системы. Датчик 8 плотности, расположенный на выходе из скважины, непрерывно измеряет г.лотность промывочной жидкости на выходе из скважины. Датчик 9 плотности, расположенный в приемной емкости 1 , измеряет плотность бурового раствора на входе в скважину. В случае рассогласования показаний датчика 8 плотности (fg) с заданной величиной плотности (рЗад) бурового растворн включается в работу контур-накопитель регулирования плот:-К)сти, который работает п двух режимах: облегчения и утяжеления. При ;1трмиательном сигнале рассог ласопапия слотности, т.е. fg Гзад контур-п,-;копитель работает в ре;1;име облегчен:; бурового раствора. Тогда вклю4 1суся насос 11, закрывается ди-скретная задв1гжка 20, открывается днскретная задвижка 19. Буровой раствор из «елоба подается насосом 11 по гидропроводу на блок 12 гидроциклонов, -да он разделяется на две фракции. Легкая :;оступает в трлн- cnopTHjw линию 2 циркуляционной системы и облегчает буровой раствор. С помощью регулируемой задвигкки 17, на которую поступает управляющее воздействие от узла 10 управления, регулируется качественн1,п и количественный состав легкой фракции. В случае рассогласования показаний датчика 9 плотности, расположенного в емкости 1 , с заданной вел1Г4иний плотности, изменяется степень открытия задвижки 17 пропорционально величине рассогласования. При отсутствии такого рассогласования степень открытия за-, движки 17 остается постоянной до

тех пор, пока имеется рассогласовани между заданной плотностью и датчиком 8 плотности, расположенном в желобе 2 циркуляционной системы. При достижении равенства последних показаний насос 11 отключается, дискретная задвижка 19 закрывается.

При работе контур-накопителя в описанном режиме в аккумулирующей емкости 13 накапливается тяжелая фрация (пульпа). Для предупреждения перелива пульпы из аккумулирующей емкости 13 в ней помещен уровнемер 1А, который подает сигнал на узел 10 управления при максимальном уровне пульпы, и тогда автоматически закрывается шибер 15. Пульпа при этом по сливному желобу поступает а амбар.

В режиме утяжеления бурового раствора контур-накопитель работает при положительном рассогласовании плотности, т.е. fg Рэо11 Зафиксировав с помощью плотномера 8 это рассогласование, закрывается дискретная задвижка 19, открьшается дискретная задвижка 20 и регулируемая задвижка 18, включается насос 11. Буровой раствор с помощью насоса 1I подается по гидропроводу в узел 16 подачи пульпы,например гидроэжектор. Степенью открытия задвижки 18 регулируется количество поступления пульпы на гидроэжектор 16, т.е. в случае рассогласования показаний датчика 9 плотности, расположенного в емкости

I,с заданной величиной плотности изменяется степень открытия регулируемой задвижки 18 пропорционально величине рассогласования. При отсутствии такого рассогласования степень открытия задвижки 18 остается постоянной до тех пор, пока имее.тся рассогласование между заданной плотностью и датчиком 8 плотности,расположенным на выходе из скважины (в желобе) циркуляционной системы. При достижении равенства показаний датчиков 8 и 9 плотности отключается насо

II,задвижки 18 и 20 закрьшаются и подача пульпы прекращается.

Если контур-накопитель регулирования плотности не справляется с утяжелением бурового раствора (большое рассогласование плотности , не достаточно пульпы), только тогда автоматически включается дозатор 5 и насос 7 смесителя 6, которые подают сыпучий утяжелитель и раствор соот

5

0

с

ветственно на смеситель 6, а из него в желоб 2 циркуляционной системы. До- затор 5 изменяет свою производительность пропорционально величине рассогласования между заданной плотностью и плотностью, измеренной плотномером 9, расположенньЕМ в приемной емкости 1. При отсутствии рассогласования дозатор 5 работает с постоянной производительностью до тех пор, пока имеется рассогласование между показаниями этого датчика и датчика 8 плотности, расположенного в желобе 2 циркуляционной системы. Когда достигается равенство показаний этих датчиков, дозатор 5 и насос 7 останавливаются и выгрузка утяжелителя из бункера 4 прекращается.

Узел 10 управления (см. фиг. 2) содержит задатчик 21 плотности, первый компаратор 22 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 23, блоки 24 и 25 логического управления, первый 5 ключ 26 и магнитный пускате;ть 27 (привода насоса I1), второй ключ 28 и магнитный пускатель 29 ( дискретной задвижки I 9 ), третий ключ 30 и магнитный пускатель 31 (дискретной задвижки 20 ), четвертый и пятый ключи 32 и 33, два регулятора 34 и 35 (соответственно для регулирования зад- движек 17 и 18), первый сервомотор 36 и элемент 37 сравнения, второй аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 38 и сервомотор 39, второй элемент 40 сравнения, тиристорный привод 41 (дозатора 5), второй компаратор 42, третий блок 43 логического управления, шестой и стедьмой ключи 44 и 45, четвертый и пятый магнитные пускатели 46 и 47 (соответственно дозатора 5 и насоса 7), восьмой ключ 48, шестой магнитный пускатепь 49 и пороговый элемент 50.

Узел 10 управления работает следующим образом.

На первом компараторе 22 непрерьш- но сравниваются сигналы от задатчика 21 плотности и датчика 8 плотности (через его АЦП 23). Только при отрицательном сигнале рассог:тасования первый компаратор 22 посылает сигнал на первый блок 24 логического управления, он включается и сигналы с него поступают на ключи 26, 28, 30 и 32. От них включаются магнитные пускатели 27 (привод насоса 11), 29 .(привод дискретной задвижки 19, от0

5

0

5

0

1423728

крьшаегся), 31 (крмвод дискретной за-вод 41 дозатора 5, но последний подвижк.. 20, :)акр)Шлетсп) , а также че-ка не включается в работу. Если ,

рез I .jjoM 3 включается рег улятор 34,то степень открытия второй регулируеKOTophiM пре ;нпзначеи д,пк регулировки мой задвижки 18 не меняется. степе.)1и открытия злдвнжки 17.Одновременно на компараторе 42

Ол,ь г,11рсмеинм п -ic-DBOM элементе 37сравниваются сигналы с датчиков 8 и

сравиемня срляпипаются сигнал зада-9 плотности и как только эти сигналы

ния ir.ii 1-гностн и счг-)1ал датчика 9станут равными, второй компаратор 42

плотности ( icju i го АЦП 38). Сигналупосылает сигнал на второй блок 25 лоpaccofJiacoBaHTiH , поступает на регу-гического з. правления, который через

лятор V t , .2 с нет о яа первый серво-соответствующие ключи и магнитные

мотор 36, который тменя т степеньпускатели отключает насос 11 и закрыоткрытия регулируемой задвижки 17вает э.а.двйжки 18 и 20. Если уровень

пропсфциоиалытг) ветичиие рассогласо- дпульпы минимальный, то с уровнемера

пания f,. Если ,0 то степень от-14 также поступает сигнал на второй

крытия задвижки 17 не меняется. Какблок 25 логического управления.. Таким

только расс(1Г .пасование сигна-образом операция утяжеления с помощью

лом чад и 8 плотностиконтур-накопителя прекращается по

будет равно nyjno го первый компара- 20сигналу уровнемера 14 или по сигналу

тор 2 не :1; (тпугка -т сигнал на первьйвторого компаратора 42 ()- блок ч лпгическо ;. упплвлепия и по- Если на пороговом элементе 50 (послед1П1й отключаете ч - При этом от клю-рог Е выставляется в соответствии

чей 26, 28 яык.шочаготсч магнитные пус-с допустимым технологическим допускатели 27 и 29 и соответственно вы- 25ком) рассогласование Е стало больше

клгочается насос I1 и закрываетсятехнологического допуска в течение

дискретная задви: кк1 19. Процесс об-допустимого времени переходного пролегч( буровог о раствора закончен.цесса, то с порогового элемента 50

Для предупреждения перелива пуль-поступает сигнал на третий блок 43

пы из чкх уму.лиряощс: смкости 13 уров- 30логического управления, который вклюнемер ) 4 при максим.чльнс;; уровнечается. Он включается также если на

пульп л тамьжает кл-п , К, соответст-наго поступает сигнал от уровнемера

венно РКЛ10- ается мтнитнмй пускатель о минимальном уровне пульпы в ак49 привод- шибера 15 и последний за-кумулирующей емкости 13. После поскрываетсп, тупления сигнала от уровнемера 14 или

При пол житсльком сигнале рассог-от порогового элемента 50 третий блок

ласонания ( ре ним ут5- ;ке:1ения) первыйлогического управления через ключи

компаратор 22 посылает сигнал на вто-44 и 45 включает магнитные пускатели

port бл. К 25 логического управления,46 и 47, т.е. начинает работать дозакоторый вк.гпочается, п сигнапы с него Qтор 5 и насос 7 (осуществляется утяпоступают на к.-почи 28,30, 33 и 26.желение порошкообразным утяжелителем).

От них включаются магнитные пускате-На управляемом тиристорном приводе 41

ли 29, 1, пегулятор 35 и магнитныйдозатора 5 уже имеется (см. описание

пускатель 27 ((ка 19 закрьша-выше) сигнал Е. 2( рассогласование межется , эадв:0м;а 20 открывается, вклю- gжу заданной плотностью и плотностью,

чаются регулятор 35, который предназ-измеренной плотномером 9). Привод 41

начеи для изменения степени открытияизменяет число оборотов рабочих оргазадвгскки 18, включается насос П).нов дозирующего устройства пропорциоОдновреченно на втором элементенально величине рассогласования EI.

ДО сравнения сраниваются сигналы за- JQЕсли , то число оборотов остадатчикб 21 н датчика 9 плотности (че-ется неизменным до тех пор, пока имерез его ЛЦП 38). Полученньй сигналется рассогласование между датчиками

рассогласования S поступает на вто-8 и 9 плотности. Когда достигается

рой регулятор 35, который изменяетравенство показаний этих датчиков,

степень открытия второй регулируемой ggвторой компаратор 42 выдает сигнал на

зaдвtIжки 18 пропорционально величинетретий блок 43 логического управлерассчтгласования с помощью второгония. Срабатывают ключи 44 и 45, высервомотора 39. Сигнал Eg поступает ключаютс магнитные пускатели 46 и

также на управляемый тиристорный при-47, т.е. дозатор 5 и насос 7 останавутяжелителя преливаются и выгрузка кращается.

Причины прекращения утяжеления в момент рд Рд следующие: первый компаратор 22 содержит детектор среднего . значения и сравнивает среднее по времени t значение Ре с р , ,

.. , о„ J30IA

где V - объем приемнои емкости без застойных зон, Q - расход бурового раствора. Это позволяет рациональным образом избежать лт шних переходов с режима на режим и производить выключение системы в случае, если плотность бурового раствора после осреднения в приемно11 емкости ожи:1лется равной р,д.

Таким образом, первый компаратор 22 редко меняет свое состояние.

Окончание режимов утяжеления или облегчения обычно происходит по окончании цикла циркуляции, т.е. когда fg Рд. Так как регуляторы 34, 35 и тиристорный ирипод 41 гарантируют

. ТО Pg Р9 Рэад- реМЯ ОСрСДнения р и Ра второго компаратора 42

IP J 3

который также содержит детекторы среднего значения, выбрано значительно меньше, чем время осреднения первого компаратора 22, но больше, чем длительность переходных процессов САР. Это позволяет точнее определить конец цикла циркуляции.

При работе системы второй комПара

8

не в соответствии с требованиями технологии проводки скважин и существенно снизить расход утяжелителя.

Формула изобретения

Автомттическая система для регулирования свойств бурового раствора,

содержащая установленный на выходе

скважины блок очистки бурового рас г- вора, соединенный транспортной линией с приемной емкостью, бункер для сыпучих материалов с дозатором, соединенным йо смесителем, выход которого подключен к транспортной линии, датчики плотности бурового раствора на входе и выходе из скважины, подключенные к узлу управления, выходы которого соединены с управляющими входами дозатора и насоса смесителя, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности работы системы за счет поддержания плотности бурового раствора и экономии утяжелителя, автоматическая система для регулирования свойств бурового раствора снабжена насосом, блоком пщроциклонов, аккумулирующей емкостью для пульпы с уровнемером и управляемым щибером, и узлом подачи пульпы, а также двумя регулируемыми и двумя дискретными задвижками, при этом вход насоса подключен к тран

тор 42 не может зафиксировать состоя- спортной линии, выход насоса через

ние

из-за очень незнлРЗ fe fi.A

чительного времени отклонения р„ от р,д .

Предлагается использование системы при плотности бурового раствора 1,05-2,2 г/см . Плотность породы может быть 1,3-3,2 г/см . Возможна ситуация, что плотность породы равняется или даже меньше плотности бурового раствора. Поэтому могут быть любые соотношения между Р. и р, . Если

J с J За А

РЗ Гзвд f9 Р работе системы, то будет осуществляться облегчение бурового раствора.

Использование изобретения позволит осуществить регулирование плотности бурового р;1гл иора в заданном диапазопервую дискретную задвижку соединен с перьым входом узла поддчи пульпы, а через вторую дискретную задвижку с байпасньи отводом, содержащим вую регулируемую задвижку, и с блоко гидроциклонов, выход которого подклю чен к транспортной линии, выход акку мулирующей емкости через вторую регу лируемую задвижку соединен с вторым

;jg входом узла подачи пульпы, выход которого подключен к транспортной линии, причем выход уровнемерл соедине с третьим входом узла управления, ос тальные выходы которого подключены к управляющим входам насоса, шибера аккумулирующей емкости, а также, диск ретных и регулируемых задвижек.

50

первую дискретную задвижку соединен с перьым входом узла поддчи пульпы, а через вторую дискретную задвижку с байпасньи отводом, содержащим первую регулируемую задвижку, и с блоком гидроциклонов, выход которого подключен к транспортной линии, выход аккумулирующей емкости через вторую регулируемую задвижку соединен с вторым

входом узла подачи пульпы, выход которого подключен к транспортной линии, причем выход уровнемерл соединен с третьим входом узла управления, остальные выходы которого подключены к управляющим входам насоса, шибера аккумулирующей емкости, а также, дискретных и регулируемых задвижек.

Составитель В. Шилов Редактор М. Бандура Техред А.Кравчук

(ue.Z

Корректор М, Максимишинец