Устройство для автоматического измерения объемного газосодержания бурового раствора Советский патент 1989 года по МПК E21B44/00 E21B21/08 

г

ko

,//хх/ hT-V- - : J

О э-1

Фе/г.Г

±3

/}

женное вытеснителем, рабочим поршнем 2 и продувным клапаном 3, разделителем - плавающим плунжером 4, Образованная разделителем верхняя измерительная камера 5 заполнена воздухом и связана каналом 6 с преобразователем 7 давления в электросигнал, а нижняя камера 8 сжатия снабжена отверстиями 9 в крьшках 10. Блок 11 управления через редуктор 12 соедине механически с пневмодвигателем 13. Кулачок 14 блока управления через подпружиненный толкатель 15 связан

с рабочим поршнем, а кулачки 16 связаны через подпружиненные толкатели 17 и шатунные кривошипы 18 с задвиж ками 19, которые прижаты к крьпякам 10 фасонными пружинами 20. Устройство также содержит пневматическую линию питания 21, датчик 22 давления, обратный клапан 23, емкость 24 сжатого воздуха, питательньй клапан 25, который связан с кулачком 26, трубопровод 27, подъемный механизм 28, прибор 29 регистрации показаний и блок 30 электропитания. 5 ил.

Изобретение относится к средствам контроля бурового раствора, используемого при бурении нефтяных и газовых скважин. Целью изобретения является повышение точности измерения и надежности работы путем упрощения конструкции. Устройство для автоматического измерения объемного газосодержания бурового состава содержит отборное устройство 1, снабженное вытеснителем, рабочим поршнем 2 и продувным клапаном 3, разделителем-плавающим плунжером 4. Образованная разделителем верхняя измерительная камера 5 заполнена воздухом и связана каналом 6 с преобразователем 7 давления в электросигнал, а нижняя камера 8 сжатия снабжена отверстиями 9 в крышках 10. Блок 11 управления через редуктор 12 соединен механически с пневмодвигателем 13. Кулачок 14 блока управления через подпружиненный толкатель 15 связан с рабочим поршнем, а кулачки 16 связаны через подпружиненные толкатели 17 и шатунные кривошипы 18 с задвижками 19, которые прижаты к крышкам 10 фасонными пружинами 20. Устройство также содержит пневматическую линию питания 21, датчик 22 давления, обратный клапан 23, емкость 24 сжатого воздуха, питательный клапан 25, который связан с кулачком 26, трубопровод 27, подъемный механизм 28, прибор 29 регистрации показаний и блок 30 электропитания. 5 ил.

Изобретение относится к средствам контроля бурового раствора, используемого при бурении нефтяных и газовых скважин.

Цель изобретения - повышение точности измерения и надежности работы путем упрощения конструкции.

На фиг. 1 показано устройство, общий вид в продольном разрезе; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - вид В на фиг. 1; на фиг. 5 - отрезок изотермы при низком давлении, т.е. зависимость давления от объемного газосодержания бурового раствора при постоянной температуре.

Устройство содержит отборное устройство 1, снабженное вытеснителем (рабочим поршнем) 2 и продувным клапаном 3, которое разделено разделителем (плавающим плунжером) 4 на две соответствующие камеры (фиг. 1). Образованная таким образом верхняя измерительная камера 5 заполнена воздухом и сообщена каналом 6 с преобразователем 7 давления в электросигнал Нижняя камера 8 сжатия представляет короткий прямой сквозной канал, через который, а также через отверстия 9 в крышках 10 самотеком поступает буровой раствор. Блок II управления кулачково-пружинного типа соединен механически через редуктор 12 с пневмодвигателем 13. Кулачок 14 блока 11 управления через подпружиненный толкатель 15 связан с рабочим поршнем 2, а кулачки 16 подсоединены через подпружиненные толкатели 17 и через шатунные криво1ш пы 18 к задвижкам

19, которые рабочими поверхностями плотно прижаты изнутри к крьппкам 10 фасонными пружинами 20. Пневматическая линия 21 питания присоединена

5 к датчику 22 давления, установленному на напорной линии буровых насосов, и через него подключена к пневмосис- теме буровой установки линия 21 пита- 1щя снабжена обратным клапаном 23,

Q емкостью 24 для сжатого воздуха и подключена к пневмодвигателю 13 и питательному клапану 25, который подсоединен к кулачку 26 блока 11 управления. Питательный клапан 25 и продувной клапан 3 связаны трубо5 проводом 27.

Подъемный механизм 28 закреплен на лотке исходящего из скважины бурового раствора и присоединен к корпусу блока управления с возможностью опускания отборного устройства в протекающий в лотке раствор во время работы. Подъемный механизм через датчик 22 давления подключен к пневмо0

системе буровой установки. Преобразователь 7 давления в электросигнал подключен к прибору 29 регистрации показаний и блоку 30 электропитания. Устройство работает следующим образом.

После включения бурового насоса I в напорной линии появляется давление

бурового раствора, под действием которого датчик 22 открывает доступ сжатого воздуха из пневмосистемы буровой установки в линию 21 питания и к подъемному механизму 28, который опускает отборное устройство 1 в желоб с вытекающим Нз скважины буровым

раствором, а последний, протекая самотеком через открытые отверстия 9 в крышках 10, заполняет камеру 8. Одновременно сжатый ноздух через обратный клапан 23 поступает в пневмодви- гатель 13, в емкость 24 и к питательному клапану 25. Пневмодвигатель 13, вращаясь, передает движение через редуктор 12 распределительному валу блока II управления. Кулачки 16 распределительного вала действуют на толкатели 17 и далее через шатуны кривошипов 18 на задвижки 19. Последние, плотно прижатые к крьш1кам 10 пружинами 20, перекрывают отверстия 9. Затем начинает действовать кулачок 14 на толкатель 15, а последний- на рабочий поршень 2, который в загерметизированной камере 8 давит на раствор, а последний давит на плавающий плунжер 4, который, поднимаясь, сжимает воздух в камере 5 до давления, равного давлению в камере 8, Давление сжатого воздуха из камеры 5 передается по каналу 6 к преобразователю 7 давления, получающему электропитание от блока 30, а из преобразователя 7 давления электросигнал поступает к прибору 29 регистрации сигнала. Через определенное время, достаточное для регистрации сигнала, кулачок 14, поворачиваясь, отпускает толкатель 15, и рабочий поршень 2 поднимается. Затем кулачки 16 опускают толкатели 17, и через шатуны кривошипов 18 задвижки 19 от- рывают отверстия 9. В это время кулачок 26 действует на питательНЬгй клапан 25, и сжатый воздух поступает по трубопроводу 27 к продувному клапану 3. Преодолев силу пружины клапана 3, воздух устремляется в камеру 8, взбалтывает раствор и частично выбрасывает наружу. Работа клапана 3 кратковременна. Плавающий плунжер 4 под действием сжатого воздуха в.камере 5 занимает исходное положение. Задвижки 19 открьшают отверстия 9 полностью. Буровой раствор, протекая самотеком в камере 8 через открытые отверстия 9, обновляется. Через определенное время, достаточное для saмены раствора в камере 8, цикл повторяется. После отключения буровых насосов давление раствора в напорной линии падает и вместе с тем прекращается его ток в желобе. Датчик 22 давления перекрывает доступ сжатого

922396

воздуха, и механизм 28 под действием пружины возвращает отборное устройство 1 в исходное положение. С его поверхностей стекает буровой раствор, т.е.- глинистая болтушка.

Обратный клапан 23 закрывает выход сжатого воздуха из наполненной емкости 24 наружу, а так как она сооб10 щена с пневмодвигателем 13, питательным клапаном 25 и продувным клапаном 3, то устройство продолжает работать определенное время вхолостую, производя самоочистку камеры 8 от остатка

15 раствора.

Алгоритм определения газосодержания бурового раствора следует закону Бойля-Мариотта PV const: при постоянной-температуре изотерма имеет вид

20 равносторонних гипербол. Для реальных газов в виде серо- и углеводородов, проявляю1цихся при бурении

скважин, изотермы имеют более сложный характер, из-за чего в камеру

5 сжатия введен определенный объем рабочего воздуха, изотерма .которого близка к идеальному газу, и поэтому определение выполняется достаточно приблизительно. Однако оно тем лучше,

0 чем дальше находится газ от критического состояния. Известно, что для реальных газов уравнение изотермы приходит в уравнение изотермы идеального газа только при малых давлениях, и определение газосодержания ведется при низком- давлении с получением более точных результатов по формуле

()V,, -bVi-Vpn

где объем воздуха в верхней камере отборного устройства, см ; объем газа в буровом

5

Р.

0

5

vi

S -Vp

. .

V,

If

р

рм

газа

)

растворе, см ,

объем газа в растворе, %;

давление при заборе пробы раствора, ата; объем рабочего поршня, см ;

объем отборного уст 01

V - объем раствора в отроиства, см ;

Р

борном устройстве, см ,

Так, например, на фиг. 5 изображен отрезок изотермы в единицах абсолютного давления от 1,3 до 1,6 ата, что

соответствует газосодержанию бурового раствора в пределах от 35 до 0%. Параллельная ординате Рдто ось шА соответствует выходному электросигналу в зависимости от газосодержания бурового раствора.

Полученные результаты соответствуют условиям следующей соразмерности в предлагаемом устройстве: -115 см ; Vj 0-35%; РОТО, (абсолютное давление); ,1 см ; ои -200 см .

Использование предлагаемого устройства обеспечивает без участия человека постоянный надзор за газопроявлением скважины, предоставляет возможность предупреждения выброса бурового раствора и зффективность работ по предупреждению открытого фонтанирования,

Формула изобретения

Устройство для автоматического измерения объемного газосодержания бурового раствора, содержащее отборное устройство, устройство регистрации показаний, блок управления, датчик давления и пневматическую линию питания, отличающееся тем, что, с целью повьппения точности измерения и надежности работы путем упрощения конструкции, отборное устройство снабжено вытеснителем и продувным клапаном и разделено разделителем на две камеры: нижнюю пробоотборную, снабженную двумя задвижками, и верхнюю измерительную,

заполненную газом и сообщающуюся с преобразователем давления, выход которого соединен с устройством регистрации давления, блок управления снабжен приводным пневмодвигателем, редуктором и распределительным валом с кулачками, задвижки нижней измерительной камеры через кривошипио-ша- тунные механизмы и подпружиненные толкатели связаны с соответствующими

кулачками распределительного вала блока управления, устройство также снабжено подъемным механизмом, обратным клапаном, емкостью для сжатого воздуха и питающим клапаном, причем

вход датчика давления связан с трубопроводом бурового раствора, питающая пневматическая линия через реле давления связана с подъемным устройством, а через обратный клапан связана

с приводным пневмодвигателем, емкостью сжатого воздуха и входом питающего клапана, выход которого соединен с продувным клапаном, вытеснитель через подпружиненный толкатель

связан с соответствующим кулачком распределительного вала блока управления, а толкатель питающего клапана связан с соответствующим кулачком распределительного вала блока управления.

(Pu.2

6-6

fn ЛГТ1111III II

(«§ -. УС- - ;s i. .5 S. 2. .0 i 1-3. vj

g

/

i

N

fe

о

п

«ЧР