Устройство для определения реологических характеристик буровых растворов Советский патент 1991 года по МПК G01N11/06 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам для определения реологических характеристик буровых растворов в стационарных и полевых условиях,и может быть использовано для определения реологических свойств нефтей, нефтепродуктов и других подобных жидкостей.

Цель изобретения - повышение точности определения удобства эксплуатации и повышение точности устройства.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства; на фиг. 2 - 4 - структурные схемы основных его узлов - вычислительного блока ( фиг. 2), измерительного преобразователя перемещения полой трубки (фиг. 3) и датчика наличия потока среды в рабочей трубке (фиг. 4).

Устройство содержит (фиг. 1) цилиндрический сосуд 1, в горловине которого герметично установлена пробка 2 с полой трубкой 3, закрепленной подвижно (например, резьбовым соединением) в теле пробки с возможностью вертикального перемещения, мерник 4, рабочую трубку 5, один конец которой закреплен подвижно (например, резьбовым соединением) в боковой стенке сосуда 1 в нижней его части с возможностью горизонтального перемещения, а другой конец находится над мерником 4, магистраль 6 подачи раствора в сосуд 1, снабженную первым краном 7 с дистанционным электрическим управлением, магистраль 8 слива раствора из сосуда 1, снабженную вторым краном 9 с дистанционным электрическим управлением, измерительный преобразователь 10 перемещения полой трубки с датчиком 11, закрепленным неподвижно на внешней стенке полой трубки 3 в верхней ее части, связанной с атмосферой, третий кран 12 с дистанционным электрическим управлением и датчик 13 наличия потока среды, установленные в рабочей трубке 5. три сигнализатора 14-16 уровня, один из которых (14) закреплен неподвижно в боковой стенке сосуда 1 в верхней его части на отметке предельно возможного уровня раствора в емкости сосуда 1. а два других (15 и 16) - в боковой стенке мерника на отметках Л максимально допустимого уровня и 2 Л - минимально допустимого уровня от его дна, первы, второй и третий информационные входы которого соединены с выходами соответствующих сигнализаторов 15 и 16 уровня, четвертый информационный вход датчика 11 наличия потока среды и входом Запуск измерительного преобразователя 10 перемещения

полой трубки, пятый информационный вход - с выходом указанного измерительного преобразователя 10, а выходы - с управляющими входами соответствующих кранов 7, 9 и 12 с дистанционным электрическим уп- равленим.

В устройстве вычислительный блок 17 содержит (фиг. 2) первый триггер 18, первый

вход (5) которого является первым установочным входом 19 (Подача раствора), а выход подключен к первому выходу блока, генератор 20 импульсов, выход которого подключен к первому входу элемента И 21,

второй вход которого соединен с выходом второго триггера 22, а выход - со счетным входом (С) счетчика 23 импульсов, кодовый выход которого подключен к информационным входам регистров 24 - 26, выходы которых подключены к регистрирующему блоку 27 (или микрокалькулятору), третий триггер 28. первый вход (S) которого является вторым установочным входом 29 блока (Режим вычисления статического напряжения сдвига), а выход подключен к одному из входов первого элемента ИЛИ 30, другой вход которого подключен к выходу второго триггера 22, а выход является третьим выходом блока, четвертый триггер 31, первый вход которого (S) является третьим установочным входом 32 блока (Слив раствора), а выход - вторым выходом блока, второй элемент ИЛИ 33, первый вход которого является первым информационным входом блока, а выход соединен с вторым входом (R) первого триггера 18, третий элемент ИЛИ 34, первый и второй входы которого являются соответственно четвертым установочным 35 (Режим вычисления TJ Го) и информационным входами блока, а выход связан с первым входом (S) второго триггера 22, четвертый элемент ИЛИ 36, первый вход которого яв- ляе.ся пятым информационным входом блока и связан с управляющими входами

первого регистра и регистрирующего блока, второй и третий входы - с одноименными информационными входами блока и соответствующими управляющими входами второго 25 и третьего 26 регистров, а выход - с

0 вторым входом (R) второго триггера 22 непосредственно и с входом Сброс (R) счетчика 23 импульсов через элемент 37 задержки, пятый элемент ИЛИ 38, первый вход которого является пятым информаци5 онным входом блока, а выход связан с вторым входом (R) третьего триггера 28. причем пятый установочный вход 39 блока (Исходное положение) связан с вторыми входами четвертого триггера 31, второго 33 и пятого 38 элементов ИЛИ, с четвертым входом четвертого элемента ИЛИ 36.

Фотоэлектрический вариант выполнения измерительного преобразователя перемещения полой трубки (фиг. 3) содержит генератор 40 пилообразного тока, вход которого является входом Запуск измерительного преобразователя 10, а выход подключен к газоразрядному индикатору 41, оптически связанному с датчиком 11, выполненым (в данном варианте) в виде фоточувствительного элемента, выход которого является выходом измерительного преобразователя 10.

Вариант выполнения датчика 13 наличия потока среды (фиг. 4) содержит магнито- управляемый контакт (геркон) 42 и поршень-экран 43 из ферромагнитного материала, закрепленные в немагнитной рабочей трубке 5 неподвижно и подвижно (с возможностью горизонтального перемещения под воздействием потока жидкости от исходного положения до упоров 44) соответственно, магнит 45. неподвижно закрепленный с внешней стороны рабочей трубки в плоскости установки геркона 42 и поршня- экрана 43 (в исходном положении последнего), и формирователь 46, входом которого подключены к геркону 42, а вход является выходом датчика.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии схемы все триггеры вычислительного блока 17 (фиг. 2) находятся в положении О, при котором на их единичном выходе - потенциал низкого уровня, соответствующего уровню логического О (в дальнейшем - потенциал О, закрывающий все краны 7, 9 и 12). Для установки триггеров в указанное положение на установочный вход 39 (Исходное положение) блока 17 достаточно подать импульс, который пройдет на их R -входы непосред- .ственно (для триггера 31) и через элементы ИЛИ 33, 36 и 38 (для триггеров 18. 22 и 28 соответственно). Счетчик 23 импульсов также находится в положении О. Нижний конец полой трубки 3 устанавливают (вращением по резьбе в теле пробки 2) на высоте Hi от уровня входного отверстия рабочей трубки 5. вкрученной (вращением по резьбе) в боковую стенку сосуда в нижней его части.

Залив иследуемого раствора в цилиндрический сосуд 1 задается подачей импульса на установочный вход 19 (Подача раствора) блока 17, при этом триггер 18 устанавливается в положение 1, на его единичном выходе появляется потенциал высокого уровня, соответствующего уровню

логической 1 (в дальнейшем - потенциал 1), который далее поступает на управляющий вход крана 7 (фиг. 1) и открывает его. Раствор по магистрали 6 начинает заполнять

5 сосуд 1. Этот процесс продолжается до тех пор, пока уровень раствора в сосуде не достигнет у ровня (отметки) установки сигнализатора 14, при этом контакт раствора с сигнализатором вызывает его срабатыва0 ние, и соответствующий импульс с выхода данного узла, пройдя через элемент ИЛИ 33 вычислительного блока 17, возвращает триггер 18 в положение О. Потенциал на единичном выходе триггера скачком изме5 няется до уровня логического О, кран 7 закрывается и подача раствора в сосуд 1 прекращается.

Режим определения структурной вязкости (/) и динамического напряжения сдвига

0 ( г0) задается подачей импульса на установочный вход 35 (Режим вычисления г) ,г0) вычислительного блока 17, при этом указанный импульс проходит через элемент ИЛИ 34 (фиг. 2) и устанавливает триггер 22

5 в положение 1. Потенциал 1 с единичного выхода триггера 22 открывает элемент И 21, и счетные импульсы генератора 20 через этот элемент начинают поступать на счетный вход счетчика 23 импульсов. Одновре0

менно данный потенциал через элемент

ИЛИ 30 подается на управляющий вход крана 12 и открывает его, в результате чего раствор из сосуда 1 по рабочей трубке 5 сливается в мерник 4 (датчик 13 в рассмат- риваемом режиме стопорится, т.е. участия в работе устройства не принимает).

Этот процесс продолжается до тех пор, пока уровень раствора в мернике не достигнет уровня (отметки Л) установки сигнализатора 15. при этом контакт раствора с сигнализатором вызывает его срабатывание и формирование соответствующего импульса, который, пройдя через элемент ИЛИ

36 блока 17 на R- вход триггера 22. возвращает последний в исходное положение О (в результате закрывается элемент И 21, блокируя подачу раствора из сосуда 1 в мерник 4). Указанный импульс, кроме того, поступает на управляющий вход регистра 26 и разрешает перенос в него содержимого NI счетчика 23 импульсов, пропорционального времени ц заполнения мерника 4 до уровня Л, а также поступает через элемент

37 задержки на установочный R-вход счетчика 23 импульсов и с некоторой задержкой, достаточной для того, чтобы успеть переписать код NI в регистр 26(задержка обеспечивается упомянутым элементом 37),

сбрасывает счетчик в нуль. На этом первый такт цикла измерения tj, Г0 заканчивается. При переходе к второму такту вращением полой трубки 3 устанавливают нижний ее конец на высоте Н2 от уровня входного отверстия рабочей трубки 5 в стенке сосуда 1. Начало такта задается подачей второго импульса на тот же установочный вход 35 вычислительного блока 17. Дальнейшая последовательность операций аналогична рассмотренной для первого такта (триггер 22 устанавливается в положение 1, элемент И 21 открывается, пропуская счетные импульсы генератора 20 на счетчик 23, и т.д.) до момента срабатывания сигнализатора 16, т.е. до момента достижения раствором, заполняющим мерник 4, отметки 2 А (или, другими словами, до момента заполнения мерника тем же объемом раствора, что и в первом такте). Импульс с выхода срабатывающего сигнализатора возвращает триггер 22 в положение О, пройдя через элемент ИЛИ 36 (в результате закрывается элемент И 21 и кран 12), разрешает перенос в регистр 25 содержимого N2 счетчика 23 импульсов, пропорционального времени t2 заполнения мерника от отметки Д до отметки 2 Д , и с некоторой задержкой сбрасывает в нуль указанный счетчик. На этом второй такт цикла измерения т , г0 искомых, параметров т, Г0 заканчивается, в регистрах 26 и 25 запоминаются коды NI и N2 пропорциональные ti и t2 соответственно.

Для определения статического напряжения сдвига ( 0) вращением полой трубки 3 устанавливают нижний ее конец сперва на уровне входного отверстия рабочей трубки бив стенке сосуда 1. Подают импульс на установочный вход 29 блока 17 (фиг. 2), при этом триггер 28 устанавливается в положение 1, потенциал его единичного выхода через элемент ИЛИ 30 подается на управляющий вход (t1) крана 12 и открывает его. Но хотя кран открыт, истечения раствора из сосуда 1 в мерник не происходит, т.е. давления в сосуде и вне его (на уровне выходного отверстия рабочей трубки 5) равны между собой. В случае пластических жидкостей истечение начнется, когда избыток дав- ления внутри сосуда 1 окажется достаточным для определения V. Чтобы найти эту величину, разблокируют датчик 13 (т.е. устанавливают его в рабочее состояние) и вращением полой трубки 3 плавно перемещают ее в нижний конец. В определенный момент времени (t ) в рабочей трубке 5 появляется раствор из сосуда 1, на что реагирует датчик 13, импульс с выхода которого

запускает измерительный преобразователь 10 (последний предназначен для преобразования в интервал времени Д1 перемеще- ния д полой трубки от исходного

положения до положения, соответствующего моменту истечения раствора), кроме того, пройдя через элемент ИЛИ 34 блока 17, устанавливает триггер 22 в положение 1, при этом потенциал 1 с единичного выхода триггера открывает элемент И 21 и счетные импульсы генератора 20 начинают заполнять счетчик 23 импульсов.

В момент окончания цикла преобразования импульс с выхода измерительного преобразователя 10:

Пройдя через элементы ИЛИ 36 и 38, возвращает в исходное положение О соответственно триггеры 22 и 28; при этом элемент И 21 закрывается и поступление

счетных импульсов генератора 20 на счетчик 23 прекращается, кран 10 также закрывается;

пройдя на управляющий вход регистра 24, разрешает перенос (перезапись) в него

содержимого N3 счетчика импульсов, пропорционального Д1 (а значит д);

пройдя на управляющий вход регистрирующего блока 27, разрешает сброс регистров 26, 25 и 24 и последовательный

(подекодный) ввод информации NI, N2, N3 в программируемый микрокалькулятор (например, типа Электроника МК-52), вычисляющий по заложенной в него предварительно программе искомые параметры rj ,Т0 в третьем (вычислительном) такте цикла измерения TJ , т0 (результаты могут быть выведены на индикатор микрокалькулятора так же, как и код N3):

пройдя на установочный R-вход счетчика 23 (через элемент 37), с некоторой задержкой сбрасывает его в нуль.

При необходимости слива раствора из сосуда 1 по окончании работы с устройством импульс подается на установочный вход 32

(Слив раствора) блока 17, при этом триггер 31 устанавливается в положение 1, потенциал 1 с его единичного выхода подается на управляющий вход крана 9 и открывает его, разрешая слив раствора из сосуда 1 по

0 магистрали 8. В исходное состояние схема устройства приводится после подачи импульса на установочный вход 39 блока 17. Фотоэлектрический вариант выполнения измерительного преобразователя 10 покэ5 зан на фиг. 3. Принцип его действия заключается в следующем. Импульс с выхода датчика 13 (фиг. 1), появляющийся в момент времени ti, запускает генератор пилообразного тока 40, который осуществляет линейную развертку светящегося столба газа линейного газоразрядного индикатора 41. На внешней стенке полой трубки 3 неподвижно закреплен (и, очевидно, перемещается вместе с ней)датчик 11 преобразователя, выпо- ленный в виде фоточувствительного элемента (ФЭ). В момент освещения ФЭ светящимся газом на его выходе появляется импульсный сигнал, который указывает на окончание временного интервала. Этот сиг- нал подается далее на пятый информационный вход вычислительного блока 17.

Вариант датчика 13 показан на фиг. 4. Принцип его действия заключается в следующем. В исходном положении датчик стопо- рится (путем фиксации в определенном положении легкого поршня-экрана 43 специальными винтами (на фиг. 4 не показаны), при этом магнит 45 не оказывает никакого влияния не геркон 42, расположенный внут- ри поршня, из-за экранирующего эффекта последнего.

После того, как нижний конец полой трубки 3 установлен на уровне входного отверстия рабочей трубки 5 в стенке сосуда 1 и открыт кран 12, датчик переводят в рабочее состояние, т.е. освобождают поршень- экран (теми же винтами). При появлении в рабочей трубке потока среды (раствора) вместе с ним перемещается поршень-экран 43 (пока не сядет на упоры 44) при этом геркон 42 оказывается в зоне действия магнита 45 и замыкается, а формирователь 46 формирует импульс, указывающий на наличие потока среды. Этот импульс подается далее на четвертый информационный вход вычислительного блока 17 и на вход Запуск измерительного преобразователя 10.

Формула изобретения

1. Устройство для определения реологи- ческих характеристик буровых растворов, содержащее цилиндрический сосуд, в горловине которого установлена пробка с полой трубкой, закрепленной подвижно в теле пробки с возможностью вертикального пе- ремещения, мерник и рабочую трубку, один конец которой закреплен подвижно в боковой стенке цилиндрического сосуда в нижней его части с возможностью горизонтального перемещения, а другой ко- нец находится над мерником, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения характеристик и удобства в эксплуатации, в него введены магистраль подачи раствора в сосуд, снабженная пер- вым краном с дистанционным управлением, магистраль слива раствора из сосуда, снабженная вторым краном с дистанционным управлением, измерительный преобразователь перемещения полой трубки, датчик которого неподвижно закреплен на внешней стенке полой трубки в верхней ее части, связанной с атмосферой, третий кран с дистанционным управлением и датчик наличия потока среды, установленные в рабочей трубке, три сигнализатора уровня, один из которых закреплен неподвижно в боковой стенке сосуда в верхней его части на отметке предельно допустимого уровня раствора в емкости сосуда, а два других - в боковой стенке мерника соответственно на отметках максимально и минимально допустимого уровня, и вычислительный блок, первый, второй и третий информационные выходы которого соединены соответственно с выходами первого, второго и третьего сигнализаторов уровня, четвертый информационный вход - с выходом датчика наличия потока среды и входом Запуск измерительного преобразователя перемещения полой трубки, пятый информационный вход- с выходом указанного измерительного преобразователя, а первый, второй и третий выходы вычислительного блока - с управляющими входами первого, второго и третьего кранов с дистанционным управлением соответственно.

2. Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что вычислительный блок содержит генератор импульсов, четыре триггера, пять элементов ИЛИ. элемент И, элемент задержки, счетчик импульсов, три регистра и регистрирующий блок, причем первый вход первого триггера является первым установочным входом, а выход - первым выходом блока, выход генератора импульсов подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго триггера, а выход элемента И - со счетным входом счетчика импульсов, выход которого подключен к информационным входам всех регистров, выходы которых подключены к регистрирующему блоку, первый вход третьего триггера является вторым установочным входом блока, а выход подключен к одному из входов первого элемента ИЛИ, другой вход которого связан с выходом второго триггера, а выход первого элемента ИЛИ является вторым выходом блока, первый вход четвертого триггера является третьим установочным входом, выход - третьим выходом блока, первый вход второго элемента ИЛИ являтюся первым информационным входом блока, а выход соединен с вторым входом первого триггера, первый и второй входы третьего элемента ИЛИ являются соответственно четвертым установочным и вторым информационным входами блока, а выход третьего элемента ИЛИ соединен с первым входом второго

триггера, первый вход четвертого элемента ИЛИ является третьим информационным входом блока и соединен с управляющими входами первого регистра и интерфейса, второй и третий входы четвертого элемента ИЛИ являются четвертым и пятым соответственно информационными входами блока и связаны с управляющими входами второго и третьего регистров соответственно, а выход четвертого элемента ИЛИ - с вторым

0

входом второго триггера непосредственно и с входом Сброс счетчика через элемент задержки, первый вход пятого элемента ИЛИ соединен с третьим информационным входом блока, а выход - с вторым входом третьеготриггера, пятый установочный вход блока связан с вторыми входами четвертого триггера, второго и пятого элементов ИЛИ и с четвертым входом четвертого элемента ИЛИ.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам для определения реологических характеристик буровых растворов в стационарных и полевых условиях, и может быть также использовано для определения реологических свойств нефтей, нефтепродуктов и других подобных жидкостей. Цель изобретения - повышение точности определения характеристик и удобства в эксплуатации. Устройство содержит цилиндрический сосуд 1, в горловине которого герметично установлена пробка 2 с полой трубкой 3, W 10 рр ciM. закрепленной подвижно в теле пробки с возможностью вертикального перемещения, мерник 4 и рабочую трубку 5, один конец которой закреплен подвижно в боковой стенке сосуда в нижней его части с возможностью горизонтального перемещения, а другой конец находится над мерником. Подача раствора в сосуд осуществляется через магистраль 6, а слив - через магистраль 8. Обе магистрали, а также рабочая трубка 5 снабжены кранами 7, 9 и 12 с дистанционным электрическим управлением В рабочей трубке, кроме того, установлен датчик 13 наличия потока среды. Перемещение полой трубки определяется измерительным преобразователем 10с датчиком 11. закрепленным неподвижно на внешней стенке полой трубки в верхней ее части, связанной с атмосферой. Устройство содержит также три сигнализатора 14, 15 и 16 уровня, один из которых (14) закреплен неподвижно в боковой стенке сосуда в верхней его части на отметке предельно возможного уровня раствора в емкости сосуда, а два других (15 и 16) - в боковой стенке мерника на отметках Д и 2 Д от его дна, и вычислительный блок 17. 1 з.п.ф-лы, 4 ил. сл с ON СО СЛ о

Фиг г

1-11

41

17

W

13

фигЗ