Устройство определения концентрации утяжелителя буровых растворов Советский патент 1991 года по МПК E21B21/06 E21B44/00 

о VJ

о о ю

Изобретение относится к бурению скважин. Цель - расширение функциональных возможностей. Устр-во содержит дегазатор 1, датчики 2, 3 плотности раствора и газосодержания, задатчик 8 плотности раствора. Для достижения цели устр-во имеет блоки 4, 5 запоминания плотности раствора и газосодержания, сумматоры 6, 10, 12, умножители 7, 11, задатчик 9 плотности утяжелителя, делитель 13, блок 14 индикации концентрации утяжелителя. Установленные на входе дегазатора датчики 2, 3 измеряют объемное содержание газа в растворе и его плотность. Эти параметры фиксируются в блоках 4, 5. Истинная плотность бурового раствора определяется на выходе умножителя 7 с учетом газосодержания. Сумматор 10 фиксирует разность между уставкой и истинной плотностью. Последняя перемножается в умножителе 11 с заданной плотностью утяжелителя. Сумматор 12 определяет разность плотностей уставок. На выходе делителя 13 индицируется величина концентрации утяжелителя. Применение устр-ва позволяет повысить экономичность процесса бурения скважин и уменьшить вероятность аварийных ситуаций. 1 ил.

Изобретение относится к бурению скважин на нефть и газ, конкретно, к очистке буровых растворов от газа.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство определения концентрации утяжелителя включает в себя дегазатор 1, датчик 2 газосодержания в буровом раство- ре, установленный на выходе из дегазатора 1, датчик 3 плотности бурового раствора, установленный на выходе из дегазатора 1, блок 4 запоминания газосодержания, блок 5 запоминания плотности бурового раствора, первый сумматор 6, первый умножитель 7, задатчик 8 плотности бурового раствора, задатчик 9 плотности утяжелителя, второй сумматор 10, второй умножитель 11, третий сумматор 12, делитель 13 и блок 14 индикации концентрации утяжелителя в буровом растворе.

Датчики 2, 3 газосодержания и плотности соединены с блоками 4, 5 запоминания соответственно газосодержания и плотно- сти бурового раствора, выход блока 4 запоминания газосодержания соедиьен с входом первого сумматора 6, выход которого соединен с вторым входом первого умножителя 7, первый вход которого соединен с выходом блока 5 запоминания плотности, выход первого умножителя 7 соединен с первым входом второго сумматора 10. второй вход которого соединен с задатчиком 8 плотности бурового раствора и первым вхо- дом третьего сумматора 12. Выход второго сумматора 10 соединен с первым входом второго умножителя 11. второй вход которого соединен с задатчиком 9 плотности утяжелителя, а выход подключен к второму входу делителя 13, первый вход которого соединен с выходом третьего сумматора 12, а выход делителя 13 соединен с блоком 14 индикации концентрации утяжелителя в буровом растворе.

Устройство определения концентрации утяжелителя буровых растворов работает следующим образом.

Загазированный буровой раствор поступает на очистку в дегазатор 1, где осво- бождается от газа. При этом качество очистки бурового раствора от газа зависит как от реологических свойств раствора, так и от возможностей самого дегазатора 1. В практике остаточное газосодержание дохо- дит до 5% от общего объема раствора. Установленный на выходе из дегазатора 1 датчик 2 газосодержания определяет оставшееся после дегазации раствора объемное содержание газа, а установленный на выхо

де из дегазатора 1 датчик 3 плотности бурового раствора определяет фактическую плотность дегазированного раствора. Замеренные датчиками 2 и 3 параметры (три замера в 1 мин) вводятся в блоки 4 и 5 запоминания соответственно остаточного газосодержания и плотности дегазированного бурового раствора.

С блоков 4 и 5 сигналы газосодержания и плотности идут на обработку по следующему алгоритму:

РВЫХ „/1 , VOCT

Рист -рвых (1 +ТПП)

1 Vc

100100

где РИСТ истинная плотность бурового раствора, г/см ;

РВЫХ фактическая плотность бурового раствора, измеренная датчиком 3 для определения плотности, г/см3;

VOCT остаточное газооодержание, измеренное датчиком 2 для определения газосодержания, %.

При этом Др рур - РИСТ , где Др- разность между заданной плотностью бурового раствора и его истинной плотностью,г/см ;

РУР - заданная плотность, которую необходимо получить путем утяжеления бурового раствора, г/см .

А значит С - - ,

ру -рур

где С - концентрация утяжелителя в буровом растворе, г/см ;

РУ - плотность утяжелителя, г/см3.

Величина 1 + - определяется

первым сумматором б, а ее умножение на рвых производится первым умножителем 7, с которого сигнал, характеризующий величину РИСТ , поступает на второй сумматор 10, где вычитается из сигнала, характеризующего величину рур , поступающего от задатчика 8 плотности бурового раствора. С сумматора 10 сигнал, характеризующий величину Др поступает на второй умножитель 11, где умножается на сигнал, характеризующий величину ру , поступающий от задатчика 9 плотности утяжелителя. Сигнал, характеризующий величину произведения ру Лр поступает с умножителя 11 на делитель 13, где производится деление величины ру Др на величину РУ рур сигнал которой поступает от третьего сумматора 12. Результат деления с делителя 13 выводится на блок 14 индикации концентрации утяжелителя в буровом растворе.

Практически смысл решаемой задачи заключается в следующем.

Предположим, что для скважины глубиной 2500-2800 м требуется буровой раствор плотностью 1,45 г/см , в то время как циркулирующий на глубине 2500 м этой скважины буровой раствор имеет фактическую плотность, например, 1,35 г/см . Переход на более высокую плотность осуществляется путем ввода в буровой раствор утяжелителя, например, ВаЗСм. При плотности ВаЗСч, равной 4 г/см3 для указанной глубины скважины, чтобь поднять плотность бурового раствора на 0,1 г/см потребуется 40000 кг BaSOi.

В настоящее время ввод утяжелителя осуществляется на основании замеренной фактической плотности бурового раствора, подлежащего утяжелению, без учета содержащегося в растворе остаточного газа.

Предположим, что с помощью устройства выявлено наличие остаточного газосодержания величиной 4%. Тогда определяется истинная плотность раствора, которая будет уже не 1,35 г/см3, а 1.406 г/см3, т.е. на 0,056 г/см больше фактиче

ской плотности. В результате утяжелять буровой раствор надо не на 0.1 г/см . а всего на 0,044 г/см , а значит, утяжелителя(Ва5См) потребуется на 22400 кг меньше

Устройство позволяет буровикам получить информацию о необходимой концент- рации утяжелителя в буровом растворе. Например, блок 14 показал концентрацию 0,07 г/см , а расход бурового раствора в это время составляет 30 л/с, а значит, буровик должен вводить в буровой раствор утяжелитель с производительностью 2,1 кг/с или 7560 кг/ч.

Применение устройства позволяет повысить экономичность процесса бурения скважины и уменьшить вероятность аварий-

0

5

0

5

0

0

5

ных ситуаций, вызванных неуравновешенностью пластового давления гидростатическим давлением бурового раствора. Формула изобретения Устройство определения концентрации утяжелителя буровых растворов, содержащее дегазатор, датчики плотности бурового раствора и газосодержания, задатчик плотности бурового раствора, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно снабжено блоками запоминания плотности бурового раствора и газосодержания, первым, вторым и третьим сумматорами, первым, вторым умножителями, зэдатчиком плотности утяжелителя, делителем и блоком индикации концентрации утяжелителя, причем датчики плотности бурового раствора и газосодержания установлены на выходе дегазатора и подключены соответственно через блок запоминания плотности бурового раствора к первому входу умножителя и через блок запоминания газосодержания - к входу первого сумматора, выход которого соединен с первым пхо- дом первого умножителя, второй вход которого подключен к выходу Олока запоминания плотности бурового раствора, выход соединен с первым-входом второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу задатчика плотности бурового раствора и первому входу третьего сумматора, выход соединен с первым входом второго умножителя, второй вход которого подключен к выходу задатчика плотности утяжелителя и второму входу третьего сумматора, выход которою соединен с парным входом делителя, второй вход которого под ключей к выходу второго умно -кителя. в од соединен с блоком индикации концентрации утяжелителя.