Устройство для автоматического долива скважины промывочной жидкостью Советский патент 1991 года по МПК E21B21/08 

Изобретение относится к технике бурения скважины, в частности к механизмам, поддерживающим постоянный уровень промывочной жидкости в скважине при подъеме бурового инструмента.

Целью изобретения является упрощение-конструкции и повышение надежности в работе.

На чертеже представлена схема устройства для автоматического долива скважины промывочной жидкостью.

Устройство содержит емкость-мерник 1 и дозировочную емкость 2, последовательно соединенные между собой и устьевым оборудованием 3 трубопроводами 4 и 5. Устьевое оборудование 3 включает универсальный 6 и плашечный 7 превенторы,

манифольд 8 и слив 9. В скважине находится бурильная колонна 10. На устье скважины размещены ротор 11 и ибтиратор 12,

Затрубное кольцевое пространство 13 скважины через слив (желоб) 9 сообщено с приемной емкостью (не показана). В дозгя- ровочной емкости 2 размещен клапанный узел, выполненный в виде магнитной насадки-ловушки 14 со сферической рабочей поверхностью 15, установленной на конце трубопровода 4, связывающего емкость- мерник 1 с дозировочной емкостью 2, и шарового поплавка 16 из ферромагнитного материала, установленного с возможностью взаимодействия со сферической рабочей поверхностью 15 магнитной насадки-ловушки 14.

Рабочая поверхность 15 контакта магнитной насадки-ловушки 14 с шаровым поплавком 16 выполнена сферической, что обеспечивает плотный контакт двух прилегающих поверхностей по всей площади. В основной емкости-мернике 1 установлен датчик 17 разности давлений, регистрирующий изменение гидростатического давления столба промывочной жидкости по мере долива скважины. Величина разности давлений на датчике 17 устанавливается таким образом, чтобы она соответствовала конкретной наперед определяемой величине объема доливаемой в сквах ину жидкости.

Максимальный уровень жидкости в дозировочной емкости 2 не превышает уровень слива 9 устьевого оборудования 3. Положение уровня жидкости в емкости-мернике 1 относительно рабочей поверхности 15 магнитной насадки-ловушки 14 находится в пределах

4(A + )h.

пр g d2лр g d2

MI

ч

Максимальный уровень промывочной

жидкости в емкости-мернике обеспечивает

максимальное гидростатическое давление

столба жидкости, при этом должно соблюдаться неравенство

Ьмакс/ЭдЗ А+М-р,(2)

где Ьмакс - расстояние от поверхности контакта магнитной насадки-ловушки с поплавком до максимального уровня промывочной жидкости в емкости-мернике;

р- плотность промывочной жидкости; g - ускорение свободного падения; S - площадь распределения гидростатического давления столба промывочной жид- кости на поплавок;

,2

о -

ж&

где d - диаметр канала а магнитной насадке-ловушке;

А - архимедова сила, действующая на поплавок;

М - сила магнитного взаимодействия поплавка с магнитной насадкой-ловушкой;

р - сила тяжести поплавка.

Соблюдение неравенства (2) обеспечивает герметичность соединения поплавка 16с магнитной насадкой-ловушкой 14.

Из неравенства (2) максимальный уровень промывочной жидкости в емкости-мернике 1 должен быть не более

ь А + м и&

Пмакс

При понижении уровня промывочной жидкости в дозировочной емкости 2 архимедова сила уменьшается. Следовательно,при неизменной величине левой части неравенства (2) правая часть уменьшается, нарушается, условие герметичности соединения, и поплавок 16 отрывается от магнитной наездки-ловушки 14.

Изобретение относится к технике бурения скважин. Цель - упрощение конструкции и повышение надежности в работе. Для этого клапанный узел выполнен в виде магнитной насадки ловушки со сферической рабочей поверхностью, установленной на конце трубопровода, связывающего емкость-мерник с дозировочной емкостью, и шарового поплавка из ферромагнитного материала, установленного с возможностью взаимодействия со сферической рабочей поверхностью магнитной насадки-ловушки. Максимальный уровень жидкости в дозировочной емкости не превышает уровень слива устьевого оборудования. Положение уровня жидкости в емкости-мернике относительно рабочей поверхности магнитной насадки-ловушки находится в пределах, определяемых по математической ф-ле. Начало газоводонефтепроявлений в процессе подъемных операций возможно обнаружить по разности объемов извлекаемых из скважины труб и доливаемой в скважину жидко- (сти При равенстве этих объемов скважина находится в нормальных условиях. В этом случае при подъеме бурильной колонны на длину одной свечи объем долитой из системы жидкости равен объему извлеченной свечи, а уровень жидкости в емкости-мернике понизится на конкретную величину, что обусловит изменение давления гидростатического столба жидкости. При подъеме оди- наковых свечей объем доливаемой в скважину жидкости будет постоянным, что обусловит неизменный перепаддавления. 1 ил. О 00 ьь 4 vj СЛ

где h - положение уровня жидкости в едкости-мернике относительно рабочей поверхности магнитной насадки-ловушки;

А - архимедова сила, действующая на поплавок;

М - сила магнитного взаимодействия поплавка с магнитной насадкой-ловушкой;

р - плотность промывочной жидкости (раствора);

g- ускорение свободного падения;

d - диаметр канала в магнитной насадке-ловушке:

р - сила тяжести поплавка.

Максимальный уровень промывочной жидкости в дозировочной емкости 2 обусловлен положением (высотой установки) магнитной насадки-ловушки 14,

45

Минимальный vposerib промывочной жидкости в емкости-мернике 1 должен быть таким, чтобы соблюдалось неравенство

Инин рд S м-р,

(3)

где Ичин - озссгояние от рабочей поверхности 15 кож акта магнитной насадки-ловушки 14 с поплавком 1б до минимального уровня промывочной жидкости s емкости-мернике 1.

Соблюдение неравенства (3) обеспечивает возможность отрыва поплавка от магнитной насадки-ловушки 14 в любой момент при полном исчезновении архимедовой силы (т.з, при понижении уровня жидкости в дозировочной емкости 2 ниже поплавка 16,

соединенного с магнитной нзсадкой-ловуш- кой 14).

Из неравенства (3) следует, чго

kv М Р

следовательно, изменение высоты положения уровня промывочной жидкости в емкости-мернике находится в пределах (см. выражение 1).

Устройство работает следующим образом.

Перед началом подъема бурильной колонны основная емкость-мерник 1 и дозировочная емкость 2 полностью заполнены промывочной жидкостью. При этом на поплавок 16 действуют архимедова сила со стороны жидкости, находящейся Б дозировочной емкости 2, сила магнитного притяжения поплавка 16 к рабочей поверхности 15 магнитной насадки-лоз/ижи 14, а также сила гидростатического дазления столба промывочной жидкости, находящейся в емкости-мернике 1. При этом размеры поплавка 16 подобраны таким образом, чтобы сумма архимедовой и магнитной силы была больше силы гидростатического давления столба жидкости. В этом случае поплавок 16 будет плотно прижат к рабочей поверхности 15 магнитной насадки-ловушки 14, предотвращая самопроизвольный переток промывочной жидкости из емкости-мерника 1 в дозировочную емкость 2. Пун подъеме бурильной колонны 10 уровень жидкости а скважине, а следовательно, и в дозировочной емкости 2 понижается на величину, соответствующую обьеглу извлекаемой из скважины свечи, С понижением уровня промывочной жидкости в дозировочной емкости 2 действие архимедовой силы ослабевает, так как поплавок 16 вследствие действия магнитной силы в начальный момент остается неподвижным, и объем жидкости, вытесняемой им, уменьшается. По мере понижения уровня промывочной жидкости в дозировочной емкости 2 наступит момент, когда сила гидростатического давления столба жидкости в основной емкости- мернике 1 превысит сумму архимедовой и магнитной сил, поплавок 16 оторвется от рабочей поверхности 15 магнитной наездки-ловушки 14, открывая проходное сечение трубопровода 4. В этот момент происходит долив скважины из емкости- мерника 1 через трубопроводы 4 и 5 и дозировочную емкость 2, Уровень жидкости в скважине, а следовательно и в дозировочной емкости 2 повышается, поплавок 16, находящийся на поверхности, по мере повышения уровня приближается к магнитной насадке-ловушке 14, и при достижении заданного уровня происходит перекрытие трубопровода 4 поплавком 16.

При спуске инструмента в скважину уровень жидкости в най повышается, возра- 5 стает величина архимедовой силы, следовательно, сила прижатия поплавка 16 к магнитной насадке-ловушке 14 возрастает, что гарантирует герметичность соединения. Избыток объема промывочной жидкости 0 при спуске бурильных труб 10 в скважину по сливу (желобу) 9 направляется в приемную емкость (не показана).

Начало газоводонефтепроявлений в процессе подъемных операций возможно

5 обнаружить по разности объемов извлекаемых из скважины труб и доливаемой в скважину жидкости. При равенстве указанных объемов скважина находится в нормальных условиях, в этом случае при подъеме буриль0 ной колонны нэ длину одной свечи объем долитой из системы жидкости равен объему извлеченной свечи, а уровень жидкости в емкости-мернике 1 понижается на конкретную величину, что обуславливает изменение

5 давления гидростатического столба жидкости. Следовательно, при подъеме одинаковых свечей объем доливаемой в скважину жидкости будет постоянным, что обусловит неизменный перепад давления. На этот пе0 репад давления настраивают датчик 17 разности давлений, находящийся внутри емкости-мерника 1. При проявлениях объем доливаемой з скважину жидкости уменьшается, уменьшается разность давлений гид5 роетатического столба жидкости. Датчик 17 передает электрический сигнал на пульт бурильщика. При поглощениях скважиной промывочной жидкости объем доливаемой в скважину жидкости возрастает, возрастает

0 перепад давления, фиксируемый датчиком 17,

Формула изобретения Устройство для автоматического долива скважины промывочной жидкостью, содер5 жащее емкость-мерник и дозировочную емкость, последовательно соединенные между собой и устьевым оборудованием, трубопроводами, и клапанный узел, размещенный в дозировочной емкости, о т л и ч а0 ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности в работе, клапанный узел выполнен в виде магнитной насадки-ловушки со сферической рабочей поверхностью, установленной на

5 конце трубопровода, связывающего емкость-мерник с дозировочной емкостью, и шарового поплавка из ферромагнитного материала, установленного с возможностью взаимодействия со сферической рабочей поверхностью магнитной насадки-ловушки,

при этом максимальный уровень жидкости в дозировочной емкости не превышает уровень слива устьевого оборудования, а положение уровня жидкости в емкости-мернике относительно рабочей поверхности магнитной насадки-ловушки находится в пределах 4(A+M-p)(M-p)

arpgdPя/эдсЯ

где h - положение уровня жидкости в емкости-мернике относительно рабочей поверхности магнитной насадки-ловушки;

0

А - архимедова сила, действующая на поплавок;

М - сила магнитного взаимодействия поплавка с магнитной насадкой-ловушкой; р- плотность промывочной жидкости (раствора);

g - ускорение свободного падения;

d - диаметр канала в магнитной насадке-ловушке;

р - сила тяжести поплавка.