Система автоматического регулирования процесса цементирования скважин Советский патент 1979 года по МПК E21B33/13 

ной емкости с приготавливаемым раствором и подключен к входурегулятора подачи модифицирующих добавок, второй вход которого соединен с выходом расходомера, при этом плотномер установлен на выходе смесителя цемента и воды и подключен к входу регулятора расхода воды, второй вход которого соединен через блок установки соотношения с выходами датчиков уровня и производительности, при этом датчик давления установлен на устье скважины и подключен к входу регулятора подачи тампонажного раствора, соединенного с цементировочными насосами, на выходе которых установлен датчик производительности и подключен совместно -с выходом датчика уровня к входу регулятора подачи цемента.

На чертеже изображена структурная схема лредлагаемой системы автоматического регулирования -процесса цементирования скважин.

Система содержит четыре цепи регулирования: цепь регулирования подачи тампонажного раствора, включающую регулятор 1 подачи тамлонажного раствора и цементировочные насосы 2, которые отбирают раствор из -расходной емкости 3 и закачивают его в скважину 4; цепь регулирования подачи цемента, включающую регулятор 5 подачи цемента и дозатор 6 цемента, который подает цемент в смеситель 7; цепь регулирования подачи воды, включающую регулятор 8 расхода воды и дозатор 9 воды, который подает воду в смеситель 7; цепь регулирования подачи модифицирующих добавок, включающую регулятор 10 подачи модифицирующих добавок и дозатор 11 модифицирующих добавок, который подаёт модифицирующие добавки в смеситель 7 и в расходную емкость 3.

Указанные цепи регулирования подключены к датчикам системы следующим образом.

Вход регулятора 1 подачи тампонажного раствора соединен с выходом датчика 12 давления, установленного на устье скважины. Вход регулятора 5 подачи цемента соединен с выходами датчика 13 производительности, установленного на выходе цементировочных насосов, и датчика 14 уровня, установленного в расходной емкости. Одии вход регулятора 8 раствора воды соединен через блок 15 установки соотношения с выходами датчика 13 производительности и датчика 14 уровня, а другой вход его соединен с выходом плотномера 16, установленного на выходе смесителя. Один вход регулятора 10 подачи модифицирующих добавок соединен с выходом расходомера 17, установленного на выходе дозатора 9 воды, а другой вход его соединен с выходом реометра 18, установленного на выходе расходной емкости.

Система автоматического регулирования процесса цементирования скважин работает следующим образом.

Перед началом процесса цементирования для определенных, геолого-технических условий каждой скважины и определенного способа цементирования рассчитывается оптимальная программа закачивания тампонажного раствора и .его оптимальная рецептура.

Во время процесса цементирования программа закачивания раствора в скважину поступает в виде задания на вход регулятора 1 подачи тампонажного раствора, который управляет работой цементировочных насосов 2. Правильность выполнения программы обеспечивается регулятором I с помощью сигналов обратной связи, поступающих от датчика 12 давления, установленного на устье скважины, и от датчика 13 производительности, установленного на выходе цементировочных насосов. В качестве датчика производительности используется либо расходомер, либо счетчик числа двойных ходов насоса.

Сигнал от датчика 13 производительности после суммирования с сигналом от датчика 14 уровня, поступает также на вход регулятора 5 подачи цемента и через блок 15 установки соотношения на вход регулятора 8 расхода воды. С помощью блока задается определенное водоцементное отношение тампонажного раствора. Регуляторы 5 и 8 управляют работой дозаторов 6 и 9, подающих цемент и воду в смеситель 7. В воде предварительно может быть растворено определенное количество модифицирующих добавок.

Одновременно от расходомера 17, установленного на выходе дозатора 9 воды, поступает сигнал на вход регулятора 10 подачи модифицирующих добавок, который управляет работой дозатора 11. .

Таким образом, независимо от изменения производительности цементировочных насосов обеспечивается требуемая производительность приготовления тампонажного раствора и при этом не искажается его рецептура.

Однако изменение физических свойств тампонажных материалов (насыпная масса, гранулометрический состав, влажность, форма частиц) вызывает большие погрешности в работе дозатора 6 цемента, что приводит к отклонению рецептуры от.заданной. Эти возмущающие воздействия компенсируются плотномером 16, установленным на выходе смесителя 7. Сигнал от плотномера поступает на вход регулятора 8 расхода воды, который плавно изменяет производительность дозатора 9 воды. Возникающие при этом небольшие отклонения производительности приготовления раствора компенсируются датчиком 14 уровня, установленным в расходной емкости 3,

Стабилизация заданной плотности тампонажного раствора необходима для создания определенного противодавления на пласты, с целью предотвращения осложнений, и одновременно с этим она обеспечивает заданное водоцементное отношение раствора. Однако при использовании тампонажных материалов массового производства постоянство -ПЛОТНОСТИ не гарантирует обеспечение таких важных параметров тамц понажного раствора, как сроки схватывания, водоотдача, текучесть, так как изменение химических свойств материалов, сильно влияющих на эти параметры, почти не сказывается на плотности. Компенсация этих возмущающих воздействий осуществляется в системе реометром 18, установленным на выходе расходной емкости. Сигнал от реометра поступает на вход регулятора 10 подачи модифицирующих добавок, который изменяет производительность дозатора 11, подающего часть модифицирующих добавок в смеситель 7 или в расходную емкость 3.

Предлагаемая система автоматического регулирования позволяет повысить качество цементирования скважин за счет наиболее полного вытеснения бурового раствора тампонажным в различных геолого-технических условиях и при различных способах цементирования, а также за счет точного выдерживания заданных параметров тампонажного раствора независимо от изменения физико-химических свойств исходных материалов.

Повышение качества цементирования скважин снижает вероятность возникновения осложнений в процессе цементирования и увеличивает срок безремонтной эксплуатации скважины, что дает экономический эффект, намного превышающий стоимость самого процесса цементирования.

Формула изобретения

Система автоматического регулирования процесса цементирования скважин, включающая датчик уровня, установленный в расходной емкости с приготавливаемым раствором, регуляторы подачи цемента и расхода воды, подключенные через соответствующие дозаторы к смесителю цемента и воды, блок установки соотношения, расходомер, установленный .на выходе дозатора воды, и датчикПроизводительности, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества цементирования скважин, она содержит регулятор подачи там-нонажного раствора, датчик давления, дозатор и регулятор подачи модифицирующих добавок, плотномер и реометр, который установлен на выходе расходной емкости с приготавливаемым раствором и подключен к входу регулятора нодачи модифицирующих добавок, второй вход которого соединен с выходом расходомера, при этом плотномер установлен на выходе смесителя цемента и воды и подключен -к входу регулятора расхода воды, второй вход которого соединен через блок установки соотношения с выходами датчиков уровня и производительности, при этом датчик давления установлен на устье скважины и подключен к входу регулятора подачи тампонажного раствора, соединенного с цементировочными насосами, на выходе которых установлен датчик производительности я подключен совместно с выходом датчика уровня к входу регулятора подачи цемента.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Синельникова А. В. и др. Автоматизация технологических процессов. М., «Недра, 1968, с. 6-7.

2.Авторское свидетельство СССР № 453485, кл. Е 21F 15/08, 1970.