Система автоматического регулирования содержания коллоидной фазы и объема бурового раствора Советский патент 1979 года по МПК E21B21/06 

рому входу блока умножения, а выходы датчиков контроля объема и содержания коллоидной фазы подключены через соответствующие блоки выделения знака ко входам логического блока.

Кроме того, исполнительный блок содержит дозатор, насос, сепаратор и испаритель.

Предложенная система непрерывно в замкнутом цикле осуществляет регулирование оборудованием для приготовления бурового раствора, восстановления его свойств в процессе циркуляции и регенерации раствора по двум основным компонентам: коллоидному материалу и растворителю. Все это позволяет обеспечить получение бурового раствора требуемого качества и избежать накопления излишков его в каладый текущий момент времени.

На чертеже представлена структурная схема системы автоматического регулирования содержания коллоидной фазы и объема бурового раствора.

Объектом регулирования является буровой раствор, циркулирующий через скважину и наземную циркуляционную систему 1. В циркуляционной системе установлен исполнительный блок 2, включающий дозатор 3, насос 4, сепаратор 5 и испаритель 6, а также установлены датчики 7 и 8 контроля объема бурового раствора и содержания коллоидной фазы в нем и расходомер 9, измеряющий расход циркулирующего бурового раствора.

Выходы датчиков 7 и 8 подключены, соответственно, ко входам двух блоков 10, 11 выделения модуля и параллельно - ко входам двух блоков 12, 13 выделения знака. Выходы блоков выделения модуля подключены один непосредственно, а второй через мнол итель 14 ко входам сумматора 15, выход которого подключен ко входу регулятора 16. Выход регулятора 16 параллельно через четыре ключа 17, 18, 19 и 20 нодключен к соответствующим входам исполнительного блока 2. Управляющие входы ключей 17, 18, 19 и 20 подключены к соответствующим выходам логического блока 21, входы которого иодключены к выходам двух блоков 12, 13 выделения знака.

Предложенная система автоматического регулирования работает следующим образом.

В процессе бурения буровой раствор подвергается действию различных возмущений, в результате чего изменяется его количество и состав компонентов в нем. Приборы 7, 8 и 9, установленные в наземной циркуляционной системе 1, измеряют объем бурового раствора, содержание коллоидной фазы в нем и расход циркулирующего раствора. Блоки 10 и 11 выделяют модули отклонений объема и содержания коллоидной фазы. Блок 14 определяет абсолютное отклонение содержания коллоидной фазы

умножением модуля относительного отклонения содержания коллоидной фазы на расход. Сумматор 15 определяет сигнал рассогласования сложением модулей отклонения объема и абсолютного отклонения содержания коллоидной фазы. Полученный сигнал рассогласования подается на вход регулятора 16, который управляет по определенному алгоритму, например 10 изодромному, одним из четырех механизмов исполнительного блока 2: дозатором 3 для подачи коллоидного материала, насосом 4 для подачи жидкости, сепаратором 5 для удаления легкой фракции или испарителем 6 удаления жидкости. Какой именно механизм исполнительного блока необходимо подключить через один из ключей 17, 18, 19 или 20 к рег)лятору 16 в каждый текущий момент времени, определяет логический блок 21 на основании информации о знаках отклонений объема и содержаиия коллоидной фазы, нолученной блоками 12 и 13.

Алгоритм работы логического блока сле5 дующий: если знаки отклонений объема и содержания коллоидной фазы отрицательны, то включается ключ 17, если знак отклонения объема отрицателен, а знак отклонения содержания коллоидной фазы положителен, то включается ключ 18, если знаки обоих отклонений положительны, то включается ключ 19, если зиак отклонения объема положителен, а знак отклонения коллоидной фазы отрицателен, то включа5 ется ключ 20.

Включенный механизм будет уменьшать сразу оба отклонения со скоростью тем большей, чем больше сумма модулей отклонений. В некоторый момент времени одно из отклонений уменьшится до нуля и сменит знак. Тогда логический блок 21 подключит регулятор 16 к другому механизму через соответствующий ключ. Производительность этого механизма нрактически будет оиределяться величиной одного из отклонений. Как только отклонение с нулевым значением вновь сменит знак, вновь подключится прежний механизм. Таким образом, оба отклонения уменьшатся до ну0 ля, и система иридет в равиовесие.

Предложенная система автоматического регулирования позволяет в каждый текущий момент времени иметь в циркуляционной систе.ме буровой раствор с заданным

5 по условиям бурения содержанием коллоидной фазы в таком количестве, которое необходимо для производства процесса бу)ения и предотвращения возможной потери циркуляции. В результате этого значительно уменьшаются нотери ценных компонентов бурового раствора и снижаются энергозатраты на приготовление, хранение и регенерацию бурового раствора.

Предложенная система позволяет также

увеличить скорость бурения, так как поддерживает содержание коллоидной фазы в буровом растворе близким к минимально допустимым значениям.

С наибольшей эффективностью предложенная система автоматического регулирования может применяться в условиях, когда предъявляются жесткие требования к размерам буровой площадки и к отсутствию загрязнения окружаюп1ей среды, например в морском бурении.

Формула изобретения

1. Система автоматического регулирования содержания коллоидной фазы и объема бурового раствора, включающая наземную циркуляционную систему, на выходе которой установлены расходомер и датчики контроля объема бурового раствора и содержания коллоидЕЮЙ фазы, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения потерь ценных компонентов и снижения энергозатрат на хранение и регенерацию бурового раствора, она содержит два блока выделения модуля, два блока выделения знака, блок умножения, сумматор, регулятор, четыре ключа, логический блок и исполнительный блок, при этом выходы датчиков

контроля объема и содержания коллоидной фазы подключены соответственно через первый блок выделения модуля и через второй блок выделения модуля и блок умножения ко входам сумматора, выход которого через регулятор соединен со входами ключей, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам логического блока, а выходы ключей подключены к соответствующим входам исполнительного блока, установленного на входе циркуляционной системы, при этом выход расходомера подключен ко второму входу блока умножения, а выходы датчиков контроля объема и содержания коллоидной фазы подключены через соответствующие блоки выделения знака ко входам логического блока. 2. Система автоматического регулироваВИЯ по п. 1, отличающаяся тем, что исполнительный блок содержит дозатор, насос, сепаратор и испаритель.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

I. Патент США N 3473368, кл. 75-55, опубл. 1969.

2. Патент США № 3541852, кл. 73-151, оиубл. 1970.