Устройство для контроля дифференциального расхода Советский патент 1980 года по МПК G01F1/00 

.1

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для обнаружения поглощений бурового раствора и пластовых проявлений на начальном этапе их 5 развития и для оптимизации процесса бурения нефтяных и газовых сквгикин.

Известно устройство, позволянкцее косвенно, по изменению уровня в приемных емкостях судить о изменениях 10 расходов промывочной жидкости р..

Однако это устройство обладает низкой информационной способностью, а также недостаточной надежностью и точностью измерения.. |5

Наиболее близким по технической сущности к описываемому изобретению . является устройство для контроля дифференциального расхода, содержа- 20 щее сборную и расходную емкости с клапаном перепуска жидкости, два датчика уровня, помещенные в емкос.ти, блок управления, выход которого подключен к исполнительному устрой- 25 ству, связанному с клапаном перепуска жидкости, два преобразователя уровень-частота, на вход которых включены датчики уровня, генератор тактовых импульсов,- подключенный к 30

блоку управления, задатчик, блок сигнализации 2.

Недостаток такого устройства заключается в структурной избыточности, что ведет к потере точности измерения дифференциёшьного расхода, а следовательно, и к низкой надежности дальнейшего анализа и обработки информации. Кроме того, аппаратурная сложность всего устройства не отвечает требованиям его практического применения для эксплуатации в условиях буровой установки.

Цель изобретения - повыпение точности измерения.

Для этого в устройство для контроля дифференцисшьного расхода введены два ключа, две схемы И, реверсивный счетчик, дешифратор, схема сравнения, к входам которой подключен задатчик и через дешифратор выходы младших разрядов реверсивного счетчика, а выход соединен с первыми входами схем И, вторые входы которых подключены к выходам старших разрядов реверсивного счетчика, причем выходы схем И связаны с Олоком синхронизации, управляющие РХОДЫ ключей - с бдокс1ми управления, а выходы - с входгили прямого и обратного счета реверсивного счетчика, при этом выходы преобразователей уро вень-частота подключены к ключам.

На чертеже представлена структурная электрическая схема дифференциального расходомера.

Устройство содержит сборную 1 и расходную 2 емкости, оснащенные датчиками 3 и 4 уровня со взаимноо&ратныМи статическими характеристиками. Между емкостями установлен клапан 5 перепуска жидкости, соединенный чере;э исполнительное устройство 6 с блоком 7 управления, связаннЕлм с генератором 8 тактовых импульсов. Выходы датчиков уровня через преобразователи 9 и 10 уровень-частота подклк)чены совместно с выходами блока упра|вления к ключам 11 и 12. Выход1д клче;й связаны с шинами прямого 13 и обратного 14 счета реверсивного счетчика 15, выходы 16 младших разрядов которого через дешифратор 17 остс1тка совместно с выходами кодового згщатчйка 18 объединены схемой 19 сравнения кодов. Выходы схемы сравнения кодс1в совместно с обоими выходами 20 и 21 старшего разряда поданы на схегмы и 23,которые подключены к блоку

24сигнализации. Крюме того/ peв6 pсивный счетчик имеет кодовый выход

25для связи с инфорг ацйонными системами или с устройствами оптимизации процесса бурения.

При автоматическом анализе и диагностике вида осложнения в скважине основным информационным сигналом является знак и величина дифференциального расхода. В основу работы предложенного устройства положен алгоритм работы, основанный на решении системы неравенств

.Q

Q к .)

-U.Q Ь:В,

где QBX - расход бурового раствора

на входе в скважину; Qgbiv - расход бурового раствора

на выходе из скважины, К - допустимая величина потер

раствора в скважине; В - минимально допустимая величина водогазонефтепЕЮявления.

Практически величины К и Б равны по абсолютной величине в диапазоне выбранного диапазона измерения.

.Данный алгоритм аппаратурно просто реализован применением принципа реверсивного счета на реверсивном счетчике 15. Измерение расхода Овьш. осуществляется путем измерения уровня промывочной жидкости в сборной емкости 1, а измерение путем контроля уровня в расходной емкости 2.

Нормальный установившийся режим циркуляции- бурового раствора в сквл

жине характеризуется равенством расходов промывочной жидкости на входе и выходе из скважины

.

Разобщим в этот момент сообщающиеся сборную 1 и расходную 2 емкости подачей управляющего сигнала на клапан 5 перепуска жидкости между данными емкостями на период времени, равный Б . Тогда в обеих емкостях с момента времени начинают ,няться уровни промывочной жидкости В сборной емкости, к концу периода времени 1 уровень промывочной жидкости составит

Dc- t,H,

(i)

расходной емкости к этому же моу времени получаем

, ()

о

HI.- уровень промывочной жидкости в обеих емкостях до их

разобщения в момент времениЛН- динс1мическое приращение

уровня в каждой емкости за интервал времени, равный

и. Определяется из условия

,

вых

откуда

дН--

(5)

где S - площадь поперечного сечения

каждой емкости. Преобразуем информационные сигналы от датчиков 3 и 4 в непрерывный частотный сигнал переменного тока. При этом статическая характеристика на выходе преобразователя 9 уровеньчастота имеет вид (с учетом периода времени разобщения D)

М -п - Н J

5с-5о - Н-± макс (лакс

а на выходе другого преобразователя 10 уровень-частота

Н - и .

, С1)

о - начальное значение частоты, соответствующее нижнему предельному значению уровня промывочной жидкости Hof MCJKc диапазон изменения часто ты, соответствующий диа пазону изменения уровня , - начальное значение часто ты, соответству ощее верх нему предельному значению уровня. Следующим тактом блока 7 управле ния в момент времени -Ьс t-j + D откры вается ключ 11 на время -t у, и частотный сигнал с преобразователя 9 уровень-частота подается на шину 13 прямого счета реверсивного дчетчика За время-fc в счетчик поступило число импульсоч . ев) Затем открывается ключ 12 на время -th и на шину 14 обратного счета реверсивного счетчика 15 поступает частотный сигнал с преобразователя 10 уровень-частота. Так как с учетом вырс1жения (2) реверсивный счетчик имеет нулевое состояние всех разрядов, а это означает, что данная ситуация обладает f-fHHHMyMOM информации для бурильщика и по принципу черного ящика классифицируется, процесс промывки скважины протекает нормгшьно, без осложнений и величина дифференциального расхода ДС| О, следователь но, .все в порядке. Управляющий сигна блока 7, воздействующий через исполнительное устройство 6 на клапан 5 перепуска жидкости, снижается автома тически через каждый период времени .равный .; в эти моменты емкости сообщгиотся и происходит выравнивание уровня в обеих емкостях. Если расход на выходе из скважин Qgjj, уменьшился на ДЦ , то это озна чает развитие поглощения промывочно жидкости в скважине. При поглощении промывочной жидкости с величиной AQ превышающей критическг)е значение К згщаваемое бурильщиком с помсмцью ко дового задатчика 18, в зависимости от условий бурения (например, при К 2 и лЦ 2 м ч) , измерение диффе ренциального расхода и ангшиз его знака формируем следукнцим образом. Уменьшение расхода на выходе с учетом выражений (3)-(7) приводит к тому, что в момент времениt t-j + D на выходе преобразователей 9 и 10 уровень-частота частотные.сиг налы будут связаны соотношением . (9) Тогда при открывании 12 на время t на шину 14 обратного счета поступает сигнал от преобразователя 10 уровень-частота. За время -tf, в счетчик поступило число импульсов NP рЪ„, Сно) следовательно, учитывая выражение(8) . д.) Так как вычитаемое больше уменьшаемого, то старший разряд реверсивного счетчика занял единичное состояние. При этом на выходе 21 старшего разряда имеется единичный сигнал, а на другом его выходе 20 - нулевой сигнал. Остаток сравнения частот формирует на выходах 16 младших разрядов реверсивного счетчика 15 код,значение которого поступает на вход схемы 19 сравнения кодов. Сюда же подается кодовый сигнал от кодового задатчика 18. При этом если остаток сравнения частот в виде кодового сигнала, находящегося в младших разрядах реверсивного счетчика 15, меньше кодового сигнала на выходе кодового эадатчика 18/ то на выходе схемы 19 сравнения кодов имеется нулевой сигнал, в противном случае на выходе схемы сравнения единичный сигнал. Одновременное наличие двух единичных сигналов на входе схемы И 23 означает, что Л0| 7, 2 , При этом загорается табло поглощение блока 24 сигнализации и срабатывает звуковая сигнализация, для того чтобы бурильщик принял необходимые меры. В случае если/Nc Np/ K, то табло не горит и сигнашизация отсутствует, так как на выходе схекел 19 сравнения кодов исчез единичный сигнал. При газонефтепроявлениях в скважине частотные сигнгшы от преобразователей 9 и 10 уровень-частота связаны соотношением $0 42) Сравнение частот происходит по тому же алгоритму, но так как с учетом выражений (8) и (10) уменьшаемое С больше вычитаемого, то старший разряд реверсивного счетчика нахоится в нулевом состоянии. Это означает, что на выходе 20 старшего разряда имеется единичный сигнал, а на выходе 21 - нулевой сигнал. Если значение кода остатка от сравнения частот больше кодового значения от коового задатчика 18, то на выходе сравнения кодов появляется единичный сигнал. Два единичных сигнала на входе схема И 22 означают наличие водогазонефтепроявления. При этом загорается табло Проявление и срабатывает звуковая сигнализация. Таким образом, бурильщик извещен о конкретной ситуации и всегда может определить величину дифференциального расхода, умейьшая величину диапазона измерения (т.е.) нажатием соответствующей кнопки кодового задатчика 18.

Когда табло Проявление и Поглощение погашены, звуковая сигнализация отсутствует, то результат измерения не представляет интереса для бурильщика и он может уверенно выполнять требуемые операции.

Наличие кодового выхода с реверсивного счетчика 15 позволяет считывать в различные моменты времени как значения уровней в емкостях, так и величину дифференциального расхода в двоично-десятичном коде. Это необходимо для последующей обработки данной информации и оптимизации процесса бурения.

Формула изобретения

Устройство для контроля дифференциального расхода, содержащее сборную и расходную емкости с клапаном перепуска жидкости, два датчика уровйя, помещенные в емкости, блок управления, выход которого подключен к исполнительному устройству, свяванному с клапаном перепуска жидкос-ч ти, два преобразователя уровень-частота, на вход которых включены датчики уровня, генератор токовых импульсов, подключенный к блоку управления, задатчик, блок сигнализации, отличающееся тем, что, с цеЛью повышения точности контроля, введены два ключа, две схемы И, реверсивный счетчик, дешифратор, схема сравнения, к входам которой подключены задатчик и через дешифрагЬр выходы младших разрядов реверсивного счетчика, а выход соединен с первыми входами схем И, вторые входы которых подключены к выходам старших

5 разрядов реверсивного счетчика, причем выходы схем И связаны с блоком сигнализации, управляющие входы ключей - с блоком управления, а выходы с входами прямого и обратного счета

Q реверсивного счетчика, при этом выходы преобразователей уровень-частота подключены к ключам.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Журнал Нефтяное хозяйство 1977, И 5, с. 15.

2.Авторское свидетельство СССР № 430280, кл. G 01 F 1/00, 1972 (прототип).