Система автоматического регулирования реологических параметров бурового раствора Советский патент 1982 года по МПК E21B21/06 E21B44/00 

Изобретение относится к системам регулирования реологических параметров, в частности предельного напряжения сдвига и пластической вязкости бурового раствора,и может быть применено в системах автоматизации процессов бурения нефтяных и газовых скважин. Известна система автоматического контроля свойства бурового раствора, позволяющая контролировать его вязкость, рН, плотность и электрическое сопротивление 1. Однако данная система не обеспечи вает контроль собственно реологических параметров бурового раствора, не формирует соответствующих регулирующих воздействий, а управление обо рудованием для регулирования свойств бурового раствора осуществляется опе ратором. Система также не обеспечивает контроля реологических параметров бурового раствора, таких как пре дельное напряжение сдвига и пластическая вязкость, и не формирует авто матических регулирующих воздействий. Управление оборудованием в данной системе осуществляет оператор. Известна также система автоматиче кого регулирования голержания коллоидной фазы и объема бурового раствора, включающая наземную циркуляционную систему с исполнительным блоком, содержащим дозатор, насос, сепаратор и испаритель, два блока выделения знака, регулятор, четыре ключа и логический блок, при этом регулятор соединен с входами ключей, управляю- щие входы которых подключены к соответствующим выходам логического блока, а выходы к.гаочей подключены к соответствукмцим входам исполнительного блока, установленного на входе циркуляционной системы, причем на выходе циркуляционной системы установлен .цатчик контроля объема бурового раствора, выход из которого через блок выделения знака подключен к входу логического блока. Кроме того, система регулирования содержит расходомер, датчик содержания коллоидной фазы, два блока выделения модуля, блок умножения и сумматор, причем выходы датчиков контроля объема и содержания коллоидной фазы подключены соответственно через первый блок вьщеления модуля, через второй блок выделения модуля и блок умножения ко входам сумматора, выхсл которого через регулятор соединен с входами ключей, а выход расходомера подключен к второму входу блока умножения, и до.полнительный выход датчика содержания коллоидной фазы подключен через второй блок выделения знака к входу логического блока Г21. Рассмотренная система автоматичес кого регулирования обеспечивает авто матцческое регулирование содержания коллоидной фазы и объема бурового раствора, однако она не может обеспечить при существующих в процессе бурения возмущениях на буровой раствор стабилизацию его необходимых структурно-механических свойств. Это главным образом связано с тем, что в рассмотренной системе не контролируются и не регулируются реологические параметры раствора, а также тем, что одним лишь измейением соотношения кол юидного материала и растворителя нельзя при указанных возмущениях получить оптимальные структурно-механические свой ства бурового раствора. Цель изобретения - повышение стабильности реологических параметров бурового раствора в процессе бурения Указанная цель достигается тем, что система автоматического регулирования, включающая наземную циркуля ционную систему с исполнительным бло ком, содержащим дозатор, насос, сепаратор и испаритель, два блока выде ления знака, регулятор, четыре ключа и логический блок, в которой регулятор соединен с входами ключей, управ ляющие входы которых подключены к со ответствующим выходам логического блока, а выходы ключей подключены к соответствующим входам исполнительно го блока, установленного на входе циркуляционной системы, пртчем на вы ходе циркуляционной системы установлен датчик контроля объема бурового раствора , выход из которого через блок выделения знака подключен к вхо ду логического блока, снабжена датчи ками предельного напряжения сдвига и пластической вязкости, блоком деления, дискретным управляющим устройст .вом и двумя исполнительными механизмами-насосами для подачи химреагентов , при этом выход датчика пластической вязкости подключен к блоку д§ ления и к регулятору, а также через блок выделения знака к логргческому блоку, а выход датчика предельного напряжения сдвига подключен лишь к блоку деления, выход из которого сое динен через д-искретное управляющее устройство с исполнительными механиз мами.для подачи химреагентов. Предлагаемая система непрерывно и автоматически в замкнутом цикле обес печивает регулирование как объема бу рового раствора, так и основных его реологических параметров, таких как пластическая вязкость, предельное напряжение сдвига и независимый динамический коэффициент пластичности, причем это регулирование обеспечивает оптимальные значения указанных параметров бурового раствора -и при значительных возмущениях, которые имеют место в процессе бурения, в результате чего обеспечивается снижение энергозатрат на бурение скважин. На чертеже представлена структурная схема системы автоматического регулирования реологических параметров бурового раствора. Объектом регулирования является буровой раствор, циркулирующий через скважину li наземную циркуляционную систему 1. В циркуляционной системе установлены исполнительный блок 2, включающийдозатор 3, насос 4, сепаратор 5 и испаритель 6, исполнительные механизмы 7 и 8 для подачи химреагентов, также установлены датчики 9-11 соответственно объема бурового раствора и его реологических параметров - пластической вязкости и предельного напряжения сдвига. Выходы датчиков 10 и 11 подключены к блоку 12 деления, выход которого подключен ко входу дискретного управляющего устройства 13. Выходы дискретного управляющего устройства 13 подключены ко входам исполнительных механизмов 7 и 8 для подачи химреагентов. Выходы датчиков 9 и 10 подключены соответственно ко входам двух блоков 14 и 15 выделения знака. Выход датчика 10 также подключен ко входу регулятора 16, выход которого параллельно через четыре ключа 17-20 подключен к соответствующим входам исполнительного блока 2,а именно к дозатору 3, насосу 4, сепаратору 5 и испарителю 6. Управляющие входы ключей 17-20- подключены к соответствующим выходам логического блока 21, входы которого подключены к выходам двух блоков 14 и 15 выделения знака. Система автоматического регулирования работает следующим образом. В процессе бурения буровой раствор подвергается действию различных возмущений, вследствие чего изменяются его количество и показатели структурно-механических свойств. Приборы 9-11, установленные в наземной циркуляционной системе 1, измеряют соответственно объем, пластическую вязкость и предельное напряжение сдвига. Блок 12 определяет независимый динамический коэффициент пластичности. . Если значение независимого динамического коэффициента пластичности выходит за пределы оптимальных значений, то дискретное управляющее устройство включает один из исполнительных механизмов 7 или 8 для подачи

химреагентов. Так, например,- при значении независимого динамического коэффициента пластичности, меньшем минимально допустимого, включается подача реагента-структурообразойателя, при значении, большем максимально допустимого, включается подача реагента-стабилизатора. Одновременно регулятором 16 с помощью исполнительного блока 2 осуществляется регулирование реологических параметров бурового раствора. Регулятором 16 формируется сигнал рассогласования между текущим значением пластической вязкости, получаемым датчиком 10 пластической вязкости, и ее заданньш значением. Регулятор 16 управляет одним из четырех механизмов исполнительного блока 2: дозатором 3 для I подачи коллоидного материала, насосом 4 для подачи жидкости сепаратором 5 для удаления легкой фракции и испарителем 6 для удаления жидкости. На основании информации о знаках отклонений объема и пластической вязкости, полученной блоками 14 и 15 логический блок 21 определяет, како именно механизм исполнительного блок необходимо подключить через один из ключей 17-20 к регулятору 16.

Алгоритм работы логического блока следующий. Если знаки отклонений объема и пластической вязкости отрицательны, то включается ключ 17, если знак отклонения объема отрицателен, а знак отклонения пластической вязкости положителен, то включается клю 18, если знаки обоих отклонений положительны, то включается ключ 19, еели знак отклонения объема положителе а знак отклонения пластической вязкости отрицателен, то включается ключ 20.

Предлагаемая система автоматического регулирования позволяет иметь в циркуляционной системе буровой раствор с заданными по условиям бурения значениями реологических параметров (пластической и предельного напряжения сдвига), а также обеспечивает регулирование объема бурового раствора в количестве, необходимом для производства процесса бурения. Кроме того, путем определения незави симого динамического коэффициента пластичности система регулирования поддерживает оптимальные реологические параметры бурового раствора. Все это в свою очередь обеспечивает значительное снижение энергозатрат на

приготовление, хранение и регенерацию бурового раствора. Предлагаемая система автоматического регулирования позволяет также увеличить скорость проходки скважины, так как скорость бурения непосредственно зависит от регулируемых реологических параметров .

Предлагаемая система может быть применена в схеме автоматизации буро0вой установки, и ее внедрение обеспечит значительное повышение техникоэкономических показателей бурения, а соответственно и обеспечит народному хозяйству существенный экономический

5 эффект.

Формула изобретения

Система автоматического регулирования реологических параметров бурового

0 раствора, содержащая наземный циркуляционный узел с исполнительным блоком, включающим дозатор, насос, сепаратор и испаритель, два блока вьщеления знака, регулятор, четыре ключа и ло5гический блок, регулятор соединен с входами ключей, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам логического блока, установле йного на входе, циркуляционного узла,

0 причем на выходе циркуляционного узла установлен датчик контроля объема бурового раствора, выход которого через блок выделения знака подключен ко входу логического блока, отлича5ющаяся тем, что, с целью повышения стабильности реологических параметров бурового раствора в процессе бурения, она снабжена датчиками предельного напряжения сдвига и пласти0ческой вязкости, блоком деления,дискретным управляющим блоком и двумя исполнительными механизмами-насосами для подачи химреагентов, при этом выход датчика пластической вязкости подключен к блоку деления, к регуля5тору, а также через блок выделения знака к логическому блоку, а выход датчика предельного напряжения сдвига подключен к блоку деления, выход которого соединен через дискретный

0 управляющий блок с исполнительными механизмами для подачи химреагентов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США 3473368, кл. 75-55

5 опублик. 1974.

2. Авторское свидетельство СССР 659722,.кл. Е 21 В 21/06, 1974.