Система автоматического регулирования содержания коллоидной фазы и объема бурового раствора

О П И С А Н И Е 111)659722ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических(43) Опубликовано 30,04.79. Бюллетень Мо 1 (45) Дата опубликования описания 30.04,79 СССРам изоб УДК 662,276,277(54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВА СОДЕРЖАНИЯ КОЛЛОИДНОЙ ФАЗЪ И ОБЪЕМ БУРОВОГО РАСТВОРА рения глубоких контролируемых Изобретение относится к системам регулирования количества и свойств бурового раствора, используемого при бурении нефтяных и газовых скважин.Известна система автоматического конт роля свойств бурового раствора, позволяющая контролировать многие важные параметры бурового раствора: вязкость, рН, плотность, СНС, электрическое сопротивление 1. 10Однако в систему не включены приборы для контроля собственно процесса промывскважин, а управление оборудованиемя регулирования свойств бурового раста по данным измерений должен осуще лять оператор.Наиболее близким техническим решением к данному изобретению из известных систем контроля и управления является электронная система для контроля бурения нефтяных и газовых скважин, включающая наземную циркуляционную систему, расходомер, датчики контроля объема бурового раствора и содержания коллоидной фазы в буровом растворе (по косвенным параметрам: вязкость, плотность). Управление оборудованием в данной системе осуществляет оператор 2.Сложность процесса бускважин, большое число30 параметров и многообразие ооорудования приводят к тому, что оператор не успевает управлять всем оборудованием одновременно, а расчленяет процесс управления на отдельные задачи, которые имеют различный приоритет и решаются в определенной последовательности.Целью изобретения является уменьшение потерь ценных компонентов и снижение энергозатрат на хранение и регенерацию бурового раствора.Это достигается тем, что система снабжена двумя блоками выделения модуля, двумя блоками выделения знака, блоком умножения, сумматором, регулятором, четырьмя ключами, логнческим блоком и исполнительным блоком, прн 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 рсгулятор 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, причем 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.Кроме того, исполнительный блок содержит дозатор, насос, сепаратор и испаритель.Предложенная система непрерывно взамкнутом 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 каждый текущий момент времени,На чертеже представлена структурнаясхема 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 множитель 14 ко входам сумматора 15, выход которого подключен ко входу регулятора 16. Выход регулятора 16 параллельно через четыре ключа 17, 18, 19 и 20 подключен к соответствующим входам исполнительного блока 2. Управляющие входы ключей 17, 18, 19 и 20 подключены к соответству ющим выходам логического блока 21, входы которого подключены 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 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 60 65 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 изодромному, одним из четырех механизмов исполнительного блока 2: дозатором 3 для подачи коллоидного материала, насосом 4 для подачи жидкости, сепаратором 5 для удаления лсгкой фракции или испарителем 6 удаления жидкости. Какой именно меха.шзм исполнительного блока необходимо подключить чеосз один из ключей 17, 18, 19 или 20 к регулятору 16 в каждый текущий момент времени, определяет логический блок 21 на основании информации о знаках отклонений объема и содержания коллопдной фазы, полученной блоками 12 и 13.Алгоритм работы логического блока следующий: 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 знак отклонения обьема положителел, а знак отклонения коллоидной фазы отрицателен, то включается 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 практически будет определяться величиной одного из отклонений. Как только отклонение с нулевым значением вновь сменит знак, вновь подключится прежний механизм. Таким образом, оба отклонения уменьшатся до нуля, и система придет в равновесие.Предложенная система автоматического регулирования позволяет в каждый текущий момент времени иметь в циркуляционной системе буровой раствор с заданным по условиям бурения содержанием коллоидной фазы в таком количестве, которое необходимо для производства процесса бурения и предотвращения возможной потери циркуляции. В результате этого значительно уменьшаются потери ценных компонентов бурового раствора и снижаются энергозатраты на приготовление, хранение и регенерацию бурового раствора.Предложенная система позволяет также увеличить скорость бурения, так как подРедактор Г. Лановая Заказ 679/3 Изд.301 Тираж 657 Подписное НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытии 113035, Москва, )К.35, Раугпскпя нап д. 4 5тппограг 1 и я, пр, Сапунова. 2 держивает 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 окружающей среды, например в морском бурении. 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 коллоидной фазы, отличающ а я с я 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 коллоиднойфазы подключены соответственно черезпервый блок выделения модуля и черезвторой блок выделения модуля и блок ум 5 ножения ко входам сумматора, выход которого через регулятор соединен со входами ключей, управляющие входы которыхподключены к соответствующим выходамлогического блока, а выходы ключей под 10 ключены к соответствующим входам исполнительного блока, установленного на входециркуляционной системы, при этом выходрасходомера подключен ко второму входублока умножения, а выходы датчиков конт 15 роля объема и содержания коллоидной фазы подключены через соответствующие блоки выделения знака ко входам логическогоблока.2. Система автоматического регулирова 20 ния по п. 1, о тл и ч а ю щ а я с я тем, чтоисполнительный блок содержит дозатор,насос, сепаратор и испаритель.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе25 1. Патент СШЛ3473368, кл. 75 - 55,опубл. 1969.2, Патент США354 1852, кл. 73 в 1,опуол, 1970.