Система автоматического регулирования процесса цементирования скважин

О П И С А Н И Е рц 644938ИЗОЬЕЕТЕНИЯУ Союе Советских Социалистических Республик(71) Заявитель 54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН5 цель достигается тем, что сина регулятором подачи тамствора, датчиком давления, регулятором подачи модифибавок, плотномером и реометустановлен на выходе расходУказанная стема снабж понажного р дозатором и цирующих д ром, которы Изобретение относится к области нефтяных и газовых скважин.Известна система автоматического регулирования процесса цементирования скважин, содержащая датчик уровня и плотномер, установленные в расходной емкости с приготавливаемым раствором, регулятор расхода воды (или регулятор подачи цемента), вход которого подключен к плотно- меру, а выход через дозатор соединен со смесителем цемента и воды, и регулятор подачи тампонажного раствора, вход которого подключен к датчику уровня, а выход соединен с цементировочными насосами 1,Недостатком такой системы является невозможность изменять производительность приготовления и закачивания тампонажного раствора в процессе работы без заметного ухудшения свойств раствора. Кроме того, и при постоянной производительности могут возникать большие отклонения от заданной рецептуры раствора, так как стабилизация водоцементного соотношения с помощью плотномера не гарантирует высокое качество раствора при широком диапазоне изменения физико-химических свойств исходных материалов массового производства.Наи более близким техническим решенисущности и достигаемому эффекту ЗО является 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 датчик производительности 2Недостаток известной системы заключается в невысоком качестве цементирования. Система не обеспечивает закачивание тампонажного раствора в скважину в оптимальном режиме из-за ограниченности своей структуры, а отсутствие обратных связей по качественным параметрам тампонажного раствора приводит к существенным отклонениям его рецептуры от заданной.Целью настоящего изобретения является повышение качества цементирования скважин.3ной емкости с приготавливаемым раствором и подключен к входу регулятора 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 предлагаемой системы автоматического регулирования процесса цементирования скважин. Система содержит четыре цепи регулирования: цепь регулирования подачи тампонажного раствора, включающую регулятор 1 подачи тампонажного 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 подает модифицирующие добавки в смеси- тель 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. Один 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,25 30 35 40 45 50 55 60 б 5 4Система 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 цемснтирования 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 1 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 б 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,оСтабилизация заданной плотности тампо. нажного 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 там- 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 цементировани я скважин снижает вероятность возникновения осложнений в процессе цементирования и увеличивает срок безремонтной эксплуатации скважины, что дает экономический эффект, намного превышающий стоимость самого процесса цементирования. 6формула изобретенияСистема автоматического регулированияпроцесса цементирования скважин, вклю 5 чающая датчик уровня, установленный врасходной емкости с приготавливаемымраствором, регуляторы подачи цемента ирасхода водыподключенные через соответствующие дозаторы к смесителю цемента и10 воды, блок установки соотношения, расходомер, установленный на выходе дозатораводы, и датчик производительности, от л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышениякачества цементирования скважин, она со 15 держит регулятор подачи тампонажногораствора, датчик давления, дозатор и регулятор подачи модифицирующих добавок,плотномер и реометр, который установленна выходе расходной емкости с приготавли 20 ваемым раствором и подключен к входурегулятора подачи модифицирующих добавок, второй вход которого соединен с выходом расходомера, при этом плотномер установлен на выходе смесителя цемента и25 воды и подключен к входу регулятора расхода воды, второй вход которого соединенчерез блок установки соотношения с выходами датчиков уровня и производительности, при этом датчик давления установлен30 на устье скважины и подключен к входурегулятора подачи тампонажного раствора,соединенного с цементировочными насосами, на выходе которых установлен датчикпроизводительности и подключен совмест 35 но с выходом датчика уровня к входу регулятора подачи цемента.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Синельникова А. В. и др. Автоматиза 40 ция технологических процессов. М., Недра, 1968, с. 6 - 7.2. Авторское свидетельство СССРИо 453485, кл, Е 21 Г 15/08, 1970.Составитель Н, Чижикова Редактор 3. Ходакова Техред А. Камышникова Корректоры Е Хмелев и А, Галахов Заказ 2704/7 Изд.122 Тираж 657 Подписи НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д 4/5 Типография, пр. Сапунова