Устройство для контроля дифференциального расхода

Союз Советскик Социалистических РеспубликОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВ ЕТИЗЬСТВУ 11 775620(51)М. Кл. С 01 Г 1/00 с присоединением заявки Йо(23) Приоритет Государственный комитет СССР по деяам изобретений и открытиИОпубликовано 301080 Бюллетень Йо 40 Дата опубликования описания 301080(72) Авторы изобретения В.К. Бицута, В.И. Иванов, Ю.М. Дунаев и В.Н. Есауленко Грозненский ордена Трудового Красного Знамени нефтяной институт им. акад. М.Д. Миллионщикова(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО РАСХОДА1Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для обнаружения поглощений бурового раствора и пластовых проявлений на начальном этапе их развития и для оптимизации процесса бурения нефтяных и газовых скважин.Известно устройство, позволяющее косвенно, по изменению уровня в приемных емкостях судить о изменениях расходов промывочной жидкостиОднако это устройство обладает низкой информационной способностью, а также недостаточной надежностью и точностью измерения. Наиболее близким по технической сущности к описываемому изобретению является устройство для контроля дифференциального расхода, содержащее сборную и расходную емкости с клапаном перепуска жидкости, два датчика уровня, помещенные в емкос.ти, блок управления, выход которого подключен к исполнительному устройству, связанному с клапаном перепуска жидкости, два преобразователя уровень-частота, на вход которых включены датчики уровня, генератор тактовых импульсов; подключенный к 2блоку управления, задатчик, блоксигнализации 21.Недостаток такого устройства заключается в структурной избыточнос ти, что ведет к потере точности измерения дифференциального расхода,а следовательно, и к низкой надежности дальнейшего анализа и обработки информации. Кроме того, аппара турная сложность всего устройстване отвечает требованиям его практического применения для эксплуатациив условиях буровой установки.Цель изобретения - повышение точ ности измеренияДля этого в устройство для контроля диФференциального расхода введены два ключа, две схемы И, реверсивный счетчик, дешифратор, схема 20 сравнения, к входам которой подключен эадатчик и через дешифратор выходы младших разрядов реверсивногосчетчика, а выход соединен с первымивходами схем.И, вторые входы кото рых подключены к выходам старшихразрядов реверсивного счетчика, причем выходы схем И связаны с блокомсинхронизации, управляющие входыключей - с блоками управления, а 30 выходы - с входами прямого и обрат 775620ного счета реверсивного счетчика, при этом выходы преобразователей ур 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 взаимнообратными статическими характеристиками. Между емкостями установлен клапан 5 перепуска жидкости, соединенный че ф реэ исполнительное устройство 6 с блоком 7 управления, связанным с генератором 8 тактовых импульсов. Выходы датчиков уровня через преобразователи 9 и 10 уровень-частота подклю чены совместно с выходами блока управления к ключам 11 и 12. Выходы ключей связаны с шинами прямого 13 и обратного 14 счета реверсивного счетчика 15, выходы 16 младших разрядов рр которого через дешифратор 17 остатка совместно с выходами кодового эадатчика 18 объединены схемой 19 сравнения кодов. Выходы схемы сравнения кодов совместно с обоими выходами 20 и 21 старшего разряда поданы на схемы И 22 и 23,которые подключены к блоку 24 сигнализации. Кроме того, реверсивный счетчик имеет кодовый выход 25 для связи с информационными системами или с устройствами оптимиэа- ЗО ции процесса бурения.При автоматическом анализе и диагностике вида осложнения в скважине основным информационным сигналом является знак и величина дифференциаль ного расхода. В основу работы предложенного устройства положен алгоритм работы, основанный на решении системы неравенств ( ВЫХ ЙВХ= к дО +д 9 к О) -дЯВ где Явх - расход бурового растворана входе в скважину; (Вых - расход бурового растворана выходе из скважины," К - допустимая величина потерьраствора в скважине; В - минимально допустимая величина водогазонефтепроявления, практически величины К и В равны по абсолютной величине в диапазоне выбранного диапазона измерения..Данный алгоритм аппаратурно просто реализован применением принципа реверсивного счета на реверсивном счетчике 15. Измерение расхода Овы осуществляется путем измерения урОВня прОмывочнОй жидкОсти в сборной емкости 1, а измерение Овх- путем контроля уровня в расходной емкости 2.Нормальный установившийся режимциркуляции бурового раствора в сква жине характеризуется равенством расходов промывочной жидкости на входе и выходе из скважинывх. выхРазобщим 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 13 . Тогда в обеих емкостях с момента времени 1; начинают изме- няться уровни промывочной жидкости Э сборной емкости, к концу периода времени 1) уровень промывочной жидкости составитН =Н дН,1а в расходной емкости к этому же моменту времени получаемНдс=Н -дН (4)1огде ц . - уровень промывочной жидкосОти в обеих емкостях до ихразобщения в момент време,фДН - динамическое приращениеуровня в каждой емкости заинтервал времени, равный2. Определяется из условия(вь х Вд"откудагде 5 - площадь поперечного сечениякаждой емкости.Преобразуем информационные сигналы от датчиков 3 и 4 в непрерывный частотный сигнал переменного тока.При этом статическая характеристика на выходе преобразователя 9 уровень- частота имеет вид (с учетом периода времени, разобщения Р)Н -Но1мокса на выходе другого преобразователя10 уровень-частотаН 1 с-тР ВО дН дмокС ( мокс гденачальное значение частоты, соответствующее нижнему предельному эначению уровня промывочной жидкости Н, 775620д- диапазон изменения частоты, соответствующий диапазону изменения уровня аН,сначальное значение частоты, соответствующее верхнему предельному значенииуровня.Следующим тактом блока 7 управления в момент времени 1 с = 1 + 0 открывается ключ 11 на времяи частоти ный сигнал с преобразователя 9 уровень-частота подается на шику 13 прямого счета реверсивного счетчика. За времяв счетчик поступило число импульсочс си8)Затем открывается ключ 12 на время 1 и на шину 14 обратного счетареверсивного счетчика 15 поступаетчастотный сигнал с преобразователя10 уровень-частота. Так как с учетомвыражения (2)Ес Рто реверсивный счетчик имеет нулевое состояние всех разрядов, а это означает, что данная ситуация обладает Минимумом информации для бурильщика и по принципу "черного ящика" классифицируется, процесс промывки скважины протекает нормально, беэ осложнений и величина дифференциального расхода ДЦ= О, следовательно, .все в порядкеУправляющий сигнал блока 7, воздействующий через исполнительное устройство 6 на клапан 5 перепуска жидкости, снижается автоматически через каждый период времени, равныйТ = Э+21 пВ эти моменты емкости сообщаютсяи происходит выравнивание уровня в обеих емкостях.Если расход на выходе из скважиныЦэь, уменьшился на дЦ, то это означает развитие поглощения промывочной жидкости в скважинеПри поглощении промывочной жидкости с величиной М , превышающей критическое значение К задаваемое бурильщиком с помощью кодового эадатчика 18, в зависимости от условий бурения (например, при К2 и дЦ ) 2 м/ч), измерение дифференциального расхода и анализ его знака Формируем следующим образом.уменьшение расхода на выходе ЦЕХс учетом выражений (3)-(7) приводит к тому, что в момент времени 1 с= = 11 + 2 на выходе преобразователей 9 и 10 уровень-частота частотные.сигналы будут связаны соотношением Тогда при открывании кляча 12 навремя 1 на шину 14 обратного счетапоступает сигнал от преобраэователя10 уровень-частота. За время 1 всчетчик поступило число импульсов5 1 Чр Ер:, , (1 О)следовательно, учитывая выражение(8)"Рйс (,И)Так как вычитаемое больше уменьО шаемого, то старший разряд реверсивного счетчика занял единичное состояние. При этом на выходе 21 старшегоразряда имеется единичный сигнал, ана другом его выходе 20 - нулевой15 сигнал. Остаток сравнения частот Формирует на выходах 16 младших разрядов реверсивного счетчика 15 код,значение которого поступает на входсхемы 19 сравнения кодов. Сюда же щ подается кодовый сигнал от кодовогозадатчика 18. При этом если остатоксравнения частот в виде кодового сигнала, находящегося в младших разрядах реверсивного счетчика 15, меньшекодового сигнала на выходе кодовогоэадатчика 18, тона выходе схемы 19сравнения кодов имеется нулевой сигнал. В противном случае на выходесхемы сравнения единичный сигнал. Одновременное наличие двух единичныхсигналов на входе схемы И 23 означа- .ет, что дЦ Ъ 2 м /ч.При этом загорается табло "поглощение" блока 24 сигнализации и срабатывает звуковая сигнализация ,дляРтого чтобы бурильщик принял необходимые меры.В случае если /Йс-ИР/К, то таблоне горит и сигнализация отсутствует,так как на выходе схемы 19 сравнения 40 кодов исчез единичный сигнал.При гаэонефтепроявлениях в скважине частотные сигналы от преобразователей 9 и 10 уровень-частота связанысоотношением45 (ра)Сравнение частот происходит по тому же алгоритму, но так как с уче том выражений (8) и (10) уменьшаемоеИС больше вычитаемого, то старшийразряд реверсивного счетчика находится в нулевом состоянии. Это означает, что на выходе 20 старшего раз-ряда имеется единичный сигнал, а навыходе 21 - нулевой сигнал. Если зна чение кода Остатка От сравнения частот больше кодового значения от кодового эадатчика 18, то на выходесхемы сравнения кодов появляется единичный сигнал. Два единичных сигналана входе схемы И 22 означают наличиеводогазонефтепроявления. При этомзагорается табло "Проявление" и срабатывает звуковая сигнализация. Та"ким образом, бурильщик извещен о конкретной ситуации и всегда может опре775620 ВНИИЛИ Заказ 7716/ Тираж 801 Подпнсно делить величину дифференциального расхода, уменьшая величину диапазона измерения (т;е. К =В) 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 уровня, помещенные в емкости, блок управления, выход которого подключен к исполнительному устройству, свяэанному с клапаном перелуска жидкости, два преобразователя уровень-частота, на вход которых включены датчики уровня, генератор токовых импульсов, подключенный к блоку управ,ления, эадатчик, блок сигнализации,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности контроля,введены два ключа, две схемы И, реверсивный счетчик, дешифратор, схема сравнения, к входам которой под 10 ключены задатчик и череэ дешифраторвыходы младших разрядов реверсивного счетчика, а выход соединен с первыми входами схем И, вторые входыкоторых подключены к выходам старшихразрядов реверсивного счетчика, причем выходы схем И связаны с блокомсигнализации, управляющие входы ключей - с блоком управления, а выходыс входами прямого и обратного счетао реверсивного счетчика, при этом выходы преобразователей уровень-частота подключены к ключам.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1Журнал "НеФтяное хоэяйстно"1977, У 5, с. 15.2. Авторское свидетельство СССРР 430280, кл. 6 01 Г 1/00, 1972