Система автоматического регулирования реологических параметров бурового раствора

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик рщ 969885(22) Заявлено 0601.81 (21) 3231727/22-03с присоединением заявки Нов(23) Приоритет -Опубликовано 301082, Бюллетень М 40Дата опубликования описания 301082 151 М. Кл.з Е 21 В 21/06 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения А.Б.Крых, Е.П.Пистун и Д.Ю.Мочернюк Львовский ордена Ленина политехнический институт(54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ БУРОВОГО РАСТВОРАИзобретение относится к системамрегулирования реологических параметров, в частности предельного напряжения сдвига и пластической вязкости бурового раствора,и может бытьприменено в системах автоматизациипроцессов бурения нефтяных и гаэовыхскважин,Известна система автоматическогоконтроля свойства бурового раствора,позволяющая контролировать его вязкость, рН, плотность и электрическоесопротивление 1.Однако данная система не обеспечивает контроль собственно реологических параметров бурового раствора,не формирует соответствующих регулирующих воздействий, а управление оборудованием для регулирования свойствбурового раствора осуществляется оператором, Система также не обеспечивает контроля реологических параметров бурового раствора, таких как предельное напряжение сдвига и пластическая вязкость, и не формирует авто сматических регулирующих воздействий.Управление оборудованием в даннойсистеме осуществляет оператор.Известна также система автоматического регулирования содержания колло" 30 идной фазы и объема бурового раствора,включающая наземную циркуляционнуюсистему с исполнительным блоком, содержащим дозатор, насос, сепаратори испаритель, два блока выделениязнака, регулятор, четыре ключа и логический блок, при этом регуляторсоединен с входами ключей, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам логического блока, а выходы ключей подключены к соответствующим входам исполнительногоблока, установленного на входе циркуляционной системы, причем на выходе циркуляционной системы установлендатчик контроля объема бурового раствора, выход из которого через блоквыделения знака подключен к входулогического блока. Кроме того, система регулирования содержит расходомер, датчик содержания коллоидной фазы, два блока выделения модуля, блокумножения и сумматор, причем выходыдатчиков контроля объема и содержания коллоидной фазы подключены соответственно через первый блок выделения модуля, через второй блок выделения модуля и блок умножения ковходам сумматора, выход которого через регулятор соединен с входами клю 969885чей, а выход расходомера подключен квторому входу блока умножения, и до.полнительный выход датчика. содержания коллоидной фазы подключен череэвторой блок выделения знака к входулогического блока 123, 5Рассмотренная система автоматического регулирования обеспечивает автоматическое регулирование содержания.коллоидной фазы и объема буровогораствора, однако она не может обеспечить при существующих в процессебурения возмущениях на буровой раствор стабилизацию его необходимыхструктурно-механических свойств.Это главным образом связано с 15тем, что в рассмотренной системене контролируются и не регулируются реологические параметры раствора, а также тем, что одним лишь иэмейением соотношения коллоидного ма Отериала и растворителя нельзя приуказанных возмущениях получить оптимальные структурно-механические свойства бурового раствора.Цель изобретения - повышение стабильности реологических параметровбурового раствора в процессе бурения.Указанная цель достигается тем,что система автоматического регулирования, включающая наземную циркуляционную систему с исполнительным блоком, содержащим дозатор, насос,сепаратор и испаритель, два блока выделения знака, регулятор, четыре ключаи логический блок, в которой регулятор соединен с входами ключей, управ- Зэляющие входы которых подключены к соответствующим выходам логическогоблока, а выходы ключей подключены ксоответствующим входам исполнительного блока, установленного на входе 40циркуляционной системы, причем на вы-.ходе циркуляционной системы установлен датчик контроля объема буровогораствора, выход из которого черезблок выделения знака подключен к входу логического блока, снабжена датчиками предельного напряжения сдвига ипластической вязкости, блоком деления, дискретным управляюцим устройством и двумя исполнительными механизмами-насосами для подачи химреагентов, при этом выход датчика пласти"ческой вязкости подключен к блоку деления и к регулятору, а также черезблок выделения знака к логическомублоку, а выход датчика предельногонапряжения сдвига подключен лишь кблоку деления, выход из которого соединен через дискретное управляющееустройство с исполнительными механизмами для подачи химреагентов,60Предлагаемая система непрерывно иавтоматически в замкнутом цикле обеспечивает регулирование как объема бурового раствора, так и основных егореологичееких параметров таких как 5 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 снижениеэнергозатрат на бурение скважин.На чертеже представлена структурная схема системы автоматического регулирования реологических параметров бурового раствора.Объектом регулирования является буровой раствор, циркулирующий через скважину Ъ наземную циркуляционную систему 1. В циркуляционной системе установлены исполнительный блок 2, включающий дозатор 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 реологическихпараметров - пластической вязкости ипредельного напряжения сдвига.Выходы датчиков 10 и 11 подключены к блоку 12 деления, выход которого подключен ко входу дискретного управляюцего устройства 13. Выходы дискретного управляюцего устройства 13 подключены ко входам исполнительныхмеханизмов 7 и 8 для подачи химреагентов. Выходы датчиков 9 и 10 подключены соответственно ко входам двухблоков 14 и 15 выделения знака. Выходдатчика 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 воэмуцений, вследствие чего изменяются его количество и показателиструктурно-механических свойств. Приборы 9-11, установленные в наземнойциркуляционной системе 1, измеряютсоответственно объем, пластическуювязкость и предельное напряжениесдвига. 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 подачихимреагентов. 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 10 бурового раствора. Регулятором 16 формируется сигнал рассогласования между текущим значением пластической вязкости, получаемым датчиком 10 пластической вязкости, и ее заданным 15 значением, Регулятор 16 управляет одним иэ четырехмеханизмов исполнительного блока 2: доэатором 3 для ;подачи коллоидного материала, насосом 4 для подачи жидкости, сепарато ром 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, какой именно механизм исполнительного блока 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 ключ З 5 18, если знаки обоих отклонений положительны, то включается ключ 19, если знак отклонения объема положителен, а .знак отклонения пластической вязкости отрицателен, то включается 40 ключ 20.Предлагаемая система автоматического регулирования позволяет иметь в циркуляционной системе буровой раствор с заданными по условиям бурения 45 значениями реологических параметров (пластической вязкости 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 буровой установки, и ее внедрение обеспечит значительное повышение техникоэкономических показателей бурения, а соответственно и обеспечит народному хозяйству существенный экономический эФФект.Формула изобретенияСистема автоматического регулирования реологических параметров буровогораствора, содержащая наземный циркуляционный узел с исполнительным блоком,включающим дозатор, насос, сепаратори испаритель, два блока выделениязнака, регулятор, четыре ключа и логический блок, регулятор соединен свходами ключей, управляющие входы которых подключены к соответствующимвыходам логического блока, установлейного на входе циркуляционного узла,причем на выходе циркуляционного узлаустановлен датчик контроля объемабурового раствора, выход которого через блок выделения знака подключен ковходу логического блока, о т л и ч а"ю щ а я с я тем, что, с целью повышения стабильности реологических параметров бурового раствора в процессебурения, она снабжена датчиками предельного напряжения сдвига и пластической вязкости, блоком деления,дискретным управляющим блоком и двумяисполнительными механизмами-насосамидля подачи химреагентов, при этом выход датчика пластической вязкостиподключен к блоку деления, к регулятору, а также через блок выделениязнака к логическому блоку, а выходдатчика предельного напряжения сдвига подключен к блоку деления, выходкоторого соединен через дискретныйуправляющий блок с исполнительнымимеханизмами для подачи химреагентов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1.Патент США Р 3473368, кл. 75-55опублик. 1974.2, Авторское свидетельство СССРУ 659722, кл. Е 21 В 21/06, 1974.969885 каз 8339/Зб Тираж б 23 ВНИИПИ Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий 11 3035, Москва, Ж, Раушская наб., одписно ют".Ужгород, ул,Проектная юлцал ПП Составитель М.Карбачинскаяедактор В,Пилипенко Техред С.МигуноваКорректор А.Гриценк