Автоматическая система управления процессом цементирования скважин

) (И 44/00; Е 21 В ЗЗ/ ЕНИ ОПИС Н АВТОРСНО ВИДЕТЕЛЬСТ иен ОСУДАРСТВЕККЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Е ИЗОБРЕ(71 ) Всесоюзный научно-исследовательский институт по креплению скважин и ; буровым растворам(56) 1, Авторское свидетельство СССРМ 644938, кл. Е 21 В 33/13, 19732, Авторское свидетельство СССРМ 565986, кл. Е 21 В 33/ 13, 1975 (прототип).(54 )(57 ) АВВТОМАтичЕСКАя СИСТЕМА упРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН, содержащая датчики расхода,один из которых установлен на входе,а другой - на выходе скважины, интегратор и индикатор, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения надежности работы системы, в нее введены сумматоры, ключи, умно- жители, регулируемые блоки задания коэффициентов усиления, компараторы, блок вычисления коэффициента поправки, блок управления ключами и дополнительный интегратор, при этом датчи. ки расхода подключены к входам первого.сумматора, выход которого соединен с первым входом блока вцчисления коэффициента поправки и к информационным входам первого и второго ключей, датчик расхода, уста" новленный на входе скважины, соединен со вторым входом блока вычисления коэффициента поправки и с первыми входами второго и третьего сумматоров, вторые входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго ключей, выходы второго и третьего сумматоров через последовательно соединенные умно- жители и интеграторы подключены к информационным входам третьего и четвертого ключей, выходы которых соединены с входами индикатора, вцход Ей интегратора через первый компаратор подключен к первому входу блока у равления ключами и через первый р гулируемый блок задания коэффициетов усиления к другому входу первого р умножителя, выход дополнительного интегратора через второй. регулируемый блок задания коэффициентов усиления подключен к другому входу второго умножителя, выход блока вычисления коэффициента поправки соединен со вторым входом блока управ ления ключами, выходы которого соединены с управляющими входами ключей.51015 20 25 30 лом цементирования. 35 45 50 1 ОИзобретение относится к системамконтроля и управления процессомцементирования нефтяных и газовыхскважин,Известны автоматизированные и автоматические системы управления ирегулирования процессом цементирования скважин, содержащие в своем составе автоматическую системуконтроля 11,Наиболее близкой к предлагаемойявляется автоматизированная система управления процессом цементирования скважин, включающая датчик расхода на входе и датчик расхода навыходе скважины, интегратор и индикатор.Интегратор расхода раствора Фиксирует в определенном масштабе продвижение границы между цементным и буровым растворами 123.Однако известная система неучитывает изменения скорости движения раствора при прохождении участков скважины различного диаметра,а также поглощения тампонажногораствора, В результате очень частопроисходит неподъем цементного раствора в заколонном пространствескважины до проектной отметки,т,е. система работает ненадежно,вследствие чего снижается качество цементирования,Цель изобретения - повышение надежности работы системы,Указанная цель достигается тем,что в автоматическую систему управления процессом цементированияскважин, содержащую датчики расхода, один из которых установленна входе, а другой - на выходескважины, интегратор и индикатор,введены сумматоры, ключи, умножители, регулируемые блоки заданиякоэффициентов усиления, компараторы,блок вычисления коэффициента поправки, блок управления ключами и дополнительный интегратор, при этомдатчики расхода подключены к входампервого сумматора, выход которого соединен с первым входом блока вычисления коэффициента поправки и к информационным входам первого и второго ключей, датчик расхода, установленный на входе скважины, соединен со вторым входом блока вычисления коэффициента поправки и с первыми входами второго и третьего сум маторов, вторые входы которых соединены соответственно с выходами 3213первого и второго ключей, выходы второго и третьего сумматоров через последовательно соединенные умножителии интеграторы подключены к информационным входам третьего и четвертогоключей, выходы которых соединены свходами индикатора, выход интегратора через первый компаратор подключен к первому входу блока управленияключами и чер .з первый регулируемыйблок задания коэффициентов усиленияк другому входу первого умножителя,выход дополнительного интеграторачерез второй регулируемый блок задания коэффициентов усиления подключен к другому входу второгоумножителя, выход блока вычисления 1 коэффициента поправки соединен со вторым входом блока управления ключами, выходы которого соединены с управляющими входами ключей,Контроль продвижения границы между буровым и цементным растворами, обеспечиваемый предлагаемой системой, псзволяет своевременно и обоснованно вмешиваться в процесс цементирования и управлять им, не допуская недоподъема цементного раствора до проектного уровня, что отрицательно сказывается на качестве цементирования.На фиг, 1 представлена блок-схема предлагаемой системы; на фиг.2 условная схема скважины перед начаАвтоматическая система управления процессом цементирования сква;жин содержит датчик 1 расхода, размещенный на входе, и датчик 2 рас 40 хода, размещенный на выходе скважины, сумматоры 3-5, ключи 6-9, умножители 10 и 11, интеграторы 12 и 13, ,регулируемые блоки 14 и 15 задания коэффициентов усиления, вычислитель ный блок 16, компараторы 17 и 18, блок 19 управления ключами и индикатор 20. В исходном состоянии граница между цементным и буровым растворами (фиг.2находится на расстоянии о от забоя. Поглощающий интервал находится на расстоянии Ри от забоя скважины, Кроме того, на фиг2 обозначено:- глубина скважины; 55; 1 - интервалы затрубного пространства, где разность между диаметромскважины и наружным диаметром обсадной колонны постоянная,10 3 1032Система работает следующим образом.При включении системы в работу ее исходным состоянием является следующее: ключ 8 открыт а клюци 6,7 и 9 закрыты, Вместе с началом продавливания начинается работа интеграторов 12 и 13 с начального значения 1 , Сигналы с выходов интеграторов 2 и 13 поступают на входы регулируемых блоков коэффициентов усиления интеграторов. Эти блоки являются идентичными , по этому принцип их действия поясним на примере работы одного б.ока, например блока 14. Когда сигнал на его входе принадлежит интервалу Р, т .е . если1о") -1 О; 1 1 то сигнал на его выходе является пос.тоянным и равен25где Е - площадь поперечного сечениязаколонного пространстваскважины на -ом интервале.При переходе 1 (1 ) на следующийинтервал постоянной разности между диаметром скважины и наружным диаметром обсадной колонны происходит изменение выходной величины логическогоблока 14 в соответствии с зависимостью (1),Сигналы с регулируемых блоков14 и 15 коэФФициентов усиления поступают на умножители 10 и с сумматоров 4 и 5, равные расходу заканчиваемого в скважину раствора (1) завычетом расхода поглощаемого раство 40ра (цп ). Результаты умножения поступают йа входы интеграторов 12 и 13,Таким образом, на выходах интеграторов Формируются величины, равные уровню цементного раствора в скважине сучетом ее конфигурации (фиг.2 ), т.е"Ю =ЬЬх Ж-п (Ц 1 Й,+Ь И,1),где 1.(1.) - уровень цементного раствора в скважине в моментС , когда было достигнутофначало интервалаГ, - площадь поперечного сечения 1-го интервала. 55.Расход поглощаемого раствора цпопределяется как разность между выходными сигналами датчика 1 расхода 1734 на входе и датчика 2 расхода на выходе скважины и Формируется с помощью сумматора 3. Выцислительныйблок 16 коэфФициента поправки соеместно с компаратором 17 предназначен для определения того момента, когда начинается прохождение уровня цементного раствора мимо зоны поглощения. Действительно, если передцементированием наблюдалось поглощение глинистого раствора, то,следовательно, можно установить зависимость где а и Ь - коэффициенты уравнения регрессии, определяемые при градуировке.ц действует в диапазоне расходов о , который будет соблюдаться при продавливании, Тогда, контролируя в процессе продавки выполнение усло- вия где Е - малая величина (Я,05 ц )Въю можно установить, когда происходит поглощение не глинистого раствора, а цементного. Блок 16 вычисления предназначен для вычисления величины А, а. компаратор 17 выдает сигнал при нарушении условия (3 ), т.е. после начала прохождения уровнем цементного раст вора интервала поглощения.Компаратор 18 предназначен для определения момента, когда уровень цементного раствора(т.) достигает предполагаемого интервала поглоще" ния (фиг.2 ). Появление сигнала на выходе компаратора 18 означает, что уровень цементного раствора в скважине достиг предполагаемого интервала поглощения.При определении значения и могут быть сделаны две ошибки: принято заниженное знацение величины Ри по сравнению с реальным; принято завышенное значение величины Р и по срав" нению с реальным.В первом случае порядок работы системы следующий.При появлении сигнала на выходе компаратора 18 уровень цементного раствора в скважине достиг предполагаемого места поглощения, блок 19 управления ключами подает сигнал на управляющий вход ключа 6 и движение уровня цементного раствора в скважине корректируется с учетом ра 103217310 схода поглощаемого цементного раствора оп , так как сигнал с выхода сумматора 3 начинает поступать на вход сумматора 1 и далее на интегратор 12. сли затем поступает сиг нал с выхода компаратора 17 (уровень раствора. достиг реального моста поглощения ), то блок 19 управле; ния ключами подает такие команды на управляющие входы ключей 7-9, что ключ 8 закрывается, а клюни 7 и 9 открываются. При этом на индикаторе 20 выводится скорректированное значение уровня цементного раствора. Если же окажется, что сигнал с компаратора 17 не поступит (это может. произойти если реологические свойства цементного и глинистого растворов практически совпадают ), то поправка на поглощение будет вводиться с момента времени,20 когда установлено, что уровень цемент" ного раствора достиг предполагаемого места поглощения.Во втором случае порядок работы системы следующий.25При появлении сигнала на выходе компаратора 17 (уровень цементного раствора достиг реального места поглощения ) блок 19 подает команду отк-, рытия на уйравляющий вход ключа 6 и ЗО в таком состоянии система сохраняется до конца процесса продавки. Если цементный и. глинистый растворы оказались идентичными, т.е. сигнална выходе компаратора 17 не появился, то, когда уровень цементного раствора достигнет предполагаемого места поглощения, появится сигнал навыходе компаратора 18, На основанииэтого сигнала блок 19 управленияключами выдаст команду на открытиена управляющий вход ключа 6.Таким образом, блок 19 управления ключами работает следующим образом.Если сначала появляется сигнална выходе компаратора 18, то подается команда на открытие ключа 6.При поступлении затем сигнала свыхода компаратора 17 подаются команды на закрытие ключа Ц и открытие ключей 7. и 9. Если сначала сигнал появляется на выходе компаратоера 17, то подается команда на открытие ключа 6 .Предлагаемая система позволяет не.прерывно регистрировать продвижение уровня цементного раствора вскважине с учетом поглощения бурового и(или ) цементного растворов. Система рассчитана на работу в условиях отсутствия и наличия поглощений,Применение предлагаемой системы позволит существенно повысить надежность работы за счет контролируемогоподъема цементного раствора,1032173 и оставитель И, Наэаркина ехред И,Гайду К ор В. Гирняк ва кто ное лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 5357/38 Тираж 603 ВНИИПИ Государственного коми по делам изобретений и о 113035, Москва,Ж, Рауаска