Автоматическая система для регулирования свойств бурового раствора

СООЗ СОВЕТ КИ;СОЕЕЕ%ЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИКОСАД/э" Т-,Е-я БИ КОЮ Е 1 . ГПО ДЕЛАЧ ИЗОБРЕТЕКИЙ И О КРЫТИИ. / Еэобрегецце гцоситс к бурс -ни/ цесвгяц,у. и г .3 и к скнкиц. 1,.лизобретения - , в пвесие э., е ктцо; -ти работы системы яа счст поьдерга -ция плотцости бурового раствора иэкономии уя;:елцгеп, Система соде,; -кит уст ноалеццый цп выко сс скв;,;ппяблок 3, соединенияй транспг ргн: й,Ю 1423728 А 1 51, 21 В 44/ ГЭ ." 1//Е/ 2 приемп й е костс ю 1, бунлпя сп пучик материалов с доза - -.ор и 5,; елин ппгя сс смесителем, ,атч пки 8 и 9 и .о гцости, подключенные.- 1 у 10 у равлция, насос 7 смеситс Сцст"ма инес.т кГ)ц" накопи тс., вкягчп гцй циясос 11, блок 12 г цдроцик:пцов, аккумулируяцук ем гть 13 д.пя пульпы с уровцемером 14 ц;правляе ь;я тибером 15, у ел6 лов цчи пульпы, две регулируемые и две дпс:,р тные адвсаки 17 ц 18. Раствор":упс г ,к к 3 и затем в линию 2.г цк 8 из;с ряет и пот ность кромыг)гцоц псдос ги ца вкоде иэ скважи пы, а; гчик 9 - ця воде, 11 ри расг/и; г,п, ци и, копании датчика 8 с з,:.дпц; й вслцчццоц .лостцости раствор цклю чется контур-накопитель длярегулир вьн я плотности. Раствор под"ется цасосо; ца блок 12, где онр, ,дс .ясся на две с 1 и садни. Легкаяв с-упает в пиию 2 и облегчает бур вой раствор. " пл,Изобретение относится к бурениюнефтяных и газовых скважин и можетбыть применено при регулированиисвойств бурового раствора.Целью изобретения является повы 5шение эффективности работы системыдля регулирования свойств буровогораствора за счет поддержания плотности бурового раствора и экономииутяжелителя.На фиг. 1 изобр,жена функциональная схема автоматической системы длярегулирования свойств бурового раствора; цд фиг. 2 - структурная схемаузла управления.Автоматическая система для регулирования свойств бурового растворавключает приемную емкость 1 для бурового раствора, соединенную транспортной линией 2 (желоб) со скважинойчерез блок 3 очистки, буцкер 4 длясыпучих материалов (с утяжелителем),доздтор 5, смеситель 6, насос 7 смесителя, датчики (плотномеры) 8 и 9 25плотности на выходе и входе н скважину соответственно, у ел 1 0 управленияи контур-накопи-ель.Контур-накопителя (см. фиг,обведен пунктиром) содержит насос 11,блок 12 гидроциклонон, аккумулирующую емкость 13 для пульпы с уровнемером 14 и управляемым шибером 15,узел 16 подачи пульпы (например, гидроэжектор), дне регулируемые зддвюк 35ки 17 и 18, а также дне дискретныезадвижки 19 и 20,В смесителе 6 происходит смешивание бурового рдстворд с утяжелителем, поступающего н смеситель 6 избункера 4 сыпучих материалов черездозатор 5, Насос 7 смесителя 6 обеспечивает подачу утяжеленного бурового раствора н трдцсцортцую линию 2.Выход насоса 11, подключецн 01 0 к 45транспортной линии 2, соединен с дискретными здднюккдми 19 и 20. Выходпервой дцскретцои здднюкки 19 соеди -нен с блоком 12 гидроциклонон, подключенных к транспортной линии 2, и50с байпасным отводом с первой регулируемой задвижкой, Выход второй дискретной задвижки 20 соединен с первымвходом узла 16 подачи пульпы, второйвход которого соединен с аккумулирующей емкостью 13 через вторую регули 55руемую задвижку 18. Выход узла 16 подачи пульпы подключен к транспортнойлинии 2. Выходы датчиков 8 и 9 плотностии также уроннемерд 14 являются вход.ми узла 1 О управления, выходы которого подключены к управляющим входамнасоса 11 шибера 15, регулируемыхзадвижек 17 и 18, дискретных задвижек 19 и 20, дпзатора 5 и ндсосдАвтоматическая система для рег улирондция свойств бурового растворафункциониоует следующим образом.В исходном состоянии задвижки 18.,9 и 20 закрыты, насосы 11 и 7 ць. -ключены, задвижка 17 н произнопномсостоянии, буровой насос осущетнляетпромывку скважин,Буровой раствор из скнджицы поступает н блок 3 очистки, а затем втранспортную линию 2 например, желоб циркуляциоццой системы. Датчик Яплотности, расположенный нд выходеиз скважины, непрерывно измеряетплотность промывочной жидкости нд выходе из скважины. Ддтчик 9 плотности,расположенный в прием 1 ой емкости 1,измеряет плотцость бурового растворана входе в скважину, В случае рассогласования показаний датчика 8плОтнОсти (8 / с здд 1 нной величинойплотности (Р) бурового растворавключается н работу контур-накопительрегулирования плоты сти, который работает н двух режимах: облегчения иутяжеления. При ; - рццдтельцом сигнале рассогласованиятотцо ти, т.е.,"зд , контур-накопитель работаетн режиме облегче:пья бурового рдстнорд, Тогда нключ 1 ;ся насос 1 закрывается дискрет.гзя здднюкка 20, открывается дискретная задвижка 19, Буровой раствор из кел ба подается насосом 11 по гидрогроноду цд блок 12гидроциклонон,д: он разделяется цддне фрдкции. Легкая .:Оступает в транспортную лицию 2 циркуляционцой системы и облегчает буровой раствор. Спомощью регулируемой здднюкки 17, цакоторую поступает упрднляющее воздействие от узла 10 управления, регулируется качественный и количес гвецныйсостав легкой фракции. В случае рассогласования показаний лдтчика 9плотности, расположенного н емкости1, с заданной величиной плотностиизменяется степень открьтия задвижки 17 пропорционал но величине рас -согласования. При отсутстнии такогорассогласования степень открытия за-,движки 17 остается постоянной доления, шестой и седьмой ключи 44 и45, четвертый и пятый магнитные пускатели 46 и 47 (соотвегствецно дозатора 5 и насоса 7), восьмой ключ 48,шестой магнитный пускатель 49 и пороговый элемент 50.Узел 10 управления работает следующим образом,тех пор, пока имеется рассогласование между заданной плотностью и датчиком 8 плотности, расположенном в желобе 2 циркуляционной системы. При достижении равенства последних показаний5 насос 11 отключается, дискретная задвижка 19 закрывается.При работе контур-накопителя в описанном режиме в аккумулирующей емкости 13 накапливается тяжелая фракция (пульпа). Для предупреждения перелива пульпы из аккумулирующей емкости 13 в ней помещен уравнемер 14, который подает сигнал на узел 10 управления при максимальном уровне пульпы, и тогда автоматически закрывается шибер 15. Пульпа при этом по сливному желобу поступает в амбар.В режиме утяжеления бурового 20 раствора контур-накопитель работает при положительном рассогласовании плотности, т.е, р с р . Зафиксировав с помощью плотномера 8 это рассогласование, закрывается дискретная 25 задвижка 19, открывается дискретная задвижка 20 и регулируемая задвижка 18, включается насос 11. Буровой раствор с помощью насоса 1 подается по гидропроводу в узел 16 подачи пульпы, например гидроэжектор. Степенью открытия задвижки 18 регулируется количество поступления пульпы на гидроэжектор 16, т.е. в случае рассогласования показаний датчика 9 плотности, расположенного в емкости 1, с заданной величиной плотности изменяется степень открытия регулируемой задвижки 18 пропорционально величине рассогласования. При отсут ствии такого рассогласования степень открытия задвижки 18 остается лостоянной до тех пор, пока имеется рассогласование между заданной плотностью и датчиком 8 плотности,распо ложенным на выходе из скважины (в желобе) циркуляционной системы. При достижении равенства показаний датчиков 8 и 9 плотности отключается насос 11, задвижки 18 и 20 закрываются и подача пульпы прекращается.Если контур-накопитель регулирования плотности не справляется с утяжелением бурового раствора (большое рассогласование плотности 1, це достаточно пульпы), только тогда автоматически включается дозатор 5 и насос 7 смесителя 6, которые подают сыпучий утяжелитель и раствор соответственно на смеситель 6, а из негон желоб 2 цнркуляционной системы. Дозатор 5 изменяет свою производительность пропорционально величине рассогласования между заданной плотностью и плотностью, измеренной плотномером 9, расположенным в приемной емкости 1. При отсутствии рассогласования дозатор 5 работает с постоянной производительностью до тех пор, пока ючеется рассогласование между показдциями этого датчика и датчика 8плотности, расположенного в желобе 2циркудяционной системы. Когда достигается равенство показании этих датчиков, дозатор 5 и насос 7 останавливаются и выгрузка утяжелителя из бункера 4 прекращается.Узел 10 управления (см, фиг, 2) содержит заддтчик 21 плотности, первый компдрдтор 22 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 23, блоки 24 и25 логического управления, первый ключ 26 и магнитцьпг пускатель 27 (привода насоса 11), второй к.тюч 28 имагнитный пускдтелг 29 ( дискретнойзадвижки 9 ), третий ключ 30 и магнитный пускатель 31 ( дискретной задвижки 20 ), четвертый и пятый ключи32 и 33, двд регулятора 34 и 35 (соответственно для регулирования эаддвижек 17 и 18) первый сервомотор36 и элемент 37 сравнения, второйаналого-цифровой преобразователь(АЦЛ) 38 и сервомотор 39, второй элемент 40 сравнения, тиристорный привод 41 (дозаторд 5), второй компаратор42, третий блок 43 логического управНа первом компараторе 22 непрерывно сравниваются сигналы от задатчика21 плотности и датчика 8 плотности(через его АЦП 23). голько при отрицательном сигнале рассогласования первый компаратор 22 посылает сигнал на первый блок 24 логического управления, он включается и сигналы с него поступают на ключи 26, 28, 30 и 32. От них включаются магнитные пускатели 27 (привод насоса 11), 29 (привод дискретной задвижки 19, от крывве г:л), 3(привод дцскретцой задвгок. О, так,".ывцотсл), а также через ь;.ч 32 вк.ттлчцстсгт регулятор 34 которь:й ц,1 дггазнач-.тт дл регулировки стегггогц открытцч з.гдгзггжкьг 17.Од; цтрс".лнцтгт и гс рвом элементе 37 сравгге тцл срагцгцв тютсл сигнал задания ццотцттстц;г с тгтгагг датчика 9 плотццст ( с; з ггт ЛЦП 38) . Сигнал расссгласовлцггл с, гтостуцает ца регулятор 1 тт с и; го га цервьгй сервомотор 36 гтоторый тзмснл:т степень открытгл рег лцрует.ой задвг ггки 17 гтроггс рттцоцалг цо величине рассогласогтаниг с лгпи с =т 3 то степень от ткрытцл зцдгтцжкгг7 це меняется, Кактолько рл аког ттасовчтггте между сигналом зад гигг и д.т гчттком Я плотности бт дт.т ран цт цттгпгт то цервый компаратор 2 це .т; гцуг кл т с.ггцал на первый блок,": птц цч т кт г . угттттвлегтця ц последний т 1 тгслючттетсл. Прц этом от ключей 26, 28 гтьптгючаютсч гцтгггтгтные пускатели 27 ц 29 и соответственно выключаатсл насосц закрттгнцется дискретная твдвцжк г 9. Процесс обЛЕГЧт тгцл б, рОВОГС раотгттр ЗаКОНЧЕН,Дтч ттреггуттрежпеггцл перелива пультгы из вк.у гутгирутпщ=г емкости 13 уровнемер4 гтри максцтцлг нс: уровне пульггы за. л псает ь.тгп, тй, соответствецно; гтьт петсч и-г тгцтгггтй пускатель49 гтрцг. -ттиттбера5 тт последний закрываетс т,Прц с житот;т,тг,тт сигнале рассогласоццццч , с;ггм утлже гсццл) первыйколпарттгтр 22 госылает сигнал на второй блк 25 логцческого управления,котгтрыт цк,лтттчается, и сигналы с негопоступ;цвт на ключи 28, 30, 33 и 26.От ццх гтктгючаютсл магнитные пускатели 293.т,-.г ллтг р 35 и магнитныйпускатель 27 ( тадвцгккц9 закрывается з;:дв тыся 20 цткрьц ается, включают л регтлтгтор 35, который предназначен:;л тзмецеццл степени открытиязадвижки Я, вклгттчастся насос 11).Одноврелегтно ца втором элементе40 сравнения сраццваются сигналы задатчцка 21 ц датчика 9 плотности (через его ЛЦП 38). Пол,ченцый сигналрассогласованияпоступает на второй регулятор 35, который изменяетстепень открытия второй регулируемойзадв гжкц 18 пролорциогцгльно величинерассогласования с помощью второгосервогтотора 39, Сигналпоступаеттакже ца уцравггяе,;ьгй тцрцс.торный лри 237286вод 41 дозатора 5, но последний пока не включается в работу. Если Е =О, то степень открытия второй регулируемой задвижки 18 не меняется.Одновременно на компараторе 42сравниваются сигналы с датчиков 8 и 9 плотности и как только эти сигналы станут равными, второй компаратор 42 10202530 35 4045 50 55 посылает сигнал на второй блок 25 логического управления, который через соответствгтощие ключи и магнитные пускатели отключает насос 11 и закрывает задвижки 18 и 20, Если уровеньпульпы минимальный, то с уровнемера 14 также поступает сигнал на второй блок 25 логического управления. Таким образом операция утяжеления с помощью контур-накопителя прекращается посигналу уровнемера4 или по сигналу второго компаратора 42 (8 =р ).Если на пороговом элементе 50 (порог Б выставляется в соответствии с допустимым технологическим допуском) рассогласование Г стало больше технологического допуска в течение допустимого времени переходного процесса, то с порогового элемента 50 поступает сигнал на третий блок 43логического управления, который включается. Он включается также если на него поступает сигнал от уровнемера 14 о минимальном уровне пульпы в аккумулирующей емкости 13. После поступления сигнала от уровнемера 14 или от порогового элемента 50 третий блок логического управления через ключи 44 и 45 включает магнитные пускатели 46 и 47, т.е. начинает работать дозатор 5 и насос 7 (осуществляется утяжеление порошкообразным утяжелителем), На управляемом тиристорном приводе 41 дозатора 5 уже имеется (см. описание выше) сигнал (рассогласование межжу заданной плотностью и плотностью, измеренной плотномером 9), Привод 41 изменяет число оборотов рабочих органов дозирующего устройства пропорцио. - нально величине рассогласования Е. Если Е =О, то число оборотов остается неизменным до тех пор, пока имеется рассогласование между датчиками 8 и 9 плотности. Когда достигается равенство показаний этих датчиков, второй компаратор 42 выдает сигнал на третий блок 43 логического управления. Срабатывают ключи 44 и 45, выключаютсв магнитные пускатели 46 и 47, т.е. дозатор 5 и насос 7 останавливаются и выгрузка утяжели 1 еля прекращается,Причины прекращения утяжеленияв момент= р следующие: первый комЧ 5паратор 22 содержит детектор среднего значения и сравнивает среднее повремени С значение р с р , С=//,3 Задгде Ч - объем приемной емкости беэзастойных зон, ц - расход буровогораствора. Это позволяет рациональнымобразом избежать лишних переходов срежима на режюл и производить выключение системы в случае если плотность бурового раствора после осреднения в приемной емкости ожидаетсяравной ,ЗадТаким образом, первый компаратор22 редко меняет свое состояние,Окончание режимов утяжеления илиоблегчения обычно происходит по окончании цикла циркуляции, т.е, когдаТак как регуляторы 34, 35 итиристорный привод 41 гарантируютГЗ = Рад ф "о У == з,. ВРемЯ осРеднения р и а второго компаратора 42,который также содержит детекторысреднего значения, выбрано значител; -но меньше, чем время осреднения первого компаратора 22, но больше, чем ЗОдлительность переходных процессовСАР. Это позволяет точнее определитьконец цикла циркуляции.При работе системы второй компаратор 42 не может зафиксировать состоя 35ние= р( д д из-эа очень незначительного времени отклонения рот ГзадПредлагается использование системыпри плотности бурового раствора1,05-2,2 г/см . Плотность породы может быть 1,3-1,2 г/см , Возможна си 3туация, что плотность породы равняется или даже меньше плотности буровогораствора. По 1 тому могут быть любыесоотношения между о и о , ЕслизаР "З д = Г-ои рработе системы то будет осуществляться облегчение бурового раствора.Использование изобретения позволит 5 Оосуществить регулирование плотностибурового р;.творя в заданном диапаэоне в соответствии с требованиями технологии проводки скважин и существенно снизьгь расход утяжелителя.Формула изобретенияАвтом",тическая система для регулиронания свойств бурового раствора, содержащая установленный на выходе скважины блок очистки бурового раг гвора, соединенный транспортной линией с приемной емкостью, бункер для сыпучих материалов с дозатором, соединенным со смесителем, выход которого подключен к транспор;ной линии, датчики плотности бурового раствора на пходе и выходе из скважины, подключенные к узлу управления, выходы которого соединены с управляющими входами доззтора и насоса смесителя, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения эффективности работы системы эа счет поддержания плотности бурового раствора и экономии утяжелителя, автоматическая система для регулирования свойств бурового раствора снабжена насосом, блоком гидроциклонов, аккумулирующей емкостью для пульпы с уровнемером и управляемым шибером, и узлом подачи пульпы, а также двумя регулируемыми и двумя дискретными задвижками, при этом вход насоса подключен к транспортной линии, выход насоса через первую дискретную задвижку соединен с перьым входом уэлд под 1 чи пульпы, а через вторую дискретную задвижку с байпасным отводом, содержащим первую регулируемую задвижку, и с блоком гидроциклонов, выход которого подключен к транспортной линии, выход аккумулирующей емкости через вторую регулируемую задвижку соединен с вторым входом узла подачи пульпы, выход которого подключен к транспортной линии, причем выход уровнемерз соединен с третьим входом узла управления, остальные выходы которого подключены к управляющим входам насоса, шибера аккумулирующей емкости, а также дискретных и регулируемых задвижек.1423728 Составитель В, ШиловРедактор М. Бандура Техред А,Кравчук ор М, 11 аксимишинец аз 4 б 18/3 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ;л. Проектная,Тираж 531 В 11 ИИПИ Государст по делам изоб 13035, Москва, ЖПодписноеного комитета СССРений и открытийРаушская наб д. 4/5