Циркуляционная система с автоматическим регулированием свойств бурового раствора

. РЕСПУБЛИН 21/О 1) Е АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ВТОРСН ю- ф 0;ральнми пе ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) 1, Авторское свидетельство СССР й 570692, кл, Е 21 В 21/06, 1976.2. Смолянинов В.Г., Маркелов Е,Г., Марков Ю.М . Современные способы приготовления и очистки буровых растворов и технологические схемы циркуляционных систем, применяемые за рубежом. М., ВНИИОЭНГ, 1975; с. 33-35. (5 ч)(57) . 1, циРкуляционнАя систмА С АВТОМАТИЧЕСКИМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ СВОЙСТВ БУРОВОГО РАСТВОРА, содержа-, щая приемную емкость для бурового раствора, автоматический бункер для химических реагентов, смесительное устройство, состоящее из насоса и гидросмесителя, дозируюшее устройство, пневматические линии, плотномер и блок автоматического управления, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью оптимизации рецептуры бурово. , го раствора и расхода химреагентов, она снабжена узлом для седиментацион ной очистки и электрообработки буро вого раствора с электрическим блоком питания, вторым плотномером, датчика. ми вязкости, статьвеского напряжения сдвига и концентрации водородных ионов, установленных на выходе узла для седиментационной очистки и элект рообработки бурового раствора и в приемной емкости для бурового раствора, причем выходы датчиков через блок автоматического управления связаны с клапанами автоматического бун кера для химических реагентов, дозирующим устройством, электрическим блоком питания и насосом смесительного устройства.2, Система по и. 1, о т л и ч ащ а я с я тем, что автоматическийбункер для химических реагентов выполв виде секций, образованных цент- уюой трубой, соединенной радиальныфрегородками с корпусом, и имеетпрограммируемый распределитель с дозирующим устройством, причем каждаясекция выполнена с возможностью сообщения с дозирующим и вакуумным уст- рройствами и через программируемый распределитель с соседнеи секцией.3. Система по и, 2, о т л и ч а ю3 ва 4 щ а я с я тем, что программируемыйраспределитель выполнен в виде под- . фмвижнои трубы с приемным и разгрузоч- Оным окнами, размещенными на противо-,положных концах трубы и смещеннымиодно относительно другого на межсек- фр,ционный шаг.Изобретение относится к системамрегулирования свойств бурового раствора и предназначено для очистки,обработки и приготовления буровогораствора при бурении неФтяных и газовых скважин.Известна установка для обработкии приготовления бурового раствора,содержащая емкость для бурового раствора, емкости для сыпучих материалов, связанные независимыми пневмотранспортными линиями с приемнымбункером, гидросмесительное устройство и гидротранспорт, при этом гидросмссительное устройство выполненов виде двух эжекторов, объединенныхобщим приемным бункером, причем эжек.торы соединены независимыми гидротранспортными линиями, один - с приемной емкостью циркулирующих буровыхрастворов, другой - с емкостью приготовления раствора 1 11,Недостатком данной установки является отсутствие постоянной инФормации о текущих показателях основныхФизико-химических параметров бурового раствора и как следствие отсутствие автоматического поддержания заданной рецептуры бурового раствора,что снижает технологическую дисциплину. Кроме того, наличие для каждого химического реагента, потребляемого в малом количестве, своего бункера с дозатором с системой аэрациии пневмотранспорта делает циркуляционную систему металлоемкой, энергоемкой и с низкой монтажеспособностью,Наиболее близкой к предлагаемойпо технической сущности является ав 1томатизированная циркуляционная система с автоматическим регулированиемсвойств бурового раствора, содержащая приемную емкость для буровогораствора, автоматический бункер дляхимических реагентов, смесительноеустройство, состоящее из насоса игидросмесителя, дозирующее устройст"во, пневматические линии, плотномери блок автоматического управления 2.Недостатком известной системы является отсутствие постоянной информации о текущих показателях основныхФизико-химических параметров бурового раствора и как следствие отсутствие автоматического поддержаниязаданной рецептуры бурового раствора, что снижает технологическую дисциплину. 5 10 15 20 25 30 35 40 Автоматическое регулирование параметров бурового раствора в известной системе ограничивается регулированием плотности раствора,Кроме того, в системе не решенвопрос по поддержанию текучести порошкообразных материалов, что оказывает существенное влияние на эффек-тивность автоматизации процессовприготовления и обработки буровогораствора.Цель изобретения - оптимизациярецептуры бурового раствора и расхода химреагентов,Укаэанная цель достигается тем,что циркуляционная система с автоматическим регулированием свойств бурового раствора, содержащая приемную емкость для бурового раствора,автоматический бункер для химическихреагентов, смесительное устройство,состоящее из насоса и гидросмесителя, дозирующее устройство, пневматические линии, плотномер и блок автоматическо о управления, снабженаузлом для седиментационной очисткии электрообработки бурового растворас электрическим блоком питания, вторым плотномером, датчиками вязкости,статического напряжения сдвига и концентрации водородных ионов, установленных на выходе узла для седиментационной очистки и электрообработкибурового раствора и в приемной емкости для бурового раствора, причемвыходы датчиков через блок автоматического управления связаны с клапанами автоматического бункера для химических реагентов, дозирующим устройством, электрическим блоком питания и насосом смесительного устройства,При этом автоматический бункер для химических реагентов выполнен в виде секций, образованных центральной трубой, соединенной радиальными перегородками с корпусом, и имеет программируемый распределитель с дозирующим устройством, причем каждая секция выполнена с возможностью сообщения с дозирующим и вакуумным устройствами и через программируемый распределитель с соседней секцией. Кроме того, программируемый распределитель выполнен в виде подвижной трубы с приемным и разгрузочным окнами, размещенными одно относительно другого на межсекционный шаг.3 10321На фиг. 1 изображена циркуляционная система с автоматическим регули"рованием свойств бурового раствора;на фиг. 2 - схема устройства для седиментационной очистки и электрообра,ботки бурового раствора; на фиг. 3сечение А,"А на фиг. 1; на фиг. 4 сечение Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 и6 - соответственно подвижный и неподвижный диски устройства для седимен" Отационной очистки и электрообработки бурового раствора,Циркуляционная система с автоматическим регулированием свойств бурового раствора (фиг. 1) имеет узел 1 для 1седиментационной очистки и электрообработки бурового раствора, электрический блок 2 питания, приемную емкость 3 бурового. раствора с отсеками4 и 5, смесительное устройство 6, ровыполненное в виде центробежного насоса 7 и гидросмесителя 8 эжекторного типа с приемной камерой 9, блок10 автоматического управления, автоматический мнагосекционный бункер 11, 25пневмотранспортную линие 12 с электроклапаном 13, вакуумный насос 14 сэлектромагнитными клапанами 15.2-15,ки датчики 16, 17, 18 и 19 плотности,вязкости, статического напряжениясдвига и концентрации водородных "ионов соответственно, установленныена выходе из узла 1 и в отсеке 5приемной емкости 3 соответственно исвязанные через блок 1 О автоматического управления с клапанами автоматического многосекционного бункера 11,дозирующим устройством, блоком 2 питания и насосом 7;Узел 1 для седиментационной очист-ки и электрообработки бурового раствора (фиг. 2) включает в себя корпус 20, шламоудалитель 21, вал 22 сприводом 23, дисками 24 и скребком25 и неподвижные диски 26.Корпус 20 имеет подводящий 27 и . ф 5отводящий 28 патрубки, окно 29 и днище, сообщающее корпус 20 со шламоудалителем 21. Шламоудалитель 21 включа"ет в себя трубу 30, шнек 31 с приво"дом 32 и клапан 33 с пружиной 34Чередующиеся подвижные 24 (фиг. 5)и неподвижные 26 (фиг. 6) диски имеютрадиальные прорези 35 с отбортованными вниз краями 36 и расположенные наклонно к радиусу скребки соответственно 37 и 38. Скребки 37 и 38 иотбортованные края 36 крепятся кдискам с изоляторами 39. Кроме того,65 4неподвижные диски 26 имеют пазы 40, через которые проходят найравляющие (не показано) корпуса 20, препятствующие проворачиванию неподвижных дисков 26, и центральные окна 41, Подвижные диски 24 и неподвижные диски 26 устанавливаются друг над другом на расстоянии, ограниченном дистанционными втулками (не показано) .Автоматический многосекционный бункер 11 (фиг. 1) включает в себя корпус 42 с загрузочными патрубками 43, программируемый распределитель 44 и дозирующее устройство 45.Корпус 42 (фиг. 3) имеет секции 46, например пять секций, образованные радиальными перегородками 47 и центральной. трубой 48, доходящей до конусной части корпуса 42. В верхней части трубы 48 (фиг, 4) выполнены окна 49 напротив каждой секции 46, Каждая секция 46 сообщается через .один из электромагнитных клапанов 15 с вакуумным насосом 14.Программируемый распределитель 44 выполнен в виде полой трубы 50 с приводом 51 (фиг, 4) . На противоположных концах трубы 50 выполнены приемное окно 52 и отводящее окно 53, которые смещены одно относительно дру. гого на один межсекционный шаг. Приемное окно 52 расположено ниже центральной трубы 48, а отводящее окно 53 расположено на уровне окон 49 трубы 48. Дозирующее устройство 45, установленное внутри программируемого распределителя 44, выполнено .в виде полого шнека 54 с приводом 55Предлагаемая система в соответствии с заданной программой работает следующим образом.буровой раствор из скважины поступает в узел 1 для седиментационной очистки и электрообработки раствора через подводящий патрубок 27.Пройдя центральное окно 41 неподвижного диска 26, раствор направляется к его периферийной части, где огибает подвижный диск 24, направляясь к центральному окну 41 стоящего выше неподвижного диска 26 и так далее.В процессе такого зигзагообразного перемещения бурового раствора снизу вверх происходит осаждение твердых частиц выбуренной породы на дисках 24 и 26, которые с помощью отбортованных вниз краев 36 и скребков 37 подвижных дисков 24, установ 1032165ленных на медленно вращающемся валу22 с частотой вращения около 1 об/минсгребаются с неподвижных дисков 26и сбрасываются в их радиальные прорези 35. Одновременно скребки 38 иотбортоввнные вниз края 36 неподвижных дисков 26 сгребают твердые частицы с подвижных дисков 24 и сбрасываютв их радиальные прорези 35. При совмещении радиальных прорезей 35 подвижных дисков 24 и неподвижных дисков 26 твердые частицы выбуреннойпороды, сгребаемые скребками 37 и 38и отбортованными вниз краями 36, перемещаются с верхнего диска на днище, Если отбортованные вниз края 36сгребают твердые частицы буровогораствора с взаимно перекрываемых поверхностей подвижных и неподвижныхдисков 24 и 26, то скребки 37 и 2038, расположенные наклонно к радиусу, сгребают эти твердые частицы свзаимно неперекрываемых поверхностейподвижных и неподвижных дисков 24 и 26.бтбортованные в них края 36 не 25только сгребают осевшие на дисках24 и 26 твердые частицы бурового раствора но и препятствуют попаданиюраствора в радиальные прорези 35благодаря чему буровой раствор пере- З 0мещается зигзагообразно - от центрак периферии и от периферии к центруи т.д.Сброшенный на днище узла 1 шламв виде твердых частиц выбуренной породы и коллоидальных частиц буровогораствора сбрасывается с него с помощью скребка 25, установленного навалу 22, в полость шламоудалителя 21и перемещается к выходу с помощью ра бочего органа - шнека 31,Преодолевая усилие пружин 34,шнек 31, транспортируя шлам, одновре.менно его отжимает. Отжатый шламудаляется из узла 1, а очищенный от 4твердых частиц буровой раствор направляется в приемную емкость 3,На выходе из узла 1 для седиментационной очистки и электрообработкибурового раствора с помощью установленных там датчиков 16, 17, 18 и 19вязкости, статического напряжениясдвига, плотности и концентрации водородных ионов определяются соответствующие параметры раствора. ПокАза 55ния датчиков 16-19 поступают в блок10 автоматического управления, гдеобрабатываются в соответствии с заданной программной. Известно, что все органические химические реагенты, используемые для обработки буровых растворов, нуждают. ся в оптимальных значениях концентрации водородных ионов (рН) и минерализации, в противном случае будет наблюдаться значительный перерасход дорогостоящих реагентов или просто . низкая эффективность влияния имеющегося в растворе реагента на параметры раствора.Предположим, что на выходе из узла 1 датчиком 19 зарегистрирована концентрация водородных ионов ниже заданной программной концентрации водородных ионов, тогда из блока 10 автоматического управления поступает сигнал на подключение электродов, выполненных в виде подвижных и неподвижных дисков 24 и 26, узла 1 к блоку 2 питания, создающему разность потенциалов между электродами.Значение разности потенциалов на электродах устанавливается в зависимости от величины рассогласованности между показаниями датчика концентрации водородных ионов и заданной программой концентрации водородных ионов.Буровой раствор, перемещаясь между дисками 24 и 26, подвергается электрообработке с Фиксированным униполярным воздействием в поле отрицательного электрода. В результате концентрация водородных ионов нацинает расти.При достижении заданной величины концентрации водородных ионов подвижные и неподвижные диски 24 и 26 отключаются от блока 2 питания, после чего блок 10 автоматического управления, в случае рассогла-.ования показаний датчиков 16-18 вязкости, статического напряжения сдвига и плотности с заданными величинами соответствующих параметров раствора в запрограммированной последовательности обработки бурового раствора соответствующими химическими реагентами, подает сигнал на программируемый распределитель 44, который выбирает одну из секций 46 автоматического бункера 11 с необходимым реагентом, совмещая свое приемное окно 52 с разгрузочным окном этой секции 46, после чего включается дозирующее устройство 45 и смесительное устройство 6. В результате химический реагент посту1032пает в полость программируемого расп 15 еделителя 44, а иэ нее благодаря разрежению в камере 9 смесительного устройства 6, создаваемому с помощью вакуумного насоса 14, подключенного к ней через электромагнитный клапан 15, химический реагент через полость дозирующего устройства пневмотранспортной линии 12 попадает в камеру 9, а из нее в гидросмеси О тель 8 эжекторного .типа, где подхватывается потоком обрабатываемого рас. твора, откачиваемого насосом 7 из отсека 4 приемной емкости 3 с установленными в ней датчиками 6-19, 15 которые контролируют результат обработки.В случае рассогласования показания одного из датчиков 16-19, установленного в отсеке 5 приемной емкос. 2 О ти 3, с заданной величиной соответствующего параметра дозирующее устройство 45 изменяет свою производительность пропорционально величине рассогласования, При отсутствии та- д кого рассогласования доэирующее устройство 45 работает с. постоянной производительностью до тех пор, пока имеется рассогласование между показанием этого датчика, установленного в отсеке 5 приемной емкости 3, и одноименного датчика, установленного на выходе из узла 1,При достижении равенства показаний этих датчиков дозирующее устрой 35 ство 45 останавливается и выгрузка химического реагента прекращаетсяПосле чего программируемый распределитель 44, при наличии рассогласования показания другого из датчиков 6-19 с заданной величиной соответствующего параметра, выбирает очередную секцию 46 бункера 11.с необходимым реагентом и происходит дальнейшая обработка бурового раствора ана логично описанной выше.В случае необходимости оператор может вмешаться в работу системы и взять управление на себя. Подать, например, при оптимальных параметрах раствора на узел 1 разность потенциалов с целью регулирования содержания твердой Фазы в растворе, а также с целью удаления из раствора избытка глинистой сотавляющей, используя явление электрофореза. В случае экстренного утяжеленияоператор также может взять на себя 65 8управление с поста бурильщика (непоказано), нарушив запрограммированную последовательность обработкибурового раствора.Приготовление свежей порции бурового раствора происходит аналогичноего обработке в отдельной емкости(не показано) .Кроме того, в системе обеспечи-.вается поддержание текучести порошкообразных материалов, которая теряется в случае длительного хранения,что приводит к грубому нарушениюрецептуры бурового раствора. Для уп"(реждения потери текучести в соответствии с программой периодически происходит перекачивание химическогореагента по кругу иэ одной секции 46в соседнюю, для чего в бункере 11одна секция 46 должна быть всегдасвободной. При перекачке порошкообразного реагента программируемыйраспределитель 44 занимает такое положение, при котором его отводящееокно 53 располагается напротив окна49 свободной секции 46, после чегооткрывается, например, электромагнитный клапан 15, соединяющий эту секциюс вакуумным насосом 14, одновременнозакрывается электроклапан 13 на. пневмотранспортной линии 12 и включаетсядоэирующее устройство 45. Идет перекачка химического реагента в свободную секцию соседней секции. Послеперекачки химического реагента посигналу датчика (не показано), определяющего окончание выгрузки реагента, программируемый распределитель44 поворачивается на межсекционныйшаг, соединяя освободившуюся от хими-ческого реагента секцию с загрузочной секцией. Далее электромагнитныйклапан 15 секции с вновь загруженнымматериалом закрывается, а электрический клапан 15, соединяющий секцию, освободившуюся от химическогореагента, с вакуумным насосом 4 от-.крывается и так по кругу, пока каждый реагент, храняющийся в бункере11, не будет перекачен из своей сек-,ции в освободившуюся,После чего электроклапан 13 открывается, а электромагнитный клапан15 закрывается, доэирующее устройство 45 и вакуумный насос 14 отключаются.Очередной цикл перекачки начинается через определенное время, установленное программой.1032Использование изобретения позволяет непрерывно измерять вязкость раствора, его статическое напряжение сдвига и концентрацию водородных ионов что позволяет получить растФвор с заданными программой физико- химическими параметрами и поддерживать их на протяжений всего времени , разбуривэния скважины. Соответствие 16 10параметров циркулирующего через скважину раствора геолого-техническомунаряду позволяет исключить аварийные ситуации на буровых установках,возникающие из-за низкого качествабурового раствора,Кроме того, изобретение позволяетоптимизировать расход химреагентови как следствие снизить их расход.