Устройство для определения реологических характеристик буровых растворов

(5)5 6 01 й 11/О ч 3)34ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ИЯ БУГОСУДАР СТВ Е ННЫ И КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Институт проблем глубинных нефтегазовых месторождений АН АЗССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 251913, кл, 6 01 М 11/08, 1971,Авторское свидетельство СССРМ 1469314, кл. 6 01 К 11/06, 1987,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНРЕОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИКРОВЫХ РАСТВОРОВ(57) Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам для определения реологическиххарактеристик буровых растворов в стационарных и полевых условиях, и может бытьтакже использовано для определения реологических свойств нефтей, нефтепродуктови других подобных жидкостей. Цель изобретения - повышение точности определенияхарактеристик и удобства в эксплуатации.Устройство содержит цилиндрический сосуд 1, в горловине которого герметично установлена пробка 2 с полой трубкой 3,1 ф т закрепленной подвижно в теле пробки с возможностью вертикального перемещения, мерник 4 и рабочую трубку 5, один конец которой закреплен подвижно в боковой стенке сосуда в нижней его части с возможностью горизонтального перемещения, а другой конец находится над мерником, Подача раствора в сосуд осуществляется через магистраль 6, а слив - через магистраль 8, Обе магистрали, а также рабочая трубка 5 снабжены кранами 7, 9 и 12 с дистанционным электрическим управлением, В рабочей трубке, кроме того, установлен датчик 13 наличия потока среды. Перемещение полой трубки определяется измерительным преобразователем 10 с датчиком 11, закрепленным неподвижно на внешней стенке полой трубки в верхней ее части, связанной с атмосферой. Устройство содержит также три сигнализатора 14, 15 и 16 уровня, один иэ которых(14) закреплен неподвижно в боковой стенке сосуда в верхней его части на отметке предельно возможного уровня раствора в емкости сосуда, а два других (15 и 16) - в боковой стенке мерника на отметках Ь и 2 Л от его дна, и вычислительный блок 17. 1 з,п,ф-лы, 4 ил,Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам для определения реологических характеристик буровых растворов в стационарных и полевых условиях,и может быть использовано для определения реологических свойств нефтей, нефтепродуктов и других подобных жидкостей.Цель изобретения - повышение точности определения удобства эксплуатации и повышение точности устройства,На фиг. 1 показана структурная схема устройства; на фиг. 2 - 4 - структурные схемы основных его узлов - вычислительного блока ( фиг, 2), измерительного преобразователя перемещения полой трубки (фиг. 3) и датчика наличия потока среды в рабочей трубке (фиг. 4). Устройство содержит (фиг, 1) цилиндрический сосуд 1, в горловине которого герметично установлена пробка 2 с полой трубкой 3, закрепленной подвижно(например, реэьбовым соединением) в теле пробки с возможностью вертикального перемещения, мерник 4, рабочую трубку 5, один конец которой закреплен подвижно (например, резьбовым соединением) в боковой стенке сосуда 1 в нижней его части с возможностью горизонтального перемещения, а другой конец находится над мерником 4, магистраль 6 подачи раствора в сосуд 1, снабженную первым краном 7 с дистанционным электрическим управлением, магистраль 8 слива раствора из сосуда 1, снабженную вторым краном 9 с дистанционным электрическим управлением, измерительный преобразователь 10 перемещения полой трубки с датчиком 11, закрепленным неподвижно на внешней стенке полой трубки 3 в верхней ее части, связанной с атмосферой, третий кран 12 с дистанционным электрическим управлением и датчик 13 наличия потока среды, установленные в рабочей трубке 5, три сигнализатора 14 - 16 уровня, один из которых (14) закреплен неподвижно в боковой стенке сосуда 1 в верхней его части на отметке предельно возможного уровня раствора в емкости сосуда 1, а два других (15 и 16) - в боковой стенке мерника на отметках Л максимально допустимого уровня и 2 Л - минимально допустимого уровня от его дна, первы, второй и третий информационные входы которого соединены с выходами соответствующих сигнализаторов 15 и 16 уровня, четвертый информационный вход датчика 11 наличия потока среды и входом "Запуск" измерительного преобразователя 10 перемещения8 устройстве вычислительный блок 17 содержит(фиг. 2) первый триггер 18, первый вход (5) которого является первым установочным входом 19 (" Подача раствора"), а выход подключен к первому выходу блока, генератор 20 импульсов, выход которого подключен к первому входу элемента И 21, второй вход которого соединен с выходом второго триггера 22, а выход - со счетным входом (С) счетчика 23 импульсов, кодовый выход которого подключен к информационным входам регистров 24 - 26, выходы которых подключены к регистрирующему блоку 27 (или микрокалькулятору), третий триггер 28, первый вход (5) которого является вторым установочным входом 29 блока (" Режим вычисления статического напряжения сдвига"), а выход подключен к одному из входов первого элемента ИЛИ 30, другой вход которого подключен к выходу второго триггера 22, а выход является третьим выходом блока, четвертый триггер 31, первый вход которого (5) является третьим установочным входом 32 блока (" Слив раствора"), а выход - вторым выходом блока, второй элемент ИЛИ 33, первый вход которого является первым информационным входом блока, а выходсоединен с вторым входом (Р) первого триггера 18, третий элемент ИЛИ 34, первый и второй входы которого являются соответственно четвертым установочным 35 (" Режим вычисления ц 1 то") и информационным входами блока, а выход связан с первым входом (5) второго триггера 22, четвертый элемент ИЛИ 36, первый вход которого являе, ся пятым информационным входом блока и связан с управляющими входами первого регистра и регистрирующего блока, второй и третий входы - с одноименными информационными входами блока и соответствующими управляющими входами второго 25 и третьего 26 регистров, а выход - с вторым входом (Р) второго триггера 22 непосредственно и с входом "Сброс" (В) счетчика 23 импульсов через элемент 37 задержки, пятый элемент ИЛИ 38, первый вход которого является пятым информационным входом блока, а выход связан с вторым входом (В) третьего триггера 28, причем пятый установочный вход 39 блока (" Исходное положение") связан с вторыми входами четвертого тригера 31, второго 33 и пято 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 полой трубки, пятый информационный вход - с выходом укаэанного измерительного преобразователя 10, а выходы - с управляющими входами соответствующих кранов 7, 9 и 12 с дистанционным электрическим управленим.40 45 50 55 го 38 элементов ИЛИ, с четвертым входомчетвертого элемента ИЛИ 36.Фотоэлектрический вариант выполнения измерительного преобразователя перемещения полой трубки (фиг. 3) содержитгенератор 40 пилообразного тока, вход которого является входом "Запуск" измерительного преобразователя 10, а выходподключен к гаэоразрядному индикатору41, оптически связанному с датчиком 11,выполненым(в данном варианте) в виде фоточувствительного элемента, выход которого является выходом измерительногопреобразователя 10,Вариант выполнения датчика 13 наличия потока среды (фиг, 4) содержит магнитоуправляемый контакт (геркон) 42 ипоршень-экран 43 из ферромагнитного материала, закрепленные в немагнитной рабочей трубке 5 неподвижно и подвижно (своэможностью горизонтального перемещения под воздействием потока жидкости отисходного положения до упоров 44) соответственно, магнит 45, неподвижно закрепленный с внешней стороны рабочей трубки вплоскости установки геркона 42 и поршняэкрана 43 (в исходном положении последнего), и формирователь 46, входом которогоподключены к геркону 42, а вход являетсявыходом датчика.Устройство работает следующим образом,В исходном состоянии схемы все триггеры вычислительного блока 17 (фиг. 2) находятся в положении "О", при котором на ихединичном выходе - потенциал низкогоуровня, соответствующего уровню логического "0" (а дальнейшем - потенциал "0",закрывающий все краны 7, 9 и 12). Для установки триггеров в указанное положение наустановочный вход 39 (" Исходное положение") блока 17 достаточно подать импульс,который пройдет на их В -входы непосред,ственно ( для триггера 31) и через элементыИЛИ 33, 36 и 38 (для триггеров 18, 22 и 28соответственно), Счетчик 23 импульсов также находится в положении "0". Нижнии конец полой трубки 3 устанавливают(вращением по резьбе в теле пробки 2) навысоте Н от уровня входного отверстия рабочей трубки 5, вкрученной (вращением порезьбе) в боковую стенку сосуда в нижнейего части,Залив иследуемого раствора в цилиндрический сосуд 1 задается подачей импульса на установочный вход 19 (" Подачараствора") блока 17, при этом триггер 18устанавливается в положение "1", на егоединичном выходе появляется потенциалвысокого уровня, соответствующего уровню 5 10 15 20 25 30 35 логической "1" (в дальнейшем - потенциал "1"), который далее поступает на управляющий вход крана 7 (фиг. 1) и открывает его Раствор по магистрали 6 начинает заполнять сосуд 1. Этот процесс продолжается до тех пор, пока уровень раствора в сосуде не достигнет уровня (отметки) установки сигналиэатора 14, при этом контакт раствора с сигнализатором вызывает его срабатывание, и соответствующий импульс с выхода данного узла, пройдя через элемент ИЛИ 33 вычислительного блока 17, возвращает триггер 18 в положение "0". Потенциал на единичном выходе триггера скачком изменяется до уровня логического "0". кран 7 закрывается и подача раствора в сосуд 1 прекращается.Режим определейия структурной вязкости (у) и динамического напряжения сдвига ( г) задается подачей импульса на установочный вход 35 (" Режим вычисления ту,т") вычислительного блока 17, при этом укаэанный импульс проходит через элемент ИЛИ 34 (фиг. 2) и устанавливает триггер 22 в положение "1", Потенциал "1" с единичного выхода триггера 22 открывает элемент И 21, и счетные импульсы генератора 20 через этот элемент начинают поступать на счетный вход счетчика 23 импульсов. Одновременно данныи потенциал через элемент ИЛИ 30 подается на управляющий вход крана 12 и открывает его, в результате чего раствор из сосуда 1 по рабочей трубке 5 сливается в мерник 4 (датчик 13 в рассматриваемом режиме стопорится, т,е, участия в работе устройства не принимает) Этот процесс продолжается до тех пор,пока уровень раствора в мернике не достигнет уровня (отметки Л) установки сигнализатора 15, при этом контакт раствора с сигнализатором вызывает его срабатывание и формирование соответствующего импульса, который, проидя через элемент ИЛИ 36 блока 17 на В- вход триггера 22, возвращает последний в исходное положение "0" (в результате закрывается элемент И 21, блокируя подачу раствора из сосуда 1 в мерник 4). Указанныи импульс. кроме того, поступает на управляющий вход регистра 26 и разрешает перенос в него содержимого М счетчика 23 импульсов, пропорционального времени 1 заполнения мерника 4 до уровня Л, а также поступает через элемент 37 задержки на установочный К-вход счетчика 23 импульсов и с некоторой задержкой, достаточной для того, чтобы успеть переписать код М в регистр 26(задержка обеспечивается упомянутым элементом 37), 1635071сбрасывает счетчик в нуль, На этом первый такт цикла измерения у, т заканчивается,При переходе к второму такту вращением полой трубки 3 устанавливают нижний ее конец на высоте Н 2 от уровня входного отверстия рабочей трубки 5 в стенке сосуда 1. Начало такта задается подачей второго импульса на тот же установочный вход 35 вычислительного блока 17. Дальнейшая последовательность операций аналогична рассмотренной для первого такта (триггер 22 устанавливается в положение "1", элемент И 21 открывается, пропуская счетные импульсы генератора 20 на счетчик 23, и т.д,) до момента срабатывания сигнализатора 16, т.е, до момента достижения раствором, заполняющим мерник 4, отметки 2 Л (или, другими словами, до момента заполнения мерника тем же объемом раствора, что и в первом такте), Импульс с выхода срабатывающего сигнализатора возвращает триггер 22 в положение "0", пройдя через элемент ИЛИ 36 (в результате закрывается элемент И 21 и кран 12), разрешает перенос в регистр 25 содержимого К 2 счетчика 23 импульсов, пропорционального времени 12 заполнения мерника от отметки Л до отметки 2 Л, и с некоторой задержкой сбрасывает в нуль указанный счетчик. На этом второй такт цикла измерения у, го искомых, параметров у,то заканчивается, в регистрах 26 и 25 запоминаются коды М 1 и М 2 пропорциональные т и 12 соответственно,Для определения статического напряжения сдвига ( Я) вращением полой трубки 3 устанавливают нижний ее конец сперва на уровне входного отверстия рабочей трубки 5 и в стенке сосуда 1. Подают импульс на установочный вход 29 блока 17 (фиг. 2), при этом триггер 28 устанавливается в положение "1", потенциал "1" с его единичного выхода через элемент ИЛИ 30 подается на управляющий вход (т ) крана 12 и открывает его, Но хотя кран открыт, истечения раствора из сосуда 1 в мерник не происходит, т.е. давления в сосуде и вне его (на уровне выходного отверстия рабочей трубки 5) равны между собой. В случае пластических жидкостей истечение начнется, когда избыток давления внутри сосуда 1 окажется достаточным для определения Ч. Чтобы найти эту величину, разблокируют датчик 13 (т.е. устанавливают его в рабочее состояние) и вращением полой трубки 3 плавно перемещают ее в нижний конец, В определенный момент времени ( ) в рабочей трубке 5 появляется раствор из сосуда 1, на что реагирует датчик 13, импульс с выхода которого5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 запускает измерительный преобразователь 10 (последний предназначен для преобразования в интервал времени й перемещения д полой трубки от исходного положения до положения, соответствующего моменту истечения раствора), кроме того, пройдя через элемент ИЛИ 34 блока 17, устанавливает триггер 22 в положение "1", при этом потенциал "1" с единичного выхода триггера открывает элемент И 21 и счетные импульсы генератора 20 начинают заполнять счетчик 23 импульсов.В момент окончания цикла преобразования д -+Л 1 импульс с выхода измерительного преобразователя 10;Пройдя через элементы ИЛИ 36 и 38, возвращает в исходное положение "0" соответственно триггеры 22 и 28; при этом элемент И 21 закрывается и поступление счетных импульсов генератора 20 на счетчик 23 прекращается, кран 10 также закрывается;пройдя на управляющий вход регистра 24, разрешает перенос (перезапись) в него содержимого Йз счетчика импульсов, пропорционального Л 1 (а значит д);пройдя на управляющий вход регистрирующего блока 27, разрешает сброс регистров 26, 25 и 24 и последовательный (подекодный) ввод информации М 1, М 2, Мз в программируемый микрокалькулятор (например, типа "Электроника МК"), вычисляющий по заложенной в него предварительно программе искомые параметры , т в третьем (вычислительном) такте цикла измерения у, т, (результаты могут быть выведены на индикатор микрокалькулятора так же, как и код йз);пройдя на установочный К - вход счетчика 23 (через элемент 37), с некоторой задержкой сбрасывает его в нуль.При необходимости слива раствора из сосуда 1 по окончании работы с устройством импульс подается на установочный вход 32 (" Слив раствора") блока 17, при этом триггер 31 устанавливается в положение "1", потенциал "1" с его единичного выхода подается на управляющий вход крана 9 и открывает его, разрешая слив раствора из сосуда 1 по магистрали 8. В исходное состояние схема устройства приводится после подачи импульса на установочный вход 39 блока 17. Фотоэлектрический вариант выполнения измерительного преобразователя 10 показан на фиг, 3, Принцип его действия заключается в следующем, Импульс с выхода датчика 13 (фиг. 1), появляющийся в момент времени 11, запускает генератор пилообразного тока 40, который осуществляет линей 1635071 1 О5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ную развертку светящегося столба газа линейного гаэоразрядного индикатора 41. На внешней стенке полой трубки 3 неподвижно закреплен (и, очевидно, перемещается вместе с ней) датчик 11 преобразователя, выполенный в виде фоточувствительного элемента (ФЭ). В момент освещения ФЭ светящимся газом на его выходе появляется импульсный сигнал, который указывает на окончание временного интервала. Этот сигнал подается далее на пятый информационный вход вычислительного блока 17.Вариант датчика 13 показан на фиг, 4, Принцип его действия заключается в следующем. В исходном положении датчик стопорится (путем фиксации в определенном положении легкого поршня-экрана 43 специальными винтами (на фиг, 4 не показаны), при этом магнит 45 не оказывает никакого влияния не геркон 42, расположенный внутри поршня, из-за экранирующего эффекта последнего,После того, как нижний конец полой трубки 3 установлен на уровне входного отверстия рабочей трубки 5 в стенке сосуда 1 и открыт кран 12, датчик переводят в рабочее состояние, т,е, освобождают поршень- экран (теми же винтами). При появлении в рабочей трубке потока среды (раствора) вместе с ним перемещается поршень-экран 43 (пока не "сядет" на упоры 44) при этом геркон 42 оказывается в зоне действия магнита 45 и замыкается, а формирователь 46 формирует импульс, указывающий на наличие потока среды. Этот импульс подается далее на четвертый информационныи вход вычислительного блока 17 и на вход "Запуск" измерительного преобразователя 10.Формула изобретения 1, Устройство для определения реологических характеристик буровых растворов, содержащее цилиндрический сосуд, в горловине которого установлена пробка с полой трубкой, закрепленной подвижно в теле пробки с возможностью вертикального перемещения, мерник и рабочую трубку, один конец которой закреплен подвижно в боковой стенке цилиндрического сосуда в нижней его части с возможностью горизонтального перемещения, а другой конец находится над мерником, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности определения характеристик и удобства в эксплуатации, в него введены магистраль подачи раствора в сосуд, снабженная первым краном с дистанционным управлением, магистраль слива раствора из сосуда, снабженная вторым краном с дистанционным управлением, измерительный преобразователь перемещения полой трубки, датчик которого неподвижно закреплен на внешней стенке полой трубки в верхней ее части. связанной с атмосферой, третий кран с дистанционным управлением и датчик наличия потока среды, установленные в рабочей трубке, три сигнализатора уровня, один из которых закреплен неподвижно в боковой стенке сосуда в верхней его части на отметке предельно допустимого уровня раствора в емкости сосуда, а два других - в боковой стенке мерника соответственно на отметках максимально и минимально допустимого уровня, и вычислительный блок, первый, второй и третий информационные выходы которого соединены соответственно с выходами первого, второго и третьего сигнализаторов уровня, четвертый информационный вход - с выходом датчика наличия потока среды и входом "Запуск" измерительного преобразователя перемещения полой трубки, пятый информационный вход - с выходом укаэанного измерительного преобразователя, а первый, второй и третий выходы вычислительного блока - с управляющими входами первого, второго и третьего кранов с дистанционным управлением соответственно,2, Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что вычислительный блок содержит генератор импульсов, четыре триггера, пять элементов ИЛИ, элемент И, элемент задержки. счетчик импульсов, три регистра и регистрирующий блок, причем первый вход первого триггера является первым установочным входом, а выход - первым выходом блока, выход генератора импульсов подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго триггера, а выход элемента И - со счетным входом счетчика импульсов, выход которого подключен к информационным входам всех регистров, выходы которых подключены к регистрирующему блоку, первый вход третьего триггера является вторым установочным входом блока, а выход подключен к одному из входов первого элемента ИЛИ, другой вход которого связан с выходом второго триггера, а выход первого элемента ИЛИ является вторым выходом блока, первый вход четвертого триггера является третьим установочным входом, выход - третьим выходом блока, первый вход второго элемента ИЛИ являтюся первым информационным входом блока, а выход соединен с вторым входом первого триггера, первый и второй входы третьего элемента ИЛИ являются соответственно четвертым установочным и вторым информационным входами блока, а выход третьего элементаИЛИ соединен с первым входом второготриггера, первый вход четвертого элемента ИЛИ является третьим информационным входом блока и соединен с управляющими входами первого регистра и интерфейса, второй и третий входы четвертого элемента ИЛИ являются четвертым и пятым соответственно информационными входами блока и свяэаны с управляющими входами второго и третьего регистров соответственно, а выход четвертого элемента ИЛИ - с вторым входом второго триггера непосредственно и с входом "Сброс" счетчика через элемент задержки, первый вход пятого элемента ИЛИ соединен с третьим информационным 5 входом блока, а выход - с вторым входомтретьеготриггера, пятый установочный вход блока связан с вторыми входами четвертого триггера, второго и пятого элементов ИЛИ и с четвертым входом четвертого элемента 10 ИЛИ,1635071 рректор Н,Кор Состав ь В,СкоробогатоМоргентал ктор М.Петрова ехре изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина аказ 751 Тираж 384ВНИИПИ Государственного комитета по113035, Москва. ЖПодписноебретениям и открытиям при ГКНТ СССушская наб 4/5