Установка для определения реологических характеристик и режима движения буровых растворов

,Ь озводительности нальных возможплотномер, снаб прибором с элекподключенный к створа в подаюцелью пои расширностей,женный п ышения про ния функци нее введе азываю рическ о гистрали подачи ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт проблем глубинных нефтегазовьм месторождений АН АЗССРи Специальное конструкторское бюрогеофизического приборостроения Института геологии АН АЗССР(56) Авторское свидетельство СССРУ 832421, кл.С 01 Н 11/08, 1979.Авторское свидетельство СССРВ 1205000, кл, С 01 Н 11/08, 1984,(54)(57) 1.УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯРЕОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И РЕЖИМАДВИЖЕНИЯ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ, содержащая подающую и приемную термостабилиэированные емкости с мешалками,измерительную трубку, один конец кторой установлен в нижней части подающей емкости, а другой конец - вверхней части приемной емкости и выше предельно возможного уровня раствора в этой емкости, расходомер,снабженный показывающим прибором с электрическим выходом, газовую магистральсоединенную через первый и второйкраны с дистанционным электрическимуправлением с верхней частью приемной и с нижней частью подающей емкостей соответственно, систему регулирования давления в газовой магистрали, выполненную с воэможностью дистанционного электрического управления, систему замера перепада давления в емкостях, снабженную показывающим прибором с электрическим выходом, магистраль с третьим краном, соединяющую обе емкости между собой,магистраль подачи раствора в подающуюемкость, снабженную четвертым краномс дистанционным электрическим управлением, магистраль слива раствора изприемной емкости, снабженную пятымкраном с дистанционным электрическимуправлением, сигнализатор уровня, двааналого-цифровых преобразователя, информационные входы которьм подключены к выходам показывающих прибороврасходомера и системы замера перепададавления в емкостях соответственно,а выходы через последовательно соединенные блок регистров памяти и блоксопряжения - к входу вычислительногоблока, выход которого соединен с входом блока индикации, и блок управле"ния, вход которого соединен с выходом сигнализатора уровня, первый ивторой выходы - с управляющими входами четвертого и второго кранов с дистанционным электрическим управлениемсоответственно, третий и четвертыйвыходы - с входами системы термостабилиэации емкостей и блока включениядвигателей мешалок соответственно,пятый выход - со стробирующими входами аналого-цифровых преобразователей, шестой и седьмой выходы - с управляющими входами блока .регистровпамяти, а восьмой выход - с управляющим входом системы регулированиядавления в газовой магистрали, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с1386880 щую емкость, и третий аналого-цифровой преобразователь, причем информа ционный вход третьего аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу показывающего прибора плотномера,стробирующий вход - к девятому выходу блока управления, а выход - ктретьему входу блока регистров памяти, десятый, одиннадцатый и двенадцатый выходы блока управления соединены с управляющими входами первого,третьего и пятого кранов,2. Установка по п.1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что в ней блок управления выполнен в виде двух форми рователей одиночных импульсов, четырех триггеров, четырех элементовИЛИ, двух элементов И, трех элементов задержки, таймера, реле, узлауправления сливом раствора и узлаподключения управляющих напряжений,причем выход первого из формирователей через первый элемент ИЛИ подключен к первым входам первых двух триг геров, второй вход второго триггера1 соединен с выходом второго формирователя, а прямой выход - с первыми вхо дами первого и второго элементов И,вторые входы которых соединены с установочными входами задания режимов,а выходы - с вторым входом первогоэлемента ИЛИ и с первым входом третьего триггера, второй вход которогоподключен к второму входу первоготриггера, к входу блока управленияи к входу первого элемента задержки,выход которого подключен к первому Изобретение относится к реологии и может быть использовано в информационно-измерительных системах контроля технологических параметров процесса бурения.Цель изобретения - повышение производительности и расширение функцио" нальных возможностей. На фиг.1 показана структурная схема установки; на фиг.2 - схема блока входу четвертого триггера и к входутаймера, первый выход которого черезвторой элемент задержки подключен кшестому выходу блока, а второй выход -к девятому выходу блока и к входутретьего элемента задержки, выход которого подключен к седьмому выходублока, к второму входу четвертоготриггера, к третьим входам обоих элементов И и к первому входу узла управления сливом раствора, второй итретий входы которого соединены с выходом первого формирователя и с инверсным выходом второго триггера, авыход - с одним из входов второгоэлемента ИЛИ, другой вход которогоподключен к выходу первого триггераи к первому выходу блока, а выход -к двенадцатому выходу блока, один извходов третьего элемента ИЛИ подключен к выходу первого триггера, другой вход - х выходу третьего триггера и к одиннадцатому выходу блока,а выход - к десятому выходу блска,входы четвертого элемента ИЛИ соединены с выходами таймера, а выход -с пятым выходом блока, управляющиеобмотки реле подключены к установочным входам блока, а подвижные контакты двух его контактных групп - ктретьему и четвертому выходам блока,входы узла подключения управляющихнапряжений соединены с выходами соответствующих элементов задержки, авыход - с восьмым выходом блока, вы-.ход четвертого триггера соединен свторым выходом блока. управления; на фиг.3 - временная диаграмма работы установки.Установка содержит подающую 1 иприемную 2 термостабилизированные емкости с мешалками 3, измерительнуютрубку 4, один конец которой установлен в нижней части подающей емкостиа другой конец - в верхней частиприемной емкости 2 выше предельно 10 возможного уровня раствора в этойемкости, расходомер 5, состоящий изпервичного преобразователя 6 электромагнитного типа и показывающего прибора 7 с электрическим выходом, газовую магистраль 8, соединенную через первый кран 9 с дистанционным электрическим управлением с верхней частью приемной емкости 2, а через второй кран 10 с дистанционным электричес" ким управлением - с нижней частью по О дающей емкости 1 таким образом, что концы измерительной трубки 4 и газовой магистрали 8 находятся в подающей емкости 1 на одном и том же уровне, систему 11 регулирования давле ния в газовой магистрали 8, выполненную с возможностью дистанционного электрического управления, систему замера перепада давления в емкостях 1 и 2, состоящую иэ трубок 12, пер вичных измерительных преобразователей 13 и датчика 14 перепада давления с показьвающим прибором, имеющим электрический выход, соединяющую обе емкости между собой магистраль 15 с третьим краном 16 с дистанционным электрическим управлением, магистраль 17 поцачи раствора в подающую емкость 1, снабженную четвертым краном 18 с дистанционным электрическим управлением, магистраль 19 слива раствора из приемной емкости 2, снабженную пятым краном 20 с дистанционным электрическим управлением, сигнализатор 2 уровня, установленный в стенке по дающей емкостис возможностью контакта с заполняющим эту емкость раствором, плотномер 22, снабженный показьвающим прибором с электрическим вы-.40 ходом и подключенный к магистрали 17 подачи раствора в подающую емкость 1 (до места установки четвертого крана), аналого-цифровые преобразовате,ли 23 - 25 информационные входы коФ 45 торых подключены к выходам показывающего прибора 7 расходомера 5, системы замера перепада давления в емкостях 1 и 2 и плотномера 22 соответственно, а выходы через последователь. но соединенные блок 26 регистров памяти и блок 27 сопряжения - к входу вычислительного блока 28, выход которого соединен с входом блока 29 индикации, и блок 30 управления, вход которого соединен с выходом сигнали 55 затора 21 уровня, первый и второй выходы - с управляющими входами четвертого 18 и второго 1 О кранов с дистанционным электрическим управлением,третий и четвертый выходы - с входами Питание системы термостабили 1 еюзации емкостей и блока включения двигателей мешалок (не показаны),пятый выход - со стробирующими входамипервых двух аналого-цифровых преобраэователей 23 и 24, шестой и седьмой выходы - с управляющими входами блока 26 регистров памяти (седьмой выход, кроме того - с управляющим входом блока сопряжения), восьмой выход - с управляющим входом системы 11 регулирования давления в газовой магистрали, девятый выход - со стробирующим входом третьего аналого-цифрового преобразователя 25, а десятый,одиннадцатый и двенадцатый выходы -с управляющими входами первого 9,третьего 16 и пятого 20 кранов с дистанционным электрическим управлением соответственно. Кроме того, блок 30 управления установки содержит (фиг,2) два формирователя 31 и 32 одиночных импульсов, выход первого из которых через первый элемент ИЛИ33 подключен к первым входам первого34 и второго 35 триггеров, второй вход последнего соединен с выходом второго формирователя 32, а прямой Я-выход - с первыми входами первого 36 и второго 37 элементов И, вторые входы которых соединены с установочными входами 38 и 39 задания режимовсоответственно, а выходы - с вторым входом первого элемента ИЛИ 33 и с первым входом третьего триггера 40,второй вход которого подключен к второму входу первого триггера 34, квходу блока 30 управления и к входупервого элемента 41 задержки, выходкоторого подключен к первому входучетвертого триггера 42 и к входу таймера 43, первый выход которого через второй элемент 44 задержки подключенк шестому выходу блока 30, а второй выход - к девятому выходу блока 30 и к входу третьего элемента 45 задержки, выход которого подключен к седьмому выходу блока 30, к второму входу четвертого триггера 42 (выходкоторого является вторым выходом блока), к третьим входам обоих элементов И 36 и 37 и к первому входу узла 46 управления сливом раствора послеокончания измерений, второй и третийвходы которого соединены с выходомпервого формирователя и с инверснымЯ-выходом второго триггера 35, авыход - с одним из входом второгоэлемента ИЛИ 47, другой вход которого подключен к выходу первого триггера 34 и к первому выходу блока 30,а выход - к двенадцатому выходу блока 30, третий элемент ИЛИ 48, одиниз входов которого подключен к выходу первого триггера 34, другой вход - 1 О к выходу третьего триггера 40 и к одиннадцатому выходу блока 30, а выход - к десятому выходу блока 30, четвертый элемент ИЛИ 49, входы кото-. рого соединены с выходами таймера 43, 15 а выход - с пятым выходом блока 30, 1 реле 50 с управляющими обмотками под 1 ключенными к установочным входам 51 и 52 блока 30, и двумя контактными группами, подвижные контакты которых 20 связаны с третьим и четвертым выходами блока 30, и узел 53 подключения управляющих напряжений к системе регулирования давления в газовой магистрали, входы которого соединены с вы ходами соответствующих элементов за. держки, а выход - с восьмым выходом блока 30, В состав узла 4 б входятэлементы И 54 и ИЛИ 55, а также триггер 56, узел имеет установочные входы "Слив автоматический" 57 и "Слив по команде" 58. В состав узла 53 входит триггер 59, управляющий ключами 60 и 61, выходы которых объединены и подключены к выходу данного узла.35Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии схемы все триггеры блока 30 управления находятся в положении "0" (фиг,2), Режим "1" циклического отбора - слива бурового раствора, характерный для условий действующей буровой, задается подачей потенциала высокого уровня, соответствующего уровню логической "1" (потенциал "1"), на установочный вход 38 и с него на первый управляющий вход элемента И 36. Сигнал "Пуск (фиг.З,а), формируемый при нажатии кнопки в формирователе 31, проходит через элемент ИЛИ 33 блока управления (фиг.2) и устанавливает в положение "1" триггеры 34 и 35. Потенциал "1" с единичного Ц-выхода триггера 35 (фиг.З,в) подается на второй управляющий вход элемента И 36, подго 55 тавливая его (этот же потенциал поступает на элемент И 37, который в данном режиме блокирован потенциалом низкого уровня, соответствующего уровню логического 11011, т. е. потенциалом "0" с установочного входа 39). Потенциал 11" с единичного Я-выхода триггера 34 (фиг,З,б) поступает на первый, десятый и двенадцатый выходы блока. управления (на первый вход непосредственно, а на десятый и двенадцатый - через элементы ИЛИ 48 и 47 соответственно) и с этих выходов на управляющие входы кранов 18, 9 и 20 с дистанционным электрическим управлением, открывая их (фиг.1). При этом раствор через магистраль 17 с открытым краном 18 поступает в подающую емкость 1 и заполняет ее до тех пор, пока уровень раствора в этой емкости не достигнет уровня, на котором установлен сигнализатор 21. Под давлением Р, сжатого воздуха, поступающего из газовой магистрали 8 в приемную емкость 2 через открытый кран 9, раствор (если он имеется в приемной емкости в данный момент времени) сливается через магистраль 19 с открытым краном 20.В начале работы установки импульсом 1 Вкл,", поступающим на установочный вход 51 (с формирователя, аналогичного формирователю 31; на фиг2 не показан), включается реле 50 и напряжения П , и Б через замкнувшиеся контакты двух его контактных групп поступают на третий и четвертыи выходы блока управления и далее на входы "Питание 1 системы термостабилизации емкостей и блока включения двигателей мешалок. После окончания11 1 работы установки импульсом Выкл. поступающим на установочный вход 52 (с формирователя, аналогичного формирователю 31; на фиг.2 не показан), реле 50 возвращается в исходное положение, при этом соответствующие контакты его контактных групп размыкаются, система термостабилизации емкостей и блок включения двигателей мешалок обесточиваются. При срабатывании сигнализатора 21 (фиксирующего заданный уровень заполнения емкости 1 исследуемым раствором) импульс с его выхода (фиг.З,г) возвращает триггер 34 в исходное положение "0" (фиг,З,б), при этом разрешающий потенциал "1" снимается с управляющих входов кранов 9, 18 и 20 и они закрываютсяПрекращается(с целью достижения раствором в емкости 1 требуемой температуры и консистенции) выходной импульс сигнализатора 21 (фиг.З,д) устанавливает триггер 42 в положение "1" и запускает таймер (реле времени) 43 - на- О чинается первый такт цикла измерения длительностью д 1 Потенциал "1" с единичного Ц-выхода триггера 42 (фиг.З,е ) поступает на второй выход блока управления и с него на управля"5 ющий вход крана 1 О с дистанционным электрическим управлением, открывая его, Сжатым воздухом, поступающим через магистраль 8 в подающую емкость 1, осуществляется выдавливание раст вора из этой емкости в приемную емкость 2 через измерительную вискозиметрическую трубку 4 с расходомером 5, состоящим из первичного преобразователя 6 и показывающего при бора 7 с электрическим выходом. Параллельно с измерением расхода посредством указанного расходомера производятся замер перепада давления в емкостях и замер плотности бурового 30 раствора в магистрали 17 посредством плотномера 22 с показывающим прибором.В момент времени, соответствующий окончанию первого такта цикла измерения, т.е. через время Ай с момента запуска таймера 43 импульс с перого выхода последнего (фиг.З,и) проходит через элемент ИЛИ 49 на пятый выход блока управления и отсюда посту пает на стробирующие входы аналогоцифровых преобразователей 23 и 24, разрешая выполнение операции преобразования в код мгновенных значений сигналов на выходах расходомера Ц, и 45 системы замера перепада давления в емкостях ь Р, соответственно. Результаты преобразования заносятся в первый и второй регистры памяти блока 26, Укаэанный импульс формируется (фиг.З,к) элементом 44 задержки, выход которого связан с шестым выходом блока управления и с первым управляющим входом блока 26, Этот же импульс перебрасывает триггер 59 узла 53 в положение 1", при котором потенциал с единичного Я-выхода триггера (фиг.З,ж) появляется на управляющем входе ключа 60 и устанавливает его в замкнутое положение, подключая напряжение БП (фиг.З,з) к восьмому выходу блока управления (ключ 61 при этом размыкается, так как с инверсного Я-выхода триггера снимается теперь, потенциал "0"), Исполнительный механизм системы 11 под действием управляющего напряженйя 11 изменяет положение регулирующей заслонки в газовой магистрали 8, задавая тем самым новое значение Р давления сжатого воздуха, соответствующее Б , Начинается второй такт цикла измерения (длительностью 1 ), который протекает аналогично первому, но уже с другой скоростью движения раствора в измерительной трубке 4.В момент времени, соответствующий окончанию второго такта цикла измерения, т.е. через время дС, + ьй с момента запуска таймера 43 импульс с второго выхода последнего (фиг.З,л) проходит на пятый выход блока управления (через элемент ИЛИ 49) и далее на стробирующие входы аналого-цифровых преобразователей 23 и 24, вновь разрешая выполнение операции преобразования в код мгновенных значений сигналов на выходах расходомера Я и системы замера перепада давления в емкостях ЬР соответственно, а так" же на девятый выход блока управления непосредственно и далее на стробирующий вход аналого-цифрового преобразователя 25, разрешая выполнение операции преобразования в код мгновенно" го значения сигнала на выходе плотно" мера 22. Результаты преобразования заносятся в третий, четвертый и пятый регистры памяти блока 26 по импульсу, задержанному на время с =Г,. Этот импульс формируется элементом 45 задержки (фиг.2,м), с выхода которого он поступает на седьмой выход блока управления и далее на второй управляющий вход блока 26 и управляющий вход блока 27 сопряжения, который, последовательно опрашивая регистры памяти блока 26, переписывает информацию, поступает на узел 53 и возвращает триггер 59 в исходное положение "0" (фиг.З,ж), при этом ключ 60 размыкается, а ключ 61 устанавливается в замкнутое положение, подключая управляющее напряжение 11, к системе 11 регулирования давления в газовой магистрали (фиг.3,3), возвращает триггер 42 в- структурная вязкостьи динамическое напря"жение сдвига исследуемого бурового раствора соответственно; - диаметр и длина измерительной трубки 4 соответственно;40 - показания системы эа"мера перепада давле ния в емкостях, снятые в соответствующие моменты времени;45 - показания расходомера5, снятые в те же моменты времени;- показания плотномера22; 50 - средний диаметр колонны бурильных труб; - фактическое и критическое значения расхода бурового раствора, эакачиваемого в скважину (Щ определяется внешним расходомером); исходное положение "0", при этом потенциал "1" с управляющего входа крана 1 О снимается (фиг.З,е), он закрывается, доступ сжатого воздуха в емкость 1 прекращается, а также проходит через элементы И 36 и ИЛИ 33 на триггер 34 и устанавливает его в положение "1" (фиг.З,б) - начинается новый цикл измерения. Дальнейшая по- О следовательность операций аналогична рассмотренной; открываются краны 18, 9 и 20, раствор через магистраль 17 поступает в подающую емкость 1 и заполняет ее (до момента срабатывания 5 сигналиэатора 21), раствор из приемной емкости 2 под давлением Р, сжатого воздуха, поступающего в эту ем" кость из газовой магистрали 8, сливается через магистраль 19 и т,д. 20Вычислительный блок 28 (калькулятор) по предварительно заложенной в него программе осуществляет вычисление искомых параметров по формулам4 25й дР, - дРы ЮВ ЕВ1281 Ц -Я, фЗйв12821 Яоф 161 ( 1 -,1. )9 у 2 ж30"Р 19, бра Г. р- показатель режима течения бурового раствора в скважине ( ) 1 турбулентный режим;( 1 структурныйрежим;=1 - неустойчивое состояние гидравлической системы). По окончании работы установки происходит следующее. Импульс "Конец цикла" (фиг,З,н), формируемый оператором посредством формирователя 32 (аналогичного формирователю 31), воз" вращает триггер 35 в исходное положение "О", при этом потенциал "1" ссоответствующего управляющего входаэлемента И 36 снимается (фиг.З,в),цепь обратной связи разрывается иустройство ждет окончания текущегоцикла измерения, т.е. появления выходкого импульса элемента 45 задержки (фиг,З,м), который, устанавливая соответствующие элементы схемы (триггер 42, узел 53) в исходное положение, далее не проходит на триггер 34 (так как элемент И 36 закрыт) и этотВЮ Ф триггер остается в положении 0 (пока не поступит следующий импульс "Пуск" с формирователя 3 1 ) . В емкости 2 остается раствор , для принудительного слива которого предназначен узел 46 . При подаче на установочный вход 57 разрешающего потенциала "Слив автоматический " подготавливается элемент И 54 ( на втором управляющем входе которого уже имеется потенциал " 1 " с инверсного Я-выхода триггера 3 5 ) и указанный выходной импульс элемента 4 5 задержки , который не может пройти через закрытый элемент И 3 6 , проходит чере э элементы И 54 и ИЛИ 55 на триггер 56, устанавливая его в положе ние" 1 " . Потенциал " 1 " с Я-выхода триггера чере э элемент ИЛИ 4 7 поступает на двенадцатый выход блока управления и далее. на управляющий вход крана 20, открывая его и разрешая слив бурового раствора по магистрали 19. Предусмотрена воэможность слива раствора по команде оператора, В этом случае функции выходного импульса элемента 45 задержки выполняет импульс "Слив по команде" (формируется оператором посредством формирователя, аналогичного формирователю 31; на фиг,2 не показан), который по 1386880ступает на установочный вход 58, проходит через элемент ИЛИ 55, устав 11 навливает триггер 56 в положение 1 и т,д. В обоих случаях триггер 56 возвращается в исходное положение"0" в начале очередного цикла измерения импульсом "Пуск" формирователя 31.