Циркуляционная система с автоматическим регулированием свойств бурового раствора

 

ае <ю

2165 А СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ . РЕСПУБЛИН з(51) е z1 В 21/06

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ. (21) 3429789/22-03 (22) 27.04.82 (46) 30.07.83. Бюл. М 28 (72) Ю.М, Андрианов, А,М. Котляров, P.Þ. Равич-Щербо, Л.Г. Враго и М.М. Кузьменко (71) Специальное проектно-конструкторское бюро автоматизации глубоко-, го разведочного бурения (53) 622.243.144(088.8)

У (56) 1. Авторское свидетельство CCCPN 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 циркуля ционных систем, применяемые за рубежом. М., ВНИИОЭНГ, 1975; с. 33-35(54) (57) . 1. ЦИРКУЛЯЦИОННАЯ СИСТЕМА

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, отличающаяся тем, что, с целью оптимизации рецептуры бурово.., ro раствора и расхода химреагентов, она снабжена узлом для седиментационной очистки и электрообработки буро. вого раствора с электрическим блоком питания, вторым плотномером, датчика. ми вязкости, стат юеского 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 смеситель ого устройства.

2. Система по и. 1, о т л и ч а ю- ® ! щ а я с я тем, что автоматический бункер для химических реагентов выпол нен в аиде секций, образованных цент- у

;ральной трубой, соединенной радиальны ми перегородками с корпусом, и имеет программируемый распределитель с дозирующим устройством, причем каждая секция выполнена с возможностью сообщения с дозирующим и вакуумным уст- р ройствами и через программируемый распределитель с соседнеи секцией.

3. Система по ï. 2, отличаю

laeeeL щ а я с я тем, что программируемый распределитель выполнен в виде под- ©

I вижнои трубы с приемным и разгрузоч- © ным окнами, размещенными на противоположных концах трубы и смещенными одно относительно другого на межсек- ф ционный шаг.

tO 2i6S

55

Изобретение относится к системам регулирования свойств бурового раствора и предназначено для очистки, обработки и приготовления бурового раствора при бурении нефтяных и газовых скважин.

Известна установка для обработки и приготовления бурового раствора, содер>нащая емкость для бурового рас. твора, емкости для сыпучих материалов, связанные независимыми пневмотранспортными линиями с приемным бункером, гидросмесительное устройст. во и гидротранспорт, при этом гидросмссительное устройство выполнено в виде двух эжекторов, объединенных общим приемным бункером, причем эжекторы соединены независимыми гидротранспортными линиями, один — с приемной емкостью циркулирующих буровых растворов, другой — с емкостью приготовления раствора $1j.

Недостатком данной установки является отсутствие постоянной информации о текущих показателях основных физико-химических параметров бурового раствора и как следе †в отсутствие автоматического поддержания заданной рецептуры бурового раствора, что снижает технологическую дисциплину. Кроме того, наличие для ка>ндого химического реагента, потребляемого в малом количестве, своего бункера с дозатором с системой аэрации и пневмотранспорта делает циркуляционную систему металлоемкой, энергоемкой и с низкой монтажеспособностью.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является ав/ томатизированная циркуляционная система с автоматическим регулированием свойств бурового раствора, содержащая приемную емкость для бурового раствора, автоматический бункер для химических реагентов, смесительное устройство, состоящее из насоса и гидросмесителя, дозирующее устройстВ0 пневматические линии, плотномер и блок автоматического управления (2).

Недостатком известной системы является отсутствие постоянной информа ции о текущих показателях основных физико-химических параметров бурового раствора и как следствие отсутствие автоматического поддержания заданной рецептуры бурового раствора, что снижает технологическую дисциплину.

Автоматическое регулирование параметров бурового раствора в известной системе ограничивается регулированием плотности раствора.

Кроме того, в системе не решен вопрос по поддержанию текучести порошкообразных материалов, что оказывает существенное влияние на эффек- тивность автоматизации процессов приготовления и обработки бурового раствора.

Цель изобретения — оптимизация рецептуры бурового раствора и расхода химреагентов.

Указанная цель достигается тем, что циркуляционная система с автоматическим регулированием свойств бурового раствора, содержащая приемную емкость для бурового раствора, автоматический бункер для химических реагентов, смесительное устройство, состоящее из насоса и гидросмесителя, дозирующее устройство, пневматические линии, плотномер и блок автоматическо> о управления, снабжена узлом для седиментационной очистки и электрообработки бурового раствора с электрическим блоком питания, вторым плотномером, датчиками вязкости, статического напряжения сдвига и концентрации водородных ионов, установленных на выходе узла для седиментационной очистки и электрообработки бурового раствора и в приемной емкости для бурового раствора, причем выходы 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 10321

На фиг. 1 изображена циркуляционная система с автоматическим регулированием свойств бурового раствора; на фиг. 2 - схема устройства для седиментационной очистки и электрообра, ботки бурового раствора; на фиг. 3 . сечение А."А на фиг. 1; на фиг. 4сечение Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 и

6 - соответственно подвижный и неподвижный- диски устройства для седимен- !О тационной очистки и электрообработки бурового раствора.

Циркуляционная система с автоматическим регулированием свойств бурового раствора (фиг. 1) имеет узел 1 для >g седиментационной очистки и электрообработки бурового раствора, электрический блок 2 питания, приемную емкость 3 бурового. раствора с отсеками

4 и 5, смесительное устройство 6, щ выполненное в виде центробежного насоса 7 и гидросмесителя 8 эжекторного типа с приемной камерой 9, блок

10 автоматического управления, автоматический мнагосекционный бункер 11, 2s пневмотранспортную линию 12 с электроклапаном 13, вакуумный насос 14 с электромагнитными клапанами 15.2-15.к и датчики 16, 17, 18 и 19 плотности, вязкости, статического напряжения сдвига и концентрации водородных " ионов соответственно, установленные на выходе из узла 1 и в отсеке 5 приемной емкости 3 соответственно и связанные через блок 1О 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 с приводом 23, дисками 24 и скребком

25 и неподвижные диски 26.

Корпус 20 имеет подводящий 27 и отводящий 28 патрубки, окно 29 и днище, сообщающее корпус 20 со шламоудалителем 21. Шламоудалитель 21 включает в себя трубу 30, шнек 31 с приво" дом 32 и клапан 33 с пружиной 34.

Чередующиеся подвижные 24 (фиг. 5) и неподвижные 26 (фиг. 6) диски имеют радиальные прорези 35 с отбортованными вниз краями 36 и расположенные наклонно к радиусу скребки соответст- 55 венно 37 и 38. Скребки 37 и 38 и отбортованные края 36 крепятся к дискам с изоляторами 39. Кроме того, 65 4 неподвижные 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 при водом 51 (фиг. 4) . На противоположных концах трубы 50 выполнены приемное окно 52 и отводящее окно 53, которые смещены одно относительно другого 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 55

Предлагаемая 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, установ1032165 ленных на медленно вращающемся валу

22 с частотой вращения около 1 об/мин сгребаются с неподвижных дисков 26 и сбрасываются в их радиальные прорези 35. Одновременно скребки 38 и отбортованные вниз края 36 неподвижных дисков 26 сгребают твердые частицы с подвижных дисков 24 и сбрасывают в их радиальные прорези 35. При совмещении радиальных прорезей 35 подви>нных дисков 24 и неподвижных дисков 26 твердые частицы выбуренной породы, сгребаемые скребками 37 и 38 и отбортованными вниз краями 36, перемещаются с верхнего диска на дни- 15 ще. Если отбортованные вниз края 36 сгребают твердые частицы бурового раствора с взаимно перекрываемых поверхностей подвижных и неподвижных дисков 24 и 26, то скребки 37 и 20

38, расположенные наклонно к радиусу, сгребают эти твердые частицы с взаимно неперекрываемых поверхностей подвижных и неподвижных дисков 24 и 26. бтбортованные в них кРаЯ 36 не 25 только сгребают осевшие на дисках

24 и 26 твердые частицы бурового раствора, но и препятствуют попаданию раствора в радиальные прорези 35„ благодаря чему буровой раствор пере- 30 мещается зигзагообразно — от центра к периферии и от периферии к центру и т.д.

Сброшенный на днище узла t шлак в виде твердых частиц выбуренной породы и коллоидальных частиц бурового раствора сбрасывается с него с помощью скребка 25, установленного на валу 22, в полость шламоудалителя 21 и перемещается к выходу с помощью ра-40 бочего органа — шнека 31.

Преодолевая усилие пружин 34, шнек 31, транспортируя шлам, одновременно его отжимает. Отжатый шлам удаляется из узла 1, а очищенный от 4 твердых частиц буровой раствор направляется в приемную емкость 3.

На выходе из узла 1 для седиментационной очистки и электрообработки бурового раствора с помощью установленных там датчиков 16, 17, 18 и 19 вязкости, статического напряжения сдвига, плотности и концентрации водородных ионов определяются соответствующие параметры раствора. ПокАза55 ния датчиков 16-19 поступают в блок

10 автоматического управления, где обрабатываются в соответствии с заI данной программной.

Известно, что все органические химические реагенты, используемые для обработки буровых растворов, нуждаются в оптимальных значениях концентрации водородных ионов (рН) и минерализации, в противном случае будет наблюдатbc.R значител.ьный 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 ве»ичины 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 начинает 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 t1 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 посту10321 пает в полость программируемого раси! 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 s гидросмеси- !О тель 8 эжекторного .типа, где подхватывается потоком обрабатываемого раствора, откачиваемого насосом 7 из отсека. 4 приемной емкости 3 с установленными в ней датчиками !6-19, которые контролируют результат обработки.

В случае рассогласования показания одного из датчиков 16-19, установленного в отсеке 5 приемной емкос- 2О ти 3, с заданной величиной соответствующего параметра дозирующее устройство 45 изменяет свою производительность пропорционально величине рассогласования. При отсутствии такого рассогласования доэирующее устройство 45 работает с. постоянной производительностью до тех пор, пока имеется рассогласование между показанием этого датчика, установленного Зо в отсеке 5 приемной емкости 3, и одноименного датчика, установленного на выходе из узла 1.

При достижении равенства показаний этих датчиков дозирующее устрой35 ство 45 останавливается и выгрузка химического реагента прекращается °

После чего программируемый распределитель 44, при наличии рассогласования показания другого из датчиков

16-19 с заданной величиной соответствующего параметра, выбирает очередную секцию 46 бункера 11.с необходимым реагентом и происходит дальнейшая обработка бурового раствора ана- 4 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 t 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 утяжеления оператор также может взять на себя

65 8 управление с поста бурильщика (не показана), нарушив запрограммированную последовательчость обработки бурового раствора.

Приготовление свежей порции бурового раствора происходит аналогично его 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 нарушению рецептуры бурового раствора. Для уп"

/ реждения потери текучести в соответствии с программой периодически происходит перекачивание химического реагента по кругу иэ одной секции 46 в соседнюю, для чего в бункере 11 одна секция 46 должна быть всегда свободной. При перекачке порошкообразного реагента программируемый распределитель 44 занимает такое положение, при котором его отводящее окно 53 располагается напротив окна

49 свободной секции 46, после чего открывается, например, электромагнитный клапан 15, соединяющий эту секцию с вакуумным насосом 14, одновременно закрывается электроклапан 13 на пневмотранспортной линии 12 и включаетсядоэирующее устройство 45. Идет перекачка химического реагента в свободную секцию соседней секции. После перекачки химического реагента по сигналу датчика (не показано), определяющего окончание выгрузки реагента, программируемый распределитель

44 поворачивается на межсекционный шаг, соединяя освободившуюся от химического реагента секцию с загрузочной -секцией. Далее электромагнитный клапан 15 секции с вновь загруженным материалом закрывается, а электрический клапан 15, соединяющий секцию, освободившуюся от химического реагента, с вакуумным насосом !4 от-. крывается и так по кругу, пока каждый реагент, храняющийся в бункере

11, не будет перекачен из своей сек-, ции в освободившуюся.

После чего электроклапан 13 открывается, а электромагнитный клапан

15 закрывается, доэирующее устройство 45 и вакуумный насос 14 отключаются.

Очередной цикл перекачки начинается через определенное время, установленное программой.

1032

Использование изобретения позволяет непрерывно измерять вязкость раствора, его статическое напряжение сдвига и концентрацию водородных ионов что позволяет получить растУ вор с заданными программой физикохимическими параметрами и поддерживать их на протяжений всего времени, разбуривания скважины. Соответствие

16 10 параметров циркулирующего через сква жину раствора геолого-техническому наряду позволяет исключить аварийные ситуации на буровых установках, возникающие из-за низкого качества бурового раствора.

Кроме того, изобретение позволяет оптимизировать расход химреагентов и как следствие снизить их расход. 032165

50 фигЗ

Г5

76

ВНИИПИ Заказ 5357/38

Тираж 603 Подписное

Филиал ППП "Патент" г.ужгород,ул.Проектная,4