Устройство для автоматического ввода жидкого реагента в буровой раствор


E21B44 - Системы автоматического управления или регулирования процессом бурения, т.е. самоуправляемые системы, осуществляющие или изменяющие процесс бурения без участия оператора, например буровые системы, управляемые ЭВМ (неавтоматическое регулирование процесса бурения см. по виду процесса; автоматическая подача труб со стеллажа и соединение бурильных труб E21B 19/20; регулирование давления или потока бурового раствора E21B 21/08); системы, специально предназначенные для регулирования различных параметров или условий бурового процесса (средства передачи сигналов измерения из буровой скважины на поверхность E21B 47/12)

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИ- ЧЕСКОГО ВВОДА ЖИДКОРО РЕАГЕНТА В БУРОВОЙ РАСТВОР, содержащее eMKOdTb для реагента, уровнемер, соединенный с.дифференцирующим блоком, задатчик расхода, регулируемая задвиж ка, соединенная с исполнительньв4 бло ком, и блок индикации, о т л и ч а -;, ю щ е ее я тем, что, с целью повышения надежности работы устройства , в него введены сумматоры, блок вычисления степени открытия задвижки , блок вычисления коэффициента расхода, компараторы, элементы ИЛИ и НЕ, блок памяти, блок задержки, , датчик положения задвижки, ключи и блок управления ключами/ при этом вход блока управления ключами соединен с выходс 4 задатчика расхода, один из выходов соединен со входом Iблока индикации, а другие выходы с управлякяцикш входами ключей, выхо, ды дифференцирующего блока и задатчика расхода подключены к первому сумматору, выход которого соединен с информационным входом первого ключа, выходш датчика положения задвижки и блока вычисления степени открытия задвижки подключены ко входам второго сумматора, выход которого подключен к информационному входу второго ключа, выходы первого и второго ключей соединены со входами третьего сумматора , выход которого подключен к исполнительному блоку, выход датчика положения задвижки через блок вычисления коэффициента расхода подключен ко входам параллельно соеСЛ диненных компараторов, выхода: которых через последовательно соединенные элемент ИЛИ и блок задержки подключены ко входу блока индикации, выход элемента ИЛИ через элемент НЕ соединен с управлякяцим входом третьего ключа, информационный вход которого соединен с выходом блока вычисления коэффициенсо ел М о ел та расхода, выход третьего ключа через блок памяти подключен к г информационному входу четвертого ключа, выход которого соединен с первым входсм блока вычисления сте-пени открытия задвижки, второй вход которого соединен с выходом задатчика расхода.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3407778/22-03 (22) 12.03.82 (46) 15.08.83. Бюл. М 30 (72) В.И. Тарабрин и А.Л. Ульянов (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по креплению сква- жиН и буровым растворам (53) 622.276(088.8) (56). 1. Авторское свидетельство СССР

Р 659722, кл. Е 21 В 21/06, 1974.

2. Карпин E.Б. Средства автоматизации для измерения и дозирования массы. N., "Машиностроение" 1971, с. 173 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИ>

ЧЕСКОГО ВВОДА ЖИДКОГО РЕАГЕНТА В

БУРОВОЙ РАСТВОР, содержащее емкость для реагента, уровнемер, соединен- ный с,дифференцирующим блоком, эадатчик расхода, регулируемая задвиж" ка, соединенная с исполнительным бло" ком, и блок индикации, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы устройства, в него введены сумматоры, блок вычисления степени открытия задвиж- ки, блок вычисления коэффициента расхода, компараторы, элементы ИЛИ и НЕ, блок памяти, блок. задержки,, датчик положения задвижки, ключи и блок управления ключами, при этом вход блока управления ключами соединен с выходом эадатчика расхода, один из выходов соединен со входом

:блока индикации, а другие выходы—

„.SU„„1035205 . А

3(59 Е 21 В 45 00 Е 21 В 21 06 с управляющими входами ключей выхо. ды дифференцирующего блока и задатчика расхода подключены к первому сумматору, выход которого соединен с информационным входом первого ключа, выходы датчика положения задвижки и блока вычисления степени открытия задвижки подключены но входам второго сумматора, выход которого подключен к информационному входу второго ключа, выходы первого и второго ключей соединены со входами третьего сумматора, выход которого подключен к исполнительному блоку, выход датчика положения задвижки через блок вычисления коэффициента расхода подключен ко входам параллельно сое. диненных компараторов, выходы которых через последовательно соединенные элемент ИЛИ и блок задержки подключены ко входу блока индикации, выход элемента ИЛИ через элемент НЕ соединен с управляющим . входом третьего ключа, информационный вход которого соединен с выходом блока вычисления коэффициента расхода, выход третьего клю.ча через блок памяти подключен к . информационному входу четвертого ключа, выход которого соединен с первым входом блока вычисления сте.лени открытия задвижки, второй вход которого соединен с выходом .задатчика расхода. 1035205

Изобретение относится к системам регулирования количества и свойств бурового раствора, используемого при бурении нефтяных и газовых скважин.

Известно устройство для автомати - 5 ческого ввода жидкого реагента в буровой раствор, содержащее наземную циркуляционную систему, на выходе которой установлены расходомер и датчики контроля объема бурового раствора и содержания коллоидной фазы, два блока выделения модуля, два блока выделения знака, блок умножения, сумматор, регулятор, четыре ключа, логический блок и исполнительный блок (1 ).

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для автоматического весового дозирования непрерывного действия, включающее емкость для реа- 20 гента, датчик количества вещества например, уровнемер, регулирующую задвижку, регулятор и устройство индикации f 2 3.

В известных устройствах из-за 25 частого засорения регулирующей задвижки происходит изменение коэффициента расхода, что является причиной перехода системы. регулирования расхода в область режимов, 30 для которых она не предусматривалась, и система может даже стать неустойчивой, либо режим ее работы будет отличаться от оптимального.

В момент включения системы в ра- боту на выходе датчика количества вещества, например уровнемера, сигнал может не изменяться некоторое. время, хотя из емкости происходит отбор реагента. Это связано с наличием зоны нечувствительности датчика количества вещества, например уровнемера, из-за его засорения, налипания на него частиц, находящихся в жидком реагенте и т.д 45

При этом регулятор полностью открывает регулирующую задвижку и происходит подача излишних количеств жидкого. реагента в буровой раствор, вследствие чего снижается 5п качество обработки бурового раствора, так .как не соблюдается заданная рецептура обработки.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства ввода жидкого реагента в буровой раствор за счет контроля за неисправностью устройства и снижение потерь жидких реагентов.

Укаэанная цель достигается тем, что в устройство для автоматичес- @ кого ввода жидкого реагента в буровой раствор, содержащее емкость для реагента, уровнемер, соединенный с дифференцирующим блоком, задатчик расхода, регулируемая 65 задвижка, соединенная с исполнитель ным блоком, и блок индикации, введены сумматоры, блок вычисления степени открытия задвижки, блок вычисления коэффициент а расхода, компараторы, элементы ИЛИ и НЕ, блок памяти, блок задержки, датчик положения задвижки, ключи и блок управления ключами., при этом вход блока управления ключами соединен с выходом задатчика расхода, один из выходов соединен со входом блока индикации, а другие выходы - с управляющими входами ключей, выходы дифференцирующего блока и задатчика расхода подключены к первому сумматору, выход которого соединен с информационным входом первого ключа, выходы датчика положения задвижки и блока вычисления степени открытия задвижки подключены ко входам второго сумматора, выход которого подключен к информационному входу второго ключа, выходы первого и второго ключей соединены со входами третьего сумматора, выход которого подключен к исполнительному блоку, выход датчика положения задвижки через блок вычисления коэффициента расхода подключен ко входам параллельно соединенных компараторов, выходы которых через последовательно соединенные элемент

ИЛИ и блок задержки подключены ко входу блока индикации, выход элемента ИЛИ через элемент НЕ соединен с управляющим входом третьего ключа, информационный вход которого соединен с выходом блока вычисления коэффициента расхода, выход третьего ключа через блок памяти подключен к ииформационному входу четвертого ключа, выход которого соединен с первым входом блока вычисления степени открытия задвижки, второй вход которого соединен с выходом датчика расхода.

На чертеже изображена блок-схема устройства для автоматического ввода жидкого реагента в буровой раствор.

Устройство содержит емкость для жидкого реагента 1, уровнемер 2, регулирующую задвижку 3, исполнительный элемент 4, устройство индикации 5, блок управления ключами б, дифференцирующий блок 7, три сумматора 8, 9 и 10, блок вычисления степени открытия задвижки 11, блок вычисления коэффициента расхода 12, блок памяти 13, компараторы 14 и 15, элемент ИЛИ

1б, элемент НЕ 17, блок задержки 18, четыре ключа 19, 20, 21 и

22, датчик положения задвижки 23, задатчик расхода 24.

Система работает следующим образом.

1035205

При поступлении сигнала с задатчика расхода 24 о требуемом расходе реагента блок управления б открывает ключи 19, 21 и запирает ключ 20. Блок вычисления степени открытия задвижки 11 вычисляет то значение (m) по формуле

Чо и <о=Ц) ) < F= < (1) ,ц, 2 Н где m0 — степень открытия задвижки (04 «< 41) <

F - -площадь проходного сечения задвижки.

Функция f(F) является известной для каждого типа задвижки и представляет собой зависимость между положением регулирующего органа задвижки (например<линейное положение штока или линейный угол поворота заслонки и т.д.) и площадью проходного сечения задвижки. При вычислениях по формуле (1) значение

<йберется из блока памяти 13 (иэ предыдущего цикла работы системы ).

Вычисленное значение степени открытия задвижки mo является задающим воздействием для канала регулирования, включающего следующие элементы: датчик степени открытия задвижки 23, сумматоры 9 и 10, исполнительный элемент 4, регулирующую задвижку 3. Этот канал отрабатывает вычисленное значение mo.

Через интервал времени Т блок управления б ключами подает команду на закрытие на управляющие входы ключей 19 и 21 и команду на открытие на управляющий вход ключа 20. Интервал времени Т выбирается достаточным для того, чтобы началась устойчивая работа уровнемера 2.

На вход исполнительного блока 4 через ключ 20 и сумматор 10 п дается рассогласование <,о-q, которое образуется на сумматоре 8. Сигнал, отражающий истинный расход < +, формируется дифференцирующим блоком 7 согласно зависимости F — < (2)

ЗИ

<л o g@ где F - площадь поверхности реагента в емкости 1, ИНМ- скорость изменения уровня

Н в емкости.

Если вначале при открытии задвижки на величину mo была допущена ошибка из-за того, .что значение коэффициента расхода 1 берется из предыдущего цикла, то она ликви- дируется вторым каналом регулирования, включающим датчик уровня 2, дифференцирующее звено 7, сумматоры 8 и 10, исполнительный элемент

4 и регулирующую задвижку 3.

Такое разбиение на два канала регулирования обосновано следуюшими причинами; Датчик уровня в на чальный момент работы системы обладает большой зоной нечувствитель.ности из-за налипания частиц, содержащихся в реагенте, кристалли5 зации реагента на чувствительных элементах датчика уровня и т.д., т.е. необходимо некоторое изменение уровня, чтобы получить стабильный сигнал на выходе уровне)0 мера. Поэтому, пока сигнал на.выходе уровнемера отсутствует, регулятор полностью открывает задвижку

3. Химический реагент начинает пос-. тупать в буровой раствор не в том количестве, которое требуется для его обработки, а в значительно большем. Это вызывает большие потери химического реагента, бурового раствора (обработанного не так, как требуется ) и может вызвать аварийную ситуацию из-за неконтролируемого изменения свойств бурового раствора (повышение водоотдачи, повышение или снижение вязкости и т.д.).

25 Наличие же канала регулирования для предварительной установки заданной степени открытия задвижки

«< позволяет (хотя и приближенно) открыть задвижку на нужную величину до начала стабильной работы уровнемера. Время срабатывания Т блока управления ключами выбирается из условия Т > Т, где Т„- время начала стабильной работй уровнемера (определяется экспериментально).

Сигнал о фактической степени открытия задвижки (m) поступает так" же в блок вычисления коэффициента расхода )с.) 12, где ц определяется по формуле

oF(mlsÄ Н<17 <. Н вЂ”, (ь) где F(m) — площадь проходного се45 чения регулирующей задвижки в зависимости от степени открытия задвиж- . ки.

Эта зависимость является обрат50 ной по отношению к зависимости (1) н задана. Если вычисленное значение коэффициента расхода и, находится в заданных пределах,„()ц.с р. то это значение коэффйцйента расхода через ключ 22 идет в блок памяти 13 и запоминается там. Это зна. чение «л. используется в следующем цикле работы снстемы для предварительного определения степени. открытия задвижки mo в момент включения системы. Если окажется, что р.()<<.,„;щ то на выходе компаратора 14 нижнего значения коэффициента расхода имеется единичный сигнал, поступающий на вход элемента ИЛИ 16 и

65 с выхода последнего — на вход эле1035205

ВНИИПИ Заказ 5780/30 Тираж 603 Подписное

Ьилиал ППП "Патент", г.ужгород,ул.Проектная,4 мента НЕ 17. В этом случае на выходе элемента НЕ дмеется нулевой сигнал и поэтому ключ 22 закрыт.

Если а> щ в„ то на выходе. компаратора 15 верхнего .значения коэффициента расхода имеется единичный сигнал, который поступает на вход элемента ИЛИ 16 и с выхода пос-. леднего - на вход элемента НЕ 17.

Тогда на выходе элемента НЕ имеется нулевой сигнал,и поэтому ключ

22 закрыт..Если же р „„(к(и. то на выходе компараторов 14 и 15 нижнего и верхнего значений уровней появляются нулевые сигналы, которые подаются на элемент 16 ИЛИ, а с выхода последнего - на вход элемента 17 HE. Тогда на выходе ло. гического элемента 17 HE Появляется единичный сигнаЛ, который от" крывает ключ 22. В этом случае вычислейное значение коэффициента расхода и. поступает в блок памяти 13. Если же окажется, что коэффициент расхода р. не входит в заданные пределы в течение времени Т (определяется экспериментально ) то на выходе блока задержки 18 появляется сигнал, который поступает на устройство индикации 5, сообщающий оператору о необходимости проверить задвижку 3, так как изменение клэффициента, расхода связано либо с забиванием проходного сечения задвижки, либо с износом или поломкой рабочих поверхностей, Формирующих проходное сечение задвижки, Использование двойного регулиро»

)Q вания расхода реагента сначала по вычисленному значению степени открытия задвижки, а затем по косвенно измеряемому расходу, выгод.но отличает предложенное устройство для автоматического ввода жидкого реагента в буровой раствор от прототипа, так как позволяет устранить излишний расход реагента в начале работы системы и тем самым улучшить качество обработки бурового раствора. Одновременно производимый контроль за коэффициентом расхода задвижки позволяет своевременно обнаруживать и устранить неисправности, что в целом способствует повышению надежности работы системы ввода жидкого реагента в буровой раствор.

Устройство для автоматического ввода жидкого реагента в буровой раствор Устройство для автоматического ввода жидкого реагента в буровой раствор Устройство для автоматического ввода жидкого реагента в буровой раствор Устройство для автоматического ввода жидкого реагента в буровой раствор 

 

Похожие патенты:
Наверх