Автоматизированная система для регулирования свойств бурового раствора

Авторы патента:

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)

E21B21/08 - контроль или управление давлением или током бурового раствора, например автоматическое заполнение буровых скважин, автоматическое управление забойным давлением (клапанные устройства для этой цели E21B 21/10)

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СВОЙСТВ БУР(ЭВОГО РАСТВОРА, содержащая цатчик и задатчик параметров бурового раствора , регулятор, бпок дозирования, сое-, диненный с насосом, сумматор и кпючц, У отличающая с я тем, что, с : целью повышения надежности регулирования свойств бурового раствора, в нее введены бпок усреднения, блоки памяти, дополнительный сумматор, блок управления ключами, задатчик времени, элементы НЕ, И, ИЛИ и компараторы, причем выход датчика параметров бурового раствора через блок усреднения подключен к информационному входу первого ключа, выход которого подключен к одному из входов дополнитепьного сумматора непосредственно в через бпок памяти с одним иэ входов сумматора, выход которого через первый и В1торой компараторы соответственно соепянен с первымк . входами первого и второго эпемевта И, выход дополнитепьного сумматора подключен к информациснвому входу второго ключа и через третий и четвертый компараторы к вторым вхооам соответственно первого и второго эпемевтов И, выходы KoTOfibix через элемент ИЛИ соеаинещ с нервам вхоас 4 третьего элемента ,И, вы коя которсяО через второй бпсж памяти соединен с управляющим входом второго ключа непосреаственво и через элемент НЕ с вторым входом третьего элемента И, ввыход вторснго ключа через регулятор соединен с входом блока дозирования , выход задатчшЕа крвмвук соединен с входом бпока управпэкия кюочами , выходы которого соединены с управляющими вхооамв первого в второго ключей, вцход заоатчика параметров бурового раствора соеднюв с икформак онным входом третьего ключа и с другим 9д входом сумматора, выход третьего кпкяа соединен с другим входом д нюпвитепьно-. го сумматора, выход датчика пара 1«втЕрв бурового раствора соединен с бпоком дозирования.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3439080/22-03 (22) 17.05.82 (46) 15.09.83. Бюл. № 34 (72) Е.И.Тарабрин и A.Ë.Ульянов (7l) Всесоюзный научно-исследовательский институт по креплению скважин и буровым растворам (53) 622.276 (088.8) (56) 1. "Азербайджанское нефтяное хозяйство". 1976, № 7, с. 17, 2. Авторское свидетельство СССР № 659722, кл. F 21 В 21/06, 1974 (прототип) . (54) (57) АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИС»

ТЕМА ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СВОЙСТВ

БУРОВОГО РАСТВОРА, содержан(ая датчик и задатчик параметров бурового рас твора, регулятор, блок дозирования, сое-. диненный с насосом, сумматор и ключи, отличающаяся тем,что,с: целью повышения надежности регулирования свойств бурового раствора, в нее введены блок усреднения, блоки памяти, дополнительный сумматор, блок управления ключами, задатчик времени, эле- менты НЕ,И,ИЛИ и компараторы, причем выход датчика параметров бурового раствора через блок усреднения подключен к информационному входу первого ключа, выход которого подключен к одному из . з(51) Е 21 В 44/ОО; Е 21 В 21/06 входов дополнительного сумматора ве посредственно и через пврвый блок памя» ти с одним из входов сумматора, выход которого через первый и второй «омпараторы соответственно соединен с первыми . входами первого и второго элемента И, выход дополнительного сумматора подключен к информационному входу второго ключа и через третий и четвертый компараторы K- ВтОрым входам СООТВетстВен но первого и второго элементов И, выходы которых через элемент ИЛИ соединены с первь1м Входом третьего элемента ,И, выход которого через второй блок памяти соединен с управпяю1дим входом второго ключа непосредственно и через . В элемент HE с вторым входом третьего элемента И, выход второго кпкна через регулятор соединен с входом блока дозированияр 963хоа задатчика Времени соединен с ВХОдом блока управления Kloo» чами, Вы ходы котОрогО соединеиь1 с уп» равлякицими входами первого s второго ключей, выход задатчика параметров бурового раствора соединен с ииформааэонным входом третьего ключа и с другим входом сумматора, выход третьего кпкяа соединен с другим входом дополнительно-, го сумматора, выход датчика параметров бурового раствора соединен с блоком доз иро ванна.

1041677

Изобретение относится к системам ре- гупирования свойств 6ypoaoro раствора,, испопьзуемого при бурении нефтяных и газовых скважин.

Известно устройство дпя регупировани свойств бурового раствора, вкпючающее датчик, задатчик, сумматор, регупятор, блок дозирующих устройств ii) .

Наибопее близким техни"еским решением к изобретению является автоматизи 10 роваиная система дпя регулирования свойств бурового раствора, содержащая наземную циркупяционную систему, раоходомер, датчик и задатчик параметров бурового раствора, два блока выдепения 15 модуня, два блоки выделения знака, бпок умножения, сумматор, регулятор, четыре кпюча, погический бпок управпения кпючвми и испопнительный эпемент (2), В известных системах регупирование 20 происходит сразу после откпонения свойств промывочной жидкости от заданных. Однако немедпенный ввод реагентов после откнонения свойств раствора от заданных является неоправданным, так как часто, 25 совершив один-два цикпа циркупяиии, буровой раствор беэ вмешатепьства извне стабипиэируется. В этой ситуации происходит неоправданный перерасход химичес, ких реагентов. За счет этого снижается щ качество обработки .бурового раствора, так KBK чем бопыне в него введено химк ческих реагентов, тем вероятнее, что он потеряет необходимые технопогические качества и потребуется замена его на новый, а это связано -со значительными материапьными затратами.

Цель изобретения - повышение надежности регулирования свойств бурового раствора и снижение потерь химических. реагентов.

Указанная цепь достигается тем, что в систему автоматизированного регупиро- вания свойств бурового раствора, содер45 жащую датчик и задатчик параметров бурового раствора, регупятор, блок дозирования, соединенный с насосом, сумматор и кпючи, введены блок усреднения, бпок памяти, дополнитепьный сумматор, бпок управления ключами, эадатчик времени, 50 эпементы НЕ,И,ИЛИ и компараторы, при« чем выход датчика параметров буровогораствора через бпок усреднения подкпю". чен к информационному входу первого кпюча, выход которого одкпючен к од55 ному èç входов допопнитепьного сумматора непосредственно и через первый бпок памяти с одним из входов сумматора, выход которого через первый и второй компараторы соответственно соединен с первыми входами первого и второго элемента И, выход дополнитепьного сумматора подкпючен к информационному входу второго ключа и через третий и четвертый компараторы к вторым входам соответственно первого и второго эпементов И, выходы которых через эпемент ИЛИ соединены с первым входом третьего эпемента И, выход которого через второй блок памяти соединен с управляющим входом второго кпюча непосредственно и через эпемент НЕ с вторым входом третьего элемента И, выход второго ключа через регупятор соединен с входом .бпока.доэирования, выход задатчика времени соединен с входом бпока управления ключами, выходы которого соединены с управпяюними входами первого и второго кпючей, выход задатчика параметров бурового раствора соединен с информационным входом третьего кпюча и с другим входом сумматора, выход третьего ключа соединен с другим входом дополнительного сумматора, выход датчика параметров бурового раствора соединен с бпоком доэирования, На фиг. 1 изображена бпок-схема автоматизированной системы дпя регулирования свойств бурового раствора; иа фиг. 2 - временная диаграмма работы системы.

Система содержит датчик 1, бпок усреднения 2, кнючи 3-5, блоки памяти

6 и 7, сумматоры 8 и 9, задатчик времени 10 и задатчик параметров бурового раствора 11,.бпок управления 12 ключами, компараторы 13-16, эпементы

И 17-19, элемент ИЛИ 20, элемент

НЕ 21, регупятор 22, блок дозирования

23.

Система работает спедующим образом.

В исходном состоянии кпючи 3-5 заперты.,Измеренное значение регулируемого параметра бурового раствора, подаваемого насосом через скважину, с датчика 1 поступает в бпок усреднения

2 регупируемого параметра, где проис ходит его усреднение за цикп циркупяции бурового раствора т Тсхв+7ц7 (() где Т Т - время пребывания буровоCXg го раствора в скважине и наземной циркупяционной системе соответст ве нно а

Эти параметры вычиспяются по формулам

"скь "б т = вЂ” 7 7Н = 7 (2) ск8 g к.:4

3 1 0.41

Ф где7 хя,Чц вЂ” объемы скважины и цир-.: куляционной системы со-. ответственно;

Я вЂ” расход бурового раствора.

Вычисленное по формулам (1) и (2) значение Т выставляется на задатчике 1(..

Блок управления 12 ключами в конце каждого цикла циркуляции открывает кпючи 3 и 4.В этот момент на сумматоре 8:. происходит сравнение .усредненного зна- 1О чения параметра бурового раствора эа цикл с заданным значением, поступающим .с зацатчика 11. Одновременно на суммато торе 9 происходит сравнение усредненного значения параметра за предыдущий цикл 35 с заданным, поступающим с эадатчика 11:,Кроме того, в блок памяти 6 эаписываеп- . ся усредненное значение параметра теку- . щего цикла. Сигнал с выхода сумматора

9 Е< поступает на входы компараторов 2О

13 и 14. Единичный сигнал на выходе компараторы 13 появится,,если выполнит-, ся условие Е » Е, а сигнал на выходе компаратора 14 появится, если выпопнит-. ся условие Е - 0 . Значение + Р яв . у5 ляется технологическим допуском на иэ менение регулируемого параметра. Одно-,,временно сигнап с выхода сумматора

8 Е . поступает на выходы компараторов

15 и 16. Единичный сигнал на выхоце компаратора 1 5 появится, если выполнит-. ся условие Е 3 0, а сигнап" на вы ходе компаратора 16 появится, если выпопнится условие Е» c - t, . Сигнап на выходе логического эпеменга И 17 появится то топько в том случае, если имеется поло- З5 житепьное отклонение регулируемого па-, . раметра от заданного значения в текущем. и прецыдушем циклах, т.е. E„ г . и

E > E.. .Сигнап на выходе логического элемента И 18 появится только р том ® случае, если имеется отрицательное откло-..:. нение регулируемого параметра от. задан- ного значения в текущем и предыдущем циклах, т.е. Е < вЂ” E и Е и вЂ”.0 . Сигналы с выходов элементов И 17 и 18 постутп 45 ют на входы элемента ИЛИ 20, а с его, : выхода на первый вход логического эле мента И 19, а сигнал с выхода последне ;- го поступает на блок памяти 7. В блоке:: "

7 хранится логический ноль, если в пре- -М дыдушем цикле буровой раствор не подвер гается управляющему воздействию, .wlH логическая единица, вЂ” если подвергается.

С выхода блока памяти 7 сигнал через элемент НЕ 21 поступает на второй 55 вход элемента И 19. Одновременно выход блока 7 связан с управляющим входом. ключа 5. Совокупность элементов 7, 19

677 4 и 21 обеспечивает открытие ключа 5 топько в том случае, если на предыдущем цикле раствор не. подвергался управляющему воздействию. После открытия ключа

5 рассогласование Е поступает на регулятор 22, функция которого заключается во включении блока дозирующих устройств на время цикла Т и поддержании заданного расхода химического реагента. По истечении времени цикла Т регулятор 22 отключает блок дозирующих устройств. Кроме того, регулятор устанавливает расход химического реагента пропорционапьным отклонению Е1.

Принцип цействия системы поясняется временной диаграммой на фиг. 2. В спучае, когца. регулируемый параметр выхоцит за верхнюю границу допуска + 3 (фиг.2а), в первом цикле управляющие возцействия отсутствуют. Во втором цикле имеются отклонения параметров от заданных за текущий и предыдуший цикл за верхнюю границу допуска. Поскольку .

Во втором цикле управление отсутствова» по, то в третьем цикле система управления вырабатывает управляющий сигнал 0, В четвертом цикле регулируемый параметр бурового раствора оказался в заданных границах. При дальнейшем росте регулируемого параметра и выходе его за границу цопуска работа системы осуществляется аналогично описанному выше.

B случае, когца ввод химического реагента за один циип циркуляции йе о6еспечивает возвращение регулируемого параметра в зону допусков (фиг.2 б), до третьего цикла включительно процесс протекает аналогично .описанному выше.

В четвертом цикле. имеются отклонения параметров за текущий и предыцуший циклы. Поскольку в этом интервале управление отсутствовало, то в пятом цикле регулятор 22 с помощью блока доэирующих устройств 23 осуществляет ввод химического реагента в буровой раствор. В шестом дикие отклонение регулируемого параметра попацает в зону допусков, и процесс регулирования заканчиваетсяя.

В случае, когда после подачи управляющего возцействия регупируемыя параметр отклонился эа нижнюю границу зоны допусков (фиг.2в), в первых трех циклах процесс протекает аналогично описанному выше, Ввод химического реагеита будет осуществлен в шестом цикле, так как в пятом цикле наблюдались от1041677 кпонения параметра за текущнй и прв дыдутий цикпы циркупяции и управпение в етом цикле отсутствовапо. В.цоспедуккцих цикпах регулируемый параметр бурового раствора входит в зону допусков и управпякхцее воздействие не тюдается.

Итак, датчик 1 измеряет регупируемый параметр, который бпоком усреднения 2 усредняется эа цикл цнркупяцин буровогс раствора. Попученное значение и явпяет- . 10 ся регупируемой вепичщюй. Дапее это значение фиксируется в бпоке памяти и одновременно производится сравнение этого усредненного значения с заданным, а также сравнивается усредненное значение 15 рееуцируемого параметра за предыдущий цикл с заданным. Формируется отклонение регупируемого параметра от заданного значения за предыдущий и текущий циклы.

Еспи эти Откпозюния одного знака и, кро 20 ме того, иа предыдущем цикле управпе«

we отсутствовапо, то производится ввод химического реагента s буровой раствор.

Во всбх остальных спучаях регупирование параметра не производится.

Система может быть испопьэована, например, дпя регупирования таких параметров бурового раствора, как ппастнческая вязкость, динамическое напряжение сдвига, статическое напряжение сдвига, усповная вязкость,водоотдача и т.д.При необходимости регупирования нескопьких параметров может быть использовано нескопь, ко таких систем-по одной íà каждый регупируемый параметр..

Предпагаемая система может быть реапнзована с помощью микроЭВМ пибо на унифицированны х эпектро-пневматичес» ких элементах ГСП.

Испопьэование в процессе регупирования параметра бурового раствора значения откпонения от заданного не топько в текущем цикпе, но и в предыдущем, выл одно отличает предлагаемую систему от прототипа. Вводя химический реагент через цикл цнркупяцни контролируют результат воздействия на буровой раствор, Предпагаемая система не реагирует на случайные флюктуации регулируемого параметра бурового раствора, что позвопяет снизить расход химического реагента н цовысйэь качество обработки бурового раствора.

1041 677

ВНИИПИ Заказ 7084/32 Тираж 603 Подписное

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