Установка для определения реологических характеристик и режима движения буровых растворов

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) (g1) q G 01 N 11/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ д»:

К А BTOPCKOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 391232 J /24-25 (22) 15.05.85 (46) 07.04.88. Бюл. 11 13 (71) Институт проблем глубинных нефтегазовьм месторождений АН АЗССР и Специальное конструкторское бюро геофизического приборостроения Ин1 ститута геологии АН АЗССР (72) Ю.В,Садьмов, Б.И.Есьман, В.Б.Ибрагимов и А.А.Кравцов (53) 532.137(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 832421, кл.С 01 N 11/08, 1979.

Авторское свидетельство СССР

9 1205000, кл. С 01 N 11/08, 1984. (54) (57) 1.УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

РЕОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И РЕЖИМА

ДВИЖЕНИЯ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ, содержащая подающую и приемную термостабилиэированные емкости с мешалками, измерительную трубку, один конец которой установлен в нижней части подающей емкости, а другой конец — в верхней части приемной емкости и выше предельно возможного уровня раствора в этой емкости, расходомер,снабженный показывающим прибором с электрическим выходом, газовую магистраль, соединенную через первый и второй краны с дистанционным электрическим управлением 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 давле.ния в емкостях, снабженную показывающим прибором с электрическим выходом, магистраль с третьим краном, соединяющую обе емкости между собой, магистраль подачи раствора в подающую емкость, снабженную четвертым краном с дистанционным электрическим управлением, магистраль слива раствора из приемной емкости, снабженную пятым краном с дистанционным электрическим управлением, сигнализатор уровня, два аналого-цифровых преобразователя, информационные входы которьм подключены к выходам показывающих приборов расходомера и системы замера перепада давления в емкостях соответственно, а выходы через последовательно соединенные блок регистров памяти и блок сопряжения — к входу вычислительного блока, выход которого соединен с входом блока индикации, и блок управления, вход которого соединен с выходом сигналиэатора уровня, первый и второй выходы — с управляющими входами четвертого и второго кранов с дистанционным электрическим управлением соответственно, третий и четвертый выходы — с входами системы термостабилиэации емкостей и блока включения двигателей мешалок соответственно, пятый выход — со стробирующими входами аналого-цифровых преобразователей, шестой и седьмой выходы — с управляющими входами блока -регистров памяти, а восьмой выход — с управляющим входом системы регулирования давления в газовой магистрали, о тличающаяс я тем, что, с целью повышения производительности и расширения функциональных возможностей, в нее введен плотномер, снабженный показывающим прибором с электрическим выходом и подключенный к магистрали подачи .раствора в подаю1386880 щую емкость, и третий аналого-цифровой преобразователь, причем информационный вход третьего аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу показывающего прибора плотномера, стробирующий вход — к девятому выходу блока управления, а выход — к третьему 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 формиi рователей одиночных импульсов, четы( ( рех триггеров, четырех элементов ИЛИ, двух элементов И, трех элементов задержки, таймера, реле, узла управления сливом раствора и узла подключения управляющих напряжений, причем выход первого из формирователей через первый элемент ИЛИ подключен к первым входам первых двух триг(геров, второй вход второго триггера

1 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 первого ( ( элемента ИЛИ и с первым входом третьего триггера, второй вход которого ( подключен к второму входу первого триггера, к входу блока управления и 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 функциональных возможностей.

На фиг.1 показана структурная схема установки; на фиг.2 — схема блока входу четвертого триггера и к входу таймера, первый выход которого через второй элемент задержки подключен к шестому выходу блока, а второй выход— к девятому выходу блока и к входу третьего элемента задержки, выход которого подключен к седьмому выходу блока, к второму входу четвертого триггера, к третьим входам обоих элементов И и к первому входу узла управления сливом раствора, второй и третий входы которого соединены с выходом первого формирователя и с инверсным выходом второго триггера, а выход — с одним из входов второго элемента ИЛИ, другой вход которого подключен к выходу первого триггера и к первому выходу блока, а выход— к двенадцатому выходу блока, один из входов третьего элемента ИЛИ подключен к выходу первого триггера, другой вход — x выходу третьего триггера и к одиннадцатому выходу блока, а выход — к десятому выходу блока, входы четвертого элемента ИЛИ соединены с выходами таймера, а выход— с пятым выходом блока, управляющие обмотки реле подключены к установочным входам блока, а подвижные контакты двух его контактных групп — к третьему и четвертому выходам блока, входы узла подключения управляющих напряжений соединены с выходами соответствующих элементов задержки, а выход — с восьмым выходом блока, вы-. ход четвертого триггера соединен с вторым выходом блока. управления; на фиг. 3 — в ременная диаграмма работы установки.

Установка содержит подающую 1 и приемную 2 термостабилизированные емкости с мешалками 3, измерительную трубку 4, один конец которой установлен в нижней части подающей емкости а другой конец - в верхней части приемной емкости 2 выше предельно О возможного уровня раствора в этой емкости, расходомер 5, состоящий из

1386880 первичного 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-10 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- 15 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- 20 вичных измерительных преобразователей 13 и датчика 14 перепада давления с показывающим 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

I, 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

21 уровня, установленный в стенке по- 35 дающей емкости l с возможностью контакта с заполняющим эту емкость раствором, плотномер 22, снабженный показывающим 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 коЭ 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 последовательно 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 сигнали55 затора 21 уровня, первый и второй выходы — с управляющими входами четвертого 18 и второго 10 кранов с дистанционным электрическим управлением, третий и четвертый выходы — с входами Питание сис темы те рмос табилиЕ1 и зации емкостей и блока включения двигателей мешалок (не показаны),пятый выход — со стробирующими входами первых 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 ИЛИ

33 подключен к первым входам первого

34 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 режимов соответственно, 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, к входу блока 30 управления и к входу первого элемента 41 задержки, выход которого подключен к первому входу четвертого триггера 42 и к входу таймера 43, первый выход которого через второй элемент 44 задержки подключен к 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 (выход которого является вторым выходом блока), к третьим входам обоих элементов- И 36 и 37 и к первому входу узла

46 управления сливом раствора после окончания измерений, второй и третий входы которого соединены с выходом первого формирователя и с инверсным

1386880

Q-выходом второго триггера 35, а выход — с одним из входом второго элемента 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, один из входов которого подключен к выходу первого триггера 34, другой вход — 1О 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 под1 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 B газовой магист. рали, входы которого соединены с вы- 25 ходами соответствующих элементов задержки, а выход — с восьмым выходом блока 30, В состав узла 46 входят элементы И 54 и ИЛИ 55, а также триг( гер 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.

Устройство 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 45

"1" (потенциал "1"), на установочный вход 38 и с него на первый управляющий вход элемента И 36. Сигнал "Пуск (фиг.3,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 Q-выхода триггера

35 (фиг.3,в) подается на второй управляющий вход элемента И 36, подго55 тавливая его (этот же потенциал поступает на элемент И 37, который в. данном режиме блокирован потенциалом низкого уровня, соответствующего уровню логического "011, т. е. потенциалом

"0" с установочного входа 39). Потенциал "1" с единичного Q-выхода триггера 34 (фиг,3,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 P 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 фиг ° 2 не показан), включается реле 50 и напряжения U „, и U„ через замкнувшиеся контакты двух его контактных групп поступают на третий и четвертыи выходы блока управления и далее на входы "Питание1 системы термостабилизации емкостей и блока включения двигателей мешалок. После окончания

11 II 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.3,б), при этом разрешающий потенциал "1" снимается с управляющих входов кранов 9, 18 и

20 и они закрываются. Прекращается

1 386880 подача раствора в емкость 1 и сжатого воздуха в емкость 2.

Задержанный элементом 41 на время ,— I (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,, Потенциал "1" с единичного Q-выхода триггера 42 (фиг.Ç,е ) поступает на второй выход блока управления и с него на управля-15 ющий вход крана 10 с дистанционным электрическим управлением, открывая его. Сжатым воздухом, поступающим через магистраль 8 в подающую емкость

1, осуществляется выдавливание раст- 20 вора из этой емкости в приемную емкость 2 через измерительную вискозиметрическую трубку 4 с расходомером 5, состоящим из первичного преобразователя 6 и показывающего при- 25 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- 40 пает на стробирующие входы аналогоцифровых преобразователей 23 и 24, разрешая выполнение операции преобразования в код мгновенных значений сигналов на выходах расходомера Q и 45 системы замера перепада давления в емкостях а 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 I" c единичного Q-выхода триггера (фиг.Ç,ж) появляется на управляющем входе ключа 60 и устанавливает его в замкнутое положение, подключая напряжение U U< (фиг.Ç,s) к восьмому выходу блока управления (ключ 61 при этом размыкается, так как с инверсного Q-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 д ), 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 М, + at с момента запуска таймера 43 импульс с второго выхода последнего (фиг.Ç,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 Q и системы замера перепада давления в емкостях 4Р соответственно, а также на девятый выход блока управления непосредственно и далее на стробирующий вход аналого-цифрового преобразователя 25, разрешая выполнение операции преобразования в код мгновенного значения сигнала на выходе плотномера 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 U, к системе 11 регулирования давления в газовой магистрали (фиг.З,з), возвращает триггер 42 в

1386880

1О исходное положение "0", при этом потенциал "1" с управляющего входа крана 10 снимается (фиг.Ç,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- 10 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 сигналиэатора 21), раствор из приемной емкости 2 под давлением Р, сжатого воздуха, поступающего в эту емкость из газовой магистрали 8, сливается через магистраль 19 и т.д. 20

Вычислительный блок 28 (калькулятор) по предварительно заложенной в

1 него программе осуществляет вычисление искомых параметров по формулам

4 25 и ds bPi —

ы

1281 Ц вЂ” Q <

Зйв < 12821Я

-- — -(aP

)61, d

Ъ(9ж = Я Р.

30 "P 19,6d jp где и с,, а иХ

ЬР и ЬР е, я о о»

- структурная вязкость и динамическое напря" жение сдвига исследуе-35 мого бурового раствора соответственно;

- диаметр и длина измерительной трубки 4 соответственно;

40 — показания системы эамера перепада давле ния в емкостях, снятые в соответствующие моменты времени;

45 — показания расходомера

5, снятые в те же моменты времени; — показания плотномера

223 50

- средний диаметр колонны бурильных труб;

- фактическое и критическое значения расхода бурового раствора, эакачиваемого в скважину (Щ определяется внешним расходомером);

) — показатель режима течения бурового раствора в скважине (g ) 1 турбулентный режим;

< 1 — структурный режим; I| =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), возвращает триггер 35 в исходное положение "О", при этом потенциал "1" с соответствующего управляющего входа элемента И 36 снимается (фиг.З,в), цепь обратной связи разрывается и устройство ждет окончания текущего цикла 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 этот

II tt триггер остается в положении 0 (пока не поступит следующий импульс

"Пуск" с формирователя 3 1 ) . В емкости 2 остается раствор, для принудительного слива ко то ро го 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 Q-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

3! на фиг.2 не показан), который по1386880

12

11 ступает на установочный вход 58, проходит через элемент ИЛИ 55, уста1! 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.

1 38б880