Устройство для автоматического измерения объемного газосодержания бурового раствора

 

Изобретение относится к средствам контроля бурового раствора, используемого при бурении нефтяных и газовых скважин. Целью изобретения является повышение точности измерения и надежности работы путем упрощения конструкции. Устройство для автоматического измерения объемного газосодержания бурового состава содержит отборное устройство 1, снабженное вытеснителем, рабочим поршнем 2 и продувным клапаном 3, разделителем-плавающим плунжером 4. Образованная разделителем верхняя измерительная камера 5 заполнена воздухом и связана каналом 6 с преобразователем 7 давления в электросигнал, а нижняя камера 8 сжатия снабжена отверстиями 9 в крышках 10. Блок 11 управления через редуктор 12 соединен механически с пневмодвигателем 13. Кулачок 14 блока управления через подпружиненный толкатель 15 связан с рабочим поршнем, а кулачки 16 связаны через подпружиненные толкатели 17 и шатунные кривошипы 18 с задвижками 19, которые прижаты к крышкам 10 фасонными пружинами 20. Устройство также содержит пневматическую линию питания 21, датчик 22 давления, обратный клапан 23, емкость 24 сжатого воздуха, питательный клапан 25, который связан с кулачком 26, трубопровод 27, подъемный механизм 28, прибор 29 регистрации показаний и блок 30 электропитания. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

K АBTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ! !, r,l

1 1 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4316553/23-26 (22) 14.10.87 (46) 07.07.89. Бюл. 11 - 25 ,(71) Андижанское специальное проект0 но-конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Нефтеавтоматика" (72) А.С. Окороков (53) 66.0 12-55(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 767620, кл. С Ol N 7/00, 1980, Авторское свидетельство СССР

У 1046487, кл. Е 21 В 44/00, 1982.

„„SU„„1492239 А 1 (5)) 4 С О1 И 7/00, Е 21 В 44/00;

С 05 0 27/00

2 (54) УСТР011СТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО

ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМНОГО ГАЗОСОДЕРЖАНИЯ

БУРОВОГО РАСТВОРА (57) Изобретение относится к средсТВВМ контроля бурового раствора, используемого при бурении нефтяных и газовых скважин, Целью изобретения является повышение точности измерения и надежности работы путем упро щения конструкции. Устройство для автоматического измерения объемного газосодер>кания бурового состава содержит отборное устройство 1, снаб1492239 женное вытеснителем, рабочим поршнем

2 и продувным клапаном 3, разделителем — плавающим плунжером 4. Образованная разделителем верхняя измери4 тельная камера 5 заполнена воздухом и связана каналом 6 с преобразователем 7 давления в злектросигнал, а нижняя камера 8 сжатия снабжена отверстиями 9 в крышках 10, Блок 11 lp управления через редуктор 12 соединен механически с пневмодвигателем 13.

Кулачок 14 блока управления через подпружиненный толкатель 15 связан

Изобретение относится к средствам контроля бурового раствора, используемого при бурении нефтяных и газовых скважин.

Цель изобретения — повышение точности измерения и надежности работы путем упрощения конструкции.

А

На фиг. 1 показано устройство, общий вид в продольном разрезе; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг, 1; на фиг. 4 — вид В на фиг. 1; на фиг. 5 — отрезок изотермы при низком давлении, т.е. зависимость давления от. объемного гаэосодержания бурового раствора при постоянной температуре.

Устройство содержит отборное устройство 1, снабженное вытеснителем (рабочим поршнем) 2 и продувным клапаном 3, которое разделено разделителем (плавающим плунжером) 4 на две соответствующие камеры (фиг. 1). Образованная таким образом верхняя измерительная камера 5 заполнена воздухом и сообщена каналом 6 с преобразователем 7 давления в электросигнал .

Нижняя камера 8 сжатия представляет короткий прямой сквозной канал, через который, а также через отверстия

9 в крышках 10 самотеком поступает буровой раствор, Блок 11 управления кулачково-пружинного типа соединен механически через редуктор 12 с пневмодвигателем 13, Кулачок 14 блока 11 управления через подпружиненный толкатель l5 связан с рабочим поршнем

2, а кулачки 16 подсоединены через подпружиненные толкатсли 17 и через шатунные кривошипы 18 к задвижкам

55 с рабочим поршнем, а кулачки 16 связаны через подпружиненные толкатели

)7 и шатунные кривошипы 18 с эадвиж ками 19, которые прижаты к крышкам

10 фасонными пружинами 20. Устройство также содержит пневматическую линию питания 21, датчик 22 давления, обратный клапан 23, емкость 24 сжатого воздуха, питательный клапан

25, который связан с кулачком 26, трубопровод 27, подъемный механизм

28, прибор 29 регистрации показаний и блок 30 электропитания, 5 ил, l9, которые рабсчими поверхностями плотно прижаты изнутри к крышкам 10 фасонными пружинами 20. Пневматическая линия 21 питания присоединена к датчику 22 давления, установленному на напорной линии буровых насосов, и через него подключена к пневмосистеме буровой установки линия 21 пита7 ния снабжена обратным клапаном 23, емкостью 24 для сжатого воздуха и подключена к пневмодвигателю 13 и питательному клапану 25, который подсоединен к кулачку 26 блока 11 управления, Питательный клапан 25 и продувной клапан 3 связаны трубопроводом 27.

Подъемный механизм 28 закреплен на лотке исходящего из скважины бурового раствора и присоединен к корпусу блока управления с возможностью опускания отборного устройства в протекающий в лотке раствор во время работы, Подъемный механизм через датчик 22 давления подключен к пневмосистеме буровой установки. Преобразователь 7 давления в электросигнал подключен к прибору 29 регистрации показаний и блоку 30 электропитания, Устройство работает следующим образом.

После включения бурового насоса

I в напорной линии появляется давление бурового раствора, под действием которого датчик 22 открывает доступ сжатого воздуха из пневмосистемы буровой установки в линию 21 питания и к подъемному механизму 28, который опускает отборное устройство 1 в желоб с вытекающим из скважины буровым

1 492239 растворс и, а последний, протекая самотеком через открытые отверстия 9 н крышках IO, заполняет камеру 8, Одновременно сжатый ноздух через обратный клапан 23 поступает в пневмодвигатель 13, н емкость 24 и к питатель— ному клапану 25. Пневмодвигатель 13, вращаясь, передает- движение через редуктор 12 распределительному валу блока 11 управления. Кулачки 16 распределительного вала действуют па толкатели 17 и далее через шатуны кривошипов 18 на задвижки 19 ° Последние, плотно прижатые к крышкам 10 пружинами 20, перекрывают отверстия

9. Затем начинает действовать кулачок 14 на толкатель 15, а последнийна рабочий поршень 2, который в загерметизированной камере 8 давит на раствор, а последний давит на плавающий плунжер 4, который, поднимаясь, сжимает воздух в камере 5 до давления, равного давлению в камере 8, Давление сжатого воздуха из камеры

5 передается по каналу Ь к преобразователю 7 давления, получающему электропитание от блока 30, а иэ преобразователя 7 давления электросигнал поступает к прибору 29 регистрации сигнала. Через определенное время, достаточное для регистрации сигнала, кулачок 14, поворачиваясь, отпускает толкатель 15, и рабочий поршень 2 поднимается. Затем кулачки

16 опускают толкатели 17, и через шатуны кривошипов 18 задвижки 19 открывают отверстия 9. В зто время кулачок 26 действует на питательный клапан 25, и сжатый воздух поступает по трубопроводу 27 к продувному клапану 3. Преодолев силу пружины клапана 3, воздух устремляется в камеру

8, взбалтывает раствор и частично выбрасывает наружу, Работа клапана 3 кратковременна. Плавающий плунжер 4 под действием сжатого воздуха в.камере 5 занимает исходное положение, Задвижки 19 открывают отверстия 9 полностью. Буровой раствор, протекая самотеком в камере 8 через открытые отверстия 9, обновляется. Через определенное время, достаточное для за мены раствора в камере 8, цикл повторяется. После отключения буровых насосоа давление раствора в напорной линии падает и вместе с тем прекращается его ток в желобе. Датчик 22 давления перекрывает доступ сжатого (Ч, +Чг) Р

Р„= ° --, - — р

Ч „+Ч -Ч „

40 где Ч . — объем воздуха в верхней камере отборного устройства, см

V .=Ч -ЧР— объем газа в буровом

Э. растворе, см

Чоч -Чж

V --- — объем газа в растЧо воре, 7;

P — давление при заборе пробы раствора, ата;

50 Ч „ — объем рабочего поршЭ. ня, см

Ч „ — объем отборного устЭ, ройстна, см

Ч - объем раствора в отP борпом устройстве, Э см

Так, например, на фиг, 5 изображен отрезок изотермы н едиппцах абсолютного давления от 1, 3 до 1,6 ата, что

55 воздуха, и механизм 28 под действием пружины возвращает отборное устройство 1 в исходное положение, С его поверхностей стекает буровой раствор, 5 т. е. глинистая болтушка.

Обратный клапан 23 закрывает выход сжатого воздуха из наполненной емкости 24 наружу, а так как она сооб1ð щена с пневмодвигателем 13, питательным клапаном 25 и продувным клапаном

3, то устройство продолжает работать определенное время вхолостую, производя самоочистку камеры 8 от остатка

15 раствора.

Алгоритм определения гаэосодержа ния бурового раствора следует закону

Бойля-Мариотта PVconst: при постоянной температуре иэотерма имеет вид

20 равносторонних гипербол. Для реальных газов в виде серо- и углеводородов, проявляющихся при бурении скважин, изотермы имеют более сложный характер, из-за чего в камеру

25 сжатия введен определенный объем рабочего воздуха, изотерма .которого близка к идеальному газу, и поэтому определение выполняется достаточно приблизительно. Однако оно тем лучше, З0 чем дальше находится газ от критического состояния. Известно, что для реальных газов уравнение изотермы приходит в уравнение изатермы идеального газа только при малых давлениях, 35 и определениегазосодержания ведется при низком давлении с получением более точных результатов по формуле

1492239 соответствует газосодержанию бурового раствора в пределах от 35 до OX.

Параллельная ординате Рд ось IllA соответствует выходному электросигналу в зависимости от газосодержания бурового раствора.

Полученные результаты соответствуют условиям следующей соразмерности в предлагаемом устройстве: V „= 115 см ; Ч =О-357i Р т = 1 (абсолютное давление); Ч „=43 1 см ; V „=

200 см

Использование предлагаемого устройства обеспечивает без участия человека постоянный надзор эа гаэопроявлением скважины, предоставляет возможность предупреждения выброса бурового раствора и эффективность работ по предупреждению открытого фонтанирования.

20

Формула изобретения

Устройство для автоматического измерения объемного газосодержания 25 бурового раствора, содержащее отборное устройство, устройство регистрации показаний, блок управления, датчик давления и пневматическую линию питания, о т л и ч а ю щ е — 30 е с я тем, что, с целью повышения точности измерения и надежности работы путем упрощения конструкции, отборное устройство снабжено вытеснителем и продувным клапаном и разделено разделителем на две камеры: нижнюю пробоотборную, снабженную двумя задвижками, и верхнюю измерительыую, заполненную газом и сообщающуюся с преобразователем давления, выход которого соединен с устройством регистрации давления, блок управления снабжен приводным пневмодвигателем, редуктором и распределительным валом с кулачками, задвижки нижней измерительной камеры через кривошипно-шатунные механизмы и подпружиненные толкатели связаны с соответствующими кулачками распределительного вала блока управления, устройство также снабжено подъемным механизмом, обратным клапаном, емкостью для сжатого воздуха и питающим клапаном, причем вход датчика давления связан с трубопроводом бурового раствора, питающая пневматическая линия через реле давления связана с подъемным устройством, а через обратный клапан связана с приводным пневмодвигателем, емкостью сжатого воздуха и входом питающего клапана, выход которого соединен с продувным клапаном, вытеснитель через подпружиненный толкатель связан с соответствующим кулачком распределительного вала блока управления, а толкатель питающего клапана связан с соответствукнцим кулачком распределительного вала блока управления.

1492239

А-А

1б

Риг.2

1492239

® Ъ.

Составитель А Прусковцов

Редактор О, !Орковецкая Техред Л.Сердюкова КорректоР Л. Патай

Заказ 3869/45 Тирам 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Умгород, ул. Гагарина, 101