Устройство для автоматического долива скважины промывочной жидкостью

 

Изобретение относится к технике бурения скважин. Цель - упрощение конструкции и повышение надежности в работе. Для этого клапанный узел выполнен в виде магнитной насадки ловушки со сферической рабочей поверхностью, установленной на конце трубопровода, связывающего емкость-мерник с дозировочной емкостью, и шарового поплавка из ферромагнитного материала , установленного с возможностью взаимодействия со сферической рабочей поверхностью магнитной насадки-ловушки. Максимальный уровень жидкости в дозировочной емкости не превышает уровень слива устьевого оборудования. Положение уровня жидкости в емкости-мернике относительно рабочей поверхности магнитной насадки-ловушки находится в пределах, определяемых по математической ф-ле. Начало газоводонефтепроявлений в процессе подъемных операций возможно обнаружить по разности объемов извлекаемых из скважины труб и доливаемой в скважину жидко- (сти При равенстве этих объемов скважина находится в нормальных условиях. В этом случае при подъеме бурильной колонны на длину одной свечи объем долитой из системы жидкости равен объему извлеченной свечи, а уровень жидкости в емкости-мернике понизится на конкретную величину, что обусловит изменение давления гидростатического столба жидкости. При подъеме одинаковых свечей объем доливаемой в скважину жидкости будет постоянным, что обусловит неизменный перепаддавления. 1 ил. О 00 ьь 4 vj СЛ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 В 21/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР КЮЮЗЫ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4647977/03 (22) 07.02.89 (46) 15,10.91. Бюл, ¹ 38 (71) Ивано-Франковский институт нефти и газа (72) И.В.Костриба, Д.А.Вольченко, В.И.Колос и П.И.Багрынивский (53) 622.243.13(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1035189, кл. Е 21 В 21/08, 1982, Авторское свидетельство СССР

¹ 889827, кл. Е 21 В 21/08, i980, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТРМАТИЧЕСКОГО ДОЛИВА СКВАЖИНЫ ПРОМЫВОЧНОЙ

ЖИДКОСТЬЮ (57) Изобретение относится к технике бурения скважин, Цель — упрощение конструкции и повышение надежности в работе, Для этого клапанный узел выполнен в виде магнитной насадки ловушки со сферической рабочей поверхностью, установленной на конце трубопровода, связывающего емкость-мерник с дозировочной емкостью, и шарового поплавка из ферромагнитного материала, установленного с возможностью

Изобретение относится к технике бурения скважины, в частности к механизмам, поддерживающим постоянный уровень промывочной жидкости в скважине при подьеме бурового инструмента, Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности в работе., 1, „1684475 А1 взаимодействия со сферической рабочей поверхностью магнитной насадки-ловушки.

Максимальный уровень жидкости в дозировочной емкости не превышает уровень слива ус-ьевого оборудования. Положение уровня жидкости в емкости-мернике относительно рабочей поверхности магнитной насадки-ловушки находится в пределах, определяемых Ro математической ф-ле. Начало газоводонефтепроявлений в процессе подъемных операций возможно обнаружить по разности объемов извлекаемых из скважины труб и доливаемой в скважину жидко,сти. При равенстве этих обьемов скважина находится в нормальных условиях. В этом случае при подъеме бурильной колонны на длину одной свечи обьем долитой из системы жидкости равен объему извлеченной свечи, а уровень жидкости в емкости-мернике понизится на конкретную величину, что обусловит изменение давления гидростатического столба жидкости. При подъеме одинаковых свечей объем доливаемой в скважину жидкости будет постоянным, что обусловит неизменный перепаддавления. 1 ил.

На чертеже представлена схема устройства для автоматического долива скважины промывочной жидкостью;

Устройство содержит емкость-мерник 1 и дозировочную емкость 2, последовательно соединенные между собой и устьевым оборудованием 3 трубопроводами 4 и 5. Устьевое оборудование 3 включает универсальный 6 и плашечный 7 превенторы, 1684475 млн Pg S > мзнифольд 8 и слив 9. В сквзх(ине находится бурильная колонна 10. На устье скважины размещены ротор 11 и обтирзтор i2.

Затрубное кольцевое пространство 13 скважины через слив (желоб) 9 сообщено с 5 приемной емкостью (не показана), В дозировочной емкости 2 размещен клапанный узел, выполненный в виде магнитной насадки-ловушки 14 со сферической рабочей поверхностью 15, установленной на конце 1С трубопровода 4, связывающего емкостьмерник 1 с дозировочной емкостью 2, и шарового поплавка 16 из ферромагнитного материала, установленного с возможностью взаимодействия со сферической рзбо- 15 чей поверхностью 15 магнитной насадки-ловушки 14.

Рабочая поверхность 15 контакта магнитной насадки-ловушки 14 с шаровым поплавком 16 выполнена сферическои, что 2О обеспечивает плотный контак двух прилегающих поверхностей по всей площади. В основной емкости-мернике 1 установлен датчик 17 разности давлений, регистрирующий изменение гидростзтического дзвле- 25 ния столба промывочной жидкости по марв долива скважины. Величина разности давлений на датчике 17 устанавливается таким образом, чтобы она соответствовала конкретной наперед определяемой величине 30 обьема доливаемой в сквах(ину жидкости.

Максимальный уровень жидкос и в дозировочной емкости 2 не превышает уровень слива 9 устьевого Оборудования 3.

Положение уровня жидкости в емкости-мер- 35 нике 1 относительно рабочей поверхности

15 магнитной насадки-ловушки 14 находится в пределах

) 4+M — Щ,,,) 4 лр Я д л,О Я б где h — положение уровня х(идкости в 8 -.якости-мернике относительно рабочей поверхности магнитной насадки-ловушки;

А — архимедова сила, действующая нз поплавок;

M — сила магнитного взаимодействия поплавка с магнитной насадкой-ловушкой; р — плотность промывочной жидкости

50 (раствора);

g — ускорение свободного падения;

d — диаметр канала в магнитной насадке-ловушке; р — сила тяжести поплавка.

Максимальный уровень промывочной жиДкости в Дозировочной емкости 2 Обусловлен положением (высотой установки) магнитной насадки-ловушки 14.

Максимальный уровень промывочной жидкости в емкости-мернике Обеспечивает

МЗКСИМЗЛЬНО8 ГИДРОСТЗТИЧ8СКО8 ДЗВЛЕНИ8 столба:;(идкости, при атом должно соблюдаться неравенство пмакс Р 95 А + M p (2) где h<>« — расстояние от поверхности контакта магнитной насадки-ловушки с поплавком до максимального уровня промывочной жидкости в емкости-мернике;

p — и loTHocTb промывочной жидкости;

g — ускорение свободного падения;

S — площадь распределения гидростати-геского давления столба промывочной жидкости на поплавок;

Х О

4 t где d — диаметр канала в магнитной насадке-ловуш ке;

А — архимедова сила, действующая на поплавок;

M — сила магнитного взаимодействия поплавка с магнитной насадкой-ловушкой: р — сила тяжести поплавка.

Собл адение неравенства (2) обеспе ивает герметичность соединения поплавка

16 с магнитной насадкой-ловушкой 14.

Из Н8рзвенствз (2) максимальный уровень промывочной жидкости в емкости-мерник8 1 должен быть Н8 бОлее

А+М—

При погпижении уровня промывочной жидкости в дозировочной емкости 2 архимедова сила уменьшается. Следовательно, при неизменной величине левой части неравенства (2) правая часть уменьшается, нарушается, условие герметичности соединения, и поплавок 1 О Отрывается О» магнитной на сзркч ловушки

Минимальный уровень промывочной жидкОсти в емкости мернике 1 должсн быть таким, чтобы соблюдалось неравенство

-Де h<,н — ОзсстОЯние оТ Рабочей повеРхносги 15 кон. акта магнитной насадки-ловушки

M c поплавком .6 ДО минимального уровня промывочной жидкости в емкости-мернике 1, Соблюдение неравенства (3) обеспечи-. вает возможность отрыва поплавка от магнитной насадки-ловушки 14 в любой момент при полном исчезновении архимедовой силы (т.а. при понижении уровня жидкости в дозировочной емкости 2 ниже поплавка 15, 5

10

55 соединенного с магнитной насадкой-ловушкой 14).

Из неравенства (5) следует, что

М --p

МИН следовательно, изменение высоты положения уровня промывочной жидкости в емкости-мернике находится в пределах (см, выражение 1).

Устройство работает следующим образом, Перед началом подъема, бурильной колонны основная емкость-мерник 1 и дозировочная емкость 2 полностью заполнены промывочной жидкссть О. При этом на поплавок 16 действуют =.põèìeäoýà сила со

cT0poHbl жидкОсти, находящейся Б дозировочной емкости 2, сила магнитного притяжения поплавка 16 " Оабо ей поверхности

15 магнитной насадки-лоaóøêë 14, а также сила гидростатического давления столба промывочной жидкости, находящейся в емкости-мернике 1, При этом размеры поплавка 16 подобраны таким образом, чтобы сумма архимедовой и магнитной силы была больше силы гидростатического давления столба жидкости. В этом случае поплавок 16 будет плотно прижат к рабочей поверхности

15 магнитной насадки-ловушки 14, предотвращая самопроизвольный переток промывочной жидкости из емкости-мерника 1 в дозировочную емкость 2. При подъеме буpMJlbH0A KoJloHHl:l 10 poBBHb жидкости B скважине, а следовательно, и ь доэировочной емкости 2 понижается на величин„саответству ощую Объему извлекаемой иэ скважины свечи, С понижен:лем уровня промывочной жидкости в дозировочной емкости 2 действие архимедовой силы ослабевает, так как поплавок 16 вследствие действия магнитной силы в начальный момент остается неподвижным, и объем жидкости, вытесняемой им, уменьшается. По мере понижения уровня промывочной жидкости в дозировочной емкости 2 наступит момент, когда сила гидростатического давления столба жидкости в основной емкостимернике 1 превысит сумму архимедовой и магнитной сил, поплавок 16 "оторвется" от рабочей поверхности 15 магнитной насадки-ловушки 14, открывая проходное сечение трубопровода 4, Б этот момент происходит долив скважины из емкостимерника 1 через трубопроводы 4 и 5 и доэировочную емкость 2, Уровень жидкости в скважине, а следовательно и в дозировочной емкости 2 повышается, поплавок 16, находящийся на поверхности, по мере повышения уровня приближается к магнитной насадке-ловушке 14, и при достижении за15

45 данного уровня происходит перекрытие трубопровода 4 поплавком 16.

При спуске инструмента в скважину уровень жидкости в ней повышается, возрастает величина архимедовой силы, следовательно, сила прижатия поплавка 16 к магнитной насадке-ловушке 14 возрастает, что гарантирует герметичность соединения.

Избыток объема промывочной жидкости при спуске бурильных труб 10 в скважину по сливу (желобу) Q направляется в приемную емкость (не показана).

Начало гаэоводонефтепроявлений в процессе подъемных операций возможно

Обнаружить по разности объемов извлекаемых из скважины труб и доливаемой в скважину жидкости, При равенстве указанных обьемов скважина находится в нормальных условиях, s этом случае при подъеме бурильной колонны на длину одной свечи объем долитой из системы жидкости равен объему извлеченной свечи, а уровень жидкости в емкости-мернике 1 понижается на конкретную величину, что обуславливает изменение давления гидростатического столба жидкости. Следовательно, при подъеме одинаковых свечей Объем доливаемой в скважину жидкости будет постоянным, что обусловит неизменный перепад давления. На этот перепад давления настраивают датчик 17 раэност: :давлений, находящийся внутри емкости-мерника 1. При проявлениях объем доливгемой в скважину жидкости уменьшается, уменьшается разность давлениЙ гидрое —.атического столба жидкости, Датчик 17 передает электрический сигнал на пульт бурильщика. При поглощениях скважиной промывочной жидкости объем доливаемой в скважину жидкости возрастает, возрастает перепад давления, фиксируемый датчиком

17, Формула изобретения

Устройство для автоматического долива скважины промывочной жидкостью, содержащее емкость-мерник и дозировочную емкость, последовательно соединенные между собой и устьевым оборудованием, трубопроводами, и клапанный узел, размещенный в дозировочной емкости, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности в работе, клапанный узел выполнен в виде магнитной насадки-ловушки со сферической рабочей поверхностью, установленной на конце трубопровода, связывающего емкость-мерник с дозировочной емкостью, и шарового поплавка из ферромагнитного материала, установленного с возможностью взаимодействия со сферической рабочей поверхностью магни1ной насадки-ловушки, Составитель A.Meíüojèêoâ

Техред М.Моргентал Корректор Т.Палий

Редактор Э.Слиган

Заказ 3492 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 при этом максимальный уровень жидкости в дозировочной емкости не превышает уровень сливаустьевого оборудования, а положение уровня жидкости в емкости-мернике относительно рабочей поверхности магнитной насадки-ловушки находится в пределах В.й и „,ЯШЮ щ) я cP xp g У где h — положение уровня жидкости в емкости-мернике относительно рабочей поверхности магнитной насадки-ловушки;

4475 8 I

А — архимедова сила, действующая на поплавок;

М вЂ” .сила магнитного взаимодействия поплавка с магнитной насадкой-ловушкой;

5 р- плотность промывочной жидкости (раствора);

g — ускорение свободного падения;

d — диаметр канала в магнитной насадке-ловушке;

10 р — сила тяжести поплавка.