УСТРОЙСТВО ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ РАСТВОРА В ЖЕЛОБЕ БУРОВОЙ УСТАНОВКИ
DEVICE FOR REMOTE CONTROL OF MUD PARAMETERS IN MUD DITCH

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно - к наземным геолого-технологическим комплексам контроля параметров бурового раствора.
Известно устройство дистанционного контроля параметров тампонажных растворов и иных жидкостей при проведении цементирования обсадных колонн и ремонтно-изоляционных работ в буровых скважинах. Оно содержит измерительный блок с датчиком давления и температуры, накладной радионуклидный датчик плотности и накладной электроакустический преобразователь скорости потока, смонтированные на отрезке насосно-компрессорной трубы, входящем в состав нагнетательного трубопровода высокого давления (RU 2379501 С1, Е21В 44/00, Е21В 47/00, 20.01.2010).
Данное устройство для проведения измерений объемного расхода и плотности требует полного заполнения трубопровода жидкостью в поперечном сечении канала, что исключает возможность его применения в закрытых безнапорных трубопроводах большого диаметра, к которым в полной мере относится желоб буровой установки.
Известно также устройство, не обладающее необходимой совокупностью датчиков для полного контроля в безнапорном трубопроводе параметров жидкости, однако содержащее для определения ее объемного расхода электроакустический преобразователь уровня и погружной оптический датчик скорости потока (RU 18769 U1, 7 G01F 1/66, 08.11.2001).
Недостатком этого устройства является невозможность измерения скорости потока вязкопластичных жидкостей высокой плотности, к которым относятся многие буровые и цементные растворы, осаждение и налипание которых на поверхность оптической системы датчика приводит к блокированию работы его измерительного преобразователя.
Из известных устройств дистанционного контроля параметров раствора в желобе буровой установки наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее, по меньшей мере, датчик температуры, измерители уровня и скорости течения раствора, плотномер, включающий источник гамма-излучения и блок детектирования, жестко закрепленный на внешней нижней поверхности желоба, а также электронный блок обработки сигналов и компьютер (RU 2085726 C1, E21B 47/00, 27.07.1997).
Недостатком данного устройства является наличие связанного с желобом измерительного трубопровода, усложняющего его конструкцию и приводящего к увеличению погрешности измерения расхода вследствие неполного отвода раствора в измерительный канал. Другим недостатком устройства является необходимость применения в нем нейтронного датчика уровня, отдельно от измерительного трубопровода устанавливаемого на желобе. Такая конструкция помимо высокой радиационной опасности и сложности периодической градуировки датчика уровня значительно усложняет монтаж-демонтаж устройства.
Изобретение направлено на устранение указанных недостатков.
Для достижения этого технического результата в предлагаемом устройстве дистанционного контроля параметров раствора в желобе буровой установки, содержащем, по меньшей мере, датчик температуры, измерители уровня и скорости течения раствора, плотномер, включающий источник гамма-излучения и блок детектирования, жестко закрепленный на внешней нижней поверхности желоба, а также электронный блок обработки сигналов и компьютер, датчик температуры, измерители уровня и скорости и источник гамма-излучения совместно компактно смонтированы на единой несущей платформе, выполненной в виде быстросъемной крышки люка, предусмотренного в верхней части желоба, при этом вовнутрь последнего введен подвесной жестко связанный с платформой акустически прозрачный контейнер, разделенный на две полости, в одной из которых размещен датчик температуры, а в другой - измеритель скорости, выполненный в виде электроакустического преобразователя, взаимодействующего через контактную жидкость со стенкой контейнера и обращенного приемоизлучающей поверхностью в сторону донной поверхности желоба, при этом источник гамма-излучения размещен на внешней нижней поверхности контейнера.
Кроме того, источник гамма-излучения и блок детектирования расположены со смещением относительно друг друга вдоль продольной оси желоба на расстояние между точками излучения и приема, соответствующее базовой толщине слоя раствора, обеспечивающей эффективное поглощение гамма-квантов.
Отличительными признаками предлагаемого устройства дистанционного контроля параметров раствора в желобе буровой установки от указанного выше известного наиболее близкого к нему являются совместное компактное размещение датчика температуры, измерителей уровня и скорости и источника гамма-излучения на единой несущей платформе, выполненной в виде быстросъемной крышки люка, предусмотренного в верхней части желоба, введение вовнутрь желоба подвесного жестко связанного с платформой акустически прозрачного контейнера, разделенного на две полости, размещение в одной из них датчика температуры, а в другой - измерителя скорости, выполненного в виде электроакустического преобразователя, взаимодействующего через контактную жидкость со стенкой контейнера и обращенного приемоизлучающей поверхностью в сторону донной поверхности желоба, а также размещение источника гамма-излучения на внешней нижней поверхности контейнера. Другим отличительным признаком является расположение источника гамма-излучения и блока детектирования со смещением относительно друг друга вдоль продольной оси желоба на расстояние между точками излучения и приема, соответствующее базовой толщине слоя раствора, обеспечивающей эффективное поглощение гамма-квантов.
Предлагаемое устройство поясняется прилагаемой схемой, фрагмент общего вида с частичным продольным разрезом.
Устройство дистанционного контроля параметров раствора в желобе буровой установки выполнено в виде модульной конструкции, размещенной на желобе 1 закрытого типа, по существу представляющему собой безнапорную трубу большого диаметра. При этом датчик температуры 2, измерители уровня 3 и скорости 4 и источник гамма-излучения 5 совместно компактно смонтированы на единой несущей платформе 6, которая выполнена в виде быстросъемной крышки люка 7, имеющего форму прямоугольной металлической горловины 8, приваренной к верхней части желоба 1. Внутри желоба 1 установлен подвесной герметичный акустически прозрачный (выполненный, например, из нержавеющей стали) цилиндрический контейнер 9 обтекаемой формы, жестко связанный с помощью трубчатой штанги 10 с несущей платформой 6. Штанга 10 имеет возможность осевого перемещения для обеспечения установки контейнера 9 в желобе 1 на заданной глубине и снабжена зажимом 11, жестко связанным с несущей платформой 6. На верхнем конце штанги 10 съемно установлен электронный блок 12 обработки сигналов, который с помощью кабельного разъема (на схеме не показан) электрически связан с контейнером 9. При этом контейнер 9 разделен перегородкой 13 на две полости 14 и 15. В полости 14 с помощью Г-образного кронштейна 16, жестко закрепленного на перегородке 13, размещен погруженный в контактную жидкость 17 (например, жидкий вазелин) измеритель скорости 4 течения раствора 18, выполненный в виде электроакустического преобразователя, взаимодействующего через контактную жидкость 17 со стенкой контейнера 9 и обращенного приемоизлучающей поверхностью в сторону внутренней донной поверхности желоба 1. При этом информационный (коаксиальный) кабель 20 от измерителя скорости 4 с уплотнением через перегородку 13 выведен в воздушную полость датчика температуры 2 и вовнутрь штанги 10 до кабельного разъема электронного блока 12 обработки сигналов. Такое размещение измерителя скорости 4 позволяет обеспечить надежный контроль скорости течения раствора 18 при его минимально допустимом уровне, что особенно важно при контроле выхода в желоб 1 «языков» цементного раствора. Датчик температуры 2 с возможностью доступа его чувствительного элемента к раствору 18 с уплотнением выведен из воздушной полости через нижнюю стенку контейнера 9 наружу и с помощью электрических проводов 21 связан с контактами кабельного разъема электронного блока 12 обработки сигналов. Источник гамма-излучения 5, выполненный в виде не имеющего ограничений по радиационной безопасности радионуклида, например натрия-22, в металлической капсуле с помощью резьбового соединения установлен в нижней задней (по отношению к направлению потока, указанного па схеме стрелкой) части контейнера 9 с возможностью взаимодействия с блоком детектирования 22 плотномера, жестко закрепленного на внешней нижней поверхности желоба 1 с помощью крепежных резьбовых шпилек 23. При этом контейнер 9 в лобовой и задней частях снабжен обтекателями 24 и 25. Для обеспечения работоспособности плотномера при минимально допустимом уровне течения раствора 18 источник гамма-излучения 5 и блок детектирования 22 расположены со смещением относительно друг друга вдоль продольной оси желоба 1 на расстояние между точками излучения и приема, соответствующее базовой толщине слоя раствора, обеспечивающей эффективное поглощение гамма-квантов. Для определения объемного расхода раствора измеритель уровня 3 может иметь различную конструкцию, выполненную, например, в виде жестко размещенного на горловине 26 электроакустического преобразователя либо установленного на ней лазерного дальномера. Электронный блок 12 обработки сигналов размещен в герметичном кожухе и служит для сбора данных, измерения электрических сигналов и передачи цифровой информации в компьютер (на схеме не показан), обычно дистанционно размещаемый в станции геолого-технологических исследований, осуществляемых на скважине. При необходимости к электронному блоку 12 обработки сигналов могут быть подключены и другие дополнительно установленные на платформе 6 датчики, такие, например, как резистивиметр.
Работа устройства дистанционного контроля параметров раствора в желобе буровой установки заключается в следующем.
При выходе из ствола скважины раствор 18 по направлению, указанному на схеме стрелкой, поступает в желоб 1. В процессе движения раствора 18 в желобе 1 с помощью измерителей уровня 3 и скорости 4 происходит волновое зондирование границы раздела жидкость - воздух и движущихся в потоке твердых частиц и газовых пузырьков. Вырабатываемые в результате этого зондирования электрические сигналы поступают в электронный блок 12 их обработки, а затем на вход компьютера, где по заданному алгоритму пересчитываются в показания объемного расхода. При этом упомянутый алгоритм в качестве исходного параметра, необходимого для определения площади поперечного сечения потока в виде сегмента, включает в себя информацию о величине внутреннего диаметра желоба 1. Одновременно с электрическими сигналами, предназначенными для измерения объемного расхода жидкости, от блока детектирования 22 плотномера и от датчика температуры 2 на вход компьютера через электронный блок 12 обработки сигналов поступают электрические сигналы, характеризующие плотность раствора 18 и его температуру. При этом полученные показания используются для расчета массового расхода раствора 18 и анализа осуществляемого технологического процесса.
Использование предлагаемого устройства дистанционного контроля параметров раствора в желобе буровой установки позволит по сравнению с существующими устройствами обеспечить следующие преимущества:
- повысить точность измерения объемного расхода раствора;
- обеспечить простоту, компактность и мобильность конструкции;
- повысить безопасность обслуживания;
- минимизировать затраты времени на проведение монтажно-демонтажных работ.