СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМА РАСХОДУЕМОЙ ЖИДКОСТИ
METHOD FOR DETERMINING VOLUME OF CONSUMED LIQUID

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для автоматического определения объемов закачиваемых в скважину по напорной магистрали буровых и тампонажных жидкостей.
В практике бурения и капитального ремонта скважин широко известны способы определения объема расходуемой жидкости при перекачивании из тампонажной, например, смесительно-осреднительной емкости, в нагнетательную линию насоса и далее в скважину. При этом наибольшее распространение получили два способа, а именно: способ определения количества жидкости, связанный с измерением ее уровня в сочетании с известными размерами емкости, и камерный (циклический) способ (ГОСТ 15528-86), включающий измерение частоты вращения либо числа оборотов приводного вала насоса, пропорциональной объемному расходу измеряемой среды. Для осуществления этих способов используется множество разработанных конструктивных и схемных решений, отличающихся принципом действия и условиями возможного применения датчиков, зависимостью погрешностей измерения от свойств контролируемой среды, трудностями преобразования и передачи показаний измерений и др. (см., например, книгу Ивановой Г.М. и др. Теплотехнические измерения и приборы: учебник для вузов / Г.М. Иванова, Н.Д. Кузнецов, B.C. Чистяков. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 232 с., ил., с.130-135, с.141-157 и книгу Белякова Н.В. Интегрированные геофизические исследования бурящихся скважин. - М. издательство «Физматкнига», 2008, 208 с., с.187-190 и с.195-197).
При проведении буровых работ для реализации первого способа наиболее широкое распространение получили ультразвуковые (акустические) уровнемеры типа AVFM 5,0 (Internet: www.artvik.com©2010 Artvik, Inc.). На показаниях таких уровнемеров не сказываются характеристики жидкостей. Однако их серьезным недостатком является возрастание абсолютной погрешности измерений с увеличением диапазона (уровня) локации, что приводит к большим ошибкам при определении объема расходуемой жидкости. Другим недостатком способа является сложность точного определения количества жидкости, находящейся в придоньевой (конфузорной) части тампонажной емкости.
Для реализации второго (камерного) способа используются тахометрические датчики расхода, преобразующие частоту вращения либо число оборотов приводного вала в частотный электрический сигнал, соответствующий числу ходов насоса (наполняющихся и опорожняющихся камер цилиндров), пропорциональных текущему значению количества перекачиваемой жидкости. При всей простоте и надежности этот способ также не лишен недостатков. Одним из них является зависимость наполнения цилиндров насоса от плотности и вязкости контролируемой жидкости, что требует градуировки датчика с учетом изменения ее параметров. Однако индивидуальная градуировка датчика на высокоплотных и вязко-пластичных жидкостях в условиях промыслово-геофизических и тампонажных организаций затруднительна из-за проблем, связанных с утилизацией проконтролированной среды. В результате чего датчики градуируются на воде, не обеспечивая, таким образом, необходимой точности объемного расхода жидкостей при закачивании их в скважину. Другим недостатком способа, ограничивающим его применение является трудоемкость градуировки, связанная с приготовлением порций контролируемых жидкостей заданной консистенции и переливом их из одной емкости в другую. Все это в конечном итоге исключает возможность автоматизации процесса определения объемов закачиваемых в скважину жидкостей с требуемой точностью, что препятствует повышению качества осуществляемых на скважине технологических операций.
Наиболее близким к предлагаемому является способ определения объема расходуемой жидкости при перекачивании из тампонажной емкости в нагнетательную линию насоса, включающий измерение числа оборотов приводного вала насоса.
Изобретением решается задача повышения точности, упрощения и автоматизации процесса определения объемов закачиваемых в скважину буровых и тампонажных жидкостей.
Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе определения объема расходуемой жидкости при перекачивании из тампонажной емкости в нагнетательную линию насоса, включающем измерение числа оборотов приводного вала насоса, с начала момента перекачивания жидкости в нагнетательную линию дополнительно в тампонажной емкости измеряют падение ее уровня в диапазоне, достаточном для вычисления коэффициента преобразования числа оборотов приводного вала насоса в объем расходуемой жидкости, а текущее значение объема расходуемой жидкости определяют в соответствии с зависимостью
где S - площадь поверхности жидкости в емкости;
к
н
ΔН=Н-Н - падение уровня жидкости в емкости;
н
к
Н, Н - соответственно начальный и конечный контролируемые уровни жидкости;
<mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>S</mi><mo>⋅</mo><mi>Δ</mi><mi>H</mi></mrow><mrow><msub><mi>n</mi><mi>y</mi></msub></mrow></mfrac></mrow>
- коэффициент преобразования числа оборотов приводного вала насоса в объем расходуемой жидкости;
y
n - число оборотов приводного вала насоса, измеренное в диапазоне падения уровня жидкости ΔН;
тек
n - число оборотов приводного вала насоса, измеряемое от момента прекращения измерения падения уровня жидкости ΔН.
Отличительными признаками предлагаемого способа определения объема расходуемой жидкости при перекачивании из тампонажной емкости в нагнетательную линию насоса от указанного выше наиболее близкого ему является осуществление в тампонажной емкости с начала момента перекачивания жидкости в нагнетательную линию измерения падения ее уровня в диапазоне, достаточном для вычисления коэффициента преобразования числа оборотов приводного вала насоса в объем расходуемой жидкости и определение текущего значения объема расходуемой жидкости в соответствии с зависимостью (1).
Предлагаемый способ поясняется прилагаемой схемой определения объема расходуемой жидкости.
Сущность способа заключается в следующем.
н
к
После заполнения тампонажной емкости 1 жидкостью требуемой консистенции либо завершения приготовления в ней жидкости 2 (тампонажной смеси) с необходимыми физико-химическими характеристиками включают насос 3, например, цементировочного агрегата и начинают перекачивание жидкости 2 в нагнетательную линию 4, сообщающуюся с устьем скважины (на схеме не показаны). При этом с начала момента перекачивания жидкости 2 в нагнетательную линию 4 в тампонажной емкости 1 с помощью установленного над ней, например, ультразвукового уровнемера 5 измеряют падение уровня ΔН жидкости в выбранном диапазоне (от начального Н до конечного Н уровней), обеспечивающем точное вычисление коэффициента преобразования k числа оборотов приводного вала 6 насоса 3 в объем расходуемой жидкости 2. Обычно, в зависимости от площади поперечного сечения тампонажной емкости 1 достаточным для вычисления коэффициента преобразования k является измерение падения уровня ΔН, не превышающего 20…30 мм. Измерение числа оборотов приводного вала 6 насоса 3, как следует из схемы, начинается одновременно с измерением уровня с помощью, например, датчика 7 электромагнитного типа, реагирующего на частоту прохождения относительно его полюсного наконечника ферромагнитной метки 8, жестко закрепленной на приводном валу 6. Во время измерения падения уровня ΔН жидкости 2 и считывания датчиком 7 ферромагнитных меток 8 с помощью компьютера (на схеме не показан) происходит вычисление и корректировка (градуировка) датчика 7 в автоматическом режиме, обеспечивая, таким образом, учет изменения параметров контролируемой жидкости 2. После завершения этого процесса по сигналу, задаваемому программой компьютера, происходит отключение уровнемера 5 и переход на циклический режим определения текущего объема расходуемой жидкости 2 с помощью датчика 7 по алгоритму в соответствии с зависимостью (1). При полном освобождении тампонажной емкости 1 от жидкости 2, определяемом по падению давления в нагнетательной линии 4, процесс определения объема контролируемой среды прекращается либо насос 3 подключается к очередной тампонажной емкости с жидкостью, имеющей прежние физико-химические характеристики. При закачивании в скважину очередных порций жидкости другой консистенции процесс автоматического определения объемов расходуемых жидкостей до его завершения повторяется в соответствии с описанной выше технологией и последующим вычислением общего (суммарного) объема доставленных в скважину растворов.