УСТРОЙСТВО ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ РАСТВОРА В ЖЕЛОБЕ БУРОВОЙ УСТАНОВКИ
DEVICE FOR REMOTE CONTROL OF SOLUTION PARAMETERS IN A CHUTE OF A DRILLING UNIT

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно - к наземным геолого-технологическим комплексам контроля параметров бурового раствора.
Известно устройство дистанционного контроля параметров раствора в желобе буровой установки, содержащее 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, Е21В 47/00, 27.07.1997).
Недостатком этого 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 в желобе. Такая конструкция помимо высокой радиационной опасности и сложности периодической градуировки датчика уровня значительно усложняет монтаж-демонтаж устройства.
От указанных недостатков свободно устройство дистанционного контроля параметров раствора в желобе буровой установки, содержащее смонтированные на быстросъемной крышке люка датчик измерителя уровня раствора и подвесной погружной контейнер, разделенный на две части, передняя из которых снабжена электроакустическим преобразователем измерителя скорости потока жидкости с коаксиальным кабелем, герметично введенным в вспомогательную воздушную полость контейнера и обращенным приемоизлучающей поверхностью в сторону нижней внутренней поверхности желоба, а задняя часть оснащена датчиком температуры, выведенным из вспомогательной воздушной полости на нижнюю поверхность контейнера с установленным на ней источником гамма-излучения, взаимодействующим с блоком детектирования плотномера, закрепленным на нижней внешней поверхности желоба, а также электронный блок обработки сигналов и компьютер (RU 2520110 C1, Е21В 21/01, Е21В 44/00, 20.06.2014).
Однако данное устройство при всех своих достоинствах требует для обеспечения надежного функционирования электроакустического преобразователя обязательного погружения в раствор контейнера по крайней мере до его продольной оси. В результате чего при касании контейнера с поверхностью раствора при минимально допустимой для плотномера толщине исследуемой среды (обычно не менее 30…40 мм), связанной с обеспечением эффективности поглощения излучаемых в нее гамма-квантов, измерение скорости потока становится невозможным. Это при контроле процесса цементирования скважин приводит к потере ценнейшей информации, связанной со своевременным обнаружением низкого по уровню выхода в желоб бурового раствора и «языков» цементного раствора. Кроме того, нахождение электроакустического преобразователя внутри контейнера с обтекателем, обеспечивающим минимальное лобовое сопротивление движущемуся раствору, приводит к значительной потере чувствительности измерителя скорости за счет частичной потери энергии ультразвукового луча при прохождении через толщу контактной жидкости и стенку контейнера. При всем этом конструкция данного устройства приводит к усложнению его технического обслуживания из-за исключения свободного доступа к электроакустическому преобразователю.
Рассмотренное устройство дистанционного контроля параметров раствора в желобе буровой установки по технической сущности является наиболее близким к предлагаемому.
Изобретение направлено на устранение указанных недостатков.
Для достижения этого технического результата в предлагаемом устройстве дистанционного контроля параметров раствора в желобе буровой установки, содержащем смонтированные на быстросъемной крышке люка датчик измерителя уровня раствора и подвесной погружной контейнер, разделенный на две части, передняя из которых снабжена электроакустическим преобразователем измерителя скорости потока жидкости с коаксиальным кабелем, герметично введенным в вспомогательную воздушную полость контейнера, и обращенным приемоизлучающей поверхностью в сторону нижней внутренней поверхности желоба, а задняя часть оснащена датчиком температуры, выведенным из вспомогательной воздушной полости на нижнюю поверхность контейнера с установленным на ней источником гамма-излучения, взаимодействующим с блоком детектирования плотномера, закрепленным на нижней внешней поверхности желоба, а также электронный блок обработки сигналов и компьютер, электроакустический преобразователь установлен на внешней нижней поверхности передней части контейнера, выполненной в виде усеченного цилиндра, обращенного эллиптической поверхностью к нижней внутренней поверхности желоба навстречу потоку раствора, при этом электроакустический преобразователь размещен в охватывающей его по бокам П-образной продольной прорези, предусмотренной на поверхности цилиндра, а его приемоизлучающая поверхность совмещена с эллиптической поверхностью последнего.
Отличительными признаками предлагаемого устройства дистанционного контроля параметров раствора в желобе буровой установки от указанного выше наиболее близкого с ним технического решения являются следующие признаки: установка электроакустического преобразователя на внешней нижней поверхности передней части контейнера, выполненной в виде усеченного цилиндра, обращенного эллиптической поверхностью к нижней внутренней поверхности желоба навстречу потоку раствора; размещение электроакустического преобразователя в охватывающей его по бокам П-образной продольной прорези, предусмотренной на поверхности цилиндра; совмещение приемоизлучающей поверхности электроакустического преобразователя с эллиптической поверхностью цилиндра.
Предлагаемое устройство дистанционного контроля параметров раствора в желобе буровой установки поясняется чертежами, представленными на фиг. 1 и 2.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства с частичным продольным разрезом.
На фиг. 2 - вид А на фиг. 1.
Устройство дистанционного контроля параметров раствора в желобе буровой установки по конструкции в основном аналогично известному наиболее близкому к нему по технической сущности устройству и содержит жестко смонтированный на закрытом желобе 1 буровой установки люк 2 с крышкой 3. На крышке 3 с помощью трубчатой штанги 4 установлен располагаемый в потоке раствора 5 подвесной цилиндрический контейнер 6, несущий электроакустический преобразователь 7 измерителя скорости потока, датчик температуры 8 и кассету с источником гамма-излучения 9. Источник гамма-излучения 9 выполнен в виде не имеющего ограничений по радиационной безопасности радионуклида натрий-22 с возможностью взаимодействия с блоком детектирования 10 плотномера, закрепленным на нижней внешней поверхности желоба 1 с помощью резьбовых шпилек 11. Датчик температуры 8 с возможностью доступа его чувствительного элемента к раствору 5 с уплотнением выведен из вспомогательной воздушной полости 12 наружу и с помощью электрических проводов 13 связан с электронным блоком 14 обработки сигналов, установленным на верхнем конце трубчатой штанги 4. Для установки контейнера 6 в желобе 1 на требуемой глубине погружения в раствор 5 трубчатая штанга 4 имеет возможность осевого перемещения и снабжена зажимом 15, жестко связанным с крышкой 3. Для обеспечения возможности определения объемного расхода раствора 5 с привлечением показаний измерителя скорости потока на крышке 3 жестко закреплена горловина 16 с размещенным в ней, например, ультразвуковым датчиком 17 измерителя уровня раствора. При этом электроакустический преобразователь 7 измерителя скорости установлен на внешней нижней поверхности передней по отношению к встречному потоку части контейнера 6, снабженного в задней своей части обтекателем 18. Для уменьшения лобового сопротивления и исключения появления турбулентности потока, негативно сказывающегося на процессе измерений, осуществляемом с помощью электроакустического преобразователя 7, передняя часть контейнера 6 выполнена в виде усеченного цилиндра, обращенного эллиптической поверхностью, как это показано на фиг. 1, к нижней внутренней поверхности желоба 1 навстречу потоку раствора 5. При этом электроакустический преобразователь 7 выполнен быстросъемным. Для обеспечения этого он с помощью одного винта 19 закреплен на контейнере 6 и размещен в охватывающей его по бокам П-образной продольной прорези, предусмотренной на поверхности цилиндра (фиг. 2). При этом приемоизлучающая поверхность электроакустического преобразователя 7 совмещена с эллиптической поверхностью последнего, образуя, таким образом, обтекаемую лобовую поверхность, обеспечивающую безвихревое движение раствора в придонной рабочей зоне упомянутого преобразователя. Для обеспечения работоспособности в погруженном в раствор 5 состоянии электроакустический преобразователь 7 выполнен в герметичном исполнении (см., например, AVFM 5,0. Internet: www.artvik.com, 2010) с герметично заделанным в его корпус коаксиальным кабелем 20 в пластиковой оболочке, введенном с уплотнением через стенку контейнера 6 в вспомогательную воздушную полость 12 для электрического соединения с электронным блоком 14 обработки сигналов. Информация от электроакустического преобразователя 7, датчика температуры 8, блока детектирования 10 и датчика 17 измерителя уровня поступает в размещенный в герметичном кожухе электронный блок 14 для сбора данных, измерения электрических сигналов и передачи цифровой информации в компьютер (на чертеже не показан), обычно дистанционно размещаемый в рабочем помещении на буровой площадке.
Работа описанного устройства дистанционного контроля параметров раствора в желобе буровой установки аналогична работе известного устройства. Однако благодаря предложенным техническим решениям позволит обеспечить измерение скорости движения раствора при его предельно низком уровне выхода из скважины в желоб буровой установки, повысить точность измерения скорости течения раствора, его объемного и массового расхода, а также упростить техническое обслуживание устройства.