СИСТЕМА РЕГИСТРАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ЗАКАЧИВАЕМЫХ В СКВАЖИНУ ЖИДКОСТЕЙ
SYSTEM TO REGISTER PARAMETERS OF LIQUIDS PUMPED INTO WELL

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения расхода и плотности растворов, в частности в нефтегазодобывающей отрасли для контроля расхода, плотности, давления и температуры закачиваемой в скважину жидкости.
Известна станция контроля процесса цементирования СКЦ-3М, регистрирующая расход электромагнитным расходомером РГР-7 (РГР-100), давление в нагнетательной линии и плотность вибрационно-массовым плотномером (Справочник инженера по бурению. Том 1 / Под ред. В.И. Мищевича, Н.А. Сидорова. М.: Недра. - 1973. - 520 с.). Данная станция контроля имеет ограниченную область применения и плохо приспособлена для работы с цементным раствором.
Известна система для контроля процесса цементирования скважин (RU 2285119 С1, опубл. 10.10.2006 г.). Данная система содержит устройство с измерительным блоком с расходомером, датчиками давления и температуры, герметично установленными в горловинах высокопрочной вставки (муфты), смонтированной между двумя отличающимися по длине патрубками (отрезками насосно-компрессорных труб) с быстроразъемными соединительными элементами на концах для присоединения к нагнетательному трубопроводу, а также радиационно-безопасный датчик измерителя плотности, включающий излучатель и накладной блок детектирования, а также компьютеризированную измерительную станцию в виде малогабаритного переносного блочного комплекта. Недостатками данной системы являются недостаточно высокая универсальность и низкая компактность из-за поочередного линейного расположения датчиков на жесткой несущей конструкции, что затрудняет встраивание изделия в качестве навесного оборудования в блоки манифольдов насосных установок различного типа при высокой плотности монтажа.
Наиболее близкой к предлагаемой системе регистрации закачиваемых в скважину жидкостей является компьютеризированная информационно-измерительная станция контроля параметров процесса цементирования скважин КСКЦ-01, содержащая датчики давления и температуры, измеритель плотности раствора, расходомер, измеритель проводимости раствора, вычислительное устройство, информационное табло (Волченко Ю.А. Информационно-измерительные системы для экспрессного контроля процессов бурения и цементирования нефтегазопромысловых и нефтегазоразведочных скважин / Ю.А. Волченко // Известия Томского политехнического университета. Том 305. - Томск. - 2002. - Вып. 5. - С. 58-66). Недостатками этой измерительной системы являются наличие большого количества источников ионизирующего излучения, а также наличие большого количества измерительных блоков, что серьезно усложняет их монтаж при производстве работ и увеличивает стоимость системы.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение точности измерения параметров закачиваемых в скважину жидкостей.
Техническим результатом является обеспечения универсальности, мобильности и удобства обслуживания, повышение надежности работы измерительной системы, уменьшение ее габаритов и веса, повышение культуры производства.
Поставленная задача и технический результат решаются за счет того, что в системе регистрации параметров закачиваемых в скважину жидкостей, содержащей датчики давления, температуры, плотномер и расходомер, компьютер, информационное табло, особенностью является то, что в качестве расходомера использован расходомер электромагнитный, который снабжен контроллером и составляет основу первого измерительного блока, а в качестве плотномера использован плотномер вибрационный, который снабжен контроллером и составляет основу второго измерительного блока, при этом плотномер вибрационный и расходомер электромагнитный встроены в нагнетательную линию манифольда с контролируемой средой, причем сначала, по направлению течения контролируемой среды, установлен измерительный модуль, определяющий расход контролируемой среды путем измерения наведенной электродвижущей силы на движущемся в магнитном поле проводнике, в качестве проводника выступает прокачиваемая контролируемая среда, с помощью быстроразъемных соединений к первому измерительному модулю присоединен второй измерительный модуль, производящий измерение плотности, температуры и давления, компьютер установлен в кабине оператора на автошасси высокой проходимости, при этом указанные измерительные модули соединены с компьютером с помощью информационного кабеля и блока питания, информационное табло соединено с блоком питания и измерительными модулями с помощью информационных кабелей, питание системы осуществлено от сети переменного тока 220 В через стабилизатор напряжения или от бортовой сети автомобиля напряжением 12 В через инвертор напряжения 12 В в 220 В.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено следующее.
фиг. 1 - расходомер электромагнитный (общий вид);
фиг. 2 - плотномер вибрационный (общий вид);
фиг. 3 - схема подключения системы регистрации параметров закачиваемых в скважину жидкостей.
Первый измерительный модуль - расходомер электромагнитный 27 - применяется для измерения расхода и, соответственно, зависящего от него объема. Расходомер состоит из корпуса 1, на котором устанавливаются электроды и электромагнитные катушки. На винты к нему крепится кожух 2 с контроллером 3, в котором идет обработка сигнала со всей электромагнитной системы расходомера. На контроллере 3 имеются: розетка 4 для подключения к плотномеру, розетка 5 для подключения напрямую к вычислительному устройству - компьютеру 19. Непосредственно к корпусу крепятся переходники, на которых расположены винт 6 и гайка 7 быстроразъемного соединения (БРС).
Второй измерительный модуль - плотномер вибрационный 28 - предназначен для измерения плотности раствора, температуры и давления. Плотномер 28 состоит из корпуса 8, с двух сторон к нему крепятся переходники, на которых расположены винт 9 и гайка 10 БРС. Внутри корпуса 8 проходят две трубы диаметром 50 мм. Также на корпусе 8 располагаются ручки 11 для переноски плотномера, датчик давления 12 и два температурных датчика, один из которых прикреплен к внутренней части корпуса, второй на одной из внутренних труб плотномера, две крышки 13 датчиков скорости потока на верхней поверхности корпуса 8 и крышка 14 электромагнитной системы на нижней, и главная деталь - контроллер 15, в котором идет обработка сигнала со всей электромагнитной системы плотномера. На контроллере 15 имеются: розетка 16 для подключения к датчику давления, розетка 17 для подключения к расходомеру и розетка 18 для подключения к блоку питания.
Плотномер 28 и расходомер 27 вбиваются в нагнетательную линию и соединяются между собой посредством БРС, а также специальным кабелем соединяются контроллер 15 плотномера 28 и контроллер 3 расходомера 27. Питание системы осуществляется от сети переменного тока 220 В через стабилизатор напряжения или от бортовой сети через инвертор напряжения 12 В в 220 В. Подключение к сети переменного тока осуществляется с помощью кабеля питания 220 В со смоткой 23 длиной 50 м. Питание и обмен с компьютером 19 контроллера 15 плотномера 28 осуществляется через тройник 29 и блок питания 20, который выдает напряжение от 18 до 27 В при токе 5 А и производит преобразование интерфейсов связи. Подключение плотномера 28 к блоку питания 20 производится с помощью кабеля RS485 со смоткой 25 длиной 50 м. Блок питания 20 соединен с компьютером 19, на который поступает и обрабатывается информация с датчиков и плотномера вибрационного 28 и расходомера электромагнитного 27, через кабель USB. Также имеется возможность подсоединения к блоку питания 20 выносного информационного табло 26. На табло 26 отображаются в реальном времени все те измерения, которые делает оборудование. Подключение выносного табло 26 к блоку питания 20 производится с помощью кабеля RS485 со смоткой 24 длиной 50 м. Другой возможностью системы является распечатка в виде графика всего процесса работы измерительного оборудования на принтере 22. Компьютер 19, блок питания 21 и принтер 22 запитываются через источник бесперебойного питания 21, дабы избежать выхода из строя оборудования. Все элементы управления и питания системы установлены в кабине оператора на автошасси высокой проходимости.
Система регистрации параметров закачиваемых в скважину жидкостей работает следующим образом.
Расходомер 27 и плотномер 28 встраиваются в нагнетательный манифольд с помощью быстроразъемных соединений таким образом, чтобы на вводном конце обоих измерительных приборов (в него входит поток контролируемой среды) была установлена винтовая часть БРС, а на выходном конце (из него выходит поток контролируемой среды) - гаечная часть БРС. Расходомер 27 устанавливают перед плотномером 28, т.е. контролируемая среда сначала проходит через расходомер 27, а затем через плотномер 28. Гаечная часть БРС 7 расходомера 27 стыкуется с винтовой частью БРС 9 плотномера 28.
Расходомер 27 производит измерение расхода контролируемой среды, проходящей через него. Каждая жидкость, содержащая соли, является электропроводником. Принцип измерения расхода - измерение наведенной электродвижущей силы на движущемся в магнитном поле проводнике (движущаяся жидкость), которая зависит от скорости движения проводника. С изменением расхода прямо пропорционально изменяется наведенная ЭДС. Наведенная ЭДС усиливается, измеряется и обрабатывается платой обработки сигналов.
Плотномер 28 производит измерение плотности, температуры, давления и объема контролируемой среды (жидкости), проходящей через него. Плотномер представляет собой электромагнитную систему. При помощи двух электромагнитов, которые расположены по одному в верхней и нижней частях корпуса 8, создаются колебания внутренних труб, датчики колебаний их фиксируют, таким образом происходит определение резонансной частоты. При прочих неизменных условиях резонансная частота зависит от массы колеблющейся трубы. Масса трубы изменяется от массы жидкости, находящейся в трубе. Зная массу пустой трубы, определяется масса жидкости в трубе. Ввиду того, что объем трубы постоянен, можно вычислить плотность жидкости. Определив резонансную частоту, можно определить плотность жидкости. Чем тяжелее внутренние трубы (соответственно, более тяжелая жидкость), тем тяжелее магнитам «раскачивать» трубы и тем ниже частота «раскачивания», но тем выше плотность проходящей контролируемой среды (жидкости).
Обработанная информация с контроллеров 3, 15, расходомера 27 и плотномера 28 поступает через блок питания 20 на компьютер 19, где обрабатывается и выводится на экран дисплея в виде графиков зависимостей основных измеряемых параметров от времени.
Также может использоваться выносное информационное табло 26, которое используется для вывода наиболее важной информации в удобном для наблюдателя месте.
Табло 26 может работать в двух режимах: автономный и совместно с компьютером 19. В автономном режиме табло 26 опрашивает плотномер 28 и расходомер 27 и отображает первые 4 параметра (плотность, расход, температуру и давление). Значения параметров считываются непосредственно с плотномера 28. В этот режим табло 26 переходит, если компьютер не подключен к блоку питания 20. Если опрашиваемое устройство - плотномер, не отвечает, то все индикаторы гаснут.
В режиме работы с компьютером 19 табло 26 отображает все четыре параметра. Значения параметров изменяются только по команде с компьютера 19. В этот режим табло 26 переходит, если компьютер 19 производит опрос подключенных устройств.
Блок питания 20 используется в составе системы для питания расходомера 27, плотномера 28 и блока индикации - выносного табло 26, а также для осуществления обмена информацией компьютера 19 с расходомером 27, плотномером 28 и выносным табло 26. Блок питания предназначен для работы от сети переменного тока с напряжением 220 В±10%.
Таким образом, предложенное изобретение обеспечивает возможность измерения параметров любых технологических растворов, закачиваемых в скважину, с высокой степенью точности и без применения высокоактивных источников ионизирующего излучения.