СИСТЕМА ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМНОГО ГАЗОСОДЕРЖАНИЯ И ВИХРЕВОЙ ДЕГАЗАЦИИ БУРОВОГО РАСТВОРА

1. Система для автоматического измерения объемного газосодержания и вихревой дегазации бурового раствора, содержащая две аналогичные подсистемы: «На входе в скважину» и «На выходе из скважины», в составе которых: реверсивный насос с электроприводом, два измерительных сосуда под разными давлениями, вихревой дегазатор, струйный насос, блок сбора и обработки информации, силовой блок, выносной газоанализатор, отличающаяся тем, что измерительный модуль, работающий под избыточным давлением, нижней частью через тройник соединен с выходом насоса (например, импеллерного), а верхней частью через измеритель расхода жидкости соединен со входом вихревого дегазатора; внутри измерительного сосуда находятся объединенные в сборку два датчика давления, датчик температуры и проводимости (УЭС); измерительный сосуд, работающий под атмосферным давлением, соединен с насосом через тройник и трубопровод, в нижней части сосуда расположено регулирующее устройство для ограничения расхода жидкости, верхняя часть представляет собой коаксиальную систему труб, во внутреннюю трубу подается буровой раствор, а через внешнюю трубу, соединенную с атмосферой, производится эвакуация жидкости через диффузорную камеру струйного насоса, в сопло которого через тройник, трубопровод и регулирующее устройство буровой раствор под давлением подается с выхода импеллерного насоса; нижняя часть вихревого дегазатора также соединяется с диффузорной камерой струйного насоса для эвакуации продегазированного бурового раствора, а его верхняя часть через измеритель расхода газовоздушной смеси и побудитель расхода (вакуум-насос) соединена с выносным газоанализатором; измерительные сосуды, измерители расхода, электродвигатель и измерители потока и температуры на входах подсистем соединены электрическими связями с блоком сбора и предварительной обработки информации, осуществляющим функции автоуправления работой подсистемы через силовой блок, а также передачей части функций устройству ручного управления и отображения информации на буровой.
2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что отборные устройства, размещенные в приемной и подающей трубах, смонтированы на крышках соответствующих люков, на которых размещены индикаторы потока и измерители температуры потока; верхней частью приемные трубы соединены с шаровыми запорными кранами, а на участке трубы до входа в импеллерный насос расположено нагревательное устройство с необходимым диапазоном интенсивности нагрева входящего бурового раствора.
h
3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что измеритель плотности бурового раствора в измерительных сосудах выполнен на двух датчиках давления на диапазон 100 кПа избыточного (или 200 кПа абсолютного) давления, разнесенных на измерительную базу Δ ≥ 400 мм.
4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что измеритель проводимости (УЭС) в измерительных сосудах выполнен в виде четырехэлектродной системы, электроды которой являются кольцевыми, что обеспечивает объемный охват измерительного объема, а температурная компенсация обеспечивается размещенными там же датчиками температуры.
5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве насоса используется высокоэффективный реверсивный импеллерный насос, способный постоянно работать в абразивной среде, а смена рабочих резиновых элементов осуществляется за короткое время, например, за время наращивания.
6. Система по п. 1, отличающаяся тем, что взрывозащищенный частотноуправляемый электродвигатель запрограммирован на ежеминутное создание обратного импульса давления продолжительностью 1 сдля очистки сетки фильтра и на обратную промывку длительностью 10 с при остановке циркуляции.
7. Система по п. 1, отличающаяся тем, что нагрев отбираемого бурового раствора устройством обогрева через силовой блок программируется блоком сбора и предварительной обработки информации и поддерживается (с погрешностью ±1°С) через датчики температуры в измерительных сосудах в диапазоне 35÷80°С по заданию.
8. Система по п. 1, отличающаяся тем, что запуск в работу и отключение системы осуществляется через индикаторы потока в местах отбора с появлением или отсутствием сигналов от индикаторов с дополнительным дублированием сигналов запуска и остановки от датчика давления в манифольде с передачей этого сигнала в блоки сбора и предварительной обработки информации.
9. Система по п. 1, отличающаяся тем, что в среднюю часть вихревого дегазатора вводится трубка для подачи в вихревой дегазатор воздуха через гидрофобный фильтр и измеритель расхода воздуха, чем обеспечивается поддержание в вихревом дегазаторе атмосферного давления и определение объема газовоздушной смеси (ГВС), выделившейся в вихревом дегазаторе.
10. Система по п. 1, отличающаяся тем, что скорость подачи бурового раствора в спринклер (завихритель) вихревых дегазаторов должна поддерживаться на уровне ≥ 0,85 м/с.
3
11. Система по п. 1, отличающаяся тем, что ГВС, выделившаяся в вихревом дегазаторе, подвергается фильтрации на гидрофобном фильтре и химическом влагоотделителе, после чего поток ГВС устанавливается постоянным (например, 50 см/с) с измерением расхода через расходомер, установленный до побудителя расхода.
2+
12. Система по п. 1, отличающаяся тем, что выносной газоанализатор, определяющий с помощью селективных детекторов на кислород, водород, углекислый газ, сероводород, метан и сумму тяжелых углеводородов (С), расположен непосредственно на буровой установке, вблизи вихревого дегазатора и соединен с последним короткой (5÷6 м) обогреваемой газовоздушной линией (ГВЛ) из несорбирующего материала (например, фторопласта).
13. Система по п. 1, отличающаяся тем, что наряду с подачей ГВС на селективные детекторы, через выносной газоанализатор проходит транзитная ГВЛ, через которую ГВС может быть подана на хроматографический или масс-спектрометрический анализ, проводимый в помещении станции ГТИ или в газокаротажной станции в отдалении до 100 м, по длинной несорбирующей и обогреваемой ГВЛ.
14. Система по п. 1, отличающаяся тем, что наличие подсистем «На входе» и «На выходе» позволяет реализовать методику газового каротажа «по приращению» объемного газосодержания бурового раствора и других параметров как разницу между их значениями на выходе из скважины и на входе в скважину с учетом полного «отставания» по времени на величину полного оборота бурового раствора на забой и с забоя на устье скважины.
15. Система по п. 1, отличающаяся тем, что высокая скорость опроса параметров и малая постоянная времени вихревого дегазатора позволяют реализовать вариант газового каротажа после бурения (или диффузионного газового каротажа) за счет диффузионного насыщения бурового раствора против вскрытых газонефтенасыщенных пластов во время перерывов циркуляции (например, во время спуско-подъемных операций) при последующей промывке скважины.
16. Система по п. 1, отличающаяся тем, что блоки сбора и предварительной обработки информации содержат программируемые контроллеры, управляющие автоматической работой подсистем и вычисляющие производные параметры.
17. Система по п. 1, отличающаяся тем, чтоблоки сбора и предварительной обработки информации в подсистемах содержат твердотельную энергонезависимую память для записи измеренных и вычисленных параметров: температуры раствора до нагрева, давления, плотности, температуры и УЭС в измерительных сосудах, истинной плотности раствора, расхода раствора в вихревой дегазатор, расхода воздуха в дегазатор, расхода ГВС из дегазатора, коэффициента дегазации, состава газов из газоанализатора, - и интерфейс передачи вышеперечисленной информации, параллельно с записью в твердотельную энергонезависимую память, с привязкой к реальному времени по электрическим линиям связи в станцию геолого-технологических исследований или газокаротажную станцию, а также на пульт бурильщика, на рабочее место супервайзера, бурового мастера, специалиста по буровым растворам и на верхний уровень управления буровыми работами.
18. Система по п. 1, отличающаяся тем, что нагрев отбираемого бурового раствора осуществляется путем «обматывания» всасывающей трубы импеллерного насоса греющей лентой с регулируемой температурой, разрешенной к применению на буровых установках.
19. Система по п. 1, отличающаяся тем, что обогрев отбираемого бурового раствора может осуществляться через теплообменник с использованием в качестве теплоносителя, например, антифриза, циркулирующего по замкнутому контуру, при этом нагревающее устройство выносится за пределы опасной зоны.
20. Система по п. 1, отличающаяся тем, что подсистемы могут дооснащаться дополнительными датчиками свойств буровых растворов, например такими, как селективные электроды для определения pH, eH, ионов Mg, K, Ca, Cl и других без изменения остальных характеристик подсистем.
21. Система по п. 1, отличающаяся тем, что подсистемы содержат в своем составе струйные насосы, использующие для своей работы часть энергии потока на выходе импеллерного насоса, что гарантирует эвакуацию из подсистем бурового раствора любой вязкости.
22. Система по п. 1, отличающаяся тем, что постоянные термодинамические условия и высокая эффективность дегазации вихревого дегазатора с постоянным определением степени дегазации в сочетании с непрерывным определением объемного газосодержания бурового раствора создают условия реализации количественного газового каротажа, результаты которого по составу газа коррелируются с данными PVT-анализов реальных скважинных флюидов.
23. Система по п. 1, отличающаяся тем, что вычисление объемного газосодержания бурового раствора производится через отношения плотностей бурового раствора в измерительных сосудах и отношения рабочих давлений в этих сосудах.
24. Система по п. 1, отличающаяся тем, что дублирующее вычисление объемного газосодержания бурового раствора производится через отношения УЭС раствора в измерительных сосудах и отношения рабочих давлений в этих сосудах.
25. Система по п. 1, отличающаяся тем, что подаваемый на вход измерительного сосуда повышенного давления буровой раствор вместе с нагревом до заданной температуры подвергается магнитной обработке переменным магнитным полем с частотой ≥ 50 Гц, что улучшает выделение растворенного в буровом растворе газа и, соответственно, повышает степень дегазации раствора.
26. Система по п. 1, отличающаяся тем, что объем камеры вихревого дегазатора и скорость эвакуации ГВС из дегазатора подбираются из расчета обеспечения постоянной времени вихревого дегазатора (равной времени эвакуации шести объемов дегазатора) не более 1,0-1,5 минуты, что гарантирует высокую разрешающую способность дегазатора по глубине (разрезу скважины).