УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ УСЛОВНОЙ ВЯЗКОСТИ ПРОМЫВОЧНОЙ ЖИДКОСТИ В ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ СИСТЕМЕ БУРОВОЙ СКВАЖИНЫ
DEVICE FOR CONTROLLING RELATIVE VISCOSITY OF FLUSHING FLUID CIRCULATION SYSTEM OF DRILL HOLE

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно к наземным комплексам контроля параметров промывочной жидкости.
Известны устройства для контроля вязкости жидкостей (вискозиметры), предназначенные для проведения измерений в условиях специализированных лабораторий (Физический энциклопедический словарь: В 5-ти т. / Науч. совет. изд. «Сов. энциклопедия». - М.: «Сов. энциклопедия», 1966. - Т. 1, с. 276-278). Такие вискозиметры отличаются высокой сложностью конструкций и большими затратами времени на проведение измерений. По этой причине нашедшие применение в буровой практике ротационные вискозиметры, например, типа ВСМ-3 используются в основном при разработке рецептуры промывочных жидкостей.
Для вискозиметрии промывочной жидкости в циркуляционной системе буровой скважины применяется специально созданное для этой цели устройство для контроля условной вязкости типа СПВ-5, основанное на течении вязкой среды в достаточно длинной трубке с малым диаметром проходного отверстия (см. книгу Середа Н.Г., Соловьев Е.М. Бурение нефтяных и газовых скважин. М.: «Недра», 1974, 458 с., с. 141-142, а также Справочник бурового мастера, П.Т. Иночкин, В.А. Прокшиц, Издательство «Недра», 1968, 477 с., с. 343 и 352). Это устройство содержит аккумулирующую емкость с сетчатым фильтром и выходным отверстием, гидравлически сообщающимся с откалиброванным струйным аппаратом. Время истечения через струйный аппарат заданного объема промывочной жидкости определяет величину условной вязкости, по которой судят о прокачиваемости жидкости в процессе бурения и принимают решение о регулировании или стабилизации ее свойств.
Несмотря на простоту конструкции, процесс контроля условной вязкости промывочной жидкости с помощью указанного устройства требует больших затрат времени на его проведение и является при этом достаточно трудоемким. Объясняется это тем, что для измерений, обычно проводимых в передвижных лабораториях, необходимо в любых погодных условиях осуществлять многократный отбор проб промывочной жидкости из циркуляционной системы буровой скважины, доставлять их в лабораторию, заливать в аккумулирующую емкость, с помощью секундомера измерять время истечения через струйный аппарат заданного объема жидкости в приемный бачок, вручную заносить показания измерений в бортовой журнал или компьютер и, наконец, удалять (утилизировать) жидкость из бачка. Другим серьезным недостатком конструкции известного устройства является невозможность обеспечения непрерывного автоматического контроля условной вязкости в процессе бурения скважины при бесконтактном с промывочной жидкостью съеме показаний измерений, что препятствует повышению качества осуществляемых в скважине технологических операций.
Рассмотренное устройство для контроля условной вязкости промывочной жидкости в циркуляционной системе буровой скважины является наиболее близким к предлагаемому.
Изобретением решается задача устранения указанных выше недостатков.
Для достижения этого технического результата в предлагаемом устройстве для контроля условной вязкости промывочной жидкости в циркуляционной системе буровой скважины, содержащем аккумулирующую емкость с сетчатым фильтром и выходным отверстием, гидравлически сообщающимся с откалиброванным струйным аппаратом, аккумулирующая емкость снабжена заборным соплом с возможностью закрепления на днище горизонтального транспортного участка циркуляционной системы, при этом струйный аппарат выполнен многоканальным, а между ним и выходным отверстием аккумулирующей емкости установлен патрубок с накладным датчиком ультразвукового расходомера, причем количество каналов струйного аппарата выбрано таким образом, что обеспечивает в патрубке скорость движения жидкости в пределах диапазона измерений скорости расходомера.
Отличительными признаками предлагаемого устройства для контроля условной вязкости промывочной жидкости в циркуляционной системе буровой скважины от указанного выше известного наиболее близкого к нему устройства являются снабжение аккумулирующей емкости заборным соплом с возможностью закрепления на днище горизонтального транспортного участка циркуляционной системы, выполнение струйного аппарата многоканальным, установление между выходным отверстием аккумулирующей емкости и струйным аппаратом патрубка с накладным датчиком ультразвукового расходомера, наличие количества каналов струйного аппарата, обеспечивающего в патрубке скорость движения жидкости в пределах диапазона измерений скорости расходомера.
Предлагаемое устройство поясняется чертежом.
Устройство для контроля условной вязкости промывочной жидкости в циркуляционной системе буровой скважины содержит аккумулирующую емкость 1 с сетчатым фильтром 2 и выходным отверстием в горловине 3, гидравлически сообщающимся с откалиброванным струйным аппаратом 4. Аккумулирующая емкость 1 снабжена заборным соплом 5, выполненным в виде фланца с горловиной для герметичной быстросъемной установки в ней верхней части упомянутой емкости с помощью уплотнительного резинового кольца 6. Заборное сопло 5 имеет возможность закрепления, например, с помощью сварки на днище горизонтально транспортного участка 7 циркуляционной системы буровой скважины. При этом в днище транспортного участка 7 должно быть предусмотрено ответное отверстие. В качестве транспортного участка 7 целесообразно использовать участок на выходе отводной трубы сито-гидроциклонной установки (на чертеже не показаны) либо горизонтально установленный на конце трубы сливной желоб. Причем выделенный таким образом транспортный участок 7 должен быть расположен над приемной емкостью скважины (на чертеже не показана) для обеспечения слива в нее отработанной в струйном аппарате 4 устройства промывочной жидкости. Для фиксации аккумулирующей емкости 1 в горловине заборного сопла 5 служит П-образная скоба 8. Для обеспечения этого в верхней части аккумулирующей емкости 1 предусмотрена кольцевая канавка, а в теле горловины заборного сопла 5 выполнены две ответные параллельные прорези. Между выходным отверстием аккумулирующей емкости 1 и струйным аппаратом 4 герметично установлен патрубок 9. Соединение верхней части патрубка 9 с горловиной 3 осуществлено с помощью ответных резьбовых окончаний. В отверстии нижней части патрубка 9 плотно размещен верхний конец струйного аппарата 4, имеющий цилиндрическую форму и фланец 10, входящий своей торцовой поверхностью в соприкосновение с торцом упомянутого патрубка. Для фиксации указанных торцовых поверхностей относительно друг друга служит накидная гайка 11. При этом струйный аппарат 4 может быть изготовлен из нержавеющей стали или из неметаллического материала. Конструктивно струйный аппарат 4 выполнен в виде многоканальной матрицы с откалиброванными по диаметру одинаковыми отверстиями при одинаковой длине каналов 12 в соответствии с параметрами, установленными для стандартного вискозиметра СПВ-5. Для уменьшения гидравлического сопротивления и ликвидации зон застоя вязкой среды при переходе из патрубка 9 в каналы 12 на верхней торцовой поверхности струйного аппарата 4 предусмотрена конусная воронка 13. На боковой поверхности патрубка 9 с помощью хомута 14 жестко закреплен накладной ультразвуковой, например, доплеровский датчик 15 расходомера. Внутренний диаметр патрубка 9 минимизирован по величине и в соответствии с техническими характеристиками выпускаемых промышленностью ультразвуковых расходомеров находится в пределах 12,7÷25 мм. При этом количество каналов 12 струйного аппарата 4 выбрано таким образом, что обеспечивает в патрубке 9 скорость движения промывочной жидкости в пределах диапазона измерений скорости используемого расходомера. Причем при выборе (расчете) количества стандартных каналов для струйного аппарата 4 следует исходить из верхнего предела измерений условной вязкости в диапазоне, обычно составляющем 15÷50 с. В этом случае расчетная скорость движения промывочной жидкости в патрубке 9 должна находится в пределах диапазона измерений скорости расходомера или иначе превышать нижний предел измерений в этом диапазоне. Так, например, для осуществления надежного контроля условной вязкости в указанном диапазоне измерений вполне приемлемым можно считать применение ультразвукового расходомера DFM 5.0 с нижним пределом измерений скорости 0,075 м/с (Internet:wvw.artvik.com. Artvik, Inc., 2008) при наличии в струйном аппарате 4 четырех каналов 12 диаметром 5 мм, обеспечивающих в патрубке 9 с внутренним диаметром 15 мм скорость движения промывочной жидкости в пределах 0,226÷0,754 м/с. Так как скорость истечения промывочной жидкости через струйный аппарат 4 пропорциональна количеству каналов 12, то несложно выявить алгоритм определения текущего значения условной вязкости для предлагаемого устройства, который с учетом привязки к стандартному методу измерений примет вид:
где n - количество каналов 12 в струйном аппарате 4;
ст
3
V=500 см - стандартный объем промывочной жидкости, используемый для проведения измерений условной вязкости;
п
υ - скорость движения промывочной жидкости в патрубке 9, измеряемая датчиком 15 расходомера;
П
2
S=π·D/4 - площадь поперечного сечения проходного отверстия патрубка 9;
D - внутренний диаметр патрубка 9.
Работа устройства для контроля условной вязкости промывочной жидкости в циркуляционной системе буровой скважины заключается в следующем.
п
тек
После закрепления на днище горизонтального транспортного участка 7 под выполненным в нем отверстием заборного сопла 5 в горловине последнего с помощью скобы 8 фиксируют аккумулирующую емкость 1. Электрически присоединяют датчик 15 расходомера к компьютеризированной информационно-измерительной аппаратуре (на чертеже не показана), а затем восстанавливают циркуляцию промывочной жидкости. В процессе движения промывочной жидкости в сито-гидроциклонном блоке буровой установки происходит ее очищение от твердых частиц размером более 0,05…0,1 мм. В результате чего создаются благоприятные условия для проведения измерений условной вязкости жидкости непосредственно в циркуляционной системе скважины. При прохождении жидкости по отводной трубе сито-гидроциклонного блока происходит разделение ее на два потока, больший из которых поступает на выход упомянутой трубы с изливом в приемную емкость, а меньший - при поступлении на транспортный участок 7 через заборное сопло 5 заполняет доверху аккумулирующую емкость 1, обеспечивая таким образом необходимый высотный напор. В процессе заполнения аккумулирующей емкости 1 жидкостью происходит ее дополнительная очистка от твердых частиц с помощью сетчатого фильтра 2, самоочищающегося скоростным потоком жидкости. При истечении жидкости через каналы 12 струйного аппарата 4 происходит ее излив в приемную емкость и обновление в аккумулирующей емкости 1. В результате чего при изменении вязкости жидкости происходит изменение регистрируемой с помощью датчика 15 расходомера скорости υ ее движения в патрубке 9. Это дает возможность с привлечением алгоритма (1) вычислять с помощью компьютера информационно-измерительной аппаратуры текущие значения условной вязкости t промывочной жидкости в реальном масштабе времени. При этом получаемые показания используются для оперативного решения ряда технологических задач, способствующих повышению эффективности процесса бурения. После приостановки циркуляции промывочной жидкости на длительный период, связанный, например, с проведением спуско-подьемных операций бурового инструмента, устройство промывают струей небольшого количества воды либо извлекают из заборного сопла 5 для проведения с ним профилактических мероприятий.