Устройство для контроля жидкости, циркулирующей через скважину

Устройство для контроля жидкости, циркулирующей через скважину

Реферат

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к системам измерения и контроля, в частности к устройствам для контроля жидкости, циркулирующей через скважину.

Целесообразность непрерывного аппаратурного контроля расхода жидкости, циркулирующей через скважину по схеме «вход - выход», определяется задачей повышения оперативности принятия решений при возникновении водонефтегазопроявлений и поглощений. Несвоевременная диагностика начала этих процессов может привести к переходу от стадии осложнений к аварийным ситуациям, в том числе опасным для жизни персонала буровой установки. Современное оснащение буровых установок контрольно-измерительной аппаратурой включает установленный в напорном трубопроводе расходомер (погрешность показаний которого не превышает 1%) и уровнемеры в емкостях циркуляционной системы.

Известна система для контроля расхода жидкости, циркулирующей через скважину, содержащая отдельные емкости, устанавливаемые на входе и выходе скважины и снабженные мерными рейками с ценой деления порядка 5 м³ (Гульянц Г.М. Справочное пособие по противовыбросовому оборудованию скважин. М., Недра, 1983, с.247). Мерные рейки позволяют отслеживать в динамике отличающиеся один от другого уровни в отдельных емкостях и тем самым контролировать суммарный объем бурового раствора и, соответственно, весьма ориентировочно расход жидкости, выходящей из скважины, в сравнении с показаниями расходомера, установленного на входе.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к настоящему изобретению является устройство для контроля расхода жидкости, циркулирующей через скважину, включающую устьевой разъемный патрубок с переходником и сливной патрубок, содержащее средство контроля расхода жидкости, устанавливаемое на выходе из скважины (Булатов А.И., Аветисов А.Г. Справочник инженера по бурению. М., Недра, 1985, т.II, с.4-7). Известное устройство предполагает аппаратурное отслеживание расхода при подаче жидкости, циркулирующей через скважину, и ее объема в емкостях, что позволяет улучшить контроль и обеспечить звуковую и световую сигнализацию при отклонениях уровней в рабочих емкостях насосов от допустимых.

Однако принципиальное положение в отношении необходимой точности контроля расхода жидкости, выходящей из скважины, и возможности сравнения расходов по схеме «вход-выход» не изменилось, что обусловлено следующими факторами.

Объем жидкости в емкостях, при прочих равных условиях, зависит от ряда факторов, действующих вне ствола скважины, в частности, неконтролируемый аппаратурно объем шлама и частично раствора удаляемых системой очистки (причем шлам в восходящий поток раствора в скважине может поступать как за счет углубления ствола при бурении, так и за счет осыпания неустойчивых пород) и дополнительных объемов жидких и сыпучих компонентов, добавляемых в циркулирующий раствор для регулирования его параметров и пр. Эти процессы могут реализовываться одновременно с притоками флюидов в скважину или поглощениями, что создает помехи в своевременной диагностике последних по информации от уровнемеров. В процессе осуществления отдельных этапов цементирования скважин система циркуляции буровой установки не используется и контроль выходящей из скважины жидкости только визуальный. В комплексе станций цементирования имеется расходомер, позволяющий контролировать расход закачиваемой жидкости. При решении задачи установки расходомера для контроля выходящего потока жидкости обеспечивается возможность диагностики и оперативного управления процессом цементирования и соответствующее повышение качества крепления и профилактика осложнений при цементировании.

Несмотря на вышеприведенное, техническое решение, касающееся необходимости установки средств контроля (расходомеров) на выходе из устья скважины, в настоящее время не реализуется. Причиной данного положения является то, что известные расходомеры, особенно надежные индукционные расходомеры для электропроводных жидкостей, эффективно работающих в условиях наличия в потоке жидкости песка, шлама, газа и пр., могут эксплуатироваться только при условии заполнения всего внутреннего проходного сечения расходомера жидкостью.

Задачей настоящего изобретения является разработка и создание устройства для контроля расхода жидкости, циркулирующей через скважину, с улучшенными параметрами.

В результате решения данной задачи возможно получение технического результата, заключающегося в существенном повышении точности контроля расхода жидкости, циркулирующей через скважину.

Данный технический результат достигается тем, что в устройстве для контроля расхода жидкости, циркулирующей через скважину, включающую устьевой разъемный патрубок с переходником и сливной патрубок, содержащем средство контроля расхода жидкости, устанавливаемое на выходе из скважины, средство контроля на выходе из скважины выполнено в виде расходомера, подключаемого между переходником устьевого разъемного патрубка и сливным патрубком скважины, при этом расходомер длиной L₀ снабжен входным участком длиной L_ВХ и выходным участком длиной L_ВЫХ, образующими совместно с расходомером измерительную сборку, причем длина L_ВХ выбрана не менее 3,2L₀, длина L_ВЫХ выбрана не менее 2L₀, а измерительная сборка расположена под углом (20÷70)° к горизонтальной оси сливного патрубка.

Отличительная особенность настоящего изобретения состоит в том, что средство контроля на выходе из скважины выполнено в виде расходомера, подключаемого между переходником устьевого разъемного патрубка и сливным патрубком скважины, при этом расходомер длиной L₀ снабжен входным участком длиной L_ВХ и выходным участком длиной L_ВЫХ, образующими совместно с расходомером измерительную сборку, причем длина L_ВХ выбрана не менее 3,2L₀, длина L_ВЫХ выбрана не менее 2L₀, а измерительная сборка расположена под углом (20÷70)° к горизонтальной оси сливного патрубка.

В результате реализована новая концепция использования контрольно-измерительной аппаратуры, заключающаяся в выборе места установки средства контроля и его конструктивного исполнения (в том числе ориентирования средства контроля в пространстве). При этом существенным является не только наличие входного и выходного прямолинейных участков, соединенных с расходомером, но и выбор их длины в зависимости от длины корпуса расходомера. Экспериментально установлено, что длины входного и выходного прямолинейных участков должны превышать длину собственно расходомера и необходимо выдерживать определенные соотношения между габаритами данных узлов устройства. Полное заполнение проходного сечения расходомера жидкостью возможно не только за счет наличия входного и выходного прямолинейных участков и выбора их размеров, но и при условии расположения измерительной сборки под определенным углом к горизонтальной оси сливного патрубка. Только одновременное выполнение данных условий (признаков) позволяет достичь технический результат. Действительно, выбор длины L_ВХ не менее 3,2L₀ обусловлен необходимостью заполнения всего внутреннего объема расходомера с учетом пульсаций потока жидкости, и при этом выходной прямолинейный участок длиной L_ВЫХ не менее 2L₀ позволяет создать гарантированный подпор давления в полости расходомера при условии, что угол наклона из мерительной сборки к горизонтальной оси сливного патрубка составляет (20÷70)°.

Кроме того, наиболее предпочтительно в качестве расходомера использовать индукционный расходомер, а входной и выходной участки выполнить прямолинейными с тем, чтобы совместно с расходомером они образовывали прямолинейную измерительную сборку.

На чертеже изображена общая схема устройства по настоящему изобретению. Устройство содержит устьевой разъемный патрубок 1 (на чертеже пунктиром обозначен отвод для выхода жидкости из скважины в известных конструкциях устья), соединенный с переходником 2 с присоединительным фланцем в его нижней части. К присоединительному фланцу переходника 2 подсоединен входной прямолинейный участок 3, соединенный с расходомером 4, к которому подсоединен выходной прямолинейный участок 5. Входной и выходной прямолинейные участки совместно с расходомером образуют измерительную сборку, которая может быть соединена со сливным патрубком посредством наклонного участка 6, соединенным с горизонтальным сливным патрубком 7, предназначенным для выхода жидкости (бурового раствора) из скважины в систему очистки.

Устройство по настоящему изобретению функционирует следующим образом. Жидкость (буровой раствор) поступает на вход в инструмент, спущенный в скважину через устьевой разъемный патрубок 1. Пройдя через скважину, буровой раствор направляется в измерительную сборку и далее в сливной патрубок. В расходомере 4 происходит определение значения текущего расхода бурового раствора. Показания расходомера посредством кабелей выводятся на любой известный индикатор (на чертеже не показан) или на персональный компьютер, регистрирующий данные о процессе бурения.

Изготовление устройства по настоящему изобретению может быть осуществлено на любом машиностроительном предприятии, не требует создания каких-либо специальных технологий и разработки нового оборудования и оснастки.

1. Устройство для контроля расхода жидкости, циркулирующей через скважину, включающую устьевой разъемный патрубок с переходником и сливной патрубок, содержащее средство контроля расхода жидкости, устанавливаемое на выходе из скважины, отличающееся тем, что средство контроля на выходе из скважины выполнено в виде расходомера, подключаемого между переходником устьевого разъемного патрубка и сливным патрубком скважины, при этом расходомер длиной L₀ снабжен входным участком длиной L_ВХ и выходным участком длиной L_ВЫХ, образующими совместно с расходомером измерительную сборку, причем длина L_ВХ выбрана не менее 3,2L₀, длина L_ВЫХ выбрана не менее 2L₀, a измерительная сборка расположена под углом 20÷70° к горизонтальной оси сливного патрубка.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве расходомера использован индукционный расходомер.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что входной и выходной участки выполнены прямолинейными и образуют совместно с расходомером прямолинейную измерительную сборку.