Система автоматического регулирования процесса цементирования скважин

Система автоматического регулирования процесса цементирования скважин

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е рц644938 изоБЕетиНИЯ

Союе Советских

Социалистических

Республик

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 24.04.73 (21) 1910377/22-03 (51) М. К,.

Е 21В 33/13 с присоединением заявок № 2171136/22-03

2175671/22-03 (23) Приоритет

Государственный комитет (43) Опубликовано 30.01.79. Бюллетень № 4 (45) Дата опубликования описания 30.01.79 (53) УДК 622.276.277 (088.8) по делам изобретений и открытий г,;. -, Н. Ф. Мезенцев, А. И. Булатов, В. И. Крылов, С. А. лехйн:;- -,Л(;:;, "„

1О. М. Осадчий, В. С. Панаиотти и Н. T. Печенкий.-,, Всесоюзный научно-исследовательский институт по кр1Мению „, у скважин и буровым растворам -"" -1 :Й::, i (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

ПРОЦЕССА ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН

Изобретение относится к области нефтяных и газовых скважин.

Известна система автоматического регулирования процесса цементирования скважин, содержащая датчик уровня и плотно- 5 мер, установленные в расходной емкости с приготавливаемым раствором, регулятор расхода воды (или регулятор подачи цемента), вход которого подключен к плотномеру, а выход через дозатор соединен со 10 смесителем цемента и воды, и регулятор подачи тампонажного раствора, вход которого подключен к датчику уровня, а выход соединен с цементировочными насосами (1).

Недостатком такой системы является не- 15 возможность изменять производительность приготовления и закачивания тампонажного раствора в процессе работы без заметного ухудшения свойств раствора. Кроме того, и при постоянной производительности 20 могут возникать большие отклонения от заданной рецептуры раствора, так как стабилизация водоцементного соотношения с помощью плотномера не гарантирует высокое качество раствора при широком диана- 25 зоне изменения физико-химических свойств исходных материалов массового производства.

Наиболее близким техническим решением по сущности и достигаемому эффекту 30 является система автоматического регулирования процесса цементирования скважин, включающая датчик уровня, установленный в расходной емкости с приготавливаемым раствором, регуляторы подачи цемента и расхода воды, подключенные через соответствующие дозаторы к смесителю цемента и воды, блок установки соотношения, расходомер, установленный на выходе дозатора воды, и датчик производительности (2).

Недостаток известной системы заключается в невысоком качестве цементирования.

Система не обеспечивает закачивание тампонажного раствора в скважину в оптимальном режиме из-за ограниченности своей структуры, а отсутствие обратных связей по качественным параметрам тампонажного раствора .приводит к существенным отклонениям его рецептуры от заданной.

Целью настоящего изобретения является повышение качества цементирования скважин.

Указанная цель достигается тем, что система снабжена регулятором подачи тампонажного раствора, датчиком давления, дозатором и регулятором подачи модифицирующих добавок, плотномером и реометром, который установлен на выходе расход644938

15

3 ной емкости с приготавливаемым раствором и подключен к входу регулятора подачи модифицирующих добавок, второй вход которого соединен с выходом расходомера, при этом плотномер установлен на выходе смесителя цемента и воды и подключен к входу регулятора расхода воды, второй вход которого соединен через блок установки соотношения с выходами датчиков уровня и производительности, при этом датчик давления установлен на устье скважины и подключен к входу регулятора подачи тампонажного раствора, соединенного с цементировочными насосами, на выходе которых установлен датчик производительности и подключен совместно с выходом датчика уровня к входу регулятора подачи цемента.

На чертеже изображена структурная схема предлагаемой системы автоматического регулирования процесса цементирования скважин.

Система содержит четыре цепи регулирования: цепь регулирования подачи тампонажного раствора, включающую регулятор

1 подачи тампонажного раствора и цементировочные насосы 2, которые отбирают раствор из расходной емкости 3 и закачивают его в скважину 4; цепь регулирования подачи цемента, включающую регулятор 5 подачи цемента и дозатор 6 цемента, который подает цемент в смеситель 7; цепь регулирования подачи воды, включающую регулятор 8 расхода воды и дозатор 9 воды, который подает воду в смеситель 7; цепь регулирования подачи модифицирующих добавок, включающую регулятор 10 подачи модифицирующих добавок и дозатор 11 модифицирующих добавок, который подает модифицирующие добавки в смеситель 7 и в расходную емкость 3, Указанные цепи регулирования подключены к датчикам системы следующим образом.

Вход регулятора 1 подачи тампонажного раствора соединен с выходом датчика 12 давления, установленного на устье скважины. Вход регулятора 5 подачи цемента соединен с выходами датчика 13 производительности, установленного на выходе цементировочных насосов, и датчика 14уровня, установленного в расходной емкости.

Один вход регулятора 8 раствора воды соединен через блок 15 установки соотношения с выходами датчика 13 производительности и датчика 14 уровня, а другой вход его соединен с выходом плотномера 16, установленного на выходе смесителя. Один вход регулятора 10 подачи модифицирующих добавок соединен с выходом расходомера 17, установленного на выходе дозатора 9 воды, а другой вход его соединен с выходом реометра 18, установленного на выходе расходной емкости, 25

60 б5

Система автоматического регулирования процесса цементирования скважин работает следующим образом.

Перед началом процесса цементирования для определенных геолого-технических условий каждой скважины и определенного способа цементирования рассчитывается оптимальная программа закачивания тампонажного раствора и .его оптимальная рецептура.

Во время процесса цемснтирования программа закачивания раствора в скважину поступает в виде задания на вход регулятора 1 подачи тампонажного раствора, который управляет работой цементировочных насосов 2. Правильность выполнения программы обеспечивается регулятором 1 с помощью сигналов обратной связи, поступающих от датчика 12 давления, установленного на устье скважины, и от датчика

13 производительности, установленного на выходе цементировочных насосов. В качестве датчика производительности используется либо расходомер, либо счетчик числа двойных ходов насоса.

Сигнал от датчика 13 производительности после суммирования с сигналом от датчика 14 уровня, поступает также на вход регулятора 5 подачи цемента и через блок 15 установки соотношения на вход регулятора 8 расхода воды. С помощью блока задается определенное водоцементное отношение тампонажного раствора. Регуляторы 5 и 8 управляют работой дозаторов б и 9, подающих цемент и воду в смеситель

7, В воде предварительно может быть растворено определенное количество модифицирующих добавок.

Одновременно от расходомера 17, установленного на выходе дозатора 9 воды, поступает сигнал на вход регулятора 10 .подачи модифицирующих добавок, который управляет работой дозатора 11.

Таким образом, независимо от изменения производительности цементировочных насосов обеспечивается требуемая производительность приготовления тампонажного раствора и при этом не искажается его рецептура.

Однако изменение физических свойств тампонажных материалов (насыпная масса, гранулометрический состав, влажность, форма частиц) вызывает большие погрешности в работе дозатора 6 цемента, что приводит к отклонению рецептуры от заданной. Эти возмущающие воздействия компенсируются плотномером 16, установленным на выходе смесителя 7. Сигнал от плотномера поступает на вход регулятора

8 расхода воды, который плавно изменяет производительность дозатора 9 воды. Возникающие при этом небольшие отклонения производительности приготовления раствора компенсируются датчиком 14 уровня, установленным в расходной емкости 3, 644938 о

Стабилизация заданной плотности тампонажного раствора н-;обходима для создания определенного противодавления на пласты с целью предотвращения осложнений, и одновременно с этим она обеспечивает заданное водоцементное отношение раствора, Однако при использовании тампонажных материалов массового производства постоянство, плотности не гарантирует обеспечение таких важных параметров там-„ понажного раствора, как сроки схватывания, водоотдача, текучесть, так как изменение химических свойств материалов, сильно влияющих на эти параметры, почти не сказывается на плотности. Компенсация этих возмущающих воздействий осуществляется в системе реометром 18, установленным на выходе расходной емкости. Сигнал от реометра поступает на вход регулятора

10 подачи модифицирующих добавок, который изменяет производительность дозатора

11, подающего часть модифицирующих добавок в смеситель 7 или в расходную емкость 3.

Предлагаемая система автоматического регулирования позволяет повысить качество цементирования скважин за счет наиболее полного вытеснения бурового раствора тампонажным в различных геолого-технических условиях и при различных способах цементирования, а также за счет точного выдерживания заданных параметров тампонажного раствора независимо от изменения физико-химических свойств исходных материалов, Повышение качества цементировани я скважин снижает вероятность возникновения осложнений в процессе цементирования и увеличивает срок безремонтной эксплуатации скважины, что дает экономический эффект, намного превышающий стоимость самого процесса цементирования.

Формула изобретения

Система автоматического регулирования процесса цементирования скважин, вклю5 чающая датчик уровня, установленный в расходной емкости с приготавливаемым раствором, регуляторы подачи цемента и расхода воды,,подключенные через соответствующие дозаторы к смесителю цемента и

10 воды, блок установки соотношения, расходомер, установленный на выходе дозатора воды, и датчик производительности, от л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения качества цементирования скважин, она со15 держит регулятор подачи тампонажного раствора, датчик давления, дозатор и регулятор подачи модифицирующих добавок, плотномер и реометр, который установлен на выходе расходной емкости с приготавли20 ваемым раствором и подключен к входу регулятора подачи модифицирующих добавок, второй вход которого соединен с выходом расходомера, при этом плотномер установлен на выходе смесителя цемента и

25 воды и подключен к входу регулятора расхода воды, второй вход которого соединен через блок установки соотношения с выходами датчиков уровня и производительности, при этом датчик давления установлен

ЗО на устье скважины и подключен к входу регулятора подачи тампонажного раствора, соединенного с цементировочными насосами, на выходе которых установлен датчик производительности и подключен совмест35 но с выходом датчика уровня к входу регулятора подачи цемента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Синельникова А. В. и др. Автоматиза4О ция технологических процессов. M., «Недра», 1968, с. 6 — 7.

2. Авторское свидетельство СССР

Ие 453485, кл. Е 21F 15/08, 1970.

644938

Редактор 3. Ходакова

Заказ 2704/7 Изд. № 122 Тираж 657 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Я-35, Раушская наб., д 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель Н. Чижикова

Техред А. Камыш никова

Корректоры; E. Хмелева и А. Галахова