Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Одним из наиболее важных параметров ПЖ является ее плот­ность, определяющая давление на вскрываемые пласты и стенки скважины, перенос энергии от насоса к забойному гидравличе­скому двигателю и насадкам долота, размыв породы на забое и т. д. К поддержанию заданной плотности и ее точному опреде­лению предъявляются жесткие требования. Погрешность в из­мерении плотности ПЖ не должна превышать 0,02 г/см3 в диа­пазоне измерения 0,8—2,64 г/см3 [46].

Для непрерывного автоматического измерения плотности ПЖ используются гравитационные плотномеры, в которых взвеши­вается определенный объем жидкости; гидростатические плот­номеры, измеряющие давление столба жидкости постоянной высоты (к ним относятся и пьезометрические); поплавковые плотномеры, основанные на определении выталкивающей силы, равной весу вытесненной жидкости, и резонансные (вибрацион­ные) плотномеры, основанные на изменении колебательной (при­соединенной) массы, которая в свою очередь определяется по изменению резонансной частоты.

Автоматический плотномер АВП-1

Для непрерывного автоматического измерения плотности ПЖ в процессе бурения нефтяных и газовых скважин используется плот­номер АВГТ-1. Он разработан СГТКБ «Нефтспромавтоматика». Принцип действия его (рис. 9.43) основан на взвешивании из­вестного объема раствора, прокачиваемого специальными насо­сами из желобной системы через трубу 4, соединительную муф­ту 2 и чувствительный элемент — (/-образную трубку /, которая жестко закреплена в траверсе 6, связанной с неподвижным крон­штейном 3 двумя шарикоподшипниками 5. В результате переме­щения груза 9 по резьбовому рычагу 8, связанному с К-образной трубкой крестообразным ленточным шарниром 7, осуществляет­ся грубая настройка вторичного прибора на нуль. Точной на­стройки достигают путем перемещения груза 10.

Аппаратура работает следующим образом. С увеличением плот­ности раствора трубка, опускаясь вниз, смещает сердечник У/диф­ференциально-трансформаторного датчика перемещения. В изме­рительных катушках датчика появляется сигнал рассогласования, который подается на вход электронного усилителя 22. С его выхода сигнал поступает на фазочувствительиый демодулятор 20, где пре­образуется в постоянный ток, пропорциональный измеряемой плот­ности. Выходной ток поступает в подвижные катушки Л? электро­силового преобразователя. Возникшее в них магнитное поле, взаи­модействуя с магнитным полем неподвижной катушки 15 электро­силового преобразователя, устанавливает через рычажно-кинема­тический механизм 16 и 11 новое равновесие системы.

Неподвижная катушка подключена к блоку питания 18 через стабилизатор постоянного тока 19. Выходной ток создает на со­
противлении падение напряжения, которое регулирует автома­тический самопишущий потенциометр 21. Возникающие авто­колебания системы гасит гидравлический демпфер 14. Измене­ние диапазона измерения в заданных пределах осуществляется путем перемещения ролика 12 по рычагу 11.

В качестве вторичного прибора используют электронный ав­томатический потенциометр ГТСР-10, позволяющий вести визу­альный отсчет измеряемого параметра, осуществлять запись на диаграммной бумаге, подавать сигнал на пульт бурильщика об отклонении от заданных значений, а в случае необходимости — на диспетчерский пункт по каналам связи телемеханики. Дат­чик, усилитель, вторичный прибор, выключатели электронагре­вателя и двигателя насоса размещены в утепленном шкафу.

Техническая характеристика АВП-1

Диапазон измерения плотности, г/см3………………………….. 0,8—2,6

Предел основной приведенной погрешности

TOC o "1-5" h z прибора в диапазоне измерения плотности, %……………………… ±1

Параметры питания первичного преобразователя и вторичного прибора:

напряжение сети переменного тока, В……………………………. 220

частота сети переменного тока, Гц…………………………………… 50

Потребляемая мощность, В • А:

плотномером в полном комплекте………………………………….. 1,2

первичным преобразователем……………………………………….. 0,04

Диапазон изменения температуры анализируемой

жидкости, °С……………………………………………………………………….. 5—80

Габарит, мм:

первичного преобразователя………………………….. 585x364x300

вторичного прибора………………………………………… 320x320x380

шкафа………………………………………………………………. 870x920x1970

Масса, кг:

TOC o "1-5" h z первичного преобразователя…………………………………………….. 35

вторичного прибора………………………………………………………….. 18

шкафа………………………………………………………………………………… 150

Шкала вторичного прибора отградуирована в единицах плот­ности с ценой деления 0,01 г/см3.

Гравитационные плотномеры используют для измерения плотно­сти жидкостей, содержащих только твердые включения. В этих при­борах чувствительный элемент соединен с подводящим и отводя­щим патрубками гибкими шлангами. Существуют и другие типы гра­витационных плотномеров. В некоторых, например, взвешивают пря­мые участки горизонтальной трубы, для чего применяют гибкое со­членение измерительного участка датчика с трубопроводом.

К преимуществам таких приборов можно отнести отсутствие местных гидравлических сопротивлений потоку. Общий недос­таток плотномеров, датчики которых гибко соединяются с тру­бопроводом, — зависимость результата измерений от давления протекающего раствора. При измерении давления подвески де­формируются и меняют свои характеристики. С увеличением дав­ления ошибка в измерении растет. В последнее время этот не­достаток устраняют использованием системы компенсации, раз­гружающей измерительный участок датчика с подвесками путем полного погружения их в разгрузочную жидкость с давлением, равным рабочему давлению раствора.

Плотномер ПП-1

Плотномер ПП-1, предназначенный для измерения плотности буровых растворов, разработан Андижанским СПКБ. Он может использоваться в составе комплекса приборов контроля промыв­ки, долива скважины и прогнозирования флюидопроявления, а также для измерения плотности пульп и суспензий в других от­раслях народного хозяйства.

По устойчивости к воздействию внешней среды измеритель­ный блок плотномера должен соответствовать исполнению УЧ.2 при температуре 5—50°С и относительной влажности 80% при 35°С без конденсации влаги, блок индикации и преобразователь — исполнению VI.! при температуре —30 + +50°С и относительной влажности 25+3% при 35°С без конденсации влаги.

По устойчивости к механическим воздействиям плотномер со­ответствует обыкновенному исполнению по ГОСТ 12997—84 и должен выдерживать воздействие вибрации частотой 25 Гц и ам­плитудой не более 0,1 мм.

Принцип действия плотномера основан на преобразовании перепада давления воздуха в пьезометрических трубках, погру­женных в буровой раствор на разную глубину, в пропорциональ­ный пневматический сигнал.

Плотномер ПП-1 состоит из измерительного блока 3, преобра­зователя 2 и пневматических трубок 7 (рис. 9.44). Перепад давле­ния, пропорциональный плотности контролируемой жидкости, пе­редается в измерительный блок, в котором преобразуется в анало­говый пневматический сигнал. Последний в блоке индикации пре­образуется в показания измерительного прибора. При выходе за пределы установленных значений плотности бурового раствора сра­батывает световая сигнализация, а при включении тумблера «Сире­на» — звуковая сигнализация. Блок индикации также может пере­давать поступающий пневматический сигнал на самопишущий при­бор для непрерывной записи на диаграммной ленте.

Техническая характеристика ПП-1

Диапазон измерения, г/см3……………………………………………. 0,8—2,6

Предел допускаемого значения основной

погрешности измерения, г/см3…………………………………………. ±0,027

Порог чувствительности, %, не более…………………………………. ±1,5

Погрешность сигнализации, %, не более………………………………. ±4

Предел допускаемого значения изменения показания, вызванного изменением температуры на каждые

10°С от нормального значения, г/см3 …………………………….. ±0,012

Цена деления шкалы показывающего

прибора, г/см3………………………………………………………………………… 0,02

Параметры питания:

давление воздуха питания, МПа, не более……….. 014±0,014

расход воздуха питания при температуре 20°С и давлении 0,1 МПа в установившемся

режиме, м3/с, не более…………………………………………. 0,616 • 10’3

Класс загрязненности воздуха питания

по ГОСТ 17433-80 ……………………………………………………………………. 1

Диапазон изменения выходных аналоговых

сигналов, МПа……………………………………………. (0,02+0,1) ±0,0001

Габарит, мм, не более:

преобразователя…………………………………………… 460x280x1360

измерительного блока……………………………………. 350x260x300

блока индикации…………………………………………….. 170x220x340

Масса плотномера, кг, не более……………………………………………… 40

Рис. 9.45. Индикатор плотности буро­вого раствора

Индикатор плотности бурового раствора

Индикатор плотности предназначен для оценки плотности бу­рового раствора. Он разработан СПКБ. Индикатор плотности (рис. 9.45) состоит из колонки /, представляющей собой закры­тый вертикальный сосуд с перегородкой 2, разделяющей его на две сообщающиеся сверху и снизу полости 3 и 4, входным 5 и выходным 6 патрубками, расположенными в одной поперечной плоскости, являющейся плоскостью симметрии, и двумя датчи­ками давления 7 и 8. Датчиками давления служат преобразовате­ли типа «Сапфир».

Принцип работы индикатора плотности основан на взвеши­вании столба жидкости высотой 1 м. В конструкции индикатора обеспечено отсутствие влияния гидростатического давления, соз­даваемого насосом.

Диапазон контроля, г/см3……………………………… 0,8—2,6

Чувствительность, г/см3……………………………………….. 0.02

К резонансным (вибрационным) плотномерам можно отне­сти прецизионные плотномеры фирмы «Бокпігоп» [42] моделей 7826, 7835, 7845, 7846, 7847, характеристики которых указаны в табл. 9.15, а устройство плотномера — на рис. 9.46. На рис. 9.47 показан принцип действия плотномера, из которого следует, что резонансная частота может быть определена как

Таблица 9.15 Характеристики плотномеров фирмы «Solartron» Параметры Модель 7826 7835 7845 7846 7847 1 2 3 4 5 6 Материал контакти­рующих со средой элементов Нерж. З I6L, Hastelloy с22 NiSpan С Нерж. ЗІбЬ Hastelloy с22 Нерж. З 16L Точность измерения плотности 0,001 т/см3 0,00015 г/см3 0,00035 г/см3 0,00035 г/см3 0,00035 г/см3 Воспроиз­водимость результа­тов изме­рений плотности 0,0001 г/см3 0,00002 г/см3 0,0001 г/см3 0,0001 г/см3 0,0001 г/см3 Диапазон измеряе­мой плот­ности 0—3 г/см3 0—3 г/см3 0—3 г/см3 0—3 г/см3 0—3 г/см3 Диапазон калибров­ки плот­ности 0,6-1,25 г/см3 0,3-1,1 г/см3 0,6-1,6 г/см3 0,6—1,6 г/см3 0,6-1,6 г/см3 Рабочее давление (макс.) 177 бар (2566 фунт/ дюйм2) 150 бар (2175 фунт/ дюйм2) 100 бар (1450 фунт/ дюйм2) 50 бар (725 фунт/ дюйм2) 20 бар (290 фунт/ дюйм2) Коэффи­циент за­висимости от давле­ния Пренебре­ жимо малый +/-0,000006 г/см/бар Темпера­ турный диапазон От 50 до + 160°С (58 до 320°F) От 50 до 100°С (-58 до +230°F) Темпера­турный ко­эффициент изменения плотности +/-0,0001 г/см3/°С От 50 до + 160°С +/-0,000005 г/см3/°С (58 до 320°F) с высокотемпера­турным комплектом +/-0,00005 г/см3/°С

Продолжение табл.9.15 1 2 3 4 5 6 Сертифи­цировано на условия безопас­ности EExdIICT4, CSA EExidIIСТ6, CSA Питание 24-27 В пос­тоянного тока, 50 мА От 16 до 20 В постоянного тока при потреблении не более 25 мА

При дополнительной калибровке можно достичь 0,0001.

Рис. 9.46. Устройство плотномера фирмы «Solartron»

1 / Рис. 9.47. Принцип действия плотномера фирмы «Solariron»

/ =

‘ 2кМ ’

где К — жесткость пружины,

М— суммарная масса измерительного элемента (М,) и жидкости (М2).

Если К и М постоянны, тогда

(9.34)

(9.35)

Следовательно, р = К0 + К2 х2. Для улучшения линейности в уравнение добавляется член Кь в результате окончательное урав­нение имеет вид:

р = К0 + К, + Кгх

Гидростатические плотномеры аналогичные плотномеру ПГТ-1 с подачей воздуха применяются целым рядом сервисных фирм, поставляющих приборы контроля процесса бурения. К одной из последних систем такого рода относится система для контроля плот­ности и температуры раствора ТД-2000 фирмы М/Д ТОТКО [158]. На рис. 9.48 показаны основные узлы системы МД-2000, а на рис. 9.49 — схема соединений системы ТД-2000 (в качестве авто­номной или в составе комплексной системы «ВИЗУЛОГГЕР»), Нюке показаны технические характеристики системы ТД-2000.

Более предпочтительными являются гидростатические плот­номеры на базе 165—330 мм, не использующие подачу воздуха. Такие плотномеры реализованы в ряде зарубежных фирм, в том числе в фирме RIGSERVLTD (рис. 9.50), поставляющей ком­плексные системы контроля процесса бурения [188].

Технические характеристики ТД-2000

SHAPE \* MERGEFORMAT

Точность

Диапазон входных сигначов Давление воздуха

Плотность: ±0,012 г/см3 Температура: ±1,2°С Плотность: 0,6—2,88 г/см3 Температура: 0—12 ГС

на входе Датчики

413,7-1034,2 кПа Плотности: на принципе диффе­ренциального давления Температуры: кристаллический

Возбуждение датчиков

Электропитание

системы

Устройства отображения информации Аварийные сигналы Рабочая температура Материал корпуса Общие габариты

Плотности: 24 В постоянного тока Температуры: 7 В постоянного тока

Однофазное, 60/50 Гц Частотный диапазон: 45—75 Гц Напряжение 110 или 220 В пере­менного тока; диапазон: 90—140 В или 190—250 В переменного тока

Цифровой и записывающее устройства с круговой диаграммой Световые и звуковые От -40 до +54°С Нержавеющая сталь Система управления в сборе: высота х ширина х глубина —

127 х 63,5 х 40,6 см Длина датчиков: 60, 183 или 244 см Выносное табло: высота х шири­на х глубина — 20 х 20 х 14,7 см Записывающее устройство с круговой диаграммой: высота х ширина х глубина —

53,3 х 40,6 х 12,7

Взрывоопасная зона (к/твсс1,катвгория1) по стандартам: США Рис. 9.49. Схема соединений системы контроля плотности бурового раствора ТД-2000: автономной или в составе с системой «Визулоггер»

Масса

Класс взрывобезо — пасности

Монтаж индикаторов Комплектность Постоянные узлы: датчики плотности датчики температуры пневматический узел пульт управления с микропроцессором

Система управления в сборе: 64 кг Категория ЫЕМА 4Х по стандар­там США

На стойке или на стене

длина датчиков кабели: Б]О или Ехапе (изоляция кабелей) система единиц: АР1, метриче­ская или СИ

Рис. 9.50. Плотномер фирмы ЮОБЕКУ ЦШ

Переменные узлы Устройства по желанию

и параметры: Заказчика:

автономная система дополнительное с дистанционным табло дистанционное табло и двумя двухканальными дополнительные диаграммными записы- диаграммные записывающие вающими устройствами устройства интерфейс с систе­мой «ВИЗУЛОГГЕР»

В СГТ-К «Разрез-2» используются как гидростатические плотно­меры без подачи воздуха, так и плотномеры, основанные на опреде­лении выталкивающей силы поплавка, погруженного в жидкость.

Гидростатические плотномеры применяются в комплексных из­мерителях «Раствор-1», входящих в комплект СГТ-К «Разрез-2» и измеряющих плотность, уровень и температуру в рабочих ем­костях и на выходе из скважины (разработка фирмы «Бургсосер — вис» и фирмы «Геоэлектроника-сервис»),

Внешний вид комплексного датчика «Раствор-1» показан на рис. 9.51, общий вид гидростатического измерителя плотности и график калибровки первичного преобразователя плотности ПЖ — на рис. 9.52.

Ниже приводятся технические характеристики системы «Рас­твор-1», а в табл. 9.16 — классификация измерителей плотности промывочной жидкости.

Комплексная аппаратура «РАСТВОР-1»

КА «Раствор-1» предназначена для непрерывного измерения плотности, температуры, уровня (объема) и интенсивности при-

Признак классификации	Типы измерителей плотности
По принципу действия: основной	Весовой	По закону Архимеда	Пьезометрический	Радиоактивный
дополнительный	На потоке	Сосредоточе н н ы й	С продувкой	Прямого измерения
Дискретный	Протяженный	Без продувки	С компенсацией
По типу преобра­зователя	Силоизмеритель — ный элемент	Силоизмеритель­ный элемент	Датчик дифдавления	Сцинтиллятор — ФЭУ
По месту установки преобразователя	На выходе из сква­жины (насос)	На входе (емкость)	На входе и выходе	На входе и выходе (труба)
По удобству монтажа	Неудобно	Удобно	Удобно	Неудобно
По точности	Средняя	Средняя	Высокая	Высокая
По надежности	Низкая	Средняя	Высокая	Высокая
Предпочтительные измерители и их характеристики: — погрешность измерения — выходной сигнал — температурный диапазон — диапазон измерения Унификация		+ ±20 кг/м3 4- 20 мА(0—10 В) 5— 75°С 800—2300 кг/м3 Все типы емкостей	+ ±20 кг/см3 4- 20 мА(0—10 В) 5— 75°С 800-2300 кг/м3 Все типы БУ

Рис. 9.52. Измеритель плотности ПЖ

■».аил!

ЙИЙ!

1*

Рис. 9.51. Общий вид КА «Раствор-1»

тока/поглощения и долина промывочной жидкости (ПЖ) в ра­бочих емкостях и доливной емкости буровой установки, а так­же плотности, температуры и уровня в любых технологических емкостях.

КА «Раствор-1» может быть использована для комплектации приборов контроля буровых установок, станций геолого-тсхно — логических исследований (ГТИ), а также технологических уста­новок нефтедобычи, нефтепереработки, предприятий химической и пищевой промышленности.

КА «Раствор-1» выполнена на оригинальных высокоточных первичных преобразователях информации с использованием со­временной элементной базы и по своим параметрам существен­
но превосходит отечественные и зарубежные аналоги, а по стои­мости значительно дешевле зарубежных аналогов.

Основные характеристики КА »Раствор-1»

Диапазон измерения плотности ПЖ…………………………. 800—2500 кг/м3

Погрешность………………………………………………………………………. ±10 кг/м3

Разрешение…………………………………………………………………………… ±5 кг/м3

Диапазон измерения температуры ПЖ…………………………………… 0—100°С

Погрешность……………………………………………………………………………. ±0,ГС

Разрешение…………………………………………………………………………… ±0,05°С

Диапазон измерения уровня ПЖ…………………… 0—2000 (0—3000) мм

Погрешность………………………………………………………………………. ±2 мм

Разрешение…………………………………………………………………………. ±1 мм

Диапазон измерения объема ПЖ…………………………………………… 0—250 м3

TOC o "1-5" h z Погрешность………………………………………………………………………. ±50 л

Диапазон измерения интенсивности

притока/поглощения и долива…………………………………. 0—1000 л/мин

Погрешность измерения

притока/поглощения……………………………………………………………. ±50 л

Погрешность измерения долива……………………………………………. + 10 л

Количество обслуживаемых рабочих емкостей……………………… <….. 1—5

Количество обслуживаемых доливных емкостей………………………………. 1

Выдача информации бурильщику (и в систему) — через цифровое табло с индикацией измеряемых и вычисляемых параметров по каждой емкости и системе в целом

Унифицированные выходы: 1^-232 на ПК типа 1ВМ;

аналоговые — 4—20 мА;

0—5 В, 0—10 В…………….. По заказу

Встроенный блок памяти…………………………………………………. По заказу

Напряжение питания……………………………………………………… 220/120 В

Температура окружающей среды…………………………….. —40+ +50°С

Температура жидкости……………………………………………………. 4—95°С

Имеются уставки для аварийной сигнализации об изменении заданного значения плотности и интенсивности притока/поглощения

Комментарии запрещены.