Контроль процесса цементирования
При проведении цементировочных работ применяется станция контроля и управления процессом цементирования нефтяных и газовых скважин, которая предназначена для оперативного управления и автоматического контроля на устье скважины основных технологических параметров процесса цементирования: плотности, давления, расхода и количества цементного раствора и продавочной жидкости.
Применение станции позволяет в необходимых случаях исключить из процесса цементирования часть цементировочных агрегатов, используя для закачки продавочных жидкостей насосы буровой установки. При этом расход, количество и давление закачиваемого в скважину раствора контролируются приборами станции.
Станция СКЦ-2 рассчитана на работу с десятью цементировочными агрегатами и шестью цементосмесительными машинами. В комплект станции входят лаборатория, прицеп с приборной линией (коллектор), десять узлов контроля цементировочных агрегатов, шесть узлов контроля цементосмесительных машин, выносной блок связи и два выносных блока плотномера.
Процессом цементирования управляют из лаборатории, смонтированной в кузове автобуса ПАЗ-651 на шасси автомашины ГАЗ-63Е.
В лаборатории расположен стенд с приборами, показывающими и регистрирующими давление на устье, мгновенный и суммарный расход, 156 а также плотность раствора, закачиваемого в скважину. Лампочки сигнализации этого стенда показывают наличие связи с тем или иным агрегатом или смесителем, а мигание лампочек агрегатов позволяет установить интенсивность работы насосов.
Технические данные СКЦ-2
Диапазон измерения:
TOC o "1-5" h z давления, МПа…………………………………………………………………………. О—20
расхода мгновенного, л/с…………………………………………………………….. 15—120
плотности, г/см3 …………………………………………………………………………… 1.. —1,9; 1,5—2,4
счетчика расхода, м3 ………………………………………………………………………………… 150
Погрешность измерения, %
давления……………………………………………………………………………………………….. ±2,5
расхода мгновенного………………………………………………………………………………… ±4,0
расхода суммарного. . ‘…………………………………………………………………………….. ±2,5
плотности…………………………………………………………………………………………….. ±1,5
Температура окружающего воздуха, °С…………………………………. —40±±50
Питание:
ток……………………………………………………………………………………………. Переменный, одно
фазный
напряжение, В…………………………………………………………………………………….. 220±зз
частота, Гц…………………………………………………………………………………………….. 50±1
Блок связи и коммутатор обеспечивают надежную телефонную связь оператора с водителями и машинистами всех работающих со станцией агрегатов и смесителей, а также с рабочим, находящимся около выносного блока связи. .
В лаборатории есть соответствующий лабораторный стол, комплект приборов для отбора проб, проведения анализа образцов глинистых и цементных растворов. Она оборудована смоточным устройством для транспортирования кабелей прицепа, выносных блоков плотномера и связи, а также кабеля питания станции электроэнергией. Здесь же расположены две панели штепсельных разъемов: одна — для присоединения указанных кабелей, другая — для присоединения кабелей узлов контроля цементировочных агрегатов и цементосмесительных машин.
Датчики давления, расхода и плотности монтируют в коллекторе, расположенном на прицепе. К входу 102-мм коллектора подводят нагнетательные линии всех цементировочных агрегатов, а две-три 51-мм линии соединяют коллектор непосредственно с заливочной головкой. Таким образом, весь раствор, подаваемый в скважину, проходит через указанные датчики. Электрический сигнал с датчиков по кабелям поступает к общему штепсельному разъему распределительного блока.
-Узел контроля цементировочного агрегата состоит из двух телефонных коробок, датчика работы насоса и кабельного ящика.
Две телефонные коробки водителя и машиниста оборудованы мик — ротелефонными трубками с тангентой, а также устройством вызова и усилителем связи между водителем и машинистом. Одна из коробок закреплена в кабине, другая — на мерном баке, связаны они между собой кабелем.
Датчик работы насоса индуктивного типа смонтирован на крышке коренного вала эксцентрично его оси. При работе насоса и вращении коренного вала эксцентричная накладка, приваренная к его торцу, периодически замыкает магнитную цепь датчика. Это замыкание вызывает изменение тока в цепи индуктивной катушки датчика и сигнальной лампочки, расположенной в лаборатории на стенде. Частота мигания лампочки дает представление о скорости, на которой работает насос.
Выводы от телефонных коробок и датчика работы насоса подходят в общему штепсельному разъему кабельного ящика, предназначенного, кроме того, для транспортирования соединительного кабеля.
Узел контроля цементосмесительной машины состоит из телефонной коробки водителя, оборудованной микротелефонной трубкой с танген — той и звонком вызова. Вывод от коробки подходит к штепсельному разъему кабельного ящика, такому же, как на агрегате.
Выносной блок связи (динамик с телефонной трубкой) установлен на мостках в насосной или в любом другом месте на буровой, где находятся рабочие, с которыми оператор должен иметь связь при подготовительных и цементирцрочных работах. ,
Выносной блок плотномера представляет собой дублер основного указателя общей плотности цементного раствора, находящегося в лаборатории.
Один такой блок выдают на два-четыре смесителя, участвующих в заливке. На основании показаний блока водитель одного или двух смесителей регулирует плотность цементного раствора, подаваемого в скважину. Остальные смесители работают на оптимальном и неизменном режиме.
Первичный преобразователь давления монтируют на приборной линии прицепа с помощью быстроразъемного герметичного соединения. Измеряемое давление через разделитель передается на геликсную пружину и проворачивает связанный с ней ротор сельсина-датчика на угол, пропорциональный этому давлению.
Сельсин-датчик связан со следящим сельсином указателя-регистратора. Для сглаживания пульсаций давления предусмотрен регулирующий дроссель.
Первичный преобразователь расхода монтируют на приборной линии прицепа. Жидкость, проходя через первичный преобразователь, вращает шнек (вертушку) со скоростью, пропорциональной скорости потока. Измерение расхода сводится к измерению частоты вращения шнека в секунду и числа его оборотов за любой промежуток времени.
Расходомер имеет индукционный датчик, в котором при вращении шнека создаются импульсы напряжения. От первичного преобразователя сигнал поступает к блоку измерения мгновенного расхода и к счетчику расхода. Для измерения мгновенного расхода применяют частотомер с измерительным равновесным мостом. При изменении расхода возникает сигнал разбаланса, который подается на вход электронного преобразователя, воздействующего на серводвигатель. В зависимости от знака разбаланса серводвигатель поворачивает движок балансирующего реохорда моста до сведения разбаланса к нулю. Положение движка реохорда пропорционально мгновенному рас — 158 ходу жидкости. Этот же серводвигатель приводит в действие указатель-регистратор мгновенного расхода.
Счетчик расхода состоит из делителя частоты и счетчика импульсов. Счетчик имеет указывающие шкалы литров и кубических метров и два задатчика, которые позволяют руководителю получать предупреждающий сигнал при закачке в скважину заданного количества жидкости.
Прокачка каждого кубического метра жидкости регистрируется на общей диаграмме отметчиком.
Плотность раствора, закачиваемого в скважину, измеряют радиоактивным плотномером ПЖР-2, работа которого основана на явлении поглощения прямого пучка уизлУчения ПРИ прохождении последним слоя жидкости.
Датчик плотномера, установленный на приборной линии прицепа, состоит из источника радиоактивного излучения, колена, по которому проходит контролируемая жидкость, и приемника радиоактивного излучения.
Вырабатываемый приемником электрический сигнал, функционально связанный с плотностью жидкости, поступает на вход электронного преобразователя, где он сравнивается с сигналом, поступающим с другого аналогичного приемника, на который, в свою очередь, воздействует излучение маломощного источника, прошедшего через металлический экран в виде кругового клина. Разностный сигнал воздействует на серводвигатель. В зависимости от знака разбаланса он поворачивает в ту или иную сторону клин до сведения разбаланса к нулю, т. е. до тех пор, пока интенсивность прошедшего через клин излучения не станет равной интенсивности излучения, прошедшего через слой жидкости.
Угол поворота клина прямо пропорционален изменению плотности жидкости. На одной оси с клином находится стрелка показывающего прибора.
Одновременно с клином поворачивается ротор сельсина-датчика, который, в свою очередь, связан со следящим сельсином, приводящим в действие механизм указателя-регистратора, и со следящими сельсинами выносных указывающих приборов.
Станция СКЦ-2М предназначена для оперативного управления и автоматического контроля на устье основных технологических параметров: давления, плотности, расхода (суммарного и мгновенного).
Станцию СКЦ-2М можно использовать для проведения гидроразрыва пласта и гидроперфорации с применением электропроводных рабочих сред при давлении до 40 МПа. Станция рассчитана на работу с 14 цементировочными агрегатами, 6 цементосмесительными машинами и позволяет использовать при продавливании буровые насосы.
Технические данные СКЦ-2М
Диапазон измерения:
TOC o "1-5" h z давления, МПа……………………………………………………………………………… 0—40
расхода мгновенного, л/с………………………………………………………………….. 5—100
плотности, г/см3……………………………………………… ‘……………………………. 1—2
счетчика расхода, м3 …………………………………………………………………….. . 9999
Основная приведенная погрешность измерения, %:
давления………………………………………………………………………………………………… ±2,5
расхода мгновенного…………………………………………………………………………………… ±2,5
расхода суммарного (относительная погрешность) ……………………………………………… ±2,5
. плотности (от диапазона измерения 1 г/см3)…………………………………………………… ±3,0
Температура окружающего воздуха, °С……………………………………….. —40±+50
Питание: .
ток………………………………………………………………………………………………….. Переменный,
’ однофазный
напряжение, В……………………………………………………………………………… 220±22
частота, Гц………………………………………………………………………………………………. 50±2
Потребляемая мощность, В-А………………………………………………………………………….. 800
В станцию входят следующие блоки и узлы: самоходная лаборатория, смонтированная в кузове КАВЗ на шасси автомашины ГАЗ-63Е, где расположен пульт управления с указателем-регистратором, счетчиком расхода, блоком связи и сигнализации и панелью питания, а также вспомогательная аппаратура станции (бензоэлектрический агрегат, отопительная установка, смотка соединительных кабелей);
самоходный блок манифольда 1БМ-700 завода «Красный молот», смонтированный на шасси автомашины ЗИЛ-157, в коллекторной линии которого установлены датчики давления, расхода и плотности;
двадцать узлов контроля агрегатов и смесителей, состоящих из переносных телефонных коробок с сигнализацией вызова и бесконтактных датчиков работы, монтируемых на приводной части насосов и цементоподающих шнеков;
три выносных узла связи, устанавливаемых на мостках в насосной или в любом другом месте на буровой, где находятся люди, с которыми руководитель операции осуществляет связь.
Кроме того, на станции имеется электромегафон, обеспечивающий организационную работу в период подготовки и завершения операции, которым пользуется руководитель операции вне лаборатории.
Плотность раствора, закачиваемого в скважину, измеряется модернизированным радиоактивным плотномером ПЖР-2М, работа которого осйована на поглощении прямого пучка у-излучения при прохождении им слоя жидкости. Плотномер, установленный в приборной линии блока манифольда, состоит из источника радиоактивного излучения цезия — 137, участка трубопровода и приемника.
Прошедшие через контролируемый раствор у-лучи попадают с одной стороны на счетчики, расположённые на вращающемся барабане приемника, а с другой стороны этот барабан облучается через круговой компенсационный клин малым источником. При помощи щеточного коллектора одновременно с трех счетчиков измерительной и трех счетчиков компенсационной сторон барабана снимается сигнал, образующийся в результате попадания на них у-излучения. Эти сигналы поступают на элемент сравнения, а затем на усилитель и серводвигатель, замыкающий цепь следящей системы, выход которой — угол поворота клина и сельсина-датчика — пропорционален плотности. Сельсин-датчик связан со следящим сельсином указателя-регистратора.
Давление измеряется датчиком, который смонтирован на приборной линии блока манифольда при помощи быстроразъемного герметичного соединения. Измеряемое давление через разделитель передается 160
в геликсную пружину, которая, раскручиваясь, поворачивает связанный с ней ротор сельсина-датчика на угол, пропорциональный этому давлению. Для сглаживания пульсаций давления предусмотрен регулирующий дроссель.
Расход измеряется индукционным расходомером, принцип действия которого основан на законе электромагнитной индукции. Расходомер, установленный в приборной линии манифольда, состоит из датчика и преобразовательного блока. Система магнитного возбуждения создает переменное магнитное поле, в котором по немагнитной и изолированной изнутри трубе протекает электропроводная жидкость. Индуцируемая в ней э. д. с., пропорциональная средней скорости потока жидкости, снимается в аксиальной плоскости, перпендикулярной к магнитному потоку, электродом, который введен внутрь трубы.
Сигнал с электрода поступает на автокомпенсатор, включающий элемент сравнения, усилитель, серводвигатель и орган введения обратной связи. На выходе автокомпенсатора стоит сельсин-датчик, угол поворота которого пропорционален мгновенному расходу.
Влияние магнитных свойств рабочей среды (глинистый раствор, утяжеленный гематитом) на показания прибора компенсируется с помощью специальной системы питания цепи обратной связи автокомпенсатора.
Интегратор расходомера — дискретного типа.
Угол поворота ротора сельсина преобразуется в пропорциональную ему длительность импульса включения счетчика, что реализуется посредством двухпозиционной муфты двигателя.
Счетчик расхода имеет задатчик дозы с выдачей звукового и светового сигналов, а также выход на регистратор для фиксирования каждого закачанного в скважину кубического метра жидкости. . ‘
Процессом управляют из лаборатории, куда поступает информация об основных технологических параметрах и о режиме работы агрегатов и смесителей.. .
Эти данные, а также Дополнительные сведения, полученные благодаря двусторонней телефонной связи с указанными объектами, позволяют руководителю оперативно влиять на процесс. Если руководитель находится вне лаборатории, то, пользуясь выносными узлами связи, он не только контролирует соблюдение заданных технологических параметров через оператора лаборатории, но и имеет связь с любым объектом.
Полуавтоматическое поддержание заданного значения плотности цементного раствора осуществляется с помощью выносного указателя плотномера, который представляет собой дублер основного указателя, находящегося в лаборатории. Один такой указатель выдается на два-четыре смесителя, участвующих в заливке. На основании его показаний водитель одного или двух смесителей регулирует плотность цементного раствора, подаваемого в скважину. Остальные смесители работают на оптимальном и неизменном режиме.
В настоящее время применяется станция СКЦ-2М-80. Эта модификация станции отличается от предыдущих марками применяемых автомобилей, заменой радиоактивных плотномеров ПЖР-2 и ПЖР-2М на вибрационный типа ППВ, заменой расходомера РГР-7 на РГР-100 и рядом второстепенных замен комплектующих изделий и узлов.
В зависимости от эксплуатационного назначения и климатических условий станция имеет три исполнения, метрологические характеристики которых одинаковы.
Станция исполнения СКЦ-2М-80 представляет собой самоходный комплекс измерительных приборов и вспомогательных средств, размещенных на двух автомашинах повышенной проходимости, на одной из которых установлен блок манифольда с первичными преобразователями, на второй — вторичные и вспомогательные приборы. Станция снабжена выносными указателями параметров. Станция в таком исполнении предназначена для оснащения предприятий, ведущих бурение нефтяных и газовых скважин в условиях умеренного климата.
Станции исполнений СКЦ-2М-80-01 и СКЦ-2М-80-02 — блочные комплексы приборов, предназначенные для работы в районах с умереннохолодным морским климатом. Исполнение СКЦ-2М-80-01 предназначено для работы в составе систем контроля процессов цементирования на морских плавучих буровых установках, буровых судах и стационарных многоярусных платформах, а исполнение CJKU-2M-80-02— для работы на морских эстакадах, одиночных мелководных платформах и на труднодоступных разведочных буровых на суше.
Все исполнения станции предназначены для работы с растворами, приготовленными на основе электропроводящих жидкостей. При наличии в растворах добавок нефти, нефтепродуктов или других неэлектропроводных жидкостей применять станцию можно только в том случае, когда содержание добавок не превышает 15% к объему раствора. Повышенное содержание неэлектропроводных добавок приводит к значительному увеличению погрешности измерений, особенно при измерении расхода и количества закачиваемой жидкости.
Температура контролируемых растворов должна быть от +1 до + 80° С.
Диапазоны измерения контролируемых параметров, пределы допускаемой основной погрешности, приведенной к диапазону измерения, указаны в табл. 3.1.
|
Таблица 3.1
|
|
* Относительная погрешность. |
Электрическое питание станции осуществляется переменным однофазным током с номинальным напряжением 220 В и частотой 50 Гц. Работоспособность станции сохраняется при отклонении напряжения от —15’до + 10% и частоты от —5 до +5%, а также при кратковременном (не более 1,5 с) отклонении напряжения от —30 до +15% и частоты (не более 5 с) от — 10 до + 10%. При указанных отклонениях параметров электрического питания допускаемое изменение основных погрешностей контролирующих каналов не превышает 0,5 от основной погрешности.
Потребляемая электрическая мощность для исполнения СКЦ-2М-80 — 600 В — А, а для исполнений СКЦ-2М-80-01 и СКЦ-2М-80-02 — 500 В — А.
Основная погрешность по каждому контролируемому параметру, возникающая при изменении температуры окружающего воздуха от (20 + 5) °С до любой температуры, определенной согласно исполнению и категории по табл. 3.2, на каждые 10° С не превышает ±0,5%. Максимальное рабочее давление в гидравлической линии станции 40 МПа.
|
Таблица 3.2
|
Габаритные размеры и масса составных частей станции в зависимости от исполнения указаны в табл. 3.3.
Т а б л и ц а 3.3
|
Исполнение |
Составные части |
Масса, |
Габаритные размеры, мм |
Коли |
||
|
кг |
длина |
шири на |
высота |
чество |
||
|
СКЦ-2М-80 |
Блоки: манифольда с первичными преобразователями |
9100 |
7340 |
2620 |
2500 |
1 |
|
Исполнение |
Составные части |
Масса, |
Габаритные размеры, мм |
Коли |
||
|
кг |
длина |
шири на |
высота |
чество |
||
|
СКЦ-2М-80-01 |
лаборатории со вторичными и вспомогательными приборами и устройствами Преобразователи: |
5500 |
6050 |
2360 |
2860 |
1 |
|
расхода |
60 |
570 |
366 |
360 |
1 |
|
|
плотности ‘ |
39,4 |
305 |
277 |
347 |
1 |
|
|
давления Блоки: |
1,0 |
145 |
278 |
210 |
1 |
|
|
режимов цементирования |
30 |
690 |
280 |
270 |
1 |
|
|
регистраторов |
38 |
320 |
530 |
530 |
1 |
|
|
Коробка распределительная |
10 |
280 |
280 |
300 |
1 |
|
|
Монтажные и вспомогательные элементы Комплекты: |
90 |
и |
||||
|
инструмента и принадлежностей |
12 |
400 |
580 |
104 |
1 |
|
|
СКЦ-2М-80-02 |
запасных частей Ящики укладки: |
10 |
400 |
200 |
260 |
|
|
1 |
50 |
580 |
580 |
490 |
1 |
|
|
2 |
55 |
730 |
800 |
320 |
1 |
|
|
3 |
50 |
700 |
450 |
400 |
1 |
|
|
4 |
22 |
1130 |
450 |
450 |
1 |
|
|
У |
5 |
25 |
780 |
320 |
360 |
1 |
|
6 |
56 |
480 |
400 |
200 |
1 |
|
|
7 |
70 |
640 |
35.0 |
350 |
1 |
|
|
8 |
77 |
400 |
360 |
600 |
1 |
|
|
9 9 и 11 |
52 80 |
700 500 |
600 300 |
730 200 |
1 |
|
|
12 |
10 |
400 |
200 |
260 |
1 |
|
|
13 |
12 |
400 |
580 |
104 |
1 |
Надежность станции определяется вероятностью безотказной работы каждого из каналов, которая составляет не менее 0,8 за 2000 ч. Средний срок службы в зависимости от использования составляет: для СКЦ-2М — 80 — 6 лет, для СКЦ-2М-80-01 и СКЦ-2М-80-02 — 8 лет.