RU2602558C1

RU2602558C1 - Device for remote control of solution parameters in a chute of a drilling unit

Info

Publication number: RU2602558C1
Application number: RU2015136005/03A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Георгиевич Малюга; Сергей Николаевич Шерстнев; Иван Федорович Попов
Original assignee: Анатолий Георгиевич Малюга
Priority date: 2015-08-25
Filing date: 2015-08-25
Publication date: 2016-11-20

Abstract

FIELD: oil industry.

SUBSTANCE: invention relates to drilling oil and gas wells, namely to ground geological and technological systems of control of drilling mud parameters. Device contains solution level meter sensor mounted on quick-detachable hatch cover and submersible and suspended container divided into two parts, the front of which is equipped with electro-acoustic converter of flow rate meter with a coaxial cable tightly inserted into the auxiliary air cavity of the container and facing with its receiving-emitting surface the chute inner lower surface. Rear part of the container is equipped with a temperature sensor, led from the auxiliary air cavity to the lower surface of container with installed gamma-radiation source, interacting with the density meter detection unit, fixed on the outer lower surface of the chute. Electroacoustic transducer is installed on external lower surface of the front part of container made in the form of a truncated cylinder, facing chute inner lower surface with its elliptical surface opposite to the flow of solution. Electroacoustic transducer is placed in the enveloping it on sides U-shaped longitudinal slits on cylinder surface and its emitting surface is aligned with elliptic surface of the latter one.

EFFECT: providing measurement of speed of solution movement at its maximum low level of output from the well into chute, increasing accuracy of measuring of flow speed of solution, its volume and mass flow rate, simplified servicing.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно - к наземным геолого-технологическим комплексам контроля параметров бурового раствора.The invention relates to the drilling of oil and gas wells, namely, to ground-based geological and technological complexes for monitoring the parameters of the drilling fluid.

Известно устройство дистанционного контроля параметров раствора в желобе буровой установки, содержащее датчик температуры, измерители уровня и скорости течения раствора, плотномер, включающий источник гамма-излучения и блок детектирования, жестко закрепленный на внешней нижней поверхности желоба, а также электронный блок обработки сигналов и компьютер (RU 2085726 C1, Е21В 47/00, 27.07.1997).A device is known for remote control of solution parameters in a gutter of a drilling rig, comprising a temperature sensor, level and flow rate meters, a densitometer including a gamma radiation source and a detecting unit, rigidly fixed to the outer lower surface of the gutter, as well as an electronic signal processing unit and a computer ( RU 2085726 C1, ЕВВ 47/00, 07.27.1997).

Недостатком этого устройства является наличие связанного с желобом измерительного трубопровода, усложняющего его конструкцию и приводящего к увеличению погрешности измерения расхода вследствие неполного отвода раствора в измерительный канал. Другим недостатком устройства является необходимость применения в нем нейтронного датчика уровня, отдельно от измерительного трубопровода устанавливаемого в желобе. Такая конструкция помимо высокой радиационной опасности и сложности периодической градуировки датчика уровня значительно усложняет монтаж-демонтаж устройства.The disadvantage of this device is the presence of a measuring pipe connected to the trench, complicating its design and leading to an increase in the error in measuring the flow rate due to incomplete drainage of the solution into the measuring channel. Another disadvantage of the device is the need to use a neutron level sensor in it, separately from the measuring pipe installed in the gutter. Such a design, in addition to the high radiation hazard and the difficulty of periodically calibrating the level sensor, significantly complicates the installation and dismantling of the device.

От указанных недостатков свободно устройство дистанционного контроля параметров раствора в желобе буровой установки, содержащее смонтированные на быстросъемной крышке люка датчик измерителя уровня раствора и подвесной погружной контейнер, разделенный на две части, передняя из которых снабжена электроакустическим преобразователем измерителя скорости потока жидкости с коаксиальным кабелем, герметично введенным в вспомогательную воздушную полость контейнера и обращенным приемоизлучающей поверхностью в сторону нижней внутренней поверхности желоба, а задняя часть оснащена датчиком температуры, выведенным из вспомогательной воздушной полости на нижнюю поверхность контейнера с установленным на ней источником гамма-излучения, взаимодействующим с блоком детектирования плотномера, закрепленным на нижней внешней поверхности желоба, а также электронный блок обработки сигналов и компьютер (RU 2520110 C1, Е21В 21/01, Е21В 44/00, 20.06.2014).From these drawbacks, a device for remote monitoring of the solution parameters in the gutter of the drilling rig, which contains a solution level meter sensor and a suspended immersion container, divided into two parts, the front of which is equipped with an electro-acoustic transducer of a liquid flow rate meter with a coaxial cable, is hermetically inserted, mounted on a quick-detachable manhole cover into the auxiliary air cavity of the container and facing the receiving-emitting surface towards the lower inner p the surface of the gutter, and the back is equipped with a temperature sensor brought out of the auxiliary air cavity to the lower surface of the container with a gamma radiation source installed on it, interacting with the density meter detection unit mounted on the lower outer surface of the gutter, as well as an electronic signal processing unit and a computer ( RU 2520110 C1, ЕВВ 21/01, Е21В 44/00, 06/20/2014).

Однако данное устройство при всех своих достоинствах требует для обеспечения надежного функционирования электроакустического преобразователя обязательного погружения в раствор контейнера по крайней мере до его продольной оси. В результате чего при касании контейнера с поверхностью раствора при минимально допустимой для плотномера толщине исследуемой среды (обычно не менее 30…40 мм), связанной с обеспечением эффективности поглощения излучаемых в нее гамма-квантов, измерение скорости потока становится невозможным. Это при контроле процесса цементирования скважин приводит к потере ценнейшей информации, связанной со своевременным обнаружением низкого по уровню выхода в желоб бурового раствора и «языков» цементного раствора. Кроме того, нахождение электроакустического преобразователя внутри контейнера с обтекателем, обеспечивающим минимальное лобовое сопротивление движущемуся раствору, приводит к значительной потере чувствительности измерителя скорости за счет частичной потери энергии ультразвукового луча при прохождении через толщу контактной жидкости и стенку контейнера. При всем этом конструкция данного устройства приводит к усложнению его технического обслуживания из-за исключения свободного доступа к электроакустическому преобразователю.However, this device, for all its merits, requires immersion in the solution of the container, at least up to its longitudinal axis, to ensure the reliable functioning of the electro-acoustic transducer. As a result, when the container is touched with the solution surface at the minimum thickness of the medium under investigation (usually not less than 30 ... 40 mm), which is associated with ensuring the absorption efficiency of gamma rays emitted into it, measurement of the flow velocity becomes impossible. This, when monitoring the process of cementing wells, leads to the loss of valuable information related to the timely detection of a low level of output into the trench of the drilling fluid and the "tongues" of the cement. In addition, the location of the electro-acoustic transducer inside the container with a fairing that provides minimal drag to the moving solution leads to a significant loss of sensitivity of the speed meter due to the partial loss of energy of the ultrasonic beam when passing through the thickness of the contact liquid and the wall of the container. With all this, the design of this device complicates its maintenance due to the exclusion of free access to the electro-acoustic transducer.

Рассмотренное устройство дистанционного контроля параметров раствора в желобе буровой установки по технической сущности является наиболее близким к предлагаемому.The considered device for remote monitoring of the solution parameters in the gutter of the drilling rig by technical essence is the closest to the proposed one.

Изобретение направлено на устранение указанных недостатков.The invention is aimed at eliminating these disadvantages.

Для достижения этого технического результата в предлагаемом устройстве дистанционного контроля параметров раствора в желобе буровой установки, содержащем смонтированные на быстросъемной крышке люка датчик измерителя уровня раствора и подвесной погружной контейнер, разделенный на две части, передняя из которых снабжена электроакустическим преобразователем измерителя скорости потока жидкости с коаксиальным кабелем, герметично введенным в вспомогательную воздушную полость контейнера, и обращенным приемоизлучающей поверхностью в сторону нижней внутренней поверхности желоба, а задняя часть оснащена датчиком температуры, выведенным из вспомогательной воздушной полости на нижнюю поверхность контейнера с установленным на ней источником гамма-излучения, взаимодействующим с блоком детектирования плотномера, закрепленным на нижней внешней поверхности желоба, а также электронный блок обработки сигналов и компьютер, электроакустический преобразователь установлен на внешней нижней поверхности передней части контейнера, выполненной в виде усеченного цилиндра, обращенного эллиптической поверхностью к нижней внутренней поверхности желоба навстречу потоку раствора, при этом электроакустический преобразователь размещен в охватывающей его по бокам П-образной продольной прорези, предусмотренной на поверхности цилиндра, а его приемоизлучающая поверхность совмещена с эллиптической поверхностью последнего.To achieve this technical result, in the proposed device for remote monitoring of the solution parameters in the gutter of the drilling rig, which contains a sensor of a level meter and a suspended immersion container mounted on a quick-detachable manhole cover, divided into two parts, the front of which is equipped with an electro-acoustic transducer for measuring the flow rate of a fluid with a coaxial cable hermetically inserted into the auxiliary air cavity of the container, and facing the receiving-emitting surface in the torus of the lower inner surface of the gutter, and the back is equipped with a temperature sensor brought out of the auxiliary air cavity to the lower surface of the container with a gamma radiation source installed on it, interacting with the density meter detection unit mounted on the lower outer surface of the gutter, as well as an electronic signal processing unit and a computer, an electro-acoustic transducer mounted on the outer lower surface of the front of the container, made in the form of a truncated cylinder, nnogo elliptical surface to the lower inner surface of the trough upstream of the solution, wherein the electroacoustic transducer disposed in embracing it laterally U-shaped longitudinal slot provided on the surface of the cylinder and its priemoizluchayuschaya surface aligned with the elliptical surface of the latter.

Отличительными признаками предлагаемого устройства дистанционного контроля параметров раствора в желобе буровой установки от указанного выше наиболее близкого с ним технического решения являются следующие признаки: установка электроакустического преобразователя на внешней нижней поверхности передней части контейнера, выполненной в виде усеченного цилиндра, обращенного эллиптической поверхностью к нижней внутренней поверхности желоба навстречу потоку раствора; размещение электроакустического преобразователя в охватывающей его по бокам П-образной продольной прорези, предусмотренной на поверхности цилиндра; совмещение приемоизлучающей поверхности электроакустического преобразователя с эллиптической поверхностью цилиндра.The distinguishing features of the proposed device for remote monitoring of the solution parameters in the gutter of the drilling rig from the above technical solution closest to it are the following features: installation of an electro-acoustic transducer on the outer lower surface of the front of the container, made in the form of a truncated cylinder facing an elliptical surface to the lower inner surface of the gutter towards the flow of the solution; placement of the electro-acoustic transducer in the U-shaped longitudinal slot provided on the cylinder surface that surrounds it; combination of the receiving-emitting surface of the electro-acoustic transducer with the elliptical surface of the cylinder.

Предлагаемое устройство дистанционного контроля параметров раствора в желобе буровой установки поясняется чертежами, представленными на фиг. 1 и 2.The proposed device for remote monitoring of the parameters of the solution in the trench of the drilling rig is illustrated by the drawings shown in FIG. 1 and 2.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства с частичным продольным разрезом.In FIG. 1 shows a General view of the device with a partial longitudinal section.

На фиг. 2 - вид А на фиг. 1.In FIG. 2 is a view A in FIG. one.

Устройство дистанционного контроля параметров раствора в желобе буровой установки по конструкции в основном аналогично известному наиболее близкому к нему по технической сущности устройству и содержит жестко смонтированный на закрытом желобе 1 буровой установки люк 2 с крышкой 3. На крышке 3 с помощью трубчатой штанги 4 установлен располагаемый в потоке раствора 5 подвесной цилиндрический контейнер 6, несущий электроакустический преобразователь 7 измерителя скорости потока, датчик температуры 8 и кассету с источником гамма-излучения 9. Источник гамма-излучения 9 выполнен в виде не имеющего ограничений по радиационной безопасности радионуклида натрий-22 с возможностью взаимодействия с блоком детектирования 10 плотномера, закрепленным на нижней внешней поверхности желоба 1 с помощью резьбовых шпилек 11. Датчик температуры 8 с возможностью доступа его чувствительного элемента к раствору 5 с уплотнением выведен из вспомогательной воздушной полости 12 наружу и с помощью электрических проводов 13 связан с электронным блоком 14 обработки сигналов, установленным на верхнем конце трубчатой штанги 4. Для установки контейнера 6 в желобе 1 на требуемой глубине погружения в раствор 5 трубчатая штанга 4 имеет возможность осевого перемещения и снабжена зажимом 15, жестко связанным с крышкой 3. Для обеспечения возможности определения объемного расхода раствора 5 с привлечением показаний измерителя скорости потока на крышке 3 жестко закреплена горловина 16 с размещенным в ней, например, ультразвуковым датчиком 17 измерителя уровня раствора. При этом электроакустический преобразователь 7 измерителя скорости установлен на внешней нижней поверхности передней по отношению к встречному потоку части контейнера 6, снабженного в задней своей части обтекателем 18. Для уменьшения лобового сопротивления и исключения появления турбулентности потока, негативно сказывающегося на процессе измерений, осуществляемом с помощью электроакустического преобразователя 7, передняя часть контейнера 6 выполнена в виде усеченного цилиндра, обращенного эллиптической поверхностью, как это показано на фиг. 1, к нижней внутренней поверхности желоба 1 навстречу потоку раствора 5. При этом электроакустический преобразователь 7 выполнен быстросъемным. Для обеспечения этого он с помощью одного винта 19 закреплен на контейнере 6 и размещен в охватывающей его по бокам П-образной продольной прорези, предусмотренной на поверхности цилиндра (фиг. 2). При этом приемоизлучающая поверхность электроакустического преобразователя 7 совмещена с эллиптической поверхностью последнего, образуя, таким образом, обтекаемую лобовую поверхность, обеспечивающую безвихревое движение раствора в придонной рабочей зоне упомянутого преобразователя. Для обеспечения работоспособности в погруженном в раствор 5 состоянии электроакустический преобразователь 7 выполнен в герметичном исполнении (см., например, AVFM 5,0. Internet: www.artvik.com, 2010) с герметично заделанным в его корпус коаксиальным кабелем 20 в пластиковой оболочке, введенном с уплотнением через стенку контейнера 6 в вспомогательную воздушную полость 12 для электрического соединения с электронным блоком 14 обработки сигналов. Информация от электроакустического преобразователя 7, датчика температуры 8, блока детектирования 10 и датчика 17 измерителя уровня поступает в размещенный в герметичном кожухе электронный блок 14 для сбора данных, измерения электрических сигналов и передачи цифровой информации в компьютер (на чертеже не показан), обычно дистанционно размещаемый в рабочем помещении на буровой площадке.The device for remote monitoring of the solution parameters in the gutter of the drilling rig by design is basically similar to the device closest to it in technical essence and contains a hatch 2 with a cover 3. Rigidly mounted on the closed gutter 1 of the drilling rig 3. A cover located on the cover 3 using a tubular rod 4 the flow of the solution 5, a suspended cylindrical container 6, carrying an electro-acoustic transducer 7 of a flow velocity meter, a temperature sensor 8 and a cassette with a gamma radiation source 9. And the gamma radiation point 9 is made in the form of a sodium-22 radionuclide that does not have radiation safety restrictions and can interact with the detection unit 10 of the densitometer mounted on the lower outer surface of the gutter 1 using threaded rods 11. A temperature sensor 8 with the possibility of access of its sensitive element to the solution 5 with a seal is brought out of the auxiliary air cavity 12 to the outside and is connected to the electronic signal processing unit 14 mounted on the upper end of the cable with electrical wires 13 roll rod 4. To install the container 6 in the groove 1 at the required depth of immersion in the solution 5, the tubular rod 4 has the possibility of axial movement and is equipped with a clamp 15, rigidly connected to the cover 3. To enable the determination of the volumetric flow rate of the solution 5 using the readings of the flow rate meter the neck 16 is rigidly fixed on the lid 3 with, for example, an ultrasonic sensor 17 of the solution level meter placed therein. In this case, the electro-acoustic transducer 7 of the speed meter is mounted on the outer lower surface of the front part of the container 6 with respect to the oncoming flow, equipped with a fairing 18. To reduce drag and to prevent the appearance of turbulence in the flow, which negatively affects the measurement process using electro-acoustic Converter 7, the front of the container 6 is made in the form of a truncated cylinder facing an elliptical surface, as shown FIG. 1, to the lower inner surface of the trough 1 towards the flow of the solution 5. In this case, the electro-acoustic transducer 7 is quick-detachable. To ensure this, with the help of one screw 19, it is fixed on the container 6 and placed in the U-shaped longitudinal slot provided on its surface, which is provided on the cylinder surface (Fig. 2). In this case, the transceiving surface of the electro-acoustic transducer 7 is combined with the elliptical surface of the latter, thus forming a streamlined frontal surface providing irrotational motion of the solution in the bottom working zone of the transducer. To ensure operability in a state immersed in solution 5, the electro-acoustic transducer 7 is sealed (see, for example, AVFM 5.0. Internet: www.artvik.com, 2010) with a coaxial cable 20 sealed in a plastic sheath in its housing, introduced with a seal through the wall of the container 6 into the auxiliary air cavity 12 for electrical connection with the electronic signal processing unit 14. Information from the electro-acoustic transducer 7, temperature sensor 8, detection unit 10 and level meter sensor 17 is fed to an electronic unit 14 located in a sealed enclosure for collecting data, measuring electrical signals and transmitting digital information to a computer (not shown in the drawing), usually remotely located in the working room at the drilling site.

Работа описанного устройства дистанционного контроля параметров раствора в желобе буровой установки аналогична работе известного устройства. Однако благодаря предложенным техническим решениям позволит обеспечить измерение скорости движения раствора при его предельно низком уровне выхода из скважины в желоб буровой установки, повысить точность измерения скорости течения раствора, его объемного и массового расхода, а также упростить техническое обслуживание устройства.The operation of the described device for remote monitoring of the parameters of the solution in the trench of the drilling rig is similar to the operation of the known device. However, thanks to the proposed technical solutions, it will be possible to measure the speed of the solution at its extremely low level of exit from the well into the trench of the rig, increase the accuracy of measuring the speed of the solution, its volumetric and mass flow rates, and also simplify the maintenance of the device.

Claims

A device for remote monitoring of the parameters of the solution in the gutter of the drilling rig, comprising a sensor for measuring the level of the solution and a suspended immersion container mounted on a quick-detachable manhole cover, divided into two parts, the front of which is equipped with an electro-acoustic transducer for measuring the fluid flow rate with a coaxial cable sealed into the auxiliary air cavity container, and facing the receiving-emitting surface towards the lower inner surface of the gutter, and the back of equipped with a temperature sensor withdrawn from the auxiliary air cavity to the lower surface of the container with a gamma radiation source installed on it, interacting with the density meter detection unit mounted on the lower outer surface of the gutter, as well as an electronic signal processing unit and a computer, characterized in that the electro-acoustic transducer mounted on the outer lower surface of the front of the container, made in the form of a truncated cylinder facing an elliptical surface to the bottom the inner surface of the trough towards the flow of the solution, while the electro-acoustic transducer is placed in the U-shaped longitudinal slot provided on the sides of the cylinder, which covers it, and its transmissive surface is aligned with the elliptical surface of the latter.