RU2681790C2 - System for automatic measurement of gas content and vortex degassing of drilling fluid - Google Patents

System for automatic measurement of gas content and vortex degassing of drilling fluid Download PDF

Info

Publication number
RU2681790C2
RU2681790C2 RU2017120101A RU2017120101A RU2681790C2 RU 2681790 C2 RU2681790 C2 RU 2681790C2 RU 2017120101 A RU2017120101 A RU 2017120101A RU 2017120101 A RU2017120101 A RU 2017120101A RU 2681790 C2 RU2681790 C2 RU 2681790C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
drilling fluid
measuring
pump
vortex
gas
Prior art date
Application number
RU2017120101A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2017120101A3 (en
RU2017120101A (en
Inventor
Эдуард Евгеньевич Лукьянов
Константин Николаевич Каюров
Никита Константинович Каюров
Виктор Николаевич Еремин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ "ЛУЧ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ "ЛУЧ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ "ЛУЧ"
Priority to RU2017120101A priority Critical patent/RU2681790C2/en
Publication of RU2017120101A3 publication Critical patent/RU2017120101A3/ru
Publication of RU2017120101A publication Critical patent/RU2017120101A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2681790C2 publication Critical patent/RU2681790C2/en

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00Survey of boreholes or wells
    • E21B47/10Locating fluid leaks, intrusions or movements
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B21/00Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
    • E21B21/06Arrangements for treating drilling fluids outside the borehole
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N7/00Analysing materials by measuring the pressure or volume of a gas or vapour
    • G01N7/14Analysing materials by measuring the pressure or volume of a gas or vapour by allowing the material to emit a gas or vapour, e.g. water vapour, and measuring a pressure or volume difference

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)
  • Degasification And Air Bubble Elimination (AREA)

Abstract

FIELD: measurement.SUBSTANCE: invention relates to measurement technology and can be used in the oil and gas industry in drilling rigs. For this, the system contains two similar subsystems “At the input to the well” and “At the output from the well”, which include: reversible impeller pump with electric drive, two measuring vessels under different pressures, vortex degasser, jet pump, information collection and processing unit, power unit, remote gas analyzer. In this case, the system contains a measuring module operating under pressure and connected to the lower part with the pump outlet, and the upper part through a flow meter with the inlet of the vortex degasser. Inside the measuring vessel are two pressure sensors integrated in the assembly, a temperature sensor and electrical resistivity. Atmospheric pressure measuring vessel is connected to the pump, a regulating device is located in the lower part of the vessel to limit the flow of fluid, drilling fluid is supplied to the inner pipe, and through an external pipe connected to the atmosphere, the liquid is evacuated through a jet pump, to the nozzle through a tee, pipeline and regulating device, the drilling fluid under pressure is fed from the pump outlet. Lower part of the vortex degasser is also connected to the jet pump to evacuate the degassed drilling mud, and its upper part is connected to the remote gas analyzer through the flow meter of the gas-air mixture and the vacuum pump. Measuring vessels, flow meters, electric motor and flow meters and the temperatures at the inputs of the subsystems are connected by electrical connections with the block for the collection and preliminary processing of information, which performs the functions of automatic control of the operation of the subsystem through the power unit, as well as the transfer of functions to the device for manual control and display of information on the rig.EFFECT: technical result of the invention is to improve the accuracy and reliability when measuring the density, volumetric gas content and the true density of the drilling fluid, as well as improving the efficiency of the vortex degassing of the drilling fluid due to the stabilization of thermodynamic conditions and magnetic treatment with continuous determination of the degree of degassing, that in the complex allows to increase the reliability of the automatic measurement system and bring the gas logging method to a quantitative, petrophysical reasonable level.10 cl, 1 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в нефтегазовой отрасли на буровых установках для определения объемной газонасыщенности, истинной плотности и вихревой дегазации бурового раствора на входе в скважину и на выходе из нее в составе приборов автоматического контроля параметров процесса бурения и при проведении геолого-технологических исследований и газового каротажа.The invention relates to measuring equipment and can be used in the oil and gas industry at drilling rigs to determine volumetric gas saturation, true density and vortex degassing of a drilling fluid at the well entrance and exit, as a part of devices for automatic control of drilling process parameters and during geological and technological research and gas logging.

Уровень техникиState of the art

Для предупреждения выбросов и открытых фонтанов гидростатическое давление на забой при вскрытии скважиной продуктивного пласта должно несколько превышать пластовое давление. Величины превышения гидростатического давления над пластовым определяются специальными регламентирующими документами, но должны быть минимальными, так как чрезмерное переутяжеление раствора резко снижает скорость проходки, необратимо ухудшает первоначальные фильтрационные свойства пласта-коллектора в призабойной зоне пласта, провоцирует самопроизвольный гидроразрыв пород ствола скважины, сопровождающийся катастрофическим уходом раствора и выбросом с переходом в открытый фонтан. Поэтому основой предупреждения выбросов и поглощений в скважине является тщательный контроль гидростатического давления столба бурового раствора на вскрытый продуктивный пласт. В практике бурения такой контроль осуществляется путем периодического измерения плотности бурового раствора, выходящего из скважины. To prevent emissions and open fountains, the hydrostatic pressure on the bottom when opening a productive formation by a well should slightly exceed the reservoir pressure. The excess hydrostatic pressure above the reservoir is determined by special regulatory documents, but should be minimal, since excessive overloading of the solution sharply reduces the penetration rate, irreversibly affects the initial filtration properties of the reservoir in the bottomhole formation zone, and provokes spontaneous hydraulic fracturing of the borehole accompanied by catastrophic departure of the solution and ejection with the transition to an open fountain. Therefore, the basis for preventing emissions and removals in the well is careful monitoring of the hydrostatic pressure of the drilling fluid column on the exposed reservoir. In drilling practice, such control is carried out by periodically measuring the density of the drilling fluid exiting the well.

Однако в отличие от несжимаемых буровых растворов, не содержащих газовой фазы, измерение плотности газированных буровых растворов не позволяет определить давление бурового раствора на забой скважины. Объясняется это тем, что свободный газ, содержащийся в буровом растворе, сжимается в скважине под действием давления столба жидкости и его объемная концентрация уменьшается в сотни раз, при этом плотность жидкости в скважине практически приближается к плотности исходного негазированного бурового раствора.However, unlike incompressible drilling fluids that do not contain a gas phase, the measurement of the density of carbonated drilling fluids does not allow determining the pressure of the drilling fluid at the bottom of the well. This is explained by the fact that the free gas contained in the drilling fluid is compressed in the well under the influence of the pressure of the liquid column and its volume concentration decreases by hundreds of times, while the density of the fluid in the well practically approaches the density of the original non-carbonated drilling fluid.

Исходя из этого, у газированного бурового раствора необходимо определять две плотности: кажущуюся - на выходе из скважины, и истинную - в стволе скважины. Так как кажущаяся плотность не дает представления о давлении в скважине, гидростатическое давление в скважине следует определять по истинной плотности.Based on this, it is necessary to determine two densities in aerated drilling mud: apparent - at the exit from the well, and true - in the wellbore. Since the apparent density does not give an idea of the pressure in the well, the hydrostatic pressure in the well should be determined by the true density.

Истинную плотность газированного бурового раствора с достаточной для практики точностью можно определить по формуле [Дегтев Н.И., Зинкевич А.И. Контроль и дегазация буровых промывочных жидкостей. - М.: Недра, 1978. - 152 с.]:The true density of aerated drilling fluid with sufficient accuracy for practice can be determined by the formula [Degtev NI, Zinkevich AI Control and degassing of drilling fluids. - M .: Nedra, 1978. - 152 p.]:

,, (1)(one)

где ρи - истинная плотность бурового раствора (без газа);where ρ and is the true density of the drilling fluid (without gas);

ρг - плотность газированного бурового раствора;ρ g - density of aerated drilling fluid;

V г - объемная концентрация свободного газа в растворе, в процентах. V g - volumetric concentration of free gas in solution, in percent.

Для восстановления плотности раствора необходимо его дегазировать, не прибегая к его утяжелению. Однако на практике при малейшем снижении плотности за счет газирования в глинистый раствор вводят утяжелитель, что почти всегда вызывает тяжелые последствия за счет существенного необоснованного увеличения давления столба бурового раствора на пласт.To restore the density of the solution, it is necessary to degass it, without resorting to its weight. However, in practice, with the slightest decrease in density due to aeration, a weighting agent is introduced into the clay mud, which almost always causes severe consequences due to a significant unreasonable increase in the pressure of the drilling fluid column on the formation.

Если даже не случится выбросов и открытых фонтанов, то вскрытие продуктивных пластов на переутяжеленных растворах однозначно ухудшает фильтрационные свойства пласта-коллектора за счет образования зон кольматации и проникновения, снижая добывные возможности скважины, а также значительно снижает технико-экономические показатели буровых работ за счет уменьшения скорости бурения и возникновения различных осложнений.Even if there are no outbursts and open fountains, the opening of productive formations in overweight solutions will definitely worsen the filtration properties of the reservoir due to the formation of mudding and penetration zones, reducing the production capabilities of the well, and also significantly reduce the technical and economic performance of drilling operations by reducing the speed drilling and the occurrence of various complications.

При снижении плотности бурового раствора (за счет поступления пластовой воды, ввода реагентов, выпадения утяжелителей или за счет появления в растворе свободного газа) необходимо принять оперативные решения по утяжелению бурового раствора (по первым причинам) или по его дегазации без утяжеления (при появлении свободного газа). Поэтому необходимо оперативно определять концентрацию свободного газа в растворе и его кажущуюся плотность, после чего по приведенной формуле (1) вычислять истинную плотность раствора. Если она соответствует норме, следует дегазировать раствор, не прибегая к его утяжелению.With a decrease in the density of the drilling fluid (due to the inflow of produced water, the introduction of reagents, the deposition of weighting agents or due to the appearance of free gas in the solution), it is necessary to take operational decisions on the weighting of the drilling fluid (for the first reasons) or on its degassing without weighting (when free gas appears) ) Therefore, it is necessary to quickly determine the concentration of free gas in the solution and its apparent density, after which, using the above formula (1), calculate the true density of the solution. If it meets the norm, you should degass the solution without resorting to its weight.

Для целей регулярного контроля бурового раствора по содержанию свободного газа и истинной плотности разработана методика определения концентрации свободного газа в газированных растворах компрессионным методом, разработаны и внедрены ручные и автоматические приборы для проведения регулярного контроля [Бережной А.И., Дегтев Н.И. Дегазация промывочных растворов в бурении. - М.: Гостоптехиздат, 1963. - 164 с.; Дегтев Н.И., Зинкевич А.И. Контроль и дегазация буровых промывочных жидкостей. - М.: Недра, 1978. - 152 с.]. Из этих источников информации известны: плунжерный прибор ВГ-1 (SU147364, опубл. 1962, №10), ВГ-2, модернизированный прибор ВМ-6 (ручные приборы); автоматический прибор для непрерывного замера свободного газа в буровом растворе, автоматические приборы АКГ, автоматические комплексы АК-1 и АК-2.For the purpose of regular monitoring of the drilling fluid by the free gas content and true density, a methodology for determining the concentration of free gas in carbonated fluids by the compression method has been developed, manual and automatic devices for regular monitoring have been developed and implemented [Berezhnoy AI, Degtev NI Degassing of drilling fluids in drilling. - M .: Gostoptekhizdat, 1963. - 164 p .; Degtev N.I., Zinkevich A.I. Control and degassing of drilling fluids. - M .: Nedra, 1978. - 152 p.]. Of these sources of information are known: the plunger device VG-1 (SU147364, publ. 1962, No. 10), VG-2, the upgraded device VM-6 (hand-held devices); automatic device for continuous measurement of free gas in drilling mud, automatic AKG devices, automatic complexes AK-1 and AK-2.

Недостатками всех известных автоматических приборов для определения содержания свободного газа в буровом растворе компрессионным методом являются:The disadvantages of all known automatic devices for determining the free gas content in the drilling fluid by compression method are:

- дискретность измерения со временем цикла 3 минуты (20 измерений в час);- discreteness of measurement with a cycle time of 3 minutes (20 measurements per hour);

- малый объем измеряемой пробы (100 куб. см);- small volume of the measured sample (100 cubic cm);

- низкая точность измерения.- low measurement accuracy.

Эти недостатки не так существенны при общем контроле бурового раствора, но они не позволяют использовать эти приборы при газовом каротаже. Например, при скорости разбуривания пласта-коллектора 60м/ч (что характерно для Западной Сибири) одно определение будет приходиться на 3м проходки, что для газового каротажа совершенного неприемлемо.These disadvantages are not so significant in the overall control of the drilling fluid, but they do not allow the use of these devices in gas logging. For example, at a drilling speed of the reservoir layer of 60 m / h (which is typical for Western Siberia), one determination will occur in 3 m penetrations, which is unacceptable for gas logging.

Известно устройство для непрерывного определения объемной газонасыщенности бурового раствора путем установки на разъемном устье трех высокоточных датчиков давления [Лукьянов Э.Е., Стрельченко В.В. Геолого-технологические исследования скважин. - М.: Нефть и газ, 1997. - 688 с.], но, к сожалению, из-за малой высоты разъемного устья и малой измерительной базы реализовать этот перспективный метод определения объемной газонасыщенности бурового раствора удается далеко не всегда.A device for the continuous determination of the volumetric gas saturation of a drilling fluid by installing three high-precision pressure sensors on a detachable mouth [Lukyanov E.E., Strelchenko V.V. Geological and technological research of wells. - M .: Oil and gas, 1997. - 688 pp.], But, unfortunately, due to the low height of the detachable mouth and the small measuring base, this promising method for determining the volumetric gas saturation of the drilling fluid is far from always possible.

Известно устройство для определения газосодержания бурового раствора по SU 1481661, 12.01.1987, содержащее датчики проводимости (сопротивления) индуктивного типа, размещенные в двух измерительных камерах под различным давлением. Недостатками данного устройства являются необходимость использования насоса для подачи раствора и невысокая точность определения газосодержания. Эти недостатки не позволили внедрить это устройство в практику буровых работ.A device for determining the gas content of a drilling fluid according to SU 1481661, 01/12/1987, containing inductance type conductivity (resistance) sensors located in two measuring chambers under different pressures. The disadvantages of this device are the need to use a pump to supply the solution and the low accuracy of determining the gas content. These shortcomings did not allow to introduce this device into the practice of drilling operations.

Известно устройство для автоматического измерения объемного газосодержания бурового раствора по SU 1492239, 14.10.1987,содержащее пробоотборную и измерительную камеры. При работе данного устройства отбор проб на анализ производят без использования насоса для подачи раствора за счет поступления бурового раствора самотеком при погружении приемной части под уровень в желобе. Недостатком данного устройства является низкая надежность при работе на вязких буровых растворах. Надежной работе устройства не способствует и наличие в нем большего количества механических элементов. Кроме того, небольшой объем пробы и достаточно длительный цикл ее исследования серьезно снижают его информационную ценность.A device for automatically measuring the volumetric gas content of a drilling fluid according to SU 1492239, 10/14/1987, containing a sampling and measuring chamber. When this device is in operation, sampling for analysis is carried out without using a pump to supply the solution due to the flow of drilling fluid by gravity when the receiving part is submerged under the level in the gutter. The disadvantage of this device is the low reliability when working on viscous drilling fluids. The reliable operation of the device is not conducive to the presence in it of a greater number of mechanical elements. In addition, a small sample volume and a sufficiently long cycle of its research seriously reduce its informational value.

Известно устройство SU 1046487, 22.06.1982, содержащее отборочное устройство, камеру сжатия с размещенными в ней датчиками давления и уровня, по показаниям которых через вычислительный блок производится определение объемного газосодержания. Устройство работает также без использования насоса, проба бурового раствора самотеком поступает в отборочное устройство, а затем переводится в камеру сжатия. Недостатками данного устройства являются проблематичность его функционирования при высоких значениях вязкости бурового раствора из-за малого перепада давления в желобе и низкая точность определения газосодержания как в точке измерения, так и во всем потоке бурового раствора за счет малого объема пробы и длительного цикла исследований.A device SU 1046487 is known, 06/22/1982, containing a selection device, a compression chamber with pressure and level sensors located in it, according to the readings of which the volumetric gas content is determined through a computing unit. The device also works without the use of a pump, a sample of drilling fluid flows by gravity into the selection device, and then transferred to the compression chamber. The disadvantages of this device are the difficulty of its functioning at high values of the viscosity of the drilling fluid due to the small pressure drop in the trench and the low accuracy of determining the gas content both at the measurement point and in the entire flow of the drilling fluid due to the small volume of the sample and a long research cycle.

Наиболее эффективным дегазатором бурового раствора для решения задач геолого-технологических исследований (ГТИ) и газового каротажа является«Вихревой дегазатор промывочной жидкости» [Лукьянов Э.Е., Цыглеев Л.Я., Зубчук И.В. // Научно-технический вестник «Каротажник». - Тверь: АИС, 2000. - Вып. 70. С. 64-79]. The most effective drilling fluid degasser for solving problems of geological and technological research (GTI) and gas logging is the “Vortex degasser of flushing fluid” [E. Lukyanov, L.Ya. Tsygleyev, I.V. Zubchuk // Scientific and Technical Bulletin "Logger". - Tver: AIS, 2000. - Issue. 70. S. 64-79].

Недостатками данного устройства являются невозможность автоматического определения степени дегазации и объемного газосодержания бурового раствора.The disadvantages of this device are the inability to automatically determine the degree of degassing and volumetric gas content of the drilling fluid.

Известна новейшая газокаротажная система FLAIR, применяемая в передовых зарубежных фирмах [Эблард П., Белл К., Кук Д. и др. Растущая роль газового каротажа. // Нефтегазовое обозрение, том 24, № 1 (весна 2012). - С. 30-53].Система FLAIR содержит две экстракционных (дегазационных) установки FLEX, располагаемые на отводящей (на входе в скважину) и приемной (на выходе из скважины) линиях; система анализа FLAIR сравнивает два потока газа для введения поправок за рециркулирующий газ, не выделенный системой дегазации бурового раствора на выходе из скважины.Known for the latest FLAIR gas logging system used in leading foreign firms [Eblard P., Bell K., Cook D. et al. The growing role of gas logging. // Oil and Gas Review, Volume 24, No. 1 (spring 2012). - S. 30-53]. The FLAIR system contains two FLEX extraction (degassing) units located on the outlet (at the entrance to the well) and reception (at the exit of the well) lines; The FLAIR analysis system compares two gas flows to adjust for recirculated gas not recovered by the mud degassing system at the exit of the well.

Дополнительным достоинством системы FLAIR является нагрев пробы бурового раствора устройствами FLEX до постоянной температуры при условиях постоянного давления и объема. Этот метод обеспечивает стабильное соотношение воздуха и бурового раствора в экстракционной камере, чем достигается высокая эффективность и повторяемость процесса. Способность нагреть пробу бывает особенно важна для глубоководных условий, где температура возврата бурового раствора может составлять от 10 до 15° С(от 50 до 59° F). При низких температурах внутренней энергии системы оказывается недостаточно для эффективного высвобождения тяжелых компонентов газа из бурового раствора. Традиционные устройства для выделения газа из бурового раствора, не нагревающие пробу, могут давать неточные данные из-за того, что в растворе остается больше газа в процессе его выделения.An additional advantage of the FLAIR system is the heating of the drilling fluid sample with FLEX devices to a constant temperature under constant pressure and volume conditions. This method provides a stable ratio of air and drilling fluid in the extraction chamber, thereby achieving high efficiency and repeatability of the process. The ability to heat the sample is especially important for deep water conditions where the return temperature of the drilling fluid can be from 10 to 15 ° C (50 to 59 ° F). At low temperatures, the internal energy of the system is insufficient for the effective release of heavy gas components from the drilling fluid. Conventional devices for isolating gas from a drilling fluid that do not heat the sample may produce inaccurate data due to the fact that more gas remains in the solution during its evolution.

Благодаря экстракционному процессу FLEX газокаротажная система FLAIR работает при постоянных термодинамических условиях, что обеспечивает возможность калибровки эффективности выделения компонентов С15. Более тяжелые углеводороды, С68, извлечь сложнее, однако их присутствие можно оценить качественно. Калибровка сочетается с корректировкой, при которой учитывается весь газ, который мог быть направлен обратно в циркуляционную систему. Это обеспечивается путем установки второго прибора FLEX на приемной линии насоса, в точке закачки раствора обратно в скважину. Таким образом, можно количественно измерить долю углеводородов, закачанных обратно в скважину с буровым раствором. Поправка на рециркулирующий газ становится возможна потому, что условия экстракции одинаковы для обоих приборов FLEX.Thanks to the FLEX extraction process, the FLAIR gas logging system operates under constant thermodynamic conditions, which makes it possible to calibrate the efficiency of the separation of C 1 -C 5 components. Heavier hydrocarbons, C 6 -C 8 , are more difficult to recover, but their presence can be estimated qualitatively. Calibration is combined with adjustment, which takes into account all the gas that could be sent back to the circulation system. This is achieved by installing a second FLEX device at the pump intake line, at the point of injection of the solution back into the well. Thus, the proportion of hydrocarbons pumped back into the well with the drilling fluid can be quantified. Recirculation gas correction is possible because extraction conditions are the same for both FLEX devices.

Извлеченные углеводороды подаются на современный газовый хроматограф/масс-спектрометр, который располагается в помещении газокаротажной станции, по газовоздушной линии (ГВЛ) длиной до 100 м.The recovered hydrocarbons are fed to a modern gas chromatograph / mass spectrometer, which is located in the room of the gas logging station, via a gas line (GVL) up to 100 m long.

Недостатками системы FLAIR являются:The disadvantages of the FLAIR system are:

- невозможность определения плотности бурового раствора на входе в скважину, на выходе из скважины и истинной плотности раствора без газа;- the impossibility of determining the density of the drilling fluid at the entrance to the well, at the exit from the well and the true density of the fluid without gas;

- невозможность определения степени дегазации без постоянной калибровки системы термовакуммным дегазатором, что затруднено при высоких скоростях бурения;- the impossibility of determining the degree of degassing without constant calibration of the system with a thermal vacuum degasser, which is difficult at high drilling speeds;

- невозможность определения объемного газосодержания бурового раствора независимо от его дегазации (например, компрессионным методом).- the impossibility of determining the volumetric gas content of the drilling fluid regardless of its degassing (for example, by compression method).

Известна система для автоматического измерения объемного газосодержания и истинной плотности бурового раствора (RU 2310069, 26.12.2005).A known system for automatically measuring the volumetric gas content and the true density of the drilling fluid (RU 2310069, 12.26.2005).

Недостатками данной системы являются:The disadvantages of this system are:

- дискретность определения параметров;- discreteness of determination of parameters;

- отсутствие дегазации бурового раствора.- lack of degassing of the drilling fluid.

Наиболее близкими к «Системе для автоматического измерения объемного газосодержания и вихревой дегазации бурового раствора», предлагаемой в качестве изобретения, являются «Вихревой дегазатор промывочной жидкости», система FLAIR и устройства, известные по RU 2310069, 26.12.2005.Closest to the "System for the automatic measurement of volumetric gas content and vortex degassing of a drilling fluid", proposed as an invention, are the "Vortex degasser flushing fluid", the FLAIR system and devices known according to RU 2310069, 26.12.2005.

Сущность и состав изобретенияThe essence and composition of the invention

Задача создания изобретения - повышение точности и достоверности при измерениях плотности на входе и выходе, объемного газосодержания, истинной плотности, температуры, проводимости и других параметров бурового раствора; повышение эффективности дегазации бурового раствора с определением степени дегазации; а также улучшение надежности работы системы за счет упрощения конструкции, повышения оперативности принятия технологических решений и автоматизации процесса измерения.The objective of the invention is to increase the accuracy and reliability when measuring the density at the inlet and outlet, gas volume, true density, temperature, conductivity and other parameters of the drilling fluid; increasing the efficiency of degassing of the drilling fluid with determining the degree of degassing; as well as improving the reliability of the system by simplifying the design, increasing the efficiency of technological decisions and automating the measurement process.

На фиг. представлена схема предлагаемой в качестве изобретения системы для автоматического измерения объемного газосодержания и вихревой дегазации бурового раствора, состоящей из двух подсистем: «На входе в скважину» и «На выходе из скважины».In FIG. presents a diagram of a system proposed as an invention for automatic measurement of volumetric gas content and vortex degassing of a drilling fluid, consisting of two subsystems: “At the entrance to the well” and “At the exit from the well”.

Подсистема «На входе в скважину» анализирует раствор, отбираемый из трубы 1, соединяющей емкость 2 с буровым насосом (на схеме не показан); содержит приемный фильтр с сеткой 3, приемную трубу 4 с шаровым краном 5, монтируемые в трубу 1 через крышку люка 6, в которой крепится датчик температуры и индикатор потока 7. Верхняя часть приемной трубы 4 проходит через обогреватель 8 и соединяется с входом насоса 9, приводимого в действие частотно-регулируемым взрывозащищенным электродвигателем 10. Выход насоса 9 через тройник 11 соединяется с измерительным сосудом 12, в котором расположены датчики давления, температуры и проводимости, объединенные в сборку 13. Часть потока раствора по трубопроводу 15, 16 через измеритель расхода 17 подается в вихревой дегазатор 18 через завихритель 19. В среднюю часть вихревого дегазатора 18 вводится трубка 20, через измеритель расхода 21 и гидрофобный фильтр 22 связанная с атмосферой. В верхней части вихревого дегазатора 18 размещен гидрофобный фильтр 23, через который выделившаяся из бурового раствора газовоздушная смесь (ГВС) по трубопроводу 24, через влагоотделитель 25 и измеритель расхода ГВС 26 подается на вход вакуум-насоса 27, из которогоThe subsystem "At the entrance to the well" analyzes the solution taken from the pipe 1 connecting the tank 2 to the mud pump (not shown in the diagram); contains a receiving filter with a mesh 3, a receiving pipe 4 with a ball valve 5, mounted in a pipe 1 through a manhole cover 6, in which a temperature sensor and a flow indicator 7 are mounted. The upper part of the receiving pipe 4 passes through a heater 8 and is connected to the pump inlet 9, driven by a frequency-controlled explosion-proof electric motor 10. The output of the pump 9 through a tee 11 is connected to a measuring vessel 12, in which pressure, temperature and conductivity sensors are integrated in the assembly 13. A part of the solution flow through the pipe water 15, 16 through the flow meter 17 is supplied to the vortex degasser 18 through the swirl 19. A tube 20 is introduced into the middle part of the vortex degasser 18, through the flow meter 21 and the hydrophobic filter 22 connected with the atmosphere. A hydrophobic filter 23 is placed in the upper part of the vortex degasser 18, through which the gas-air mixture (HW) released from the drilling fluid through the pipe 24, through the dehumidifier 25 and the dhw meter 26 is supplied to the inlet of the vacuum pump 27, from which

избыточным давлением продавливается через систему датчиков выносного газоанализатора 28. Часть потока ГВС, минуя датчики, может быть подана через штуцер 29 по газовоздушной линии в помещение станции ГТИ для дополнительного анализа на хроматографе или масс-спектрометре.the excess pressure is forced through the sensor system of the remote gas analyzer 28. Part of the DHW flow, bypassing the sensors, can be fed through the nozzle 29 via a gas line to the GTI station for additional analysis on a chromatograph or mass spectrometer.

Выносной газоанализатор 28 выдает с постоянной времени 15-25 с информацию по содержанию в ГВС: кислорода (0-21% объемного), углекислого газа (0-10% объемных), водорода (0-5% объемных), метана (0-100% объемных), С2+высш. (0-20% объемных), сероводорода (0-100 ppm) и влажности (0-98% относительных).The portable gas analyzer 28 provides with a time constant of 15-25 s information on the content in the hot water supply: oxygen (0-21% by volume), carbon dioxide (0-10% by volume), hydrogen (0-5% by volume), methane (0-100 % vol.), C 2 + higher. (0-20% by volume), hydrogen sulfide (0-100 ppm) and humidity (0-98% relative).

Эвакуация бурового раствора из вихревого дегазатора производится с помощью струйного насоса 34, в который вводится сопло 35, в которое поступает часть бурового раствора по трубопроводу 36 от тройника 11. Количество подаваемого в струйный насос раствора регулируется устройством 30. Через другое регулирующее устройство 30 часть бурового раствора подается на измерительное устройство 31, определяющее свойства бурового раствора при атмосферном давлении с помощью сборки датчиков 32, вворачиваемой через герметизирующее устройство 33. Эвакуация бурового раствора из измерительного устройства 31 при атмосферном давлении осуществляется струйным насосом 34 за счет сопла 35, соединенного трубопроводом 36 через регулирующее устройство 30 через тройник 11 с насосом 9. Атмосферное давление в измерительномсосуде 31 поддерживается за счет связи с атмосферой верхней части измерительного устройства, свободного от бурового раствора, через штуцер 37.The drilling fluid is evacuated from the vortex degasser using a jet pump 34, into which a nozzle 35 is introduced, into which a portion of the drilling fluid enters through a pipe 36 from the tee 11. The amount of the fluid supplied to the jet pump is controlled by the device 30. Through the other control device 30, a portion of the drilling fluid fed to the measuring device 31, which determines the properties of the drilling fluid at atmospheric pressure using an assembly of sensors 32, screwed through a sealing device 33. Evacuation of the drill the solution from the measuring device 31 at atmospheric pressure is carried out by a jet pump 34 due to the nozzle 35 connected by a pipe 36 through the regulating device 30 through a tee 11 to the pump 9. The atmospheric pressure in the measuring vessel 31 is maintained due to the connection with the atmosphere of the upper part of the measuring device, free from drilling fluid through nozzle 37 .

Буровой раствор, прошедший цикл измерения свойств в устройствах 12 и 31 и дегазацию, сбрасывается струйным насосом 34 в емкость 2. Питание обогревателя 8 и взрывозащищенного электродвигателя 10 осуществляется от силового блока 38, сопряженного с блоком сбора и предварительной обработки информации 39, выходы которого транслируются по линиям связи в станцию геолого-технологических исследований (СГТИ), а также передаются в устройство ручного управления и отображения информации на буровой 40.A drilling fluid that has passed a cycle of measuring properties in devices 12 and 31 and is degassed is discharged by a jet pump 34 into a container 2 . The heater 8 and the explosion-proof electric motor 10 are supplied from the power unit 38 , coupled to the information collection and pre-processing unit 39 , the outputs of which are transmitted via communication lines to the station for geological and technological research (GTI), and also transmitted to the manual control and information display device drilling 40 .

С целью выделения из бурового раствора растворенного газа на входе в измерительный сосуд 12 часть бурового раствора, подаваемого на дегазацию, подвергается магнитной обработке с помощью устройства 41, питаемого от силового блока 38 через блок сбора и предварительной обработки информации 39. In order to isolate dissolved gas from the drilling fluid at the inlet of the measuring vessel 12, part of the drilling fluid supplied for degassing is magnetically processed using a device 41 , powered by a power unit 38 through the information collection and preprocessing unit 39 .

Информация от датчика температуры и потока 7, сборки датчиков в измерителе до дегазатора (давления, температуры, проводимости) 13, расхода жидкости 17, расхода воздуха 21, расхода газовоздушной смеси 26, выносного газоанализатора 28, сборки датчиков в измерителе при атмосферном давлении (давления, температуры, проводимости) 32 собирается в блоке сбора и предварительной обработки информации 39 (линии связи не показаны).Information from the temperature and flow sensor 7 , the sensor assembly in the meter to the degasser (pressure, temperature, conductivity) 13 , the liquid flow rate 17 , the air flow rate 21 , the air-gas mixture flow rate 26 , the external gas analyzer 28 , the sensor assembly in the meter at atmospheric pressure (pressure, temperature, conductivity) 32 is collected in the unit for collecting and preprocessing information 39 (communication lines not shown).

Подсистема «На выходе из скважины» является полной аналогией подсистемы «На входе в скважину» за исключением того, что труба 1 здесь труба, идущая к блоку вибросит, датчик температуры и индикатор потока 7 характеризуют суммарный поток, выходящий из скважины до вибросит; емкость 2 - емкость под виброситами, куда сбрасывается раствор после определения свойств (параметров) раствора и проведения дегазации. The subsystem "At the exit from the well" is a complete analogy of the subsystem "At the entrance to the well" except that pipe 1 here, the pipe going to the vibrating screen unit, the temperature sensor and flow indicator 7 characterize the total flow exiting the well to the vibrating screen; capacity 2 - capacity under vibrating screens, where the solution is discharged after determining the properties (parameters) of the solution and degassing.

Информация, собранная и обработанная в блоках 39 обеих подсистем, передается по линиям связи в станцию ГТИ (не показана) и на устройства ручного управления и отображения информации на буровой 40 в виде табло бурильщика, монитора супервайзера, мониторабурмастера, монитора специалиста по растворам, а также по спутниковой связи на верхний уровень управления буровыми работами. В качестве обратной связи в блок 39 поступают от СГТИ сигналы управления, в частности сигнал о работе буровых насосов.The information collected and processed in blocks 39 of both subsystems is transmitted via communication lines to the GTI station (not shown) and to devices for manual control and display of information on the drill 40 in the form of a driller’s panel, supervisor’s monitor, bourmaster’s monitor, solution specialist’s monitor, and via satellite to the upper level of drilling management. As a feedback to the block 39 , control signals are received from the CSTI, in particular, a signal about the operation of the mud pumps.

Краткое описание чертежаBrief Description of the Drawing

На фиг. представлена схема предлагаемой в качестве изобретения системы для автоматического измерения объемного газосодержания и вихревой дегазации бурового раствора, состоящей из двух подсистем: «На входе в скважину» и «На выходе из скважины».In FIG. presents a diagram of a system proposed as an invention for automatic measurement of volumetric gas content and vortex degassing of a drilling fluid, consisting of two subsystems: “At the entrance to the well” and “At the exit from the well”.

Обозначения:Designations:

1 - труба; 2 - емкость; 3 - приемный фильтр с сеткой; 4 - приемная труба; 5 - шаровый кран; 6 - крышка люка; 7 - датчик температуры и индикатор потока; 8 - обогреватель; 9 - вход насоса; 10 - электродвигатель; 11 - тройник; 12, 31 - измерительный сосуд; 13, 32 - сборка датчиков; 14, 33 - узлы герметизации и крепления; 15, 16, 24, 36 - трубопровод; 17, 21 - измеритель расхода; 18 - вихревой дегазатор; 19 - завихритель; 20 - трубка; 22, 23 - гидрофобный фильтр; 25 - влагоотделитель; 26 - измеритель расхода ГВС; 27 - вход вакуум-насоса; 28 - выносной газоанализатор; 29, 37 - штуцер; 30 - регулирующее устройство; 30 - регулирующее устройство; 34 - струйный насос; 35 - сопло; 38 - силовой блок; 39 - блок сбора и предварительной обработки информации; 40 - устройство ручного управления и отображения информации на буровой; 41 - устройство магнитной обработки.1 - pipe; 2 - capacity; 3 - receiving filter with mesh; 4 - a reception pipe; 5 - ball valve; 6 - manhole cover; 7 - temperature sensor and flow indicator; 8 - heater; 9 - pump inlet; 10 - electric motor; 11 - tee; 12, 31 - measuring vessel; 13, 32 - assembly of sensors; 14, 33 - nodes of sealing and fastening; 15, 16, 24, 36 - pipeline; 17, 21 - flow meter; 18 - vortex degasser; 19 - swirl; 20 - tube; 22, 23 - hydrophobic filter; 25 - water separator; 26 - dhw meter; 27 - input of the vacuum pump; 28 - remote gas analyzer; 29, 37 - fitting; 30 - regulatory device; 30 - regulatory device; 34 - jet pump; 35 - nozzle; 38 - power unit; 39 - block collection and preliminary processing of information; 40 - a device for manual control and display of information on the rig; 41 is a magnetic processing device.

Информация на буровой:Information on the rig:

- табло бурильщика;- driller board;

- монитор супервайзера;- supervisor monitor;

- монитор бурмастера;- Burmaster monitor;

- монитор специалиста по растворам;- monitor specialist solutions;

- на верхний уровень управления.- to the top level of management.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Работа заявляемой системы осуществляется следующим образом.The operation of the claimed system is as follows.

При появлении потоков на входе в скважину и на выходе из нее и сигнала на индикаторах потока 7 система переходит из дежурного режима в рабочий. При этом подается напряжение на устройство магнитной обработки 41, обогреватель 8 и электродвигатель 10. Буровой раствор через открытые шаровые краны 5 поступает в насос 9. На выходе насоса 9буровой раствор под избыточным давлением поступает в измерительные сосуды 12 и вихревые дегазаторы 18 и параллельно по трубопроводам 36 через регулирующие устройства 30 поступает в измерительные сосуды 31 и сопла 35 струйных насосов 34, осуществляя эвакуацию продегазированного бурового раствора из нижней части вихревых дегазаторов 18 и измерительных сосудов 31 со сбросом бурового раствора, прошедшего цикл измерения и дегазации, в соответствующие емкости 2.When there are flows at the entrance to the well and at the exit from it and a signal on the flow indicators 7, the system switches from standby to working mode. When this voltage is applied to the magnetic processing device 41, the heater 8 and the electric motor 10. The drilling fluid through open ball valves 5 enters the pump 9. At the output of the pump 9, the drilling fluid under excess pressure enters the measuring vessels 12 and vortex degassers 18 and in parallel through pipelines 36 through control devices 30 it enters the measuring vessels 31 and nozzles 35 of the jet pumps 34, evacuating the degassed drilling fluid from the bottom of the vortex degassers 18 and measuring vessels 31 with the discharge of drilling fluid that has passed the cycle of measurement and degassing, in the appropriate tank 2.

Регулировка потоков осуществляется регулирующими устройствами 30 из расчета, чтобы постоянная времени подсистем (время полного обновления бурового раствора в измерительных сосудах) была равна ~5÷10 с. Таким образом, при объеме измерительных сосудов 12, 31, равном, например, 1500÷2500 см3, расход через измерительные сосуды 12 должен быть близким к 250 см3/с, что измеряется расходомерами 17. Раствор после дегазации из нижней части дегазаторов 18 и измерительных сосудов 31 эвакуируется, в основном, благодаря гравитационному эффекту с добавлением эжектирующего эффекта струйных насосов 34, поэтому расход по линии 36 на два ответвления будет равен примерно 300 см3/с. При этом в подсистемах устанавливаются рабочие давления P1 в измерительных сосудах 12 и Р2 в измерительных сосудах 31, что фиксируется датчиками в сборках 13, 32 (давление, температура, удельное электрическое сопротивление (УЭС)).Flow control is carried out by control devices 30 so that the time constant of the subsystems (the time of complete updating of the drilling fluid in the measuring vessels) is equal to ~ 5 ÷ 10 s. Thus, when the volume of the measuring vessels 12, 31 is, for example, 1500 ÷ 2500 cm 3 , the flow rate through the measuring vessels 12 should be close to 250 cm 3 / s, which is measured by flow meters 17. The solution after degassing from the bottom of the degassers 18 and the measuring vessels 31 are evacuated mainly due to the gravitational effect with the addition of the ejecting effect of the jet pumps 34, therefore, the flow rate through line 36 to two branches will be approximately 300 cm 3 / s. At the same time, the operating pressures P 1 in the measuring vessels 12 and P 2 in the measuring vessels 31 are set in the subsystems, which is recorded by the sensors in assemblies 13, 32 (pressure, temperature, electrical resistivity).

Если в измерительных сосудах 31 давление устанавливается близким к атмосферному за счет связи с атмосферой через штуцер 37, то вIf the pressure in the measuring vessels 31 is set close to atmospheric due to the connection with the atmosphere through the fitting 37, then

измерительных сосудах 12 за счет поджатая потоков устройствами 30 и 19 устанавливается повышенное по отношению к атмосферному давление (например, 50 кПа избыточных). Первоначальная регулировка расхода насоса 9 производится путем изменения частоты подаваемого на электродвигатель 10 напряжения через силовой блок 38.measuring vessels 12 due to the preloaded streams by devices 30 and 19, an increased pressure with respect to atmospheric pressure (for example, 50 kPa excess) is established. The initial adjustment of the flow rate of the pump 9 is made by changing the frequency of the voltage supplied to the electric motor 10 through the power unit 38.

Интенсивность нагрева поступающего в подсистемы бурового раствора реализуется силовым блоком 38 от блока сбора и предварительной обработки информации 39 по заданной температуре раствора, диапазон измерения которой задается в пределах +30°С÷+80°С. Авторегулировка температуры производится по показаниям датчиков температуры в сборках 13,32.The heating intensity of the drilling fluid supplied to the subsystem is implemented by the power unit 38 from the data collection and pre-processing unit 39 at the given solution temperature, the measurement range of which is set within + 30 ° С ÷ + 80 ° С. Auto-adjustment of temperature is performed according to the readings of temperature sensors in assemblies 13.32.

Сборки 13, 32, вворачиваемые в измерительные сосуды 12, 31 через узлы герметизации и крепления 14, 33, содержат: два датчика давления на 100 кПа избыточных, разнесенных на измерительную базу 400÷500 мм, датчик температуры на диапазон 0÷100°C с разрешением ±0,1°С, четырехэлектродный датчик удельного электрического сопротивления (УЭС) бурового раствора с диапазоном измерения 0,01÷20 Ом⋅м. Электроды датчика УЭС выполнены кольцевыми, что обеспечивает объемный охват измерительного объема, а температурная компенсация обеспечивается датчиком температуры.The assemblies 13, 32, screwed into the measuring vessels 12, 31 through the sealing and fastening units 14, 33, contain: two pressure sensors per 100 kPa redundant, spaced 400–500 mm apart from the measuring base, a temperature sensor in the range 0–100 ° C s resolution ± 0.1 ° C, four-electrode resistivity resistivity (MES) of the drilling fluid with a measurement range of 0.01 ÷ 20 Ohm⋅m. The electrodes of the resistivity sensor are ring-shaped, which provides volumetric coverage of the measuring volume, and temperature compensation is provided by the temperature sensor.

Рабочие давления в измерительных сосудах 12, 31 определяются по показаниям нижних датчиков давления в сборках 13, 32 (Ра и Рд), аThe working pressures in the measuring vessels 12, 31 are determined by the readings of the lower pressure sensors in the assemblies 13, 32 (P a and P d ), and

плотности бурового раствора в измерительных сосудах 12, 31 при рабочих давлениях определяются по разнице давлений между нижними и верхними датчиками, деленной на значение измерительной базы Δh.the density of the drilling fluid in the measuring vessels 12 , 31 at operating pressures are determined by the pressure difference between the lower and upper sensors, divided by the value of the measuring base Δ h .

(2)(2) (3)(3)

где

Figure 00000001
,
Figure 00000002
,
Figure 00000003
,
Figure 00000004
- показания нижних и верхних датчиков давлений при атмосферном (Р а) и повышенном (Р д) давлениях в измерительных сосудах 12, 31 соответственно.Where
Figure 00000001
,
Figure 00000002
,
Figure 00000003
,
Figure 00000004
- readings of the lower and upper pressure sensors at atmospheric ( P a ) and high ( P d ) pressures in the measuring vessels 12 , 31, respectively.

Диапазон измерения плотности бурового раствора от 800 до 2500 кг/м3. The range of measurement of the density of the drilling fluid from 800 to 2500 kg / m 3 .

Значения ρа и ρд при Р а и Р д, как и объемное газосодержание Г об, определяются с частотой не менее 10 раз в секунду. The values of ρ a and ρ d at R a and R d , as well as the volumetric gas content of G about , are determined with a frequency of at least 10 times per second.

Объемное газосодержание Г об определяется по выражениюThe volumetric gas content of G about is determined by the expression

Figure 00000005
(4)
Figure 00000005
(four)

Например , если for example , if

Р а = 105 кПа (абсолютных); P a = 105 kPa (absolute);

Р д = 155 кПа; P d = 155 kPa;

ρд= 1150 кг/м3; ρ d = 1150 kg / m 3 ;

ρа = 1127 кг/м3, ρ a = 1127 kg / m 3 ,

то then

Figure 00000006
а
Figure 00000006
but

Figure 00000007
Figure 00000007

Истинная плотность бурового раствора (плотность без газа) определяется по выражению (1)The true density of the drilling fluid (density without gas) is determined by the expression (1)

Figure 00000008
Figure 00000008

где ρг - плотность газированного раствора при значениях Г об.where ρ g is the density of the carbonated solution at values of G about .

Например , при ρг = 1150 кг/м3 и Г об = 5,947% for example , for ρg = 1150 kg / m3 andG about = 5.947%

Figure 00000009
Figure 00000009

Погрешность определения Г об по уравнению (4) при Δh = 400-500 мм составляет нее более ±0,2%. Более грубо, с погрешностью порядка ±1,0% объемное газосодержание определяется по уравнению (5) по УЭС в сосудах 12, 31:The error in determining G about by equation (4) with Δ h = 400-500 mm is more than ± 0.2%. More roughly, with an error of the order of ± 1.0%, the volumetric gas content is determined by equation (5) by resistivity in vessels 12 , 31 :

Figure 00000010
(5)
Figure 00000010
(5)

где R а - значение удельного электрического сопротивления (УЭС) в измерительных сосудах 31 (при атмосферном давлении P а), Ом∙м; where R a is the value of electrical resistivity (resistivity) in the measuring vessels 31 (at atmospheric pressure P a ), Ohm ∙ m;

R д - значение УЭС в измерительных сосудах 12 (при повышенных давлениях P д), Ом⋅м. R d - resistivity value in measuring vessels 12 (at elevated pressures P d ), Ohm )m.

Например , при R а =2,325 Ом∙м (при 104 кПа абс.) и R д = 2,285 Ом⋅м (при 155 кПа абс.) for example atR but = 2,325 Ohm ∙ m (at 104 kPa abs.) AndR d = 2.285 Ohm⋅m (at 155 kPa abs.)

Figure 00000011
Figure 00000011

Так как температура в измерительных сосудах 12 и 31 одинакова, при использовании отношений внесение температурной поправки в значения R(УЭС) не требуется.Since the temperature in the measuring vessels 12 and 31 is the same, when using relations, the introduction of a temperature correction in the values of R (resistivity) is not required.

Система функционирует все время, пока осуществляется циркуляция бурового раствора. С цельюпредупреждения забивания сетки фильтров 3 шламом каждую минуту осуществляется реверс электродвигателей 10 на время ~1 с для создания обратного импульса давления и очистки сетки фильтров. Данная функция программируется заранее через блоки 39 и 38. При прекращении циркуляции, сигнал о чем поступает с датчиков потока 7, реверс электродвигателей 10 осуществляется на время ~15 с для очистки подсистем от бурового раствора. После этого система переходит в дежурный режим с отключением силовых блоков.The system operates all the time while the circulation of the drilling fluid. In order to prevent clogging of the filter mesh 3 with slurry, electric motors 10 are reversed every minute for a time of ~ 1 s to create a reverse pressure pulse and clean the filter mesh. This function is programmed in advance through blocks 39 and 38. When the circulation ceases, the signal is received from the flow sensors 7, the motors 10 are reversed for a period of ~ 15 s to clean the subsystem of the drilling fluid. After that, the system goes into standby mode with the power units turned off.

В процессе функционирования предлагаемой системы для автоматического измерения объемного газосодержания и вихревой дегазации бурового раствора кроме решения основной задачи определяются и другие параметры, в частности - коэффициент дегазации, определяемый автоматически в непрерывном режиме путем несложных вычислений.During the functioning of the proposed system for automatic measurement of gas volume and vortex degassing of a drilling fluid, in addition to solving the main problem, other parameters are also determined, in particular, the degassing coefficient, which is determined automatically in continuous mode by simple calculations.

Содержание газа в буровом растворе (в см3The gas content in the drilling fluid (in cm 3 / s

Figure 00000012
(6)
Figure 00000012
(6)

где Q ж - расход бурового раствора, подаваемого в дегазатор (датчик 17 на фиг. 1), см3/с; where Q W - the flow rate of the drilling fluid supplied to the degasser (sensor 17 in Fig. 1), cm 3 / s;

Г об - объемноегазосодержание бурового раствора, определенное по выражению (4), %. G about - volumetric gas content of the drilling fluid, determined by the expression (4),%.

Количество газа, поступившего в дегазатор из бурового раствораThe amount of gas entering the degasser from the drilling fluid

Figure 00000013
(7)
Figure 00000013
(7)

где Q ГВС - расход газовоздушной смеси из дегазатора (датчик 26 на фиг.), см3/с. where Q dhw is the flow rate of the gas-air mixture from the degasser (sensor 26 in Fig.), cm 3 / s.

Коэффициент дегазацииDegassing coefficient

Figure 00000014
(8)
Figure 00000014
(8)

Например : for example :

Г об = 9,5%; G about = 9.5%;

Q в = 30 см3/с; Q in = 30 cm 3 / s;

Q ГВС =3000 см3/мин = 50 см3/с; Q dhw = 3000 cm 3 / min = 50 cm 3 / s;

Q ж = 250 см3/с. Q w = 250 cm 3 / s.

ТогдаThen

Figure 00000015
Figure 00000015

Figure 00000016
Figure 00000016

Figure 00000017
Figure 00000017

В результате применения системы для автоматического измерения объемного газосодержания и вихревой дегазации бурового раствора, предлагаемой в качестве изобретения, возможно получение следующихпараметров в реальном времени, имеющих самостоятельное значение (см. табл.).As a result of using the system for automatic measurement of volumetric gas content and vortex degassing of a drilling fluid proposed as an invention, it is possible to obtain the following parameters in real time that have independent significance (see table).

ТаблицаTable

№ п/пNo. p / p Наименование параметраParameter Name На входеAt the entrance На выходеAt the exit 1one Температура бурового раствора до нагреваMud temperature before heating ++ ++ 22 Объемноегазосодержание раствораVolumetric gas content of the solution ++ ++ 33 Плотность бурового раствора Mud density ++ ++ 4four Истинная плотность раствораTrue solution density ++ ++ 55 Проводимость (УЭС) раствораConductivity (resistivity) of the solution ++ ++ 66 Дегазация бурового раствора с определением коэффициента дегазации
Анализ выделившейся газовоздушной смеси с определением:
1. кислорода (O2);
2. углекислого газа (СО2);
3. водорода (H2);
4. сероводорода (H2S)
5. метана (СН4);
6. тяжелых углеводородов (С2+)
Передача ГВС на анализ на хроматографе/масс-спектрометре
Mud degassing with determination of degassing coefficient
Analysis of the evolved air-gas mixture with the determination of :
1. oxygen (O 2 );
2. carbon dioxide (CO 2 );
3. hydrogen (H 2 );
4. hydrogen sulfide (H 2 S)
5. methane (CH 4 );
6. heavy hydrocarbons (C 2+ )
Transfer of hot water for analysis on a chromatograph / mass spectrometer
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+

Наличие перечисленных существенных признаков устройства, предлагаемого в качестве изобретения, позволяет достичь поставленной задачи.The presence of these essential features of the device proposed as an invention, allows to achieve the task.

Предлагаемая система отличается от наиболее близких подвергаемых сравнению устройств целым рядом особенностей, в частности:The proposed system differs from the closest devices subjected to comparison by a number of features, in particular:

- комплексным подходом к решению поставленной задачи, позволяющим перевести статус газового каротажа из качественного метода в количественный, петрофизически обоснованный метод;- an integrated approach to solving the problem, allowing to transfer the status of gas logging from a qualitative method to a quantitative, petrophysically sound method;

- непрерывностью получения информации как по объемномугазосодержанию, так и по дегазации бурового раствора, что существенно повышает разрешающую способность метода газового каротажа;- the continuity of information both on gas volumetric content and on degassing of the drilling fluid, which significantly increases the resolution of the gas logging method;

- значительным повышением надежности работы системы за счет целого ряда заявляемых особенностей, отсутствующих у прототипов. - a significant increase in the reliability of the system due to a number of claimed features that are absent in the prototypes.

Claims (10)

1. Система для автоматического измерения объемного газосодержания и вихревой дегазации бурового раствора, содержащая две аналогичные подсистемы: «На входе в скважину» и «На выходе из скважины», в составе которых: реверсивный насос с электроприводом, два измерительных сосуда под разными давлениями, вихревой дегазатор, струйный насос, блок сбора и обработки информации, силовой блок, выносной газоанализатор, отличающаяся тем, что измерительный модуль, работающий под избыточным давлением, нижней частью через тройник соединен с выходом насоса, а верхней частью через измеритель расхода жидкости соединен со входом вихревого дегазатора; внутри измерительного сосуда находятся объединенные в сборку два датчика давления, датчик температуры и удельного электрического сопротивления; измерительный сосуд, работающий под атмосферным давлением, соединен с насосом через тройник и трубопровод, в нижней части сосуда расположено регулирующее устройство для ограничения расхода жидкости, во внутреннюю трубу подается буровой раствор, а через внешнюю трубу, соединенную с атмосферой, производится эвакуация жидкости через струйный насос, в сопло которого через тройник, трубопровод и регулирующее устройство буровой раствор под давлением подается с выхода насоса; нижняя часть вихревого дегазатора также соединяется со струйным насосом для эвакуации продегазированного бурового раствора, а его верхняя часть через измеритель расхода газовоздушной смеси и вакуум-насос соединена с выносным газоанализатором; измерительные сосуды, измерители расхода, электродвигатель и измерители потока и температуры на входах подсистем соединены электрическими связями с блоком сбора и предварительной обработки информации, осуществляющим функции автоуправления работой подсистемы через силовой блок, а также передачей части функций устройству ручного управления и отображения информации на буровой.1. A system for automatically measuring the volumetric gas content and vortex degassing of a drilling fluid, containing two similar subsystems: “At the entrance to the well” and “At the exit from the well”, which include: a reversible pump with electric drive, two measuring vessels under different pressures, a vortex degasser, jet pump, information collection and processing unit, power unit, remote gas analyzer, characterized in that the measuring module operating under overpressure is connected to the pump outlet via a tee bottom and and upper part of the fluid flow through the meter is connected to the inlet of the vortex degasser; inside the measuring vessel there are two pressure sensors combined in the assembly, a temperature sensor and electrical resistivity; a measuring vessel operating under atmospheric pressure is connected to the pump through a tee and pipe, a regulating device is located in the lower part of the vessel to limit the flow of fluid, drilling fluid is supplied to the inner pipe, and the fluid is evacuated through an external pipe connected to the atmosphere through the jet pump , into the nozzle of which, through a tee, pipeline and control device, the drilling fluid under pressure is supplied from the pump outlet; the lower part of the vortex degasser is also connected to the jet pump to evacuate the degassed drilling fluid, and its upper part is connected to a remote gas analyzer through a gas-air mixture flow meter and a vacuum pump; measuring vessels, flow meters, an electric motor, and flow and temperature meters at the inputs of the subsystems are electrically connected to a data collection and preprocessing unit that performs the functions of automatically controlling the operation of the subsystem through the power unit, as well as transferring some of the functions to the manual control device and displaying information on the rig. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что отборные устройства, размещенные в приемной и подающей трубах, смонтированы на крышках соответствующих люков, на которых размещены индикаторы потока и измерители температуры потока; верхней частью приемные трубы соединены с шаровыми запорными кранами, а на участке трубы до входа в насос расположено нагревательное устройство с необходимым диапазоном интенсивности нагрева входящего бурового раствора.2. The system according to p. 1, characterized in that the selected devices located in the receiving and supply pipes are mounted on the covers of the respective hatches, on which the flow indicators and flow temperature meters are located; the upper part of the receiving pipe is connected to ball shut-off valves, and in the pipe section before entering the pump there is a heating device with the necessary range of heating intensity of the incoming drilling fluid. 3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что измеритель плотности бурового раствора в измерительных сосудах выполнен на двух датчиках давления на диапазон 100 кПа избыточного давления, разнесенных на измерительную базу Δh≥400 мм.3. The system according to claim 1, characterized in that the drilling fluid density meter in the measuring vessels is made on two pressure sensors for a range of 100 kPa overpressure spaced on a measuring base Δh≥400 mm. 4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что измеритель удельного электрического сопротивления в измерительных сосудах выполнен в виде четырехэлектродной системы, электроды которой являются кольцевыми, что обеспечивает объемный охват измерительного объема, а температурная компенсация обеспечивается размещенными там же датчиками температуры.4. The system according to claim 1, characterized in that the resistivity meter in the measuring vessels is made in the form of a four-electrode system, the electrodes of which are circular, which provides volumetric coverage of the measuring volume, and temperature compensation is provided by temperature sensors located there. 5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что взрывозащищенный частотноуправляемый электродвигатель запрограммирован на ежеминутное создание обратного импульса давления продолжительностью 1 с для очистки сетки фильтра и на обратную промывку длительностью 10 с при остановке циркуляции.5. The system according to claim 1, characterized in that the explosion-proof frequency-controlled electric motor is programmed to generate a 1-minute reverse pulse of pressure for 1 second to clean the filter mesh and to backwash for 10 seconds when the circulation stops. 6. Система по п. 1, отличающаяся тем, что нагрев отбираемого бурового раствора устройством обогрева через силовой блок программируется блоком сбора и предварительной обработки информации и поддерживается через датчики температуры в измерительных сосудах в диапазоне 35÷80°С по заданию.6. The system according to claim 1, characterized in that the heating of the selected drilling fluid by the heating device through the power unit is programmed by the information collection and pre-processing unit and maintained through the temperature sensors in the measuring vessels in the range of 35 ÷ 80 ° C as specified. 7. Система по п. 1, отличающаяся тем, что запуск в работу и отключение системы осуществляется через индикаторы потока в местах отбора с появлением или отсутствием сигналов от индикаторов.7. The system according to p. 1, characterized in that the start-up and shutdown of the system is carried out through the flow indicators in the selection points with the appearance or absence of signals from the indicators. 8. Система по п. 1, отличающаяся тем, что в среднюю часть вихревого дегазатора вводится трубка для подачи в вихревой дегазатор воздуха через гидрофобный фильтр и измеритель расхода воздуха, чем обеспечивается поддержание в вихревом дегазаторе атмосферного давления и определение объема газовоздушной смеси (ГВС), выделившейся в вихревом дегазаторе.8. The system according to claim 1, characterized in that a tube is introduced into the middle part of the vortex degasser for supplying air to the vortex degasser through a hydrophobic filter and an air flow meter, which ensures the maintenance of atmospheric pressure in the vortex degasser and determination of the volume of the gas-air mixture (DHW), released in the vortex degasser. 9. Система по п. 1, отличающаяся тем, что вычисление объемного газосодержания бурового раствора производится через отношения плотностей бурового раствора в измерительных сосудах и отношения рабочих давлений в этих сосудах.9. The system according to claim 1, characterized in that the calculation of the volumetric gas content of the drilling fluid is made through the ratio of the density of the drilling fluid in the measuring vessels and the ratio of the working pressures in these vessels. 10. Система по п. 1, отличающаяся тем, что дублирующее вычисление объемного газосодержания бурового раствора производится через отношения удельного электрического сопротивления раствора в измерительных сосудах и отношения рабочих давлений в этих сосудах.10. The system according to claim 1, characterized in that the duplicate calculation of the volumetric gas content of the drilling fluid is made through the ratio of the electrical resistivity of the fluid in the measuring vessels and the ratio of the working pressures in these vessels.
RU2017120101A 2017-06-07 2017-06-07 System for automatic measurement of gas content and vortex degassing of drilling fluid RU2681790C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017120101A RU2681790C2 (en) 2017-06-07 2017-06-07 System for automatic measurement of gas content and vortex degassing of drilling fluid

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017120101A RU2681790C2 (en) 2017-06-07 2017-06-07 System for automatic measurement of gas content and vortex degassing of drilling fluid

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2017120101A3 RU2017120101A3 (en) 2018-12-10
RU2017120101A RU2017120101A (en) 2018-12-10
RU2681790C2 true RU2681790C2 (en) 2019-03-12

Family

ID=64576935

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017120101A RU2681790C2 (en) 2017-06-07 2017-06-07 System for automatic measurement of gas content and vortex degassing of drilling fluid

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2681790C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2783130C1 (en) * 2021-06-09 2022-11-09 Татьяна Викторовна Тарасова Method for determining hydrocarbon emissions from tanks into the atmosphere

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115112845B (en) * 2022-08-23 2022-11-25 中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院 System and method for detecting oil-based drilling fluid performance
CN116792046B (en) * 2023-08-09 2024-02-20 延安金亿通石油工程技术服务有限公司 System for separating, recycling and reutilizing weighting agent based on oil-based drilling fluid

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1492239A1 (en) * 1987-10-14 1989-07-07 Андижанское Специальное Проектно-Конструкторское Бюро Научно-Производственного Объединения "Нефтеавтоматика" Device for automatic measuring of gas content in volume of drilling fluid
RU2310069C2 (en) * 2005-12-26 2007-11-10 Эдуард Евгеньевич Лукьянов System for automatic measuring of volume gas content and real density of drilling fluid
US20110023595A1 (en) * 2007-12-24 2011-02-03 Francis Allouche Compact fluid disposal system and method for surface well testing
RU2011127827A (en) * 2011-07-06 2013-01-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" SYSTEM OF DEGASATION, AUTOMATIC MEASUREMENT OF VOLUME GAS CONTENT AND TRUE DENSITY OF THE DRILLING Mud
WO2013112274A1 (en) * 2012-01-26 2013-08-01 Halliburton Energy Services, Inc. Systems, methods and devices for analyzing drilling fluid
RU2499247C1 (en) * 2012-03-01 2013-11-20 Общество с ограниченной ответственностью "ГЕОТЕК-ГРУПП" Device to determine quantity of gases in liquid

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1492239A1 (en) * 1987-10-14 1989-07-07 Андижанское Специальное Проектно-Конструкторское Бюро Научно-Производственного Объединения "Нефтеавтоматика" Device for automatic measuring of gas content in volume of drilling fluid
RU2310069C2 (en) * 2005-12-26 2007-11-10 Эдуард Евгеньевич Лукьянов System for automatic measuring of volume gas content and real density of drilling fluid
US20110023595A1 (en) * 2007-12-24 2011-02-03 Francis Allouche Compact fluid disposal system and method for surface well testing
RU2011127827A (en) * 2011-07-06 2013-01-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" SYSTEM OF DEGASATION, AUTOMATIC MEASUREMENT OF VOLUME GAS CONTENT AND TRUE DENSITY OF THE DRILLING Mud
WO2013112274A1 (en) * 2012-01-26 2013-08-01 Halliburton Energy Services, Inc. Systems, methods and devices for analyzing drilling fluid
RU2499247C1 (en) * 2012-03-01 2013-11-20 Общество с ограниченной ответственностью "ГЕОТЕК-ГРУПП" Device to determine quantity of gases in liquid

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2783130C1 (en) * 2021-06-09 2022-11-09 Татьяна Викторовна Тарасова Method for determining hydrocarbon emissions from tanks into the atmosphere
RU2798916C1 (en) * 2023-02-14 2023-06-28 Общество с ограниченной ответственностью "Газпромнефть - Ноябрьскнефтегазгеофизика" (ООО "Газпромнефть - ННГГФ") Device and method for automated measurement of drilling fluid parameters

Also Published As

Publication number Publication date
RU2017120101A3 (en) 2018-12-10
RU2017120101A (en) 2018-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110541704B (en) Method for evaluating staged water yield of compact oil multi-stage fracturing well by using tracer
US4635735A (en) Method and apparatus for the continuous analysis of drilling mud
US6454002B1 (en) Method and apparatus for increasing production from a well system using multi-phase technology in conjunction with gas-lift
CN105277660A (en) Apparatus and method for monitoring hydrate decomposition area during different drilling and production processes
EP3685004B1 (en) Degassing and analyzing drilling fluid
CN110439552B (en) Multiphase flow fidelity sampling device and multiphase flow fidelity sampling method based on well drilling
US11573215B2 (en) Analysis of gas in drilling fluids
US20130319104A1 (en) Methods and systems of collecting and analyzing drilling fluids in conjunction with drilling operations
CN109612907A (en) Fractured coal and rock testing permeability experimental rig and method
CN103510893A (en) Well drilling device and method for controlling bottom hole pressure by monitoring flow
AU2010321680A1 (en) System for analysing gas from strata being drilled under high mud flows
RU2681790C2 (en) System for automatic measurement of gas content and vortex degassing of drilling fluid
CN102539296A (en) Method and special device for hydrate deposit seepage flow test
CN109296343A (en) A kind of gas well mining technology assessment system integration and method
US4694692A (en) Drilling fluid density measurement system
CN110630229A (en) Device and method for evaluating hydrate exploitation output based on ultrasonic waves and sand prevention screen
Cartellieri et al. Fluid Analysis and Sampling-The Next Big Step for Logging While Drilling Tools
AU2014292239B2 (en) Fluid loss sensor and method
RU2310069C2 (en) System for automatic measuring of volume gas content and real density of drilling fluid
CN104963663A (en) Large liquid measure constant pressure displacement indoor physical simulation experiment device
CN104197996B (en) A kind of tandem double pressure drilling fluid density and mass flow detecting system
RU2748179C2 (en) Applying pressure signal to determine annular space volume
RU2454535C1 (en) Method for determining well operating parameters to gas-collecting system
CN104963664A (en) Large-liquid-amount constant-pressure displacement indoor physical simulation experiment method
RU54089U1 (en) SYSTEM FOR AUTOMATIC MEASUREMENT OF VOLUME GAS CONTENT AND TRUE DENSITY OF THE DRILLING Mud