Аналитический обзор технических средств оперативного контроля плотности буровых растворов

Калёнов Сергей Андреевич

аспирант, ТюмГНГУ ИКИС, г. Тюмень

E-mail:

В настоящее время при проведении геолого-технологических исследований в течение всего времени строительства скважины все больше внимания уделяется оперативному контролю параметров бурового раствора, так как их изменение происходит непрерывно в течение всего времени циркуляции промывочной жидкости (ПЖ). Одним из таких параметров является плотность бурового раствора. Для оперативного контроля плотности широко применяются вибрационные, диффманометрические, весовые, а так же ареометрические и радиоактивные датчики плотности. [4]

Датчик плотности ПЖ ИПБ-1К

Предназначен для непрерывного бесконтактного измерения плотности жидких сред и пульп в трубопроводах и различных технологических установках, используемых в горнодобывающей, химической, нефтегазовой, металлургической, целлюлозно-бумажной и других отраслях промышленности.

Принцип действия прибора основан на регистрации изменений потока ионизирующего излучения, вызванных изменением плотности контролируемой среды.

Промышленная эксплуатация прибора не подлежит контролю Госатомнадзора и СЭС, т. к. используемые совместно с прибором источники ионизирующего излучения, вследствие их малой активности, не требуют регистрации и разрешения на их применение. [3]

В зависимости от типа и исполнения блока детектирования и вида излучателя прибор имеет пять модификаций. Технические характеристики приборов (по данным [5]) приведены в таблице 1.

Таблица 1

Технические характеристики ИПБ-1К

Рассматриваемый прибор (и его модификации) обладает высокой точностью измерения и широким диапазоном рабочих температур, однако, имеет большой вес, в связи с чем вызывает затруднения в случае необходимости ускоренного монтажа на буровой установке и требует осторожности при транспортировке и эксплуатации. Несмотря на то, что датчик способен с высокой точностью определять плотность промывочной жидкости в нагнетательной линии, нет возможности его применения при измерении плотности бурового раствора в приемных емкостях, так как движение жидкости нелинейно, в отличие от трубопровода, что приводит к неравномерному распределению ионизированных частиц, регистрируемых блоком детектирования.

Датчик плотности ПЖ ВИП-328-03

Вибрационный датчик плотности предназначен для непрерывного измерения плотности жидкости и преобразования измеренной величины в электрический цифровой сигнал для дистанционной передачи в системы сбора данных геолого-технологических исследований, системы контроля, регулирования и управления технологическими процессами.

ВИП имеет несколько модификаций, рассмотрим две из них:

· ВИП-328-03 – с цифровым выходом 1-wire, предназначенный для работы в составе системы сбора станции ГТИ «Разрез» или «Сириус»;

· ВИП-328-03А – то же, но с дополнительным токовым выходом и внешним блоком питания.

По цифровому интерфейсу ВИП передает два параметра: «Плотность» и «Температура». Численно цифровые коды параметров соответствуют измеренным физическим величинам, соответственно плотности раствора (в г/см³) и температуре раствора (в °С). Технические характеристики приборов (по данным [1]) приведены в таблице 2.

Таблица 2

Технические характеристики ВИП

Вибрационные измерители плотности в приемных емкостях буровых установок обладают рядом таких достоинств, как высокая точность измерений, относительно небольшие габариты и масса, а также простота установки. Все это выгодно отличает их от приборов, использующих другие методы измерения плотности при необходимости оперативного монтажа, однако при больших значениях вязкости ПЖ показания вибрационных плотномеров становятся недостоверными вследствие налипания частиц раствора на чувствительный элемент. При бурении скважин с использованием высоковязких растворов данный недостаток вызывает необходимость проведения частого тех/обслуживания датчика, что приводит к отвлечению инженерно-технического персонала геофизических партий от контроля процесса бурения. Еще одним негативным фактором, влияющим на достоверность показаний, для данных измерителей являются посторонние вибрации, вызванные движущимися частями электроустановок. Часто проблему удается решить установкой резиновых прокладок в местах крепления датчика.

Датчик плотности и температуры ПЖ "КД-3"

Предназначен для измерения плотности и температуры бурового раствора в приемных емкостях.

Содержит преобразователь дифференциального давления и интегральный полупроводниковый преобразователь температуры.

Датчик плотности и температуры бурового раствора КД-3 поставляется с оснасткой для установки и крепления на приёмной ёмкости. Все узлы датчика выполнены из нержавеющей стали или из стали с антикоррозионным покрытием.

Объемная плотность бурового раствора определяется диффманометрическим способом по разности гидростатического давления раствора на постоянной базе измерения, т.к. выходной сигнал преобразователя дифференциального давления пропорционален плотности бурового раствора.

Температура бурового раствора измеряется интегральным полупроводниковым датчиком. Выходные сигналы с первичных преобразователей дифференциального давления и температуры приводятся к стандартной величине с помощью нормирующих усилителей.

Технические характеристики КД-3 ([2]) приведены в таблице 3.

Таблица 3

Технические характеристики датчика плотности и температуры ПЖ "КД-3"

Достоверность показаний датчика плотности КД-3, в отличие от ВИП-328, не подвержена влиянию таких факторов, как вязкость бурового раствора и посторонние вибрации, но сам датчик имеет большие габариты и массу. Несмотря на значительные отличия в массе и размерах КД-3 по сравнению с ВИП-328, оперативность установки КД-3 ненамного ниже. Негативное влияние на точность показаний прибора может оказать необходимость калибровки при установке, так как в этот момент эталонным значением является плотность, измеренная ареометром для буровых растворов, имеющим собственную погрешность. Так же, в ходе эксплуатации датчика требуется периодический контроль корректности показаний с использованием ареометра и калибровка и чистка датчиков в случае расхождения значений. Последнее может быть вызвано попаданием раствора внутрь чувствительных элементов, измеряющих перепад давления.

Аналитический обзор современных датчиков плотности промывочной жидкости, находящейся в емкостях буровых установок, показывает, что все они непосредственно контактируют с измеряемой средой, что приводит к необходимости постоянного контроля корректности показаний вследствие налипания частиц раствора на чувствительные элементы. В настоящее время не существует датчиков бесконтактного измерения плотности ПЖ в приемных емкостях, как, например, ионизационных датчиков плотности. Такие приборы были бы лишены многих недостатков, возникающих из-за хаотичного движения жидкости под действием перемешивателей раствора и по другим причинам. В связи с этим является перспективной разработка новых средств измерения, позволяющих исключить влияние на процедуру и результаты измерений негативных факторов и получения более точных данных для непрерывного оперативного контроля плотности промывочной жидкости.

Существующие электромагнитные датчики измерения плотности твердых сред, таких как бетон и асфальт позволяют точно и быстро, без необходимости взятия проб, анализировать качество асфальтирования и бетонирования, что снижает затраты времени и средств на данный вид работ. Создание датчика плотности буровых растворов основанного на данном методе измерения позволит исключить влияние многих негативных факторов влияющих на точность измерения.

Также актуально создание датчика плотности буровых растворов, основанного на емкостном способе измерения. Емкостной способ измерения различных технологических параметров широко применяется в технике из-за простоты исполнения датчиков на его основе, их дешевизны и надёжности.

Список литературы:

1.Вибрационный измеритель плотности ВИП-328-03, Станция геолого-технологических исследований "СИРИУС" [Электронный ресурс] // ЗАО НПК "ГЕОЭЛЕКТРОНИКА СЕРВИС": [сайт]. 2011. URL: http://www.gelstver.ru/catalog/stancijageologotehnologicheskihissledovanijsi/VIP-328-03 (дата обращения: 28.01.2012)

2.Датчик плотности и температуры бурового раствора в емкости "КД-3" [Электронный ресурс] // ООО НПП "Геосфера": [сайт]. 2007. URL: http://www.geosferatver.ru/datchiki/kd-3/kd-3.php (дата обращения: 28.01.2012)

3.Нормативно-техническая база [Электронный ресурс] // НТЦ "Экофизприбор": [сайт]. 2005. URL: http://www.ecophyspribor.ru/info.htm?id=7 (дата обращения: 09.02.2012)

4.РД 153-39.0-069-01 Техническая инструкция по проведению геолого-технологических исследований нефтяных и газовых скважин: Тверь, 2001. 57 с.

5.Технические характеристики ИПБ-1К [Электронный ресурс] // НТЦ "Экофизприбор": [сайт]. 2005. URL: http://www.ecophyspribor.ru/cat.htm?id=15&id_parent=3 (дата обращения: 09.02.2012)