Системы контроля за процессом бурения, схема гидравлического индикатора веса

«Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности» (М., 1998), п. 2.7.1.2, предусматривают при бурении постоянный контроль и регистрацию веса на крюке, нагрузки на долото, крутящего момента на роторе, давления на стояке, плотности бурового раствора, его расхода на входе и выходе из скважины и уровня в приемных емкостях.

Вес на крюке и нагрузка на долото. Эти параметры измеряются с помощью приборов, называемых индикаторами веса, которые могут быть гидравлическими (ГИВ) или электрическими (ЭИВ). Датчик индикатора веса устанавливается на неподвижном конце талевого каната или на приспособлении для его крепления к фундаменту буровой. Фактически индикатор веса измеряет силу натяжения талевого каната, на котором подвешены подвижный блок талевой системы и бурильный инструмент.

Рис. 5. Схема гидравлического индикатора веса ГИВ-6.

Схема гидравлического индикатора веса показана на рис. 5. Датчиком прибора служит установленный на талевом канате 1 трансформатор давления 2. ГИВ включает два показывающих манометра 3 и 4 и один записывающий 5, гидравлически связанных с трансформатором трубкой 7, которая в свою очередь соединена с пресс-бачком 6 через запорный вентиль 8. Вся система заполнена специальной незамерзающей жидкостью и монтируется на панели 9. Один манометр имеет шкалу от 0 до 100, а другой манометр (верньер) имеет только деления. При повороте стрелки основного прибора на одну сотую шкалы стрелка верньера поворачивается на 18°, что позволяет бурильщику легко наблюдать за изменениями нагрузки на талевую систему и вышку.

Трансформатор преобразует натяжение каната в давление жидкости. Для этого канат 1 пропускают между роликами трансформатора 2 с изгибом. При натяжении канат стремится выпрямиться, давит на подвижную тарелку трансформатора, которая отделена от жидкости мембраной, и создает давление в системе.

На рис. 6 изображен электрический датчик нагрузки на крюке. Принцип действия датчика основан на измерении силы натяжения талевого каната на "мертвом" конце с применением тензометрического датчика усилий. Датчик также устанавливается на неподвижном конце талевого каната.

Рис. 6. Электрический датчик нагрузки на крюке.

Крутящий момент на роторе.Датчик, изображенный на рис. 7 определяет крутящий момент на роторе с помощью тензометрического преобразователя усилий, преобразующего усилие стола ротора напряжение электрического тока величиной 0…5В. Датчик устанавливается как стягивающее звено между основанием и роторным столом.

Рис. 7. Датчик крутящего момента на роторе.

Плотность бурового раствора. Датчик (рис. 8) крепится с помощью крепёжного приспособления к верхней кромке ёмкости, подвешенная гиря опускается в ПЖ. Работа датчика основана на измерении выталкивающей силы, действующей на гирю, погруженную в буровой раствор, с применением тензометрического датчика усилий (линейного перемещения). Величина перемещения изменяется пропорционально плотности ПЖ.

Расход бурового раствора.Индикатор (рис. 9) устанавливается на стенке желоба с помощью крепёжного приспособления, прилагаемого к датчику. Расход измеряется по величине угла отклонения измерительной лопатки индуктивного датчика.

Рис. 9. Датчик расхода бурового раствора.

Уровень бурового раствора в приемных емкостях. Датчик (рис. 10) крепится к верхней кромке приемной ёмкости с помощью прилагаемого крепёжного приспособления; поплавок опускается в промывочную жидкость в середине ёмкости. Уровень в емкости измеряется по углу отклонения штока с поплавком. Возможна перенастройка диапазонов измерений в широких пределах.

Рис. 10. Датчик уровня бурового раствора в приемных емкостях.

Для непрерывного контроля и регистрации технологических параметров процесса бурения с целью оперативного управления бурением и оптимальной, безаварийной проводки скважины применяются станции контроля процесса бурения, например, Леуза-2 (НПФ «Геофизика»). В их состав входят вышеперечисленные датчики, а также пульт бурильщика, рабочее место оператора, а также технические средства и ПО для передачи данных с буровой.