1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 29630
(51) E21B 45/00 (2006.01)
E21B 3/00 (2006.01)
E21B 44/00 (2006.01)
G01N 9/00 (2006.01)
МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2014/0266.1
(22) 07.03.2014
(45) 16.03.2015, бюл. №3
(72) Билецкий Марианн Теодорович; Касенов
Алмабек Касенович; Батталов Дамир; Шегулов
Дмитрий
(73) Республиканское государственное предприятие
на праве хозяйственного ведения "Казахский
национальный технический университет им. К.И.
Сатпаева" Министерства образования и науки
Республики Казахстан
(56) KZ 25681, кл. Е21В 45/00, 16.04.2012г. №4
(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЛЕКСНОГО
АВТОМАТИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ
УСЛОВНОЙ ВЯЗКОСТИ И ПЛОТНОСТИ
БУРОВОГО РАСТВОРА
(57) Изобретение относится к устройствам для
автоматического измерения условной вязкости и
плотности бурового раствора в ходе бурения
скважин.
Оно позволяет измерительной установкой,
предназначенной для автоматического измерения
условной вязкости производить также измерения
плотности бурового раствора. Это обеспечивается
тем, что мерная воронка измерителя вязкости
смонтирована на калиброванной пружине,
опирающейся на поворотный стол; причем на
воронке закреплен подвижный контакт
установленного на поворотном столе реостата,
выдающего, пропорциональное деформации сжатия
пружины электрическое напряжение; а нормально
замкнутый контакт, на который воздействует
расположенный на хвостовике поплавка кулачок,
размещен на стойке, закрепленной на мерной
воронке, причем напряжение реостата передается на
микросхему, переводящую его в цифровую форму,
характеризующую плотность.
Технический результат состоит в том, что
замеры условной вязкости и плотности бурового
раствора проводятся автоматически одной и той же
измерительной установкой и - в рамках каждого
измерительного цикла - практически одновременно.
(19)KZ(13)A4(11)29630

2. 29630
2
Изобретение относится к области бурения
скважин, а именно к средствам измерения
параметров буровых растворов и, в частности, к
средствам измерения условной вязкости.
Известно [Инновационный патент Республики
Казахстан №25680, бюл. №4 от 16.04.2012, МПК
Е21В 45/00, Е21В 3/00] устройство для измерения
условной вязкости бурового раствора. Устройство
позволяет производить измерения условной
вязкости автоматически с заданной периодичностью
и с передачей результатов измерения на
демонстрационное табло.
Недостаток данного устройства состоит в том,
что оно не позволяет одновременно с вязкостью
измерять также и плотность бурового раствора.
Технической задачей изобретения является
одновременное автоматическое измерение условной
вязкости и плотности бурового раствора
Техническая задача решается путем совмещения
системы измерения вязкости с системой измерения
плотности, содержащей поворотный стол,
способный останавливаться в заданных позициях;
мерную емкость в виде воронки, опирающейся на
стол через калиброванную измерительную пружину;
и реостат, преобразующий деформацию пружины в
напряжение с последующим переводом его в
цифровую форму и передачей на демонстрационное
табло [Инновационный патент Республики
Казахстан №25681, бюл. №4 от 16.04.2012, МПК
Е21В 45/00, Е21В 3/00].
Технический результат состоит в том, что
замеры условной вязкости и плотности бурового
раствора проводятся автоматически одной и той же
измерительной установкой и - в рамках каждого
измерительного цикла - практически одновременно.
Это достигается тем, что мерная воронка
измерителя вязкости опирается на поворотный стол
через калиброванную пружину; причем на воронке
закреплены стойка, поддерживающая нормально
замкнутый контакт, связанный с расположенным на
хвостовике поплавка кулачком, и, кроме того,
подвижный контакт установленного на поворотном
столе реостата, выход которого связан с
микросхемой, переводящей сигнал напряжения в
цифровую форму с передачей максимального
значения в блок памяти и на табло, где оно заменяет
значение, полученное в ходе предшествующего
замерного цикла.
Изобретение поясняется схемой на фиг. 1. Здесь
А - вид сбоку: заполнение воронки раствором и
измерение плотности; Б - вид сбоку: завершение
измерения вязкости; В - вид сверху с
электросхемой; 1 - поворотный стол; 2 -
электродвигатель; 3 - вал; 4 - воронка; 5 -
калиброванная пружина; 6 - поплавок; 7 -
хвостовик; 8 - дисковый кулачок; 9 - центратор; 10 -
раствор; 11, 12 - нормально замкнутые контакты;
13-ниппель с калиброванным отверстием; 14 -
реохорд; 15 - диск реле времени; 16I 16II - кулачки
для возобновления вращения стола, после остановок
в позициях I -“загрузка” и II - “промывка; 17, 18 -
пусковые реле; 19, 20 - якори реле; 21, 22, 23, 24, 25,
26 - нормально-разомкнутые контакты; 27I 27II -
кулачки для остановки вращения стола, в позициях I
и II; 28 - кулачок, воздействующий на контакт 26;
29-контактные кольца для подачи напряжения
питания на поворотный стол и отвода с него
измерительных сигналов; 30 - подвижный контакт;
31 - стойка реостата; 32 - стойка для контакта 11; 33-
канал подачи раствора в воронку; Q1 и Q2- расход
раствора (Q1 > Q2). U - напряжение питания; Up, Uт -
напряжения сигналов плотности и вязкости
соответственно. На фиг.1В крестиками помечены
положения I и II воронки 1
Устройство работает следующим образом.
Кулачковый диск реле времени 15 вращается с
заданной постоянной скоростью синхронным
электродвигателем (например, он может делать 1
оборот в 15 мин). На фиг.1В показана ситуация,
когда кулачок 16I набегает на контакт 22, чтобы его
замкнуть. Но пока еще поворотный стол стоит в
положении I -“загрузка” (заполнение воронки
раствором), т. е. под струей, бегущей из желоба 33.
При этом кулачок 27I нажимает на контакт 12,
держа его в разомкнутом положении (что
гарантирует неподвижность диска 1). Поскольку
поступающий из желоба 33 в воронку 4 расход
раствора выше расхода, вытекающего из ее ниппеля
13, то к рассматриваемому моменту воронка
переполнена раствором, излишки которого через
край воронки стекают в специальный коллектор и
далее в приемный бак бурового насоса. При
прохождении кулачка 16I над контактом 22 и
замыкании последнего напряжение U от источника
будет подано на клеммы реле 17, причем якорь 19
замкнет контакт 21, подав напряжение на двигатель
2 и приведя его во вращение. Кроме того, своим
левым концом якорь 19 поставит реле 17 на
самоблокировку, когда напряжение через контакты
23 и 12 будет продолжать подаваться на реле (а
значит и на двигатель 2) также и после ухода
кулачка 16I с контакта 22 и размыкания последнего.
Следует отметить, что, хотя во время остановки
стола в положении I, контакт 12 был разомкнут
кулачком 27I (как это показано на схеме), но в связи
с тем, что скорость вращения стола превышает
скорость диска 15 реле времени, к моменту, когда
кулачок 16I перестанет замыкать контакт 22,
кулачок 27I уже сойдет с контакта 12, позволив ему
замкнуться. После замыкания контакта 22, спустя
доли секунды, необходимые для отхода воронки из
под струи раствора, кулачок 28 (расположенный под
кулачком 16I) замкнет контакт 26. Напряжение
питания U будет подано на реохорд 14, выходное
напряжение которого (пропорциональное плотности
раствора) поступит в микросхему, где будет
переведено в цифровую форму, а его максимальное
значение (соответствующее деформации сжатия
пружины 5 при воронке доверху наполненной
раствором) будет сохранено в памяти и подано на
табло. Кроме того, при замыкании контакта 26
возбудится и самозаблокируется пусковое реле 18 и
через него с помощью напряжения Uт. запустятся
генератор импульсов и их счетчик. При отходе от
подаваемой через канал 33 струи воронка начнет
опорожняться, тем медленнее, чем выше вязкость

3. 29630
3
раствора, т.е. будет осуществляться процесс
измерения вязкости. В воронке вместе с уровнем
раствора будет опускаться поплавок 6 и его
хвостовик 7 с кулачком 8. После истечения мерного
объема раствора кулачок пройдет над контактом 11
и разомкнет его, обесточив реле 18 и прекратив
подачу напряжения Uт на микросхему. Генератор
импульсов остановится и результат подсчета
импульсов, трансформированный в секунды,
зафиксируется в памяти и поступит на табло в
качестве значения условной вязкости раствора. В
ходе опорожнения воронки пружина 5 будет
распрямляться, и с ней будут подниматься воронка
и контакт реостата, уменьшая выходное напряжение
Up, однако поскольку все последующие значения
этого напряжения меньше первоначального, в
память и на демонстрационное табло будет
продолжать поступать только первоначальное
(максимальное) напряжение. Все описанные
процессы будут происходить во время движения
поворотного стола от положения I в положение II.
Когда же, - через время, достаточное для вытекания
из воронки любого мерного объема, - кулачок 27II
нажмет на контакт 12, стол остановится и воронка
окажется под струей воды, очищающей воронку и
сопутствующие элементы от остатков бурового
раствора. Вращение стола возобновится только при
подходе к контакту 22 кулачка 16II реле времени,
чтобы снова прекратиться в результате воздействия
кулачка 27I на контакт 12. Измерительный цикл
завершен; следующий цикл наступит при очередном
проходе кулачка 16I над контактом 22.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Устройство для комплексного автоматического
измерения условной вязкости и плотности бурового
раствора, содержащее мерную воронку,
установленную на поворотном столе, с
возможностью занимать позиции заполнения
раствором и промывания; реле времени и пусковые
реле, нормально разомкнутые и нормально
замкнутые контакты; поплавок с хвостовиком и
кулачком на нем, а также генератор и счетчик
импульсов, отличающееся тем, что мерная воронка
опирается на поворотный стол через калиброванную
пружину; причем на воронке закреплены
поддерживающая нормально замкнутый контакт
стойка, и подвижный контакт установленного на
поворотном столе реостата, выход которого связан с
аналого-цифровым преобразователем, микросхемой
и далее с блоком памяти и демонстрационным
табло.
Верстка А. Сарсекеева
Корректор К. Нгметжанова