Разработка автоматизированной аппаратуры радиоизотопного контроля параметров промывочной жидкости и цементного раствора

При бурении нефтяных и газовых скважин одним из основных факторов, существенно влияющих на показатели проводки скважины, является правильность подбора плотности бурового раствора. При проводке первых скважин на разведываемых структурах для промывки забоя обычно используют буровые растворы с завышенной плотностью, что нередко приводит к осложнениям и авариям. Следствием завышения плотности бурового раствора являются: гидравлические разрывы пластов и поглощения бурового раствора; газонефтеводопроявления из-за снижения уровня бурового раствора при поглощении; большие перепады давления в системе скважина-пласт, приводящие к прихватам бурильного инструмента в интервалах залегания проницаемых пластов. С другой стороны, снижение плотности буровых растворов за счет уменьшения количества твердой фазы приводит к значительному росту скорости бурения скважин. Кроме того, известно, что существующие средства очистки бурового раствора от выбуренной породы (стандартные вибросита) не дают возможности поддерживать содержание твердой фазы раствора в заданном диапазоне, т.к. происходит увеличение содержания твердой фазы за счет разбуриваемых пород. Это ведет к росту плотности используемого раствора и, как следствие, к снижению скорости бурения [1, 8, 9]. Отсюда очевидна необходимость оперативного контроля таких параметров бурового раствора, как его плотность и количество либо жидкой фазы, либо твердой фазы. Известно также, что плотность бурового раствора при водо-, нефте- и газопроявлениях может падать как за счет разгазирования, так и за счет разбавления раствора пластовой жидко- стью (водой или нефтью) [2, 7]. При этом количество жидкости в единице объема раствора в первом случае уменьшается, а во втором случае увеличивается [5]. В этом случае по количеству жидкости в буровом растворе можно определять его раз-газирование, либо разбавление в самом начале процесса, что вместе с информацией о плотности бурового раствора позволит своевременно принять необходимые меры для предотвращения осложнений и аварий. Несмотря на очевидную необходимость оперативного контроля плотности бурового раствора, а также его влагосо-держания в буровой практике плотность раствора определяется с помощью ареометров (т.е. с отбором проб), причем качество анализа непосредственно зависит от квалификации и добросовестности сотрудника, а в зимних условиях связано с определенными трудностями. Нет автоматизированной системы.

Радиоактивные изотопы и ядерные излучения используются в настоящее время почти во всех отраслях промышленности, причем область их применения расширяется с каждым годом. Одним из наиболее перспективных направлений использова- ния специфических свойств ядерных излучений является создание новых технических средств автоматизации производственных процессов и контроля технологических параметров [3, 10]. Для решения задачи с проблемой контроля плотности и влагосодержания буровых растворов рассматривается применение гамма-метода измерения плотности и нейтронного метода измерения влажности [6, 4].

Разрабатываемая аппаратура представлена на рисунке 1. Гамма-кванты и быстрые нейтроны источников 5 и 4 проходят через трубопровод с буровым раствором и регистрируются соответственно детекторами гамма квантов 5 и детекторами быстрых нейтронов 4; в усилителях-дискриминаторах 6 и 8 из общих импульсных потоков с детектором выделяются импульсы обусловленные первичными гамма-квантами и быстрыми нейтронами; схема 9 осуществляет операцию деления импульсных потоков; цифровые блоки 7 и 10 осуществляют дешифрацию и индикацию импульсных потоков: интегрирующие блоки 11 преобразуют импульсные потоки в постоянный ток; токовые усилители 12.

Рис. 1. Функциональная электрическая схема аппаратуры радиоизотопного контроля плотности и количества жидкости буровых растворов

Результаты данной разработки могут быть использованы непосредственно на практике в ближайшее время, начав обеспечивать беспрерывный контроль параметров промывочной жидкости и цемент- ного раствора, так как одним из основных факторов, существенно влияющих на показатели проводки скважины, является правильность подбора плотности бурового раствора.