Смесительное устройство и способ использования этого устройства

СМЕСИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭТОГО УСТРОЙСТВА Предложены устройство (1) и способ введения добавки в буровой раствор, используемый при бурении нефтяной скважины. Устройство (1) включает смесительную камеру (3), с которой по потоку текучей среды связаны входной трубопровод (5) для бурового раствора, выходной трубопровод (7) для бурового раствора и по меньшей мере один дозатор (9, 9') добавки,причем дозатор (9, 9') выполнен с возможностью подачи добавки из контейнера (11, 11') в смесительную камеру (3) и с возможностью создания непроницаемого под давлением барьера между смесительной камерой (3) и контейнером (11, 11'), а также включает насосный агрегат(13), расположенный ниже смесительной камеры (3) по потоку, выполненный с возможностью всасывания бурового раствора в смесительную камеру (3). Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к смесительному устройству и способу использования этого устройства. Изобретение в особенности относится к устройству и способу введения добавки в буровой раствор, используемый при бурении нефтяной скважины. Термином "буровой раствор" в настоящем документе обозначается текучая среда, используемая для смазки и охлаждения бурильной головки, для вывода бурового шлама из скважины и для обеспечения управления скважиной. Предшествующий уровень техники Специалистам известно, что добавки для буровых растворов могут быть в жидкой форме, а также в форме сухих порошков. Буровые растворы, применяемые при бурении нефтяных скважин, должны быть оптимизированы по различным параметрам, включая такие, как удельный вес и вязкость, но не ограничиваясь ими. Обычно буровой раствор, выводимый из скважины вместе со шламом, после прохождения очистки от материала с крупностью выше определенного размера частиц вновь закачивается в скважину для повторного использования. Желательно, однако, проведение анализа бурового раствора с возможной регулировкой его состава для достижения оптимальных свойств раствора. Как известно, для введения добавки в буровой раствор применяется центробежный насос, создающий поток бурового раствора в так называемое смесительное устройство, или попросту в "смеситель". Смеситель включает насадку в виде трубки Вентури. Когда буровой раствор с большой скоростью подается в смеситель центробежным насосом, в смесителе возникает пониженное давление. Это пониженное давление создает эффект всасывания добавок из одного или нескольких контейнеров в смесительную камеру, где добавки смешиваются с буровым раствором. Таким образом, ведение добавок основано на так называемом принципе Вентури, хорошо известном специалистам. Однако ведение добавок в буровой раствор с использованием центробежного насоса для реализации упомянутого принципа Вентури имеет значительные недостатки. Для достижения достаточно эффективной работы трубки Вентури буровой раствор должен закачиваться в смеситель под определенным давлением и с определенным расходом, зависящим от конструкции трубки Вентури, а не от существующей в некоторый момент времени потребности в буровом растворе. Центробежный насос требует наличия положительного давления на стороне всасывания и такого расположения смесителя, чтобы буровой раствор после смесителя стекал под действием сил тяжести,например, в контейнер для хранения. Это значит, что контейнер для хранения должен быть расположен по уровню ниже смесителя и что контейнер, из которого буровой раствор подается в центробежный насос, должен быть расположен по уровню выше центробежного насоса. Такие физические требования к размещению оборудования очень часто приводят к тому, что это размещение оказывается неоптимально,например, с точки зрения расположения центра масс и желательности занятия как можно меньше места на буровой установке. Опыт показывает, что в трубах ниже смесителя по потоку течение бурового раствора иногда затормаживается. Такое торможение может быть связано с засорением трубы и/или с тем, что центробежный насос подает больше бурового раствора, чем могут отвести трубы. Это торможение приводит к тому, что буровой раствор начинает вытекать из смесителя через его всасывающую трубу, нанося серьезный вред персоналу и окружающей среде. Таким образом, традиционные смесители представляют значительную угрозу для здоровья работающих и безопасности проведения работ. Сущность изобретения Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы устранить или уменьшить по меньшей мере один из недостатков традиционных устройств. Решение этой задачи в настоящем изобретении достигается благодаря признакам, приведенным в описании и формуле изобретения. Согласно первому аспекту настоящего изобретения предлагается устройство для введения добавки в буровой раствор, используемый при бурении нефтяной скважины, включающее смесительную камеру, с которой по потоку текучей среды связаны входной трубопровод для бурового раствора, выходной трубопровод для бурового раствора и по меньшей мере один дозатор добавки,причем этот дозатор добавки выполнен с возможностью подачи добавки из контейнера в смесительную камеру и с возможностью создания непроницаемого под давлением барьера между смесительной камерой и контейнером; насосный агрегат, расположенный ниже по потоку относительно смесительной камеры и выполненный с возможностью всасывания бурового раствора через смесительную камеру. Смесительная камера с входным и выходным трубопроводами для бурового раствора и соединительными трубопроводами к каждому из дозаторов герметичны в отношении окружающей среды. Благодаря этому насосный агрегат создает пониженное давление в трубопроводе выше по потоку. В результате добавка всасывается по меньшей мере из одного дозатора в смесительную камеру. Обеспечивает преимущество оснащение дросселем расположенной выше по потоку части смесительной камеры. Дроссель предпочтительно выполнен регулируемым, чтобы можно было получить желаемое пониженное давление в смесительной камере. Дроссель может даже быть помещен в самом входном трубопроводе для бурового раствора около смесительной камеры. Предпочтительно использование так называемого дозатора объемного дозирования. Обеспечивает преимущество использование в качестве насосного агрегата так называемого объемного насоса. Объмный насос обеспечивает сравнительно точную интенсивность потока, или "расход",при данных оборотах насоса. Частотно управляемый насос обеспечивает преимущество в плане возможностей управления расходом бурового раствора через смесительную камеру. Подходящий тип объемного насоса, зарекомендовавший себя в испытаниях, - так называемый лопастной насос. Обеспечивает преимущество помещение ниже по потоку относительно смесительной камеры прибора для отбора и анализа проб бурового раствора, чтобы можно было сравнить полученный результат с заданным или желаемым. Предпочтительно, чтобы все работы или часть работ по отбору, анализу и оценке проб были автоматизированы общеизвестным способом с использованием программного обеспечения и компьютера. Обеспечивает преимущество автоматизация управления подачей добавки (добавок) на основе информации о результатах упомянутой оценки и информации о расходе через устройство. Согласно второму аспекту настоящего изобретения предлагается способ введения добавки в буровой раствор, используемый при бурении нефтяной скважины, который включает всасывание бурового раствора через смесительную камеру и подачу добавки по меньшей мере из одного контейнера с помощью дозатора, соединенного с контейнером, причем дозатор создает непроницаемый под давлением барьер между контейнером и смесительной камерой. Краткое описание графических материалов Ниже описан пример предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированный сопроводительной фигурой, на которой показан схематический чертеж устройства для введения добавок согласно изобретению. Следует понимать, что эскиз сделан не в масштабе и что относительные пропорции размеров отдельных частей изображены также без соблюдения правильных соотношений. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения На фигуре позицией 1 обозначено устройство согласно настоящему изобретению. Устройство 1 включает смесительную камеру 3, с которой по потоку жидкости связаны входной трубопровод 5 бурового раствора, выходной трубопровод 7 бурового раствора и восемь дозаторов 9, 9'. Дозаторы 9, 9' по потоку жидкости связаны с соответственными контейнерами 11, 11' добавок. Контейнеры, обозначенные на фигуре позицией 11, могут, например, быть контейнерами для хранения твердофазных, так называемых сыпучих материалов, тогда как контейнеры, обозначенные на фигуре позицией 11', могут, например, быть контейнерами для хранения жидких добавок. Дозаторы 9, 9' выполнены общеизвестным образом для создания не пропускающего под давлением барьера между смесительной камерой 3 и контейнерами 11, 11'. Дозаторы 9, соединенные с контейнерами 11, могут быть, например, объемными дозирующими клапанами общеизвестного типа, пригодными для дозированной выдачи в смесительную камеру 3 требуемого объема твердофазной добавки из контейнера 11. Дозаторы 9', соединенные с контейнерами 11', могут быть, например, игольчатыми клапанами общеизвестного типа, пригодными для дозированной выдачи в смесительную камеру 3 требуемого объема жидкой добавки из контейнера 11'. Ниже по потоку относительно смесительной камеры 3 помещен насосный агрегат 13, обеспечивающий всасывание бурового раствора через смесительную камеру 3. Специалисту понятно, что для достижения наилучшего эффекта всасывания часть устройства 1, расположенная выше по потоку относительно насосного агрегата 13, должна быть герметична в отношении окружающей среды. Во входной части, расположенной выше по потоку, смесительная камера 3 оснащена дросселем 4. Дроссель 4 может быть с фиксированным или регулируемым сужением. При оснащении устройства регулируемым дросселем 4 пониженное давление в смесительной камере 3 может регулироваться соответственно потребностям, имеющимся в данный момент времени. В показанном варианте осуществления устройство 1 помещено в трубном контуре, включающем возвратный трубопровод 15, соединенный с промежуточным контейнером 17. На профессиональном жаргоне такой промежуточный контейнер 17 бурового раствора часто называют "смесительным баком". Этот промежуточный контейнер, или смесительный бак, 17 оснащен трубопроводом 19 подачи бурового раствора и трубопроводом 21 слива бурового раствора. Следует понимать, что как подающий трубопровод 19, так и сливной трубопровод 21 оснащены каждый клапаном (не показан), чтобы можно было перекрывать соединение по потоку со смесительным баком 17. Буровой раствор, выведенный из скважины и очищенный от шлама, и, возможно, новый буровой раствор подаются в смесительный бак 17 по подающему трубопроводу 19. Этот подаваемый буровой раствор можно считать "необработанным". Составление бурового раствора или регулировка его характеристик, как правило, включает следующие шаги: в смесительный бак 17 по подающему трубопроводу 19 закачивают требуемое количество необработанного бурового раствора; исходя из замеренных или известных свойств подаваемого бурового раствора, с учетом требуемых свойств, определяют потребность в добавке (добавках). Например, можно взять пробы бурового раствора из смесительного бака 17 или из любой точки трубопроводов 5, 7, 15; насосный агрегат 13 всасывает буровой раствор из смесительного бака 17 через смесительную камеру 3, в это время соответствующие дозаторы 9, 9' работают, выдавая дозы добавок; буровой раствор с введенной добавкой (добавками) подается вниз по потоку от насосного агрегата 13 через возвратный трубопровод 15 обратно в смесительный бак 17. Пробы берут с установленной периодичностью в одной или нескольких упомянутых выше точках; когда требуемое количество бурового раствора приобретает желаемые свойства, буровой раствор может быть слит через сливной трубопровод 21 и вновь направлен в скважину. Следует понимать, что в некоторых случаях для достижения желаемых свойств бурового раствора может быть необходимо несколько раз прогнать буровой раствор, находящийся в смесительном баке 17,через устройство 1. Устройство 1 согласно настоящему изобретению очень хорошо подходит для автоматизации. Специалистам известно, что существует оборудование для практически непрерывного анализа бурового раствора, например, при его течении по трубопроводам 5, 7, 15 или нахождении в смесительном баке 17. Результаты этого анализа могут быть переданы в компьютер (не показан), который сравнивает замеренные результаты с заранее введенными значениями. При наличии расхождений между заданными и замеренными величинами компьютер может рассчитать потребность введения одной или нескольких добавок. Соответствующие сигналы могут быть выданы в систему управления (не показана) дозаторов 9, 9', и дозировка отрегулирована в соответствии с расходом бурового раствора через смесительную камеру 3. Расход бурового раствора может быть замерен или рассчитан, если известна скорость вращения объемного насосного агрегата 13. Обеспечивает преимущество использование в качестве смесительного бака 17 закрытого контейнера. Также обеспечивает преимущество использование для хранения добавок закрытых контейнеров 11,11'. Так как устройство 1 герметично по жидкости в отношении окружающей среды, весь процесс составления бурового раствора или регулировки его характеристик осуществляется в замкнутой системе. Это дает значительные преимущества в плане безопасности зоны работ. Если в возвратном трубопроводе 15 ниже по потоку относительно насосного агрегата 13 произойдет блокировка или торможение потока жидкости, расход жидкости через смесительную камеру 3 прекратится и понижение давления будет уменьшаться, стремясь к нулю. Однако даже при продолжении работы насосного агрегата 13 избыточного давления в смесительной камере 3 возникнуть не может. Тем самым снимается проблема прорыва бурового раствора через устройство 1. На фиг. 1 устройство 1 показано в соединении со смесительным баком 17. Однако буровой раствор может быть доведен до желаемых или заданных кондиций также и без использования изображенного бака 17. К примеру, входной трубопровод 5 бурового раствора может быть соединен с источником (не показан) "необработанного" бурового раствора, а возвратный трубопровод 15 ниже по потоку относительно насосного агрегата может быть соединен с расположенной выше по потоку ветвью системы циркуляции (не показана) бурового раствора. Упомянутый источник необработанного бурового раствора, как правило, соединяется с очистным устройством, предназначенным для отделения от бурового раствора шлама, вынесенного из скважины. В одном из вариантов осуществления входной трубопровод 5 соединяется с так называемым "дегазатором". Если устройство 1 выполнено без использования смесительного бака 17, анализ бурового раствора должен проводиться в точке выше по потоку относительно смесительной камеры 3. В этом плане обладает преимуществом описанная выше автоматическая система анализа и дозирования. Специалисту понятно, что устройство и способ согласно настоящему изобретению обладают значительными преимуществами в сравнении с известными устройствами и способами, применяемыми для введения добавки в буровой раствор. Эти преимущества охватывают как возможности управления расходом через смесительную камеру посредством управления насосными агрегатами 13, так и почти устраненную опасность перелива бурового раствора из устройства 1 или так называемого "затопления", которое может причинить вред персоналу и окружающей среде. Кроме того, устройство 1 согласно настоящему изобретению и подсоединенные контейнеры 17 с жидкостью, если таковые имеются, располагаются оптимально в плане минимума занимаемого пространства и/или расположения центра масс и не требуют подъема относительных уровней насоса и контейнеров. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство (1) для введения добавки в буровой раствор, используемый при бурении нефтяной скважины, отличающееся тем, что устройство (1) включает закрытую смесительную камеру (3), с которой по потоку текучей среды связаны входной трубопровод (5) для бурового раствора, выходной трубопровод (7) для бурового раствора и по меньшей мере один дозатор (9, 9') добавки, причем дозатор (9, 9') выполнен с возможностью подачи, в открытом положении,добавки из контейнера (11, 11') в смесительную камеру (3) и с возможностью создания, в закрытом положении, непроницаемого под давлением барьера между смесительной камерой (3) и контейнером (11,11'); насосный агрегат (13), расположенный ниже по потоку относительно смесительной камеры (3) и выполненный с возможностью создания пониженного давления в смесительной камере (3) таким образом, чтобы и буровой раствор, и добавка всасывались в смесительную камеру (3) и через нее, когда дозатор (9, 9') находится в открытом положении. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что часть смесительной камеры (3), расположенная выше по потоку, оснащена дросселем (4). 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что дроссель (4) выполнен регулируемым. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что насосный агрегат (13) представляет собой объмный насос. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что насосный агрегат (13) имеет частотное управление. 6. Устройство по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что устройство (1) оснащено прибором для автоматизированного отбора проб, анализа и оценки бурового раствора. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что прибор, по меньшей мере, для отбора проб и анализа бурового раствора расположен ниже по потоку относительно смесительной камеры (3). 8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что прибор, по меньшей мере, для отбора проб и анализа бурового раствора расположен выше по потоку относительно смесительной камеры (3). 9. Устройство по одному из пп.6-8, отличающееся тем, что оно обеспечивает автоматическое управление подачей добавки (добавок) на основе информации о результатах оценки и информации о расходе через насосный агрегат (13). 10. Способ введения добавки в буровой раствор, используемый при бурении нефтяной скважины,отличающийся тем, что включает следующие шаги: создают пониженное давление в смесительной камере (3) с помощью насосного агрегата (13); всасывают буровой раствор через смесительную камеру (3) с помощью насосного агрегата (13) и управляют подачей добавки по меньшей мере из одного контейнера (11, 11') с помощью дозатора(9, 9'), выполненного с возможностью перевода между закрытым положением, в котором дозатор (9, 9') создает непроницаемый под давлением барьер между контейнером (11, 11') и смесительной камерой (3),и открытым положением, в котором добавка всасывается из контейнера (11, 11') в смесительную камеру(3). 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что введением добавки (добавок) автоматически управляют на основе информации о результатах замеров и анализа бурового раствора выше по потоку и/или ниже по потоку относительно смесительной камеры (3) и информации о расходе через устройство (1).