Состояние разработок по автоматизации процесса бурения
Состояние разработок по автоматизации процесса бурения
Состояние разработок по автоматизации процесса бурения
По
имеющимся данным, созданием систем автоматизированного управления процессом
бурения в последнее время занимаются также зарубежные фирмы. Японская фирма
“Кокэн Боринг Машин Ко” разрабатывает буровые станки с компьютерным управлением
с 1979 г. Например, в 1981 г. был разработан буровой станок СВК-К-10А с
программным управлением. Эта модель представляет собой малогабаритный
гидравлический станок со встроенной микро-ЭВМ, который предназначен для
геологической съемки и бурения цементировочных скважин глубиной до 100 м при
постройке дамб и плотин. Разработчики обоснованно считают, что эффективность и
безопасность бурения значительно зависят от квалификации оператора-бурильщика.
Поэтому цель разработки бурового станка со встроенной ЭВМ состоит в обеспечении
высокой надежности, эффективности и безопасности работы при бурении станком
независимо от квалификации бурильщика и, тем более, в открытии возможности
автоматического бурения станком скважины заданной глубины в неизвестных
горно-геологических условиях. Система управления собирает информацию по шести
параметрам и по заданной программе производит оптимальное управление станком
спускоподъемные операции также автоматизированы. Специалисты фирмы утверждают,
что применение станков с программным управлением позволило получить большой
экономический эффект.
В
ФРГ в 1989 г. приступили к оптимизации процессов бурения на основе микроэлектроники
при разработке рудных месторождений скважинами большого диаметра. Начатые
научно-исследовательские опытноконструкторские работы показывают, что их
результаты могут быть использованы и при других видах бурения.
Авторы
считают, что автоматическое регулирование при бурении скважин большого диаметра
позволяет:
.
повысить скорость бурения при снижении удельного износа потребления энергии;
.
создать условия для обслуживания бурового станка одним человеком, обслуживания
одной бригадой нескольких станков;
.
сократить непроизводительное время в начале и конце смены;
.
максимально увеличить скорость бурения при минимизации затрат. В разработке
предусматривается диагностика бурового станка, регистрация и индикация
параметров режимов бурения и некоторых режимов работы. Оптимизацию процесса
бурения намечено осуществить путем адаптивного регулирования с помощью
вычислительных устройств.
В
обзоре, посвященном анализу состояния разведочного бурения и направления его
развития, зарубежные специалисты утверждают, что дальнейшее развитие этого
способа, вероятно, приведет к повышению| производительности, автоматизации
бурового процесса с целью сокращения времени на спускоподъемные операции и
обеспечения адаптивного регулирования параметров бурения с поиском оптимальных
сочетаний скорости подачи, осевой нагрузки, крутящего момента и частоты
вращения бурильной колонны [12]. В Специальном проектно-конструкторском бюро
буровой автоматики (СПКББА) на базе ЭВМ среднего класса разработана станция
автоматической оптимизации и геолого-технологического контроля бурения глубоких
скважин (САОБ), предназначенная для оперативного управления процессом бурения с
целью его оптимизации, распознавания и предупреждения осложнений и аварийных
ситуаций, ликвидации аварий, автоматического сбора, обработки, накопления и
выдачи геолого-технологической и техникоэкономической информации о процессе
бурения глубоких скважин на нефть и газ.
Основные
функции станции следующие: оптимизация режимов бурения, обеспечивающих
достижение экстремального значения критерия оптимальности (максимум рейсовой
скорости или проходки на долото, минимум стоимость 1 м проходки); корректировка
выбранного оптимального режима бурения при изменении условий бурения в процессе
рейса; распознавание на ранней стадии предаварийных и аварийных ситуаций и
вероятностная оценка момента их наступления; накопление, хранение и
представление в различной форме геолого-технологической информации о процессе
бурения, кратной 1 м бурения или рейсу.
Станция
может работать с любыми нефтяными буровыми установками, укомплектованными
необходимым набором технологических датчиков и рассчитанными на бурение
эксплуатационных и поисково-разведочных скважин на нефть и газ глубиной
4000-6500 м. В первую очередь целесообразно использовать станцию на новых площадях
в условиях малой изученности разрезов и недостоверности сходной
геолого-технологической информации об условиях бурения.
Вторая
наиболее значительная разработка, имеющая реальный выход в производство,
автоматическая система управления процессом углубки скважины в оптимальном
режиме (автобурильщик “Узбекистан 2А”), созданная в Методической экспедиции
геолого-экономических исследований. Система включает кабину бурильщика с
размещенным в ней вычислительно-управляющим комплексом, датчики технологических
параметров и исполнительный механизм для управления рычагом тормоза лебедки.
Система предназначена для ведения в автоматическом режиме процесса бурения
роторным и турбинным способами глубоких скважин на нефть и газ серийными
буровыми установками с использованием шарошечных долот. Систему обслуживает
один оператор. Вычислительно-управляющий комплекс включает в себя
вычислительный блок, выполненный на базе серийной микроЭВМ “Электроника С5-12”,
пульт управления, устройства связи с объектом и оператором, представления
информации, формирования управляющих сигналов, ленточный перфоратор ПЛ-150 и
систему питания. Комплекс предназначен для приема и анализа информации о
процессе бурения по сигналам датчиков технологических параметров, а также для
логической и математической обработки ее в соответствии с алгоритмом
управления, формирования информационных и управляющих сигналов и обеспечения
всех устройств системы электропитания.
В
соответствии с алгоритмом управления система производит взвешивание бурового
инструмента, приработку долота, поиск эффективного значения осевой нагрузки на
долото и поддержание ее в процессе бурения. Если дальнейшее бурение
экономически нецелесообразно, то система вырабатывает сигнал об окончании рейса
и прекращает подачу инструмента. Кроме того, система обеспечивает безаварийное
бурение, своевременно определяя износ опоры шарошечного долота. Сведения о ходе
процесса бурения и режимах работы оборудования выдаются бурильщику с помощью
стрелочных приборов, цифровой индикации, светящихся транспарантов, а также
фиксируются на перфоленте, которая может быть исходным документом для
формирования информационного банка и служит контрольным документом, объективно
представляющим состояние бурового инструмента и оборудования и отображающим
работу буровой бригады.
Система
предназначена для бурения скважин глубиной 3500-4000 м. Потребляемая мощность
не более 0,5 кВт. Как показали результаты промысловых испытаний, применение
системы позволяет сократить расход долот и время проводки скважины на 15-20%
при обеспечении полной безаварийности.
Фирмой
“Даймэнт Боарт” создана гидрофицированная установка с подвижным вращателем и
трубодержателем, в управлении которой использован микропроцессор [13]. С
помощью микропроцессора координируется функционирование элементов гидроуправления,
выполняются расчеты различных операций и контролируется их соответствие
предварительно принятым заданиям. При спускоподъемных операциях микропроцессор
синхронизирует последовательность срабатывания гидропатрона вращателя и
трубодержателя, перемещение вверх и вниз и контролирует интервалы времени между
прохождением последовательных сигналов.
Возможно
расширение функций системы управления: полное воспроизведение различных
программ, заранее отработанных экспериментально; защита по максимальному крутящему
моменту при свинчивании и развинчивании бурильных труб; ограничение по
предельной осевой нагрузке во время бурения, что повышает надежность бурильной
колонны и т. д. Предусматриваются регистрация и обработка информации о процессе
бурения, которая затем будет использована для интерпретации этого процесса и
геологического разреза.
Для
бурения геологоразведочных скважин на твердые полезные ископаемые разработана
система автоматизированной оптимизации управления технологическим процессом
бурения САОПБ-1. Система предназначена для автоматического управления
технологическим процессом бурения скважин алмазным породоразрушающим
инструментом по заданной оптимальной углубке коронки за оборот или заданной
механической скорости и может применяться на всех буровых станках с
гидравлической системой подачи, используемых при алмазном бурении.
Практически
система представляет собой аналоговый регулятор и отличается от известных
высокой надежностью и эффективностью, которые зависят от правильного выбора в
каждом конкретном случае углубки коронки за оборот, задаваемой бурильщиком
(технологом). При несоответствии заданной углубки (скорости бурения) условиям
бурения, т.е. в случае превышения заданной скорости бурения, оптимальной для
данных условий, срабатывает защита по потребляемой мощности или давлению
бурового раствора в нагнетательной линии промывочного насоса и происходит
автоматический “подрыв” инструмента. Частое повторение описанной ситуации
служит сигналом о необходимости уменьшения заданной углубки за оборот. Оптимальные
величины задаваемой углубки за оборот для каждой системы (горная
порода-коронка) выбирают по специальной, ранее разработанной, диаграмме либо
определяют опытным путем по специальной методике в процессе бурения.
Безусловной
заслугой разработчиков является то, что они первыми на базе большого объема
бурения доказали преимущества автоматизированного управления процессом
алмазного бурения.
Недостаток
системы - ограниченная способность к совершенствованию, что присуще всем
аналоговым решениям. Введение элементов адаптации, совершенствование алгоритмов
управления повлечет за собой большие трудности и, следовательно, удорожание
системы.
В
начале 1999 г. Московское специальное конструкторское бюро геофизического
приборостроения и информатики "Ореол" выпустила систему
технологического контроля параметров бурения "СГТ-микро". Система
рекомендована Госгортехнадзором РФ для внедрения во всех буровых предприятиях,
в первую очередь, как оборудование для обеспечения безопасности ведения буровых
работ и предотвращения аварий.
Система
"СГТ-микро" по функциональным возможностям аналогична подобным
средствам, выпускаемым известной фирмой "Мартин-Декер". Стоимость
"СГТ-микро" в 4-6 раз меньше, а с учетом затрат на обучение
персонала, профилактические обслуживание и ремонт, вызов специалистов при
возникновении нештатных ситуаций и т. п., стоимостное отношение еще более
возрастает в пользу "СГТ-микро".
Список литературы
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.nashstroy.ru
|