Стан розробок з автоматизації процесу буріння

За наявними даними, створенням систем автоматизованого управління процесом буріння останнім часом займаються також зарубіжні фірми. Японська фірма "Кокен Борінг Машин Ко" розробляє бурові верстати з комп'ютерним управлінням з 1979 р. Наприклад, у 1981 р. був розроблений буровий верстат СВК-К-10А з програмним управлінням. Ця модель являє собою малогабаритний гідравлічний верстат з вбудованою мікро-ЕОМ, що призначений для геологічної зйомки і цементіровочних буріння свердловин глибиною до 100 м при будівництво дамб і гребель. Розробники обгрунтовано вважають, що ефективність і безпека буріння значно залежать від кваліфікації оператора-бурильника. Тому мета розробки бурового верстата з вбудованою ЕОМ полягає у забезпеченні високої надійності, ефективності та безпеки праці при бурінні верстатом незалежно від кваліфікації бурильника і, тим більше, у відкритті можливості автоматичного буріння верстатом свердловини заданої глибини в невідомих гірничо-геологічних умовах. Система управління збирає інформацію з шести параметрами і за заданою програмою виробляє оптимальне керування верстатом спускопод'емние операції також автоматизовані. Фахівці фірми стверджують, що застосування верстатів з програмним управлінням дозволило отримати великий економічний ефект.

В ФРН в 1989 р. приступили до оптимізації процесів буріння на основі мікроелектроніки при розробці рудних родовищ свердловинами великого діаметра. Розпочаті науково-дослідні опитноконструкторскіе роботи показують, що їх результати можуть бути використані і при інших видах буріння.

Автори вважають, що автоматичне регулювання при бурінні свердловин великого діаметру дозволяє:

. підвищити швидкість буріння при зниженні питомої зносу споживання енергії;

. створити умови для обслуговування бурового верстата однією людиною, обслуговування однією бригадою декількох верстатів;

. непродуктивне скоротити час на початку і в кінці зміни;

. максимально збільшити швидкість буріння при мінімізації витрат. У розробці передбачається діагностика бурового верстата, реєстрація та індикація параметрів режимів буріння і деяких режимів роботи. Оптимізацію процесу буріння намічено здійснити шляхом адаптивного регулювання за допомогою обчислювальних пристроїв.

В огляді, присвяченому аналізу стану розвідувального буріння та напрямки його розвитку, зарубіжні фахівці стверджують, що подальший розвиток цього способу, ймовірно, призведе до підвищення | продуктивності, автоматизації бурового процесу з метою скорочення часу на спускопод'емние операції та забезпечення адаптивного регулювання параметрів буріння з пошуком оптимальних сполучень швидкості подачі, осьового навантаження, крутного моменту і частоти обертання бурильної колони [12]. У Спеціальному проектно-конструкторському бюро бурової автоматики (СПКББА) на базі ЕОМ середнього класу розроблена станція автоматичної оптимізації і геолого-технологічного контролю буріння глибоких свердловин (САОБ), призначена для оперативного керування процесом буріння з метою його оптимізації, розпізнавання і попередження ускладнень і аварійних ситуацій, ліквідації аварій, автоматичного збору, обробки, накопичення і видачі геолого-технологічної та технікоекономічного інформації про процес буріння глибоких свердловин на нафту і газ.

Основні функції станції наступні: оптимізація режимів буріння, що забезпечують досягнення екстремального значення критерію оптимальності (максимум рейсовий швидкості або проходки на долото, мінімум вартість 1 м проходки); коректування обраного оптимального режиму буріння при зміні умов буріння в процесі рейсу; розпізнавання на ранній стадії передаварійних та аварійних ситуацій і ймовірна оцінка моменту їх настання; накопичення, зберігання і подання в різній формі геолого-технологічної інформації про процес буріння, кратною 1 м буріння або рейсу.

Станція може працювати з будь-якими нафтовими буровими установками, укомплектованими необхідним набором технологічних датчиків і розрахованими на буріння експлуатаційних та пошуково-розвідувальних свердловин на нафту і газ глибиною 4000-6500 м. У першу чергу доцільно використовувати станцію на нових площах в умовах малої вивченості розрізів і недостовірності схожої геолого-технологічної інформації про умови буріння.

Друга найбільш значна розробка, що має реальний вихід у виробництво, автоматична система управління процесом поглиблення свердловини в оптимальному режимі (автобурільщік "Узбекистан 2А"), створена в Методичною експедиції геолого-економічних досліджень. Система включає кабіну бурильника з розміщеним в ній обчислювально-керуючим комплексом, датчики технологічних параметрів і виконавчий механізм для управління важелем гальма лебідки. Система призначена для введення в автоматичному режимі процесу буріння роторним і турбінним способами глибоких свердловин на нафту і газ серійними буровими установками з використанням шарошечні доліт. Систему обслуговує один оператор. Обчислювально-керуючий комплекс включає в себе обчислювальний блок, виконаний на базі серійної мікроЕОМ "Електроніка С5-12", пульт керування, пристрої зв'язку з об'єктом і оператором, подання інформації, формування сигналів, стрічковий перфоратор ПЛ-150 і систему харчування. Комплекс призначений для прийому та аналізу інформації про процесі буріння за сигналами датчиків технологічних параметрів, а також для логічної та математичної обробки її відповідно до алгоритму управління, формування інформаційних і керуючих сигналів і забезпечення всіх пристроїв системи електроживлення.

В відповідно до алгоритму управління система виробляє зважування бурового інструменту, приробітку долота, пошук ефективного значення осьового навантаження на долото і підтримання її в процесі буріння. Якщо подальше буріння економічно недоцільно, то система виробляє сигнал про закінчення рейсу і припиняє подачу інструменту. Крім того, система забезпечує безаварійне буріння, своєчасно визначаючи знос опори шарошечні долота. Відомості про хід процесу буріння і режими роботи устаткування видаються бурильника за допомогою стрілочних приладів, цифрової індикації, що світяться, транспарантів, а також фіксуються на перфострічці, яка може бути вихідним документом для формування інформаційного банку і служить контрольним документом, об'єктивно представляє стан бурового інструменту та обладнання і відображає роботу бурової бригади.

Система призначена для буріння свердловин глибиною 3500-4000 м. Потужність споживання не більше 0,5 кВт. Як показали результати промислових випробувань, застосування системи дозволяє скоротити витрату доліт і час проводки свердловини на 15-20% при забезпеченні повної безаварійності.

Фірмою "Даймент Боарт" створена гідрофіцірованная установка з рухомим обертача і трубодержателем, в управлінні якої використаний мікропроцесор [13]. З допомогою мікропроцесора координується функціонування елементів гідроуправленія, виконуються розрахунки різних операцій і контролюється їх відповідність попередньо прийнятим завданням. При спускопод'емних операціях мікропроцесор синхронізує послідовність спрацьовування гідропатрона обертача і трубодержателя, переміщення вгору і вниз і контролює інтервали часу між проходженням послідовних сигналів.

Можливо розширення функцій системи управління: повне відтворення різних програм, заздалегідь відпрацьованих експериментально; захист за максимальним обертовим моменту при згвинчення і развінчіваніі бурильних труб; обмеження по граничної осьовий навантаженні під час буріння, що підвищує надійність бурильної колони і т. д. Передбачаються реєстрація та обробка інформації про процес буріння, яка потім буде використана для інтерпретації цього процесу і геологічного розрізу.

Для буріння геологорозвідувальних свердловин на тверді корисні копалини розроблена система автоматизованої оптимізації управління технологічним процесом буріння САОПБ-1. Система призначена для автоматичного керування технологічним процесом буріння свердловин алмазним породоруйнуючих інструментом за заданою оптимальною поглиблення коронки за оборот або заданої механічної швидкості і може застосовуватися на всіх бурових верстатах з гідравлічною системою подачі, що використовуються при алмазному бурінні.

Практично система являє собою аналоговий регулятор і відрізняється від відомих високою надійністю та ефективністю, які залежать від правильного вибору в кожному конкретному випадку поглиблення коронки за оборот, що задається бурильником (технологом). У разі невідповідності заданої поглиблення (швидкості буріння) умовам буріння, тобто у разі перевищення заданої швидкості буріння, оптимальною для даних умов, спрацьовує захист по споживаної потужності або тиску бурового розчину в нагнітальному лінії промивального насоса і відбувається автоматичний "підрив" інструмента. Часте повторення описаної ситуації служить сигналом про необхідність зменшення заданої поглиблення за оборот. Оптимальні величини задається поглиблення за оборот для кожної системи (гірська порода-коронка) вибирають за спеціальною, раніше розробленою, діаграмі або визначають дослідним шляхом за спеціальною методикою в процесі буріння.

Безумовною заслугою розробників є те, що вони першими на базі великого обсягу буріння довели переваги автоматизованого управління процесом алмазного буріння.

Недолік системи - обмежена здатність до вдосконалення, що властиво всім аналоговим рішенням. Введення елементів адаптації, удосконалення алгоритмів управління потягне за собою великі труднощі і, отже, подорожчання системи.

В початку 1999 р. Московське спеціальне конструкторське бюро геофізичного приладобудування та інформатики "Ореол" випустила систему технологічного контролю параметрів буріння "СГТ-мікро". Система рекомендована Госгортехнадзора РФ для впровадження в усіх бурових підприємствах, в першу чергу, як обладнання для забезпечення безпеки ведення бурових робіт і запобігання аварій.

Система "СГТ-мікро" за функціональними можливостями аналогічна подібним засобам, що випускається відомою фірмою "Мартін-Декер". Вартість "СГТ-мікро" в 4-6 разів менше, а з урахуванням витрат на навчання персоналу, профілактичні обслуговування та ремонт, виклик фахівців при виникненні нештатних ситуацій і т. п., вартісне відношення ще більше зростає на користь "СГТ-мікро".

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.nashstroy.ru