Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Совершенствование технологии бурения и дальнейшее развитие при­меняемых средств контроля, сбора, регистрации, обработки информации, в том числе и вычислительной техники на базе микропроцессоров, постоянно стимулирует создание автоматизированных систем управления технологи­ческими процессами.

При этом система управления должна обеспечивать: сбор и обработку первичной информации, хранение информации, передачу команд объектам управления (скважинами или кустом скважин), принятие решений, пре­дупреждение и ликвидацию аварийных ситуаций.

Эффективность системы управления технологическими процессами бу­рения определяется комплексом задач, решаемых в системе, распределе­нием функций между человеком и машиной, надежностью функциониро­вания системы и стоимостными показателями.

В последние годы в нашей стране уже освоен и выпускается ряд микропроцессоров и микроЭВМ, такие как «Электроника-60», «ПС — 300», семейство «Электроника С-5» и другие, а также микропроцессор­ный набор КТС, ЛИУС-2, микроЭВМ СМ-1800 и СМ-1300. Тем самым создается необходимая техническая база для создания АСУТП бурения на базе микропроцессоров.

Особое внимание должно быть уделено контролю за положением ство­ла скважины в пространстве.

Повышение точности приборов в системе связано с переходом на более совершенные чувствительные элементы, к которым относятся так называ­емые феррозондовые датчики азимута.

Работы в области создания автономных приборов на основе феррозон­дов ведутся ВНИИКАнефтегазом и Уфимским авиационным институтом.

Следует отметить, что отсутствие в буровом производстве АСУТП бурения скважин приводит в настоящее время к большим непроизводи­тельным затратам, связанным с ведением технологических процессов не в оптимальных режимах, осложнениям, авариям и организационным простоям. ‘

Организации Миннефтепрома СССР разработали организацион­но-технологическую АСУ для Горячеводского УБР производственного объединения «Грознефть». Характерная особенность указанной системы — централизованная обработка информации.

Такое построение системы управления, когда вся обработка информа­ции сосредоточена в одном мощном кустовом информационно-вычисли­тельном центре нефтедобывающего объединения, имеет следующие сущест­венные недостатки: низкая достоверность и субъективность собираемой на буровой информации; большое запаздывание при решении задач опера­тивного управления нижнего уровня; необоснованно большие объемы данных, передаваемых по каналам связи; низкая надежность и «живу­честь» системы; перегрузка КИВЦ объединения оперативными задачами.

Решение задач в режиме реального масштаба времени в рамках такой системы невозможно, а основной экономический эффект ожидается от решения именно этой задачи, что позволит осуществлять технологические процессы в оптимальных режимах и своевременно предупреждать ослож­нения и аварии.

В связи с указанными недостатками необходимо от централизованной структуры системы переходить к децентрализованной с четким и обосно­ванным распределением задач управления по уровням и технологическим процессам. При этом задачи управления технологическими процессами на уровне буровой установки, а также на уровне группы скважин одного рай­она более рационально решать с использованием микропроцессоров и микроЭВМ.

Источниками экономической эффективности применения децентрализо­ванных АСУТП бурения на базе микропроцессоров будут являться:

повышение надежности работы бурового оборудования и эффективного использования его технического ресурса благодаря эксплуатации в опти­мальных режимах;

своевременное обнаружение предаварийных ситуаций и ликвидация осложнений в процессе бурения;

повышение точности попадания забоя наклонно направленных скважин в заданный круг допуска, что приведет к повышению нефтеотдачи про­дуктивного пласта;

сокращение непроизводительных затрат времени и материальных ре­сурсов; *

более качественное вскрытие продуктивных пластов и своевременная сдача скважин в эксплуатацию;

своевременное обеспечение вышестоящих уровней управления более достоверной информацией;

повышение информативности и достоверности данных о геологическом разрезе горных пород и работе бурового оборудования и использование этих данных при составлении проектов на строительство последующих скважин.

Децентрализованная система на базе микроЭВМ может найти примене­ние при строительстве эксплуатационных, разведочных и опорно-техноло­гических скважин как на суше, так и на море. Она может быть использована при бурении роторным или турбинным способом как вертикальных, так и на­клонно направленных скважин.

Создание децентрализованных АСУТП бурения ставит своей основной целью выполнение производственной программы по строительству и сдаче скважин в заданные плановые сроки с минимальными затратами трудовых и материальных ресурсов.

Система должна выполнять следующие функции:

сбор, обработку и анализ в реальном масштабе времени данных о тех­нологических процессах бурения; .

регистрацию и накопление данных, их корректировку и выдачу по запросу оператора;

проведение активных планируемых экспериментов на буровой с целью построения и уточнения математических моделей отдельных технологи­ческих процессов и операций;

поиск и вычисление оптимальных режимов ведения технологических процессов и операций по заданным критериям; .

автоматическое программное управление с целью реализации заданно­го закона регулирования;

обнаружение и сигнализация отклонений технологических параметров от заданных в режимно-технологических картах на проводку скважин; прогнозирование и диагностику осложнений и предаварийных ситуаций; расчет технико-экономических показателей бурения; диспетчерский контроль графика буровых работ группы скважин одно­го района;

информационный обмен данными между различными уровнями управ­ления в системе и с вышестоящими по уровню системами управления;

диагностический тестовый контроль работоспособности отдельных бло­ков системы.

Система должна осуществлять контроль и автоматизированное управ­ление следующими технологическими процессами, операциями и видами работ:

механическим бурением (разрушением) горных пород; проработкой ствола скважины; промывкой скважины;

спуско-подъемными операциями колонны бурильных труб и доливом скважины;

искривлением ствола скважины в заданном направлении; креплением стенок скважины; транспортом и хранением сыпучих материалов; приготовлением и регулированием свойств буровых растворов; работой устьевого или подводно-устьевого оборудования при регулиро­вании дифференциального давления в системе скважина — пласт;

испытанием нефтегазоносных пластов при вскрытии их скважиной; комплексом геохимических и геофизических исследований; освоением скважин;

диспетчеризацией буровых работ для группы скважин одного района. Состав решаемых системой задач может изменяться в зависимости от сложности горно-геологических условий разбуриваемого месторождения, назначения и вида скважин, способов бурения, а также от типа приме­няемого оборудования и уровня его автоматизации.

Система должна охватывать два уровня управления: уровень буровой установки и уровень группы бурящихся скважин одного района. При этом на буровой установке ориентировочно должны решаться следующие задачи: оптимальное управление работой долота;

оптимальное управление спускоподъемными операциями бурильной и обсадной колонн;

контроль и регулирование свойств бурового раствора; раннее обнаружение и предотвращение нефтегазопроявлений; прогнозирование и диагностика осложнений и предаварийных ситуаций; контроль и управление цементированием скважин;

контроль и управление пространственным положением ствола наклонно направленных скважин;

сбор, обработка и передача технологической и производственно-стати­стической информации.

Задачи, решаемые системой на уровне группы скважин одного района, следующие: контроль и корректировка режимно-технологических карт бу­рения; контроль графика буровых работ; сбор и обработка информации с группы буровых и передача данных на более высокий уровень.

Передача информации между буровыми установками и общим диспет­черским пунктом системы может осуществляться как по проводным, так и по радиоканалам связи.

Количество буровых установок, входящих в одну систему, топология сети связи и вида каналов в ней должны определяться горно-географи­ческими условиями разбуриваемого месторождения, разбросанностью бу­ровых на местности, продолжительностью цикла строительства скважин и быстродействием системы в целом.

Система должна иметь блочно-агрегатный принцип построения и иметь возможность составления нескольких конфигураций в зависимости от объема и состава решаемых задач, а также количества и типа буровых установок в системе.

Для создания децентрализованной АСУТП бурения необходимо ре­шить следующие конкретные технические вопросы:

классифицировать объекты бурения, определить их основные характе­ристики и технологические особенности;

определить состав и характеристики отдельных информационных, орга­низационно-технологических и геолого-геофизических задач, возникающих при бурении скважин, для решения их на базе микропроцессоров и микро­ЭВМ;

распределить задачи по уровням управления (буровая установка — группа скважин — буровое предприятие) для вариантных условий бурения (кустовое, глубокое в осложненных условиях, морское);

проанализировать методы контроля и управления технологическими процессами бурения;

разработать алгоритмическое обеспечение системы, включающее со­держательную постановку, математическую формализацию и выбор мето­дов решения отдельных задач контроля и управления; .

синтезировать функционально-алгоритмическую структуру системы; провести анализ и выбор микропроцессоров и микроЭВМ для каждого уровня управления;

разработать информационное, программное и техническое обеспечение системы. —

Таким образом, основной объем работ следует проводить по двум глав­ным направлениям: разработка математического обеспечения, т. е. комп­лекса алгоритмов и программ контроля и управления; создание комплекса технических средств контроля, регулирования, сбора и передачи данных, а также микропроцессорных контроллеров на буровой и концентраторов для группы бурящихся скважин.

При этом в качестве технической базы при создании системы могут быть использованы унифицированные комплексы приборов наземного конт­роля бурения и цементирования скважин на суще и на море, комплекс средств контроля геометрических параметров ствола наклонно направлен­ных скважин, микропроцессорные наборы и микроЭВМ, а также ряд других технических средств, разрабатываемых или серийно выпускаемых отечест­венной промышленностью.

В настоящее время ведутся работы по созданию автоматизированных систем управления в бурении: АСУ производства буровых работ (АСУП); АСУБП на базе микропроцессоров, охватывающей два уровня управле­ния — буровую установку и группу скважин одного района.

К автоматизации производства следует отнести собственно АСУП и дополнительно к ней автоматизированную информационно-диспетчерскую систему (АИДС).

Основная задача АСУП — сокращение времени и стоимости буровых работ. В эту систему входят элементы технико-экономического плани­рования, оперативного управления производством и материально — техни­ческим снабжением, а также учета и отчетности. АСУП по управлению буровых работ (УБР) обеспечивает сбор и хранение различной производ­ственно-технической информации с последующей их реализацией и переда­чей в КИВЦ нефтедобывающего объединения. В целом АСУП является интегрированной организационно-технологической автоматизированной системой управления.

АИДС позволяет повысить эффективность и оперативность диспетчер­ского контроля ведения буровых работ. Система обеспечивает сбор инфор­мации с буровых установок, осуществляет контроль выполнения планов строительства скважин, соблюдения заданной технологии бурения, выдает рекомендации по повышению эффективности проводки скважин на данном участке месторождения. _

В Московском НПО «Нефтегазавтоматика» разработана научно-техни­ческая концепция автоматизации нефтяной и газовой промышленности в части строительства скважин, в которой даны основные направления созда­ния автоматизированных систем управления различными технологическими процессами. Предложено разработать следующие АСУТП: бурения скважин с контролем по наземным и забойным параметрам, проводки наклонно направленных скважин, крепления скважин, геофизических исследований и испытаний скважин, регулирования давления и глушения скважин.

Цель создания этих систем — повышение технико-экономических пока­зателей и надежности в бурении нефтяных и газовых скважин. Системы предназначены для выдачи необходимых рекомендаций по прогнозированию, контролю и управлению технологическими процессами при бурении, а также диагностики различных ситуаций в скважине.

При разработке перспективных систем автоматизации для различных месторождений страны необходимо учитывать следующие условия: геолого­географические особенности месторождения, глубину залегания продуктив­ных пластов, применяемые при бурении технику и технологию, применяемые методики геофизических исследований, время полного цикла строительства скважин.

Исходя из этих условий можно выделить основные районы бурения, перспективные для создания автоматизированных систем различного назна­чения.

Татария и Башкирия. Бурение осуществляется вертикальными скважи­нами на глубину 2000—2300 м без значительных осложнений. Время строи­тельства около одного месяца. Для данного района рекомендуется созда­вать в УБР АСУП и АИДС. Буровые установки должны иметь необходимый комплекс приборов, обеспечивающих работу этих систем.

Западная Сибирь. Бурение осуществляется на глубину 2000—3000 м наклонно направленными скважинами, которые располагаются кустами. В каждом кусте может быть от 8 до 24 скважин, время разбуривания куста скважин колеблется от 4 до 12 мес. В этом районе рекомендуется создавать АСУТП бурения скважин с контролем по наземным параметрам проводки наклонно направленных скважин.

Северный Кавказ, Средняя Азия, Нижнее Поволжье, Украина. Бурение

в основном осуществляется вертикальными скважинами в осложненных условиях на большие глубины. Скважины бурятся несколько месяцев. Для этого района следует разрабатывать АСУТП бурения скважин с конт­ролем по наземным и забойным параметрам автоматического регулиро­вания давления и глушения скважин, геофизических исследований и испытаний скважин.

Континентальный шельф. Скважины бурят, как правило, в осложнен­ных условиях и на значительные глубины с применением специальных полупогружных и самоподъемных установок, а также морских платформ. В этих условиях необходимо создавать АСУП, АИДС и АСУТП различного назначения.

В перспективе широкое развитие должны получить системы радио­диспетчеризации в бурении. Первые шаги в этом направлении уже сделаны Октябрьским филиалом ВНИИКАнефтегаза.

Введена в действие система радиодиспетчеризации СРП-5М, предназ- значенная для организации диспетчерской службы в УБР. Система обеспе­чивает двустороннюю бесподстроечную беспоисковую симплексную связь между буровыми и диспетчерским пунктом УБР с индивидуальным вызовом буровой. Связь между диспетчерским пунктом и объектами осуществляется по радиальной схеме при максимальном количестве объектов— 12. Канал связи обеспечивается УКВ радиостанции ЗЗР1 (Марс-1) с аккумуляторным питанием. Дальность действия системы 30—50 км. В системе применен частотно-временной способ кодирования сигналов вызова объектов, что обеспечивает высокую помехоустойчивость.

В систему СПР-5М входят: 1 комплект аппаратуры диспетчерского пункта и 12 комплектов аппаратуры на объектах. Диспетчерский пульт имеет выход в телефонную линию для связи объектов с абонентами телефон­ного коммутатора.

Аппаратура диспетчерского пункта включает в себя: диспетчерский пульт с радиостанцией; автономный источник питания (аккумулятор 12 В); зарядное устройство, состоящие из выпрямителя ВСА-10 и автоматического регулятора подзарядки аккумулятора.

Аппаратура на объекте состоит из: селектора вызова с радиостанцией; источника питания (аккумулятор 12 В); зарядного устройства, состоящего из выпрямителя ВСА’-Ю, и автоматического регулятора подзарядки акку­мулятора; звуковых сигнализаторов вызова (электрическая система на буровой вышке и электрический звонок в селекторе вызова).

СРП-5М может работать на буровых с любым приводом: имеет автоном­ное питание от аккумуляторов, для которых предусмотрен режим автома­тической подзарядки при наличии силовой сети; обеспечивает передачу телефонного разговора и сигналов вызова в одном канале связи; система выполнена на транзисторных узлах с применением печатного’ монтажа, что обеспечивает высокую экономичность и надежность системы.

С целью получения высоких технико-экономических показателей при бурении скважин большое значение должны иметь геологические, геофизи­ческие и гидродинамические методы исследования.

Геологические исследования проводят непосредственно в процессе бурения скважин, и заключаются они в основном в постоянном изучении режимных параметров в различных горно-геологических условиях.

Геофизические исследования основаны на замерах физических характе­ристик пород с помощью специальной аппаратуры.

Гидродинамические исследования, проводимые в процессе бурения, имеют две модификации: экспресс-исследования с помощью опробователя пластов на кабеле (ОПК) и аппаратуры измерения притока и давления (АИПД), а также испытания скважин испытателями пластов, спускаемыми на бурильных трубах (ИПТ).

В настоящее время разработана специальная программа геолого-техно- логического исследования разреза, которая может быть реализована в перспективе как в информационно-измерительной системе для оптимизации бурения глубоких разведочных скважин, так и в автоматизированной системе управления производством буровых работ [8].

Важным организационным вопросом является создание оптимизирован­ных проектов проводки скважин на различных месторождениях страны. В настоящее время во ВНИИБТ создана подсистема САПР-бурение, кото­рая моделирует процесс углубления скважин, и разработана программа, обеспечивающая диалог ЭВМ — оператор.

Современная САПР-бурение пока еще несовершенна и требует зна­чительных научно-исследовательских разработок и промышленных испы­таний-

В настоящее время создана новая система СКУ-Море-2, опытный образец которой смонтирован на морской стационарной платформе.

После ввода в действие системы намечается последующая модерни­зация с внедрением микропроцессорной техники, а также расширение номенклатуры специальных датчиков и средств математического и програм­много обеспечения для решения оптимизационных задач по технологическим процессам проводки скважин.

Мингазпром СССР разработал комплексную программу развития отрас­ли до 2000 г., направленную в первую очередь на создание автоматизи­рованной технологии и сокращение потребности в обслуживающем персо­нале за счет автоматизации объектов (в частности, в районах со слож­ными климатическими условиями).

В отраслевой программе предусматриваются разработка, изготовление и внедрение новой геофизической аппаратуры, отвечающей современным требованиям,— многоканальных цифровых сейсмостанций, станций геолого­технологических исследований в процессе бурения, сбора и приема — передачи данных на базе микроЭВМ.

[1] Регистр СССР. Правила классификации и постройки плавучих буровых установок.

[2] Т — время распространения упругих колебаний между двумя излучателями; Т—то же, между ближним излучателем и приемником; Тч— то же, между дальним излучателем и приемником.

Аппаратура акустического каротажа СПАК-6 предназначена для ис­следования нефтяных и газовых скважин с целью определения пористо­сти коллекторов, в том числе нефтегазонасыщенных аргиллитов и прогно­зирования зон аномально высокого пластового давления в песчано-глини­стых разрезах, а также выделения трещиновато-кавернозных коллекторов и интервалов газонасыщенных пород.

В обсаженных скважинах эта аппаратура может быть использована для оценки качества цементирования обсадных колонн и определения

Комментарии запрещены.