Тандем - 2, шлакоблочные станки, бетоносмесители


Производство оборудования и технологии
Рубрики

Разработка и совершенствование средств и комплексов контроля параметров процессов бурения

Важнейшее отечественное достижение в области контроля параметров процессов бурения — создание средств и комплексов приборов для авто­матизации буровых работ. .

В настоящее время наиболее законченным комплексом по функциональ­ной полноте и измерительным приборам является СКУ-Море, который создан для первой в стране полупогружной буровой установки.

Комплекс, помимо измерения и контроля собственно параметров процесса бурения, включает в себя контроль параметров процесса цемен­тирования скважин, хранения и транспорта сыпучих материалов. Впервые для обеспечения процесса бурения разработаны устройство для опреде­ления газосодержания на выходе из скважины и индикатор хода компенса­тора при вертикальных перемещениях платформы. Помимо разработок, обеспечивающих выдачу оперативной информации буровому мастеру, ве­дется разработка комплексов приборов на базе унифицированных моду­лей с применением микропроцессорной техники. Это удовлетворяет, потреб­ность заказчиков в надежных средствах контроля процесса бурения срав­нительно небольшой номенклатурой хорошо отработанных изделий.

Агрегатное исполнение технических средств измерительных систем поз­воляет потребителю использовать «о своему выбору различные их соче­тания: от отдельных измерительных устройств до информационно-измери­тельных систем с заданным числом параметров. .

В процессе совершенствования своей продукции разработчики и заво­ды сохраняют элементную базу при создании новых средств, руковод­ствуясь принципами преемственности, что позволяет потребителю без больших затрат обновлять и эксплуатировать новые технические средства.

Для обеспечения успешной проводки скважин в осложненных гео­логических условиях в объединении «Грузнефть» разработана и изготовле­на передвижная автоматизированная станция контроля технологических параметров на базе отечественных унифицированных технических средств ГСП и контролирующего устройства Монитор 11 фирмы «Свако». Для обеспечения возможности оперативной обработки массивов информации для производственных и научно-исследовательских целей на ЭВМ автома­тизированная система снабжена абонентским пунктом типа VTS 56100, с помощью которого через оператора она связана с электронными вычис­лительными комплексами ЕС-1010, ЕС-1050 в КИВЦ объединения. Контро­лирующее устройство Монитор II и блок дополнительных каналов изме­рения автоматизированной системы впервые были применены при буре­нии скважин. Непрерывная эксплуатация системы в течение года показала достаточную ее работоспособность. Она надежно обеспечивала контроль технологических параметров режима равновесного бурения в зонах АВПД.

Разработана АСУТП бурения на базе мини — и микроЭВМ и АСУТП для многоярусной стационарной платформы.

Наиболее отработанные технические средства содержат комплекс СКУБ, при создании которого был учтен опыт эксплуатации ранее разра­ботанных комплексов (АКРУС, ПКБ, СКУ-Море). Кроме того, по своим функциональным возможностям и составу контролируемых параметров этот комплекс наиболее полно соответствует требованиям, предъявляемым в процессе обычного эксплуатационного бурения к системам контроля.

Осуществляются мероприятия по техническому перевооружению бу­ровых работ на нефть и газ путем создания новых высокопроизводи­тельных установок для бурения скважин глубиной до 8000 м, а также оснащение их современными средствами контроля и автоматики.

Эффективное решение поставленных задач состоит в создании на базе разработанных датчиков функциональных комплексов приборов, построен­ных по блочно-модульному принципу, с применением микропроцессорной техники. Преимущество подобного решения заключается в автономности входящих в комплексы приборов,- работоспособность которых не зависит друг от друга. В то же время определенный набор датчиков обеспечит оп­тимальный контроль данного технологического процесса (эксплуатацион­ное или разведочное бурение, вскрытие продуктивного пласта, цементиро­вание и т. д.).

Сложные комплексы и системы, необходимые для контроля процессов бурения разведочных скважин и морского бурения, формируются путем рационального соединения разных типов функциональных комплексов. Та­кая структура исключает дублирование технических средств контроля на буровой, обеспечивает их оперативную замену без прекращения процесса проводки скважин, создает оптимальные условия для рационального ис­пользования приборных модулей и в масштабах буровых предприятий.

В отличие от принятой ранее структуры каждый датчик имеет авто­номный блок питания, который монтируется в показывающем приборе. При этом на пульт бурильщика вынесены параметры, необходимые для оперативного контроля процессами углубления, промывки и спуска-подъе­ма. Остальные параметры, используемые для предупреждения возможных осложнений, контролируются с помощью центрального модуля комплекса раннеги обнаружения и выдаются бурильщику в виде сигналов об откло­нениях в режиме бурения, а также фиксируются записывающими прибо­рами.

Ввиду того что в каждом приборе используется ряд одинаковых пер­вичных модулей, уровень унификации изделий комплекса превышает соот­ветствующие показатели разработанных ранее систем. Датчики и устрой­ства отображения и первичной обработки информации имеют унифициро­ванные по напряжению входные и выходные сигналы, что значительно упрощает стыковку каждого комплекса с аппаратурой, предназначенной для решения задач по оптимизации процесса бурения.

В результате реализации принятых технических решений значительно сокращены производственные затраты и улучшены эксплуатационные ка­чества приборных комплексов.

Полученный эффект можно оценить при сопоставлении рассмотренных структур с комплексами СКУБ, СКУД, имеющих аналогичное назначение. Для обеспечения примерно равных функциональных возможностей в комп­лексе номенклатура изделий сокращается на 27, количество используемых изделий на 44, а количество типоразмеров на 67%. При этом длина и количество коммуникационных кабелей сокращается в 2 раза.

Поскольку разрабатываемый комплекс носит унифицированный характер, число обслуживаемых буровых установок увеличится в 2 раза, включая буровые установки для глубин бурения 8—15 тыс. м, а также буровые суда, самоподъемные, полупогружные и многоярусные стацио­нарные морские платформы. При изготовлении одного комплекса эконо­мится около 200 кг металла и 1 км кабеля в пересчете на одножильный.

Помимо разработок указанных комплексов, обеспечивающих выдачу оперативной информации буровому мастеру, ведется разработка аппара­туры на базе КТС-ЛИУС-2, предназначенной для решения оптимизацион­ных задач и передачи информации в УБР.

Выпускаемые в настоящее время средства и комплексы контроля и автоматизации буровых процессов приведены в табл. 5.1.

За рубежом ведущими разработчиками и поставщиками приборов и приборных комплексов контроля процесса бурения являются фирмы «Дрессер», «Тотко», «Бароид», «Джиосервисиз», «Свако», «Джиолограф», «Мартин-Деккер» и др. Этими фирмами разработана широкая гамма приборов и приборных комплексов для бурения, которыми оснащаются все буровые установки, в том числе и морские (табл. 5.2).

Характерная особенность зарубежных разработок — тенденция устой­чивого применения хорошо зарекомендовавших себя преобразователей и приборов, на базе которых создаются новые комплексы для конкрет­ных буровых установок.

Измерительное устройство (разработчик)

Одноканальные измерители

Комплексы

Основные измерительные блоки, входящие в состав устройства, но не выпускаемые отдельно

нагрузки на крюке

момента на роторе

момента на ключе

давления

раствора

А «

2 cl

£• ° Ш |_

о

а.

3

ь о:

11 5 э

числа ходов насоса

расхода раствора |

уровня в емкости

веса

инструмента

ПКБ

АКРУС

СКУБ

h-.

из

из

СКУ-Море

СКЦ-2М80

Измерительные преобразователи: усилия

+

+

+

+

+

+

+

давления

+

+

+

+

+

+

момента: на цепи

__

+

__

+

_

_

+

+

на ключе

__

+

+ ‘

+

+

частоты вращения ротора

+

+

+

+

числа двойных ходов насоса в 1 мин

+

— .

уровня раствора в емкости

+

+

Ч-

плотности раствора: в емкости

+

+

в нагнетательной линии

+

+

температуры

+

+

+

+

расхода раствора: на выходе

+

_

+

+

+

на входе

__

+

+

+

+

+

проходки

_

+

+

+

газосодержания

+

Специальные приборы отображения информации: показывающие верньерные

+

+

+

+

+

показывающие однострелочные

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

счетчик реверсивный

_

+

+

регистратор:

одноканальный

__

+

__

__

_

_

_

+

+

многоканальный

+

+

+

+

Самостоятельные автоматические измерительные блоки, комплексы и системы для контроля бурения и цементирования

Фирма

«Мартин

Деккер»

«Тотко»

«Джиоло-

граф»

«Джиосер-

висиз»

«Бароид»

«Самега»

«Дрессер»

«Байрон

Джексон»

«Халли-

буртон»

«Шлюм-

берже»

Измерители:

веса инструмента

+

+

+

+

__

проходки

+

+

+

механической скорости

+

_

крутящего момента на роторе

+

+

+

+

момента на ключе

+

+

частоты вращения ротора

+

+

+

+

__

давления

+

+

+

_ ‘

+

+

+

расхода в напорной линии

+

+

+

числа двойных ходов на­соса в 1 мин Счетчики:

+

+

+

+

+

+

числа двойных ходов на­соса в I мин

+

+

+

+

+

количества продавочной жидкости (при цементиро­вании)

Измерители:

+

+

расхода на выходе из сква­жины

+.

+

+

+

— .

уровня раствора в емкости

+

+

+

_

■ —

плотности раствора в на­порной линии

+

+

плотности раствора в без­напорной линии

+

+

+

+

+

температуры раствора

+

+

+

+

содержания газа в буро­вом растворе на выходе из скважины

+

+

+

веса бункеров с сыпучими материалами

+

механической скорости

+

положения талевого блока Работомеры:

+

талевой системы

+

насосов

+

бурового инструмента

+

Специальные показывающие приборы бурильщика

+

+

Регистраторы одноканаль­ный и многоканальный

+

+

+

Специальная система обнару­жения проявлений при СПО

+

Система сбора и обработки технологической информа­ции

+

+

Комплекс приборёв для контроля цементирования и приготовления раствора

+

‘ +

+

+

Так, более двух десятков лет не изменяются, например, конструкции приборов для измерения нагрузки на крюке, манометры для буровых насосов, измерители числа двойных ходов насосов и др.

Эти приборы отличаются тем, что не требуют источников пита­ния, так как построены по принципу замкнутых гидравлических систем, воспринимающих усилие через гибкую мембрану, либо по принципу меха­нических систем передачи перемещения, либо использования для передачи скоростей тахогенераторов с постоянным магнитом. Разработанные в пе­риод, когда информация передавалась только одному бурильщику, эти приборы продолжают использоваться и в более разветвленных информа­ционных системах. Это достигается путем дополнительного включения в измерительную цепь параллельно с основными указателями специальных преобразователей, сигнал от которых поступает на новые электронные уст­ройства контроля и автоматизации, обеспечивающиеся электропитанием.

Таким образом, разработка принципиально новых измерительных пре­образователей для контроля процессов бурения в зарубежной практике происходит при необходимости измерения какого-либо нового технологи­ческого параметра, либо в случае, когда традиционно выпускаемый преоб­разователь не полностью удовлетворяет потребителя. Та же тенденция просматривается и в отношении средств представления инфдрмации: при проектировании поста управления бурением, как правило, используются известные ранее средства представления информации, подчас даже в ущерб эстетическому восприятию приборной панели. Таким образом, зна­чительный объем и номенклатура выпускаемых средств контроля процесса бурения за рубежом обеспечивают возможность создания новых прибор­ных комплексов, в основном на базе ранее разработанных надежных устройств.

Этот вывод подтверждается проведенным патентным поиском. За 5 лет девять ведущих разрабатывающих фирм (США и Франции) получи­ли пять патентов на средства контроля процесса бурения. Из них только в одном предлагается принципиально новый метод измерения крутящего момента стола регистра.

Состояние производства и разработки средств контроля бурения за рубежом — следствие исторически сложившейся последовательности их создания, при которой сначала создавались и доводились до определенного совершенства отдельные первичные преобразователи, а затем на их осно­ве происходило комплектование систем, функции которых расширялись по мере проявления новых средств и требований. Указанная тенденция в настоящее время не единственная в практике зарубежного проектирования приборных комплексов для контроля технологических процессов бурения на суше и на море. Так, ряд фирм предпринимают попытки создать конт­рольно-измерительные системы процесса бурения с единых эргономических и эстетических позиций. Пересматриваются новые конструкции измери­тельных преобразователей. В настоящее время отказываются от ряда традиционных для бурения гидравлических, пневматических, механи­ческих и генераторных преобразователей и переходят на электрические и ультразвуковые. * ‘

Наиболее яркий пример указанной тенденции — разработанный фир­мами компании «Франсез де Петроль и Формер» пост бурильщика бурового судна «Пеликан», для которого используются тензорезисторные преобра­зователи давления, ультразвуковые уровнемеры, радиоактивные плотноме­ры, электромагнитные расходомеры, фотоимпульсные датчики частоты вращения и другие. Ряд зарубежных компаний продолжают исследования и разработки в области контроля проходки скважин. Разными компания­ми используются несколько технологических схем, однако выделяются два принципиальных направления — использование проволочной связи внутри бурильного инструмента и акустического и гидравлического каналов для связи с забойными телеметрическими устройствами. Замеры температуры, давления, инклинометрических данных, скорости проходки и других пара­метров регистрируются в процессе бурения непосредственно на забое и передаются на поверхностные контролирующие устройства для анализа.

Внедрение созданных к настоящему времени промышленных образцов забойных телеметрических систем сдерживается высокой стоимостью эксплуатации, необходимостью увеличения численности обслуживающего персонала и невысокой их надежностью. Проводящиеся в последнее деся­тилетие работы по использованию на буровой вычислительных машин не привели пока к ожидаемым результатам из-за их ненадежной работы в условиях высокой влажности, вибрации, колебания напряжений в электро­сети. Однако указанное направление работ остается перспективным.

В настоящее время вычислительные машины применяют при ликвида­ции аварийных ситуаций. При этом их используют для работы не только в режиме «советчика», но и для управления механизмами приготовления бурового раствора и противовыбросового оборудования. В морском буре­нии с помощью ЭВМ достигается с высокой степенью точности поддер­живание бурового судна над устьем скважины благодаря управлению системой динамического позицирования.

В настоящее время интересы разработки нового метода измерения крутящего момента стола ротора фирмами «Мартин Деккер» и «Тотко». Фирмой «Тотко» создана новая система обнаружения проявлений при спуско-подъемных операциях. Значительных успехов достигла фирма «Свако» по созданию специальных контролирующих устройств Монитор II.

Наиболее удобной формой обработки информации в технологическом процессе является первичная диалоговая регистрация на вторичных при­борах с диаграммной лентой (скорость перемещения 60 мм/ч) с визуаль­ной индикацией параметров.

Фирма «Дрессер» разработала взрывобезопасную систему для сбора, регистрации и обработки данных в процессе бурения скважин, буря­щихся в осложненных условиях. Система снабжена микрокомпьютером, который накапливает и обрабатывает данные 27 параметров процесса бу­рения, и способна определять газонефтяные зоны, АВПД и выбросные ситуации. Микрокомпьютер имеет 16-битовый микропроцессор, память ко­торого снабжена необходимыми алгоритмами и программами. Высокая раз­решающая способность системы обеспечивается качественно новыми дат­чиками, выполненными на электронных элементах.

В заключение следует сказать, что в ведущих капиталистических фир­мах в настоящее время номенклатура выпускаемых средств контроля про­цессов бурения соответствует потребности буровых установок, как на суше, так и на море. Наряду с разработанными надежными приборами созда­ются автоматизированные системы контроля и процессом бурения сква­жин.

Основные зарубежные фирмы руководствуются современными методи­ческими принципами группового проектирования, агрегирования, унифика­ции и взаимозаменяемости, что позволяет потребителю использовать по своему выбору различные измерительные системы и их сочетания.

Значительных успехов достигли зарубежные фирмы в вопросах конт­роля проводки скважин непосредственно на забое с использованием микро­процессорной техники.

Фирмы США, Франции, Канады имеют около 30 самостоятельных автоматических измерительных блоков и систем для определения техноло­гии параметров бурения и цементирования скважин, начинают применять при определении осложнений в процессе бурения скважин ЭВМ и микро­процессоры.

Оставить комментарий