СТАНЦИЯ СБОРА И ОТОБРАЖЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ И ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ «ГЕЛИУС>
Станция «Гелиус» предназначена для сбора и отображения технологической и геологической информации при бурении глубоких разведочных, поисковых, опорно-технологических, а также эксплуатационных скважин на нефть и газ в районах со сложными геологическими условиями. Станция разработана в СПКБ «Нефтегазпромавтоматика».
Применение станций позволит оптимизировать процесс проводки скважин, .прогнозировать и предупреждать осложнения и аварии, снижать время и стоимость проводки скважин, увеличивать темпы роста разведанных запасов нефти и газа. В состав станции входят: пульт, быстродействующий и самопишущий прибор Н3030-4, преобразователь давления ПДР 1-2, преобразователь силы ПВИ1-2, первичный преобразователь подачи инструмента ППИ, преобразователь частоты вращения ПЧ1-2, расходомер РГР-7, пишущее знакосинтезирующее устройство А521-4/2, считыватель СПЗ, перфоратор ПО-150М, преобразователь температуры ПТ1, переговорное устройство ПГС-0,2.
Пульт выполнен на базе компоновочного стола. Он состоит из двух функциональных блоков и размещается в компоновочных каркасах, установленных в несущей раме под столешницей. Модули ввода, вывода и отображения информации размещаются в трех блоках отображения и на панели отображения, расположенных в контейнере над столешницей.
Функциональные блоки, блоки отображения и монтажная плоскость соединяются с помощью плоских жгутов. При снятии крышки, которой закрывается рама с компоновочными каркасами с лицевой стороны стола, обеспечивается доступ к функциональным блокам, размещенным в компоновочных каркасах. Доступ к функциональным блокам со стороны функциональных элементов обеспечивается с тыльной стороны стола при снятии крышки и откидывании кронштейнов с установленными на них источниками питания и блоками вентиляторов. Источники питания предназначены для всех элементов функциональных блоков комплекта. Над монтажной плоскостью в тумбе стола установлен источник питания, который питает модули блоков отображения. Доступ к монтажной плоскости и блокам питания обеспечивается при снятии крышки с торцовой стороны тумбы.
Работа станции заключается в последовательном считывании информации с преобразователей, ее обработке и выводе на устройство регистрации. Комплекс преобразователей устанавливается на технологическом оборудовании буровой установки и сигналы от него по кабелю поступают на преобразователи и комплект обработки и цифрового отображения информации, смонтированные в вагоне-домике. После преобразователей сигналы о технологических параметрах бурения с помощью модуля коммутации и масштабирования могут подаваться на элементы ввода аналоговых сигналов комплекта обработки или в случае отказа последнего непосредственно на блок аналоговых регистраторов. Управление модулем коммутации и масштабирования — ручное.
Комплект обработки и цифрового отображения информации состоит из пульта, в состав которого входят блоки: отображения, функциональные, питания, а также панель ввода и отображения и периферийные устройства. Функциональные блоки станции выполняют прием, преобразование и выдачу сигналов, поступающих от датчиков и с панели ввода и отображения, их обработку в соответствии с задачами централизованного контроля, цифровую индикацию и сигнализацию. Функционирование блоков осуществляется программно. Обмен информацией между микропроцессорным элементом управления и остальными элементами комплекта проводится по интерфейсу ИК1. Принцип работы отдельных элементов приведен в соответствующих технических описаниях.
Работу станции контролирует оператор с помощью панели ввода и отображения. Панель ввода и отображения состоит из трех блоков отображения цифровой индикации и ввода цифровых и дискретных сигналов, панели контроля и отладки.
Конструктивной основой блока отображения служит каркас, имеющий 11 позиций по вертикали для установки на них горизонтально расположенных колодок разъемов. Эти колодки образуют монтажную плоскость блока, на которой осуществляется коммутация входных и выходных цепей модулей ввода и вывода. Три колодки в верхних позициях не используются для установки модулей, а служат для соединения (при помощи жгутов) блоков отображения с функциональными блоками и с монтажной плоскостью пульта. Блоки отображения с установленными в них модулями ввода и вывода закрыты с лицевой стороны масками, на которых нанесены поясняющие надписи. В первом блоке отображения установлены: модуль сигнализации для
отображения ситуации на буровой и два модуля цифровой индикации для отображения параметров бурения и текущего времени.
Модуль сигнализации снабжен табличками — рассеивателями молочно-белого цвета с надписями:
«Бурение» ■— идет процесс разрушения горных пород на буровой;
«СПО» — спуско-подъемные операции на буровой;
«Промыв.» — промывка ствола скважины;
«Прораб.» — проработка ствола скважины;
«Опред. ситуац.» — определитель ситуации на буровой;
«Простой» — простой на буровой;
«Забой» — долото на забое;
«Над забоем» — долото над забоем.
Первый модуль цифровой индикации отображает в десятичном коде проходку за рейс (три разряда), следующие пять разрядов отображают в десятичном коде положение долота над забоем при СПО или глубину скважины при бурении.
Второй модуль цифровой индикации отображает текущее значение времени с указанием часов, минут, секунд (по два разряда).
Второй блок отображения состоит из двух модулей цифровой индикации и двух модулей задания дискретных сигналов.
Первый модуль цифровой индикации отображает в десятичном коде (четыре разряда) значение механической скорости проходки, следующие четыре разряда — в десятичном коде значение технологического параметра, вызываемого нажатием соответствующей кнопки модуля задания дискретных сигналов. Эти кнопки снабжены надписями, соответствующими следующим технологическим параметрам: Мр (момент на роторе); №к (нагрузка на крюке); WA (нагрузка на долото); рвх (давление раствора); QBX и QBbix (расходы бурового раствора соответственно на входе и выходе); Vp (объем раствора в емкости).
Второй модуль цифровой индикации отображает в десятичном коде скорость проходки за заданный интервал времени (четыре разряда), следующие четыре разряда — в десятичном коде значение геологического параметра, вызываемого нажатием соответствующей кнопки на модуле.
Кнопки снабжены надписями, соответствующими следующим геологическим параметрам: ^вх И ‘[вых (плотности бурового раствора на входе и выходе) ; tBbix (температура бурового раствора на выходе из скважины); AQ (дифференциальный расход бурового раствора).
Третий блок отображения состоит из модулей: сигнализа
ции, задания дискретных сигналов, ввода цифровой информации.
Модуль сигнализации предназначен для отображения отклонений значений технологических параметров от установленных пределов при бурении скважины, а также для сигнализации о направлении движения бурового инструмента. Он снабжен табличками-рассеивателями молочно-белого цвета с надписями.
Модуль задания дискретных сигналов служит для ввода уставок технологических параметров по адресам. Кнопки модуля снабжены надписями, соответствующими параметрам: 13 (глубина забоя); /нд (глубина нахождения долота); WK (нагрузка на крюке); WA (нагрузка на долото); рвх (давление нагнетания бурового раствора); Мр (момент на роторе).
Модуль ввода цифровых кодов предназначен для ввода начального адреса программы функционирования станции, ввода констант, значений максимальных и минимальных уставок, задания начального времени и начальной глубины скважины и другой цифровой информации в соответствии с алгоритмом функционирования.
Работа станции осуществляется в соответствии с управляющей программой 01 К.
Информация о технологических параметрах, преобразовании их в электрические сигналы в дискретной (для параметров проходки) и аналоговой формах (для параметров веса на крюке, давления, момента на роторе, плотности на входе и на выходе, температуры на входе и на выходе, расхода на входе и на выходе, частоты вращения ротора) поступает соответственно на элементы ввода дискретных и аналоговых сигналов.
Опрос элементов ввода осуществляется в соответствии с управляющей программой С1К, реализуемой элементом управления. Выполнение математических и логических операций преобразования информации осуществляется в рабочих регистрах восьмибитового микропроцессора, являющегося основой элемента управления. В процессе преобразования информации технологические и геологические параметры сравнивают с соответствующими значениями уставок максимально и минимально допустимых величин. Значения уставок предварительно заносятся оператором с панели ввода и отображения в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). При обнаружении отклонений параметров от установленных пределов формируется сигнал отклонения и с помощью элемента вывода дискретных сигналов выводится на модуль сигнализации, расположенный на панели отображения.
Обратная информация о параметрах выводится на модули индикации, устройства цифропечати, перфорации и аналоговой регистрации.
При цифровой индикации выбор индицируемого параметра осуществляется вручную с панели отображения. Уставки вводятся вручную с панели отображения с помощью модуля задания цифровых сигналов и модуля задания дискретных сигналов. Вводимые уставки для технологических параметров задаются нажатием соответствующей кнопки на модуле, а их цифровое значение выставляется на наборном поле (модуля, после чего нажатием кнопки на этом модуле информация заносится в ОЗУ.
С элемента ввода дискретных сигналов считывается информация о поступлении импульсов с датчика проходки. Импульсы поступают через каждые 0,1 м проходки и используются при программном вычислении глубины скважины, проходки, положения бурового инструмента над забоем, механической и рейсовой скорости. Результаты вычислений индуцируются соответствующими модулями и устройствами через элементы вывода дискретных и аналоговых сигналов. Кроме того, сигналы, поступающие с датчика проходки, являются синхроимпульсами при регистрации значений технологических параметров в функции глубины бурящейся скважины. При совпадении определенных признаков, характеризующих ту или иную ситуацию на буровой, формируется сигнал, который через элементы вывода дискретных сигналов выводится на модуль сигнализации, и на панели ввода и отображения появляется информация о ситуации на буровой.
Программно вычисленное значение проходки за рейс и положение долота над забоем при спуско-подъемных операциях индицируется на панели ввода и отображения модулем через элемент ввода и управления цифровыми индикаторами. Кроме того, на этой панели индицируется текущее значение местного времени, обновляется ежесекундно по сигналам таймера. Текущее значение местного времени вводится вручную оператором при помощи модуля в начале работы станции. Обработанная информация о параметрах заносится в массив для печати.
Когда массив сформирован, через 3, 6 или 12 мин чистого бурения программно это сообщение через контроллер ввода-вывода выводится на устройство цифропечати, запускается электродвигатель, редактируется сообщение с целью придания ему табличной формы, т. е. содержание сообщения чередуется с байтами команд редактирования (перевод, строки, пробелы). Вывод проводится побайтно по сигналам (синхроимпульсам), которые поступают с периодом 140 мс, определяемым максимальной скоростью печатания знаков (семь знаков в 1 с) цифропечатающим устройством. Параллельно эта же информация выводится через элемент ввода-вывода на перфоленту ленточного перфоратора.
Обработанная информация о параметрах (вес на крюке, нагрузка на долото, расход на входе и выходе, давление и плотность раствора «а выходе) программно формируется в аналоговый массив регистрации и через элемент вывода аналоговых сигналов выводится на аналоговые регистраторы.
Перед началом эксплуатации станции необходимо ее настроить в лабораторных условиях. Станция представляет собой программное устройство с применением микропроцессорной техники комплекса технических средств КТС ЛИУС-2.
Архитектура и состав комплекса предварительной обработки и отображения информации, а также программное обеспечение станции позволяют реализовать следующие функции:
непрерывное, периодическое и по вызову оперативное отображение и регистрацию значений технологических параметров;
обнаружение, оперативное отображение, регистрацию и сигнализацию отклонений значений технологических параметров от установленных пределов;
косвенное измерение технологических параметров; оперативное отображение и регистрацию результатов математических и логических операций, выполняемых комплексом технических средств станции;
подготовку данных к процедуре обмена информацией с вышестоящими системами управления.
В состав станции входят: пульт, фотосчитыватель, перфоратор, цифропечатающее устройство, аналоговые регистраторы. Пульт предназначен для сбора, обработки и выдачи информа-
|
Вид входных сигналов, преобразующихся в значения контролируемых параметров
|
дии в процессе бурения скважин. Комплект преобразователей преобразует изменяемую величину в электрический сигнал. Фотосчитыватель используется для ввода программ в память устройства обработки и отображения информации. Перфоратор предназначен для регистрации полученной информации на перфоленте; цифропечатающее устройство — для регистрации полученной информации с возможностью ее оперативного визуального считывания.
Основные технологические параметры, контролируемые станцией, приведены ниже.
Нагрузка на крюк, кН……………………. О—2500
Подача бурового инструмента, м. . 0—9999
TOC o "1-5" h z Давление нагнетания бурового раствора, МПа 0—45
Расход бурового раствора в нагнетательной линии, м3/с 0,15
Частота вращения ротора, об/мин. . 300
Глубина скважины, м……………………………….. 0—9999,9
Механическая скорость, м/ч…. 0—300
Нагрузка на долото, кН………………….. 0—500
Рейсовая скорость, м/ч…………………….. 0—20
Вероятность безотказной работы каждого канала по каждой функции не должна быть ниже 0,82 за 2000 ч. Среднее время
восстановления каждого канала не должно быть более 2 ч. Срок сохранности (90%) в складских условиях — не менее 3 лет. Средний срок службы до списания — не менее 6 лет.
Вид входных сигналов, преобразующихся в значения контролируемых параметров, и диапазон их изменения приведены в табл. 7.
Техническая характеристика станции «Гелиус»
Пределы допустимых основных приведенных погрешностей, вносимых устройствами станции,
%, не более:
TOC o "1-5" h z для преобразователей ±1,5
для аналого-цифрового преобразования. . ±0,5
для цифроаналогового преобразования. . ±0,5
для аналоговых регистраторов…. ±1
Параметры станции:
напряжение сети однофазного переменного
тока, В………………………………………………………………………………… 200
колебания напряжения, %………………………. +10-=—15
частота, Гц…………………………………………………… —50±1
Потребляемая мощность, кВ-А:
комплексом обработки информации и цифрового отображения 1,5
устройством аналоговой регистрации. ■ 0,5
устройством перфорации……………………………………………………… 0,5
Условия эксплуатации:
отклонение напряжения питающей сети от
номинального значения 220 В, % . . . +10—±5
изменение температуры окружающей среды (группа исполнения В4 изделий), °С. . 5—50
напряженность внешнего магнитного поля (как постоянного, так и переменного синусоидального тока частотой 50 Гц), А/м 400
воздействие вибрации…………………………………………. Меньше значений, допу
стимых для изделий обыкновенного исполнения
Станция является многофункциональным, многоканальным, восстанавливаемым устройством. Закон распределения времени безотказной работы — экспоненциальный.