Производственные процессы разведочного бурения, как объекты механизации н автоматизации
Разведочное бурение состоит из отдельных производственных процессов, которые самостоятельно являются обьектами механизации и автоматизации. Поя механизацией понимается замена физического ручного труда в производственных операциях работой машин, управляемых человеком. Автоматизация — более высокий уровень развития технических средств производства, при которой управление машинами-исполнителями осуществляется так же с помощью механизмов. Функцией человека при этом является задание управляющим механизмам программы действий, в результате реализации которой осуществляется тот или иной технологический цикл или весь производственный процесс.
Разведочное бурение условно можно разделить иа следующие производственные процессы, каждый яз которых в свою очередь состоит из ряда операций:
1) разрушение горной породы на забое скважины буровым инструментом (собственно бурение);
2) очистка скважины от выбуренной породы;
3) спуск и подъем бурового инструмента в скважине;
4) наращивание буровой колонны при углублении скважины;
5) подъем и опускание буровой вышки или мачты;
6) монтажно-демонтажные работы и перемещение тяжестей.
Большинство из перечисленных производственных процессов механизировано. Так, все способы бурения, за исключением ручного, являются механическими. Для механизации последнею созданы портативные установки комбинированного бурения типа УБР-2. Большим достижением явилась механизация спуско-подъемиых операций. Разработка труборазворотов типа РТ-1200М, полуавтоматических элеваторов МЗ-50-80, ЭН2-20, "Урал-2" и др, позволила исключить или видоизменить такие трудоемкие ручные операции, как развинчивание и свинчивание при спуско-подъёме бурильных труб и захват элеватором свечей (за исключением работ с ССК). Сейчас нельзя ещё сказать, что спуско-подьемные операции полностью механизированы, так как навинчивание нли надевание наголовников и подкладывание вилки осуществляются вручную. Но такие попытки делаются. Не механизированы еще операции сборки — разборки колонкового снаряда и извлечения керна. Объем таких затрат труда невелик и часто требует в силу специфики отбора кериа именно ручной работы.
Остальные производственные процессы разведочного бурения механизированы Современная буровая представляет собой комплекс машин и механизмов, с помощью которых осуществляется весь цикл бурения скважины от начала до конца. Комплекс включает буровой станок с приводом, насос для промывки скважины, буровую вышку или мачту, труборазворот и спуско-подьемные механизмы (полуавтоматический элеватор и свечеукладчик). Следующим этапом механизации разведочного бурения является комплексное совершенствование бурового оборудования, создание надежных и эффективных буровых станков, адаптированных к российским условиям эксплуатации. Технические характеристики станков должны удовлетворять современным технологическим требованиям: диапазоны частоты вращения бурильной колонны 0-2000MHH.’1, оснащение всеми необходимыми контрольно-измерительными приборами; буровые иасосы с плавным регулированием расхода и давления промывочной жидкости; конструкции труборазворота — исключающие использование подкладных пилок; конструкции полуавтоматических элеваторов — без применения наголовников; а также оснащение надёжными свечеукладчиками и безопасными приспособлениями для наращивания бурового снаряда. Комплексный подход к полной механизации всех процессов разведочного бурения, улучшеншо качества бурового оборудования невозможен без объединения конечного производства комплектующих машии и механизмов на одном предприятии.
К настоящему времени накопилось достаточная база данных с информацией о технологии бурения различными способами в любых геолого-технических условиях, которая позволяет разработать простые алгоритмы управления механической скоростью бурения в зависимости от основных технологических параметров: осевой нагрузки на забой, частоты вращения породоразрушающего инструмента и расхода промывочной жидкости. Такие алгоритмы могут служить элементами программ управления для буровых регуляторов. В качестве примера базового регулятора, как основы автоматизации процесса бурения, можно привести регулятор АРП. Регулятор предназначен для управления осевой нагрузкой при помощи тормоза лебедки бурового станка ЗИФ-1200 в зависимости от механических свойств разбуриваемой породы. По мере накопления информации о зависимостях между механической скоростью бурения и технологическими параметрами возрастёт результативность алгоритмов управления процессом бурения, что повысит эффективность буровых работ.
Известно, что затраты времени на спуско-подьемные операции (СПО) достигают 40-45 %, а в отдельных случаях и 80 96 общих затрат времени иа бурение. Эти
операции трудоёмки, однообразны, Повторяемы и потому явились одним из нервы* объектов автоматизации. Комплекс спуско-подъемных устройств СПА-ВИТР послужил основой для создания первой отечественной автоматизированной установки БА-25„Л”-Э и следующей — Уралмаш-125А. В результате автоматизации СПО увеличивается скорость спуска и подъема свечей, уменьшается время на их свинчивание, что не может быть достигнуто только за счет механизации вследствие ограниченных возможностей человеческого организма, его способности к реакции на включение и торможение механизмов. Кроме того, передача управления монотонным и однообразным процессом автомату предохраняет бурильщика от переутомления, позволяет переключить внимание на другие операции.
Начало и конец СПО, а также наращивание очередной бурильной трубы при углублении скважины связаны для станков роторного типа с так называемой обработкой ведущей трубы. Под этой операцией понимается отвинчивание или навинчивание ведущей трубы и соответственно ее удаление или подача к устью скважины. Эта операция завершает комплекс СПО е помощью установок БА — 25 „Л"-Эи Уралмаш-125А.
При бурении, особенно глубоких скважин иа нефть и газ, важное значение приобретает контроль за качеством и количеством промывочной жидкости, подаваемой в скважину. С этой задачей успешно может справиться автоматический комплекс средств контроля за параметрами промывочной жидкости, разработанный применительно к установкам типа Уралмаш-125А. Ои обеспечивает постоянный контроль за параметрами бурового раствора и при отклонении их от заданных величин включает соответствующие дозирующие системы, регулирующие его качество.
Объектом автоматизации является и процесс бескернового бурения, Где, с одной стороны, по соответствующему алгоритму можно изменять осевую нагрузку в функция скорости бурения, обеспечивая оптимальные показатели, с другой — автоматически отслеживать состав горных пород проходимого интервала (с определенным сдвигом во времени) по непрерывно выносимому шламу. Другие процессы разведочного бурения: монтажно-демонтажные работы, ликвидация осложнений, оборудование скважин фильтрами и погружными насосами — имеют всегда индивидуальные особенности и могут быть автоматизированы лишь частично. Само понятие разведочного буренм обусловливает во многих случаях ие стандартное принятие решений, а поиск новых путей достижения цели, которые пока еще сложно программировать. В этом случае целесообразнее оставить управление за человеком, обеспечив машину совершенный техническими средствами контроля технологических процессов.
Очевидно, что механизация и автоматизация разведочного бурения не самоцель. Ом всегда должны содействовать росту производительности труда, уменьшении стоимостя 1м. бурения, улучшению условий труда, повышению качества разведочных работ! охране здоровья обслуживающего персонала. Только в этих случаях оправданы затраты на разработку и внедрение буровых автоматов. И хотя, в принципе, каждый процесс» операция в бурении могут быть объектами автоматизации, ее осуществление дол*® подчиняться указанным критериям..