регулирование), в системе должны быть реализованы перспективные методы

управления, которые нельзя осуществить с помощью традиционного ручного

управления. К ним можно отнести такие методы; реализуемые в процессе

автоматизированного управления, как оперативная оптимизация, адаптивная

настройка, регулирование по возмущению, управление по вычисляемым

косвенным переменным, которые не поддаются непосредственному измерению

(например, достижение минимального отношения мощности на бурение к

механической скорости бурения), и т.д.

Другой источник эффективности систем автоматизированного управления

- увеличение производительности труда в результате роста механической

скорости бурения, уменьшения количества аварий и осложнений, увеличения

производительного времени за счет объективного документированного

контроля.

Очевидно, в ближайшем будущем не предвидится сокращение

обслуживающего персонала буровой установки, так как, по крайней мере с

точки зрения техники безопасности, буровая установка должна обслуживаться

не менее, чем двумя рабочими. Но можно говорить об условном высвобождении

численности при автоматизированном управлении даже в процессе бурения

одной скважины. Поскольку система управления принимает на себя часть

функций обслуживающего бурового персонала, то в высвободившееся время

рабочие могут выполнять различные вспомогательные работы. Кроме того, за

счет повышения скоростей бурения возможно сокращение количества буровых

установок, а следовательно, и численности рабочих.

Снижение себестоимости 1 м бурения скважины - следующий источник

эффективности систем автоматизированного управления процессом бурения.

Это достигается с одной стороны, за счет роста производительности труда,

а с другой - за счет меньших удельных расходов истирающих материалов,

инструмента, энергии, увеличения межремонтных сроков оборудования и т.д.

Например, известная система Вектор-1. разработанная в Севукргеологии В.

А. Флянтиковым и В. А. Бабишиным. обеспечила рост производительности

труда на 46%, увеличение механической скорости и длины рейса на 30 и 43%

соответственно, снижение затрат мощности при бурении 1 м расхода

истирающих материалов и себестоимости буровых работ на 6,50 и 19,3%

соответственно.

Такие результаты получены при бурении плановых геологоразведочных

скважин общим объемом более 10 тыс. м. Следует учесть, что названная

система вследствие жесткой, аппаратной, реализации алгоритма управления

обладает весьма ограниченными функциональными возможностями и по существу

управляет лишь по одному параметру-нагрузке на породоразрушающий

инструмент (долото).

К неявным источникам экономической эффективности можно отнести

функции контроля и регистрации параметров, а также показателей процесса

бурения, выполненные системой управления. При этом высвобождается

определенная часть инженерно-технических работников; которые должны

хронометрировать процесс и предварительно обрабатывать данные.

Полученные объективные данные служат основой для оптимального

проектирования процесса бурения, нормирования и др.

В недалеком будущем с внедрением гидрофицированных буровых установок

нового поколения возможен рост эффективности за счет расширения

функциональных возможностей системы управления процессом бурения, таких

как автоматизация спуско-подъемных операций, диагностика состояния

станка, оперативная обработка данных скважинной геофизики, учет расхода

материалов и т. д.

Внедрение систем автоматизированного управления имеет социальное

значение. Прежде всего, это устранение различий между умственным и

физическим трудом, улучшение условий труда и техники безопасности,

поскольку в результате автоматизации буровой персонал может быть удален

на безопасное расстояние от движущихся и вращающихся частей, и создание

комфортабельных условий работы.

3.4. Состояние разработок по автоматизации процесса бурения

По имеющимся данным, созданием систем автоматизированного управления

процессом бурения в последнее время занимаются также зарубежные фирмы.

Японская фирма “Кокэн Боринг Машин Ко” разрабатывает буровые станки

с компьютерным управлением с 1979 г. Например, в 1981 г. был разработан

буровой станок СВК-К-10А с программным управлением. Эта модель

представляет собой малогабаритный гидравлический станок со встроенной

микро-ЭВМ, который предназначен для геологической съемки и бурения

цементировочных скважин глубиной до 100 м при постройке дамб и плотин.

Разработчики обоснованно считают, что эффективность и безопасность

бурения значительно зависят от квалификации оператора-бурильщика. Поэтому

цель разработки бурового станка со встроенной ЭВМ состоит в обеспечении

высокой надежности, эффективности и безопасности работы при бурении

станком независимо от квалификации бурильщика и, тем более, в открытии

возможности автоматического бурения станком скважины заданной глубины в

неизвестных горно-геологических условиях. Система управления собирает

информацию по шести параметрам и по заданной программе производит

оптимальное управление станком спускоподъемные операции также

автоматизированы. Специалисты фирмы утверждают, что применение станков с

программным управлением позволило получить большой экономический эффект.

В ФРГ в 1989 г. приступили к оптимизации процессов бурения на

основе микроэлектроники при разработке рудных месторождений скважинами

большого диаметра. Начатые научно-исследовательские опытно-

конструкторские работы показывают, что их результаты могут быть

использованы и при других видах бурения.

Авторы считают, что автоматическое регулирование при бурении

скважин большого диаметра позволяет:

. повысить скорость бурения при снижении удельного износа потребления

энергии;

. создать условия для обслуживания бурового станка одним человеком,

обслуживания одной бригадой нескольких станков;

. сократить непроизводительное время в начале и конце смены;

. максимально увеличить скорость бурения при минимизации затрат.

В разработке предусматривается диагностика бурового станка, регистрация

и индикация параметров режимов бурения и некоторых режимов работы.

Оптимизацию процесса бурения намечено осуществить путем адаптивного

регулирования с помощью вычислительных устройств.

В обзоре, посвященном анализу состояния разведочного бурения и

направления его развития, зарубежные специалисты утверждают, что

дальнейшее развитие этого способа, вероятно, приведет к повышению|

производительности, автоматизации бурового процесса с целью сокращения

времени на спускоподъемные операции и обеспечения адаптивного

регулирования параметров бурения с поиском оптимальных сочетаний скорости

подачи, осевой нагрузки, крутящего момента и частоты вращения бурильной

колонны [12]. В Специальном проектно-конструкторском бюро буровой

автоматики (СПКББА) на базе ЭВМ среднего класса разработана станция

автоматической оптимизации и геолого-технологического контроля бурения

глубоких скважин (САОБ), предназначенная для оперативного управления

процессом бурения с целью его оптимизации, распознавания и предупреждения

осложнений и аварийных ситуаций, ликвидации аварий, автоматического

сбора, обработки, накопления и выдачи геолого-технологической и технико-

экономической информации о процессе бурения глубоких скважин на нефть и

газ.

Основные функции станции следующие: оптимизация режимов бурения,

обеспечивающих достижение экстремального значения критерия оптимальности

(максимум рейсовой скорости или проходки на долото, минимум стоимость 1 м

проходки); корректировка выбранного оптимального режима бурения при

изменении условий бурения в процессе рейса; распознавание на ранней

стадии предаварийных и аварийных ситуаций и вероятностная оценка момента

их наступления; накопление, хранение и представление в различной форме

геолого-технологической информации о процессе бурения, кратной 1 м

бурения или рейсу.

Станция может работать с любыми нефтяными буровыми установками,

укомплектованными необходимым набором технологических датчиков и

рассчитанными на бурение эксплуатационных и поисково-разведочных скважин

на нефть и газ глубиной 4000-6500 м. В первую очередь целесообразно

использовать станцию на новых площадях в условиях малой изученности

разрезов и недостоверности сходной геолого-технологической информации об

условиях бурения.

Вторая наиболее значительная разработка, имеющая реальный выход в

производство, автоматическая система управления процессом углубки

скважины в оптимальном режиме (автобурильщик “Узбекистан 2А”), созданная

в Методической экспедиции геолого-экономических исследований. Система

включает кабину бурильщика с размещенным в ней вычислительно-управляющим

комплексом, датчики технологических параметров и исполнительный механизм

для управления рычагом тормоза лебедки. Система предназначена для ведения

в автоматическом режиме процесса бурения роторным и турбинным способами

глубоких скважин на нефть и газ серийными буровыми установками с

использованием шарошечных долот. Систему обслуживает один оператор.

Вычислительно-управляющий комплекс включает в себя вычислительный блок,

выполненный на базе серийной микроЭВМ “Электроника С5-12”, пульт

управления, устройства связи с объектом и оператором, представления

информации, формирования управляющих сигналов, ленточный перфоратор ПЛ-

150 и систему питания. Комплекс предназначен для приема и анализа

информации о процессе бурения по сигналам датчиков технологических

параметров, а также для логической и математической обработки ее в

соответствии с алгоритмом управления, формирования информационных и

управляющих сигналов и обеспечения всех устройств системы электропитания.

В соответствии с алгоритмом управления система производит

взвешивание бурового инструмента, приработку долота, поиск эффективного

значения осевой нагрузки на долото и поддержание ее в процессе бурения.

Если дальнейшее бурение экономически нецелесообразно, то система

вырабатывает сигнал об окончании рейса и прекращает подачу инструмента.

Кроме того, система обеспечивает безаварийное бурение, своевременно

определяя износ опоры шарошечного долота. Сведения о ходе процесса

бурения и режимах работы оборудования выдаются бурильщику с помощью

стрелочных приборов, цифровой индикации, светящихся транспарантов, а

также фиксируются на перфоленте, которая может быть исходным документом

для формирования информационного банка и служит контрольным документом,

объективно представляющим состояние бурового инструмента и оборудования и

отображающим работу буровой бригады.

Система предназначена для бурения скважин глубиной 3500-4000 м.

Потребляемая мощность не более 0,5 кВт. Как показали результаты

промысловых испытаний, применение системы позволяет сократить расход

долот и время проводки скважины на 15-20% при обеспечении полной

безаварийности.

Фирмой “Даймэнт Боарт” создана гидрофицированная установка с

подвижным вращателем и трубодержателем, в управлении которой использован

микропроцессор [13]. С помощью микропроцессора координируется

функционирование элементов гидроуправления, выполняются расчеты различных

операций и контролируется их соответствие предварительно принятым

заданиям. При спускоподъемных операциях микропроцессор синхронизирует

последовательность срабатывания гидропатрона вращателя и трубодержателя,

перемещение вверх и вниз и контролирует интервалы времени между

прохождением последовательных сигналов.

Возможно расширение функций системы управления: полное

воспроизведение различных программ, заранее отработанных

экспериментально; защита по максимальному крутящему моменту при

свинчивании и развинчивании бурильных труб; ограничение по предельной

осевой нагрузке во время бурения, что повышает надежность бурильной

колонны и т. д. Предусматриваются регистрация и обработка информации о

процессе бурения, которая затем будет использована для интерпретации

этого процесса и геологического разреза.

Для бурения геологоразведочных скважин на твердые полезные

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8