БУРОВОЙ ГЕОНАВИГАЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС
Г. ГРИГАШКИН, С. ВАРЛАМОВ, ЗАО «НПП «Самарские горизонты»
Аппаратно-программный комплекс АПК «Волга» предназначен для комплексной автоматизации процесса бурения. Аппаратно-программный комплекс защищен патентом на изобретение № 2208154 и свидетельствами на полезные модели № 22180 и № 23313. Датчики и аппаратура собственной разработки и мощное программное обеспечение, содержащее восемь официально зарегистрированных в ФИПС программ, обеспечивает его функционирование. В разработку заложены новейшие достижения в области создания систем искусственного интеллекта, в том числе принцип самообучения и нейронные сети НС, также используется база данных системы автоматизированного проектирования САПР скважины, содержащая проектные данные по конструкции скважины, характеристики оборудования, технологии процесса бурения, геологические и геофизические данные. Принцип самообучения является неотъемлемым свойством нейронных сетей НС, а порядок обучения установлен регламентом. Кроме того, используется опыт, полученный при бурении других скважин куста или месторождения. При возникновении ситуа-
ций, одинаковых с теми, которые имели место на ранее строящейся скважине того же куста (месторождения) автоматически без участия человека принимается то же оперативное решение по управлению процессом бурения, если оно было оптимальным для такой ситуации. Все данные, содержащиеся в базе САПР, всегда используются при принятии решения, но с разными коэффициентами влияния.
Разработанный геонавигационный комплекс (рис. 1) содержит, установленную в колонне бурильных труб /1/ над забойным двигателем /2/ забойную телеметрическую систему /3/ с источником питания /4/, насос /5/ с приводом /6/. Насос соединен с баком /7/, в котором установлен датчик уровня бурового раствора /8/. В нагнетательной линии /9/ насоса вмонтированы датчики давления /10/, расхода /11/, плотности /12/, наличия газовых включений /13/. В нагнетательной линии установлен также управляющий клапан /14/.
К антенне /15/ подключено приемное устройство /16/, выход из которого подключен ко входу в компьютер /17/. К второму входу в компью-
Аппаратура АПК «Волга», установленная в передвижной лаборатории
Главное окно модуля «Волга-Курс», автоматическое построение трехмерного изображения проектной и фактической скважины
Обработка данных газовой хроматографии
тер подключен преобразовательный комплекс /18/. На лебедке /19/, содержащей привод /20/, установлен датчик длины колонны бурильных труб /21/. Индикатор веса на крюке /22/ закреплен на тросе /23/. Колонна бурильных труб проходит через ротор /24/, имеющий привод /25/ для ориентации отклоняющей компоновки /26/. В верхней части колонны бурильных труб установлен превентор /27/ с приводом /28/. На устье скважины размещен газоанализатор /29/. Датчик осевой нагрузки /30/ и датчик крутящего момента /31/, датчик оборотов гидротурбины /32/, передающий модуль /33/ и блок ин-клинометрии /34/ установлены в корпусе забойной телеметрической системы. К выходам компьютера подключены монитор /35/, через блок сопряжения /37/ — пульт бурильщика /38/, модем /39/, который по линии телефонной связи через модем удаленного компьютера /40/ соединен с удаленным компьютером /41/. К выходам блока управления /42/ подключены привод насоса, привод
Рис. 1. Информационно-технологический геонавигационный комплекс
лебедки и привод ротора. Возможна установка над источником питания съемного модуля пульсатора /43/ для передачи информации по гидравлическому каналу связи.
Компьютер содержит электронные блоки /44/ и программное обеспечение информационно-технологического комплекса /45/, которое включает операционную систему / 46/,
программу обработки /47/, программу выработки технических решений /48/, в ее составе базу данных технологических ситуаций /49/, базу данных САПР (системы автоматизированного проектирования) бурения /50/ и программу управления /51/. Преобразовательный комплекс содержит анаголого-цифровые преобразователи (по числу датчиков) АЦП /52/ — ЦП
/59/, контроллер /60/, модем комплекса /61/ и блок питания /62/.
Устройство действует следующим образом. При бурении работает насос, который по нагнетательной линии подает буровой раствор к турбобуру и приводит его в действие. Инклинометриче-ские параметры с блока инклинометрии и забойные параметры с датчиков осевой нагрузки, крутящего момента и
Окно программы «Волга-КУРС»
Северо-Губкинское месторождение куст № 6 скважина № 55. Горизонтальная проекция проектной скважины (оранжевая кривая), фактической скважины (синяя кривая) и скважины, построенной по данным ЗТС (зеленая кривая)
оборотов гидротурбины при помощи передающего модуля в виде электромагнитного сигнала подаются на антенну и далее в приемное устройство и компьютер. Сигналы с наземных технологических датчиков подаются на вход в преобразовательный комплекс и далее на вход в компьютер, где преобразуется, обрабатывается и передается одновременно на монитор и пульт бурильщика, а при необходимости и на принтер. На экране монитора информация оперативно, качественно и наглядно доводится до исполнителя-геофизика, а на пульте бурильщика часть этой информации представляется в цифровой и аналоговой форме, причем в аналоговой — при помощи светодио-дов, размещенных по окружности, представляются преимущественно инк-линометрические данные.
Преобразовательный комплекс преобразует показания со всех наземных датчиков в сигнал, приемлемый для компьютера. Датчики, установленные в корпусе забойной телеметрической системы, передают информацию на поверхность через передающий модуль на антенну, приемное устройство и далее в персональный компьютер.
Программа обработки информации от технологических датчиков обрабатывает всю информацию, полученную с датчиков, для представления первоначально в цифровом виде, затем для визуализации в форме таблиц, графиков и диаграмм на экране монитора и, кроме того, рассчитывает и выдает данные, полученные путем математических преобразований с замеренными параметрами, например, отклонение от траектории. Программа выработки технических решений осуществляет более сложные логические и математические преобразования информации для подготовки рекомендаций по управлению процессом бурения. Программа управления непосредственно подает управляющие сигналы на исполнительные органы системы управления, к которым относятся привод насоса, привод лебедки, привод ротора и привод превентора. Возможна выдача предупреждающих (звуковых и световых) сигналов при аварийной ситуации. Предложенный комплекс обеспечивает и полную автоматизацию процесса бурения путем воздействия на привод насоса, привод лебедки, привод ротора и привод пре-вентора. Каждое из этих управляющих воздействий может быть реализовано либо в отдельности, либо в любом сочетании. Обратная связь между компьютером и забойной телеметрической системой осуществляется путем
воздействия на управляющий клапан и посылки управляющего импульса по гидравлическому каналу. Такая связь может быть использована, например, для включения или выключения источника питания.
Если установлен пульсатор, создающий гидравлические импульсы бурового раствора, то информация об инклинометрических параметрах и с забойных технологических датчиков может быть передана по гидравлическому каналу связи на датчик давления, далее к преобразовательному комплексу и в компьютер. При этом возможно использование либо одного гидравлического канала связи, либо одновременно обоих: гидравлического и электромагнитного для дублирования передачи или параллельной посылки различных данных. Информация с датчиков расхода, плотности и датчика наличия газовой фазы, проходящая через преобразовательный комплекс, поступает в компьютер; производится коррекция данных, по-
лученных из забоя по гидравлическому каналу связи на датчик давления. Это необходимо для учета влияния характеристик бурового раствора на скорость распространения гидравлической волны в жидкости (буровом растворе) в целях избежания искажения результата. Кроме того, предложенный комплекс обеспечивает передачу всей информации на удаленный компьютер, чтобы осуществлять контроль за бурением не только на одной буровой, но и в масштабах куста или месторождения.
По согласованию с заказчиком АПК «Волга» обеспечивает измерение до девяти дополнительных параметров.
Геолого-технологические исследования с использованием станции ГТИ АПК «Волга» проводились на скважине № 55 куста № 6 Северо-Губкинского месторождения. Характеристика скважины: глубина начала искривления — 1700 м, кровля пласта по вертикали — 2455,6 м, азимут на круг — 76,9°, отход
Табл.
Основные параметры, измеряемые станцией управления АПК «ВОЛГА»
№ п/п Измеряемые параметры Диапазон измерений
1 Глубина забоя по инструменту, м Без ограничений
2 Вес на крюке, т 0-250
3 Нагрузка на долото, т 0-100
4 Момент свинчивания бурового инструмента на ключе, кН/м 0-100
5 Давление в нагнетательной линии бурового раствора, МПа 0-30
При работе с забойной телеметрической системой ЗТС
6 Зенитного угла 0-130°
7 Азимута 0-359°
8 Положения отклонителя 0-359о
9 Частота вращения забойного двигателя, об./мин. 0-500
10 Частота вращения турбогенератора, об./мин. 0-3000
11 Температура на забое, °С 0-125
от устья до забоя — 1019,4 м, радиус круга допуска — 75 м, высота коридора допуска — 2,7 м. Исследования проводились в интервале 700—3000 м.
Аппаратно-программный комплекс «Волга» был развернут на скважине с передвижной лаборатории НПП «Самарские горизонты», выполненной на базе автомобиля «Урал». Работу на станции выполняли два оператора и водитель-каро-тажник передвижной лаборатории. В состав станции ГТИ входили базовый компьютер (сервер данных) для приема, обработки и хранения данных; компьютер для обработки данных газовой хроматографии и видеоизображения от камеры оперативного контроля, контроллер (устройство сопряжения объектов) для предварительной обработки данных; газовый хроматограф для обработки газовых проб; система подачи газоотборных проб для транспортировки газовых проб к газовому хроматографу.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.