СТЕНД МОДЕЛИРОВАНИЯ СКВАЖИННЫХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к разработке нефтегазовых месторождений и может быть использована для моделирования и исследования взаимодействия скважинных автоматизированных систем управления в процессе бурения скважин кустовым способом, добычи нефти и газа, проведения лабораторно-практических занятий.
Известен стенд для испытания генератора, содержащий привод генератора и электрическую схему для снятия электрических характеристик (SU 1721552, G01R 31/02, 1989).
Однако указанный стенд обладает ограниченными возможностями, поскольку может быть использован только для снятия характеристик генератора в динамике и не предусматривает моделирование работы скважинных информационно-измерительных и управляющих систем.
Известен стенд для моделирования работы геонавигационного оборудования, содержащий последовательно соединенные электродвигатель и генератор и подключенную к разъему последнего компоновку, состоящую из последовательно соединенных электромагнитного излучателя и электронного блока забойного модуля, при этом выход электродвигателя подсоединен к тахометру, а его вход через частотный преобразователь подсоединен к регулятору частоты, выходы электрогенератора, электромагнитного излучателя и электронного блока забойного модуля подключены к вольтметру (RU 87537, G01R 31/02, 2006).
К недостаткам известного стенда относятся отсутствие:
- возможности имитации работы скважинной аппаратуры не только в процессе бурения, но и в процессе эксплуатации скважин (в том числе нагнетательных);
- возможности моделировать взаимодействие скважинных автоматизированных систем управления посредством передачи информации от скважины к скважине и выработки управляющих воздействий на регулируемые элементы.
Задачей предлагаемой полезной модели является расширение функциональных возможностей стенда.
Поставленная задача достигается тем, что стенд для моделирования работы скважинных автоматизированных систем управления содержит стационарную опорную раму и установленную с возможностью перемещения относительно нее мобильную опорную раму, опорные рамы выполнены в виде системы вертикальных стоек с верхними и нижними горизонтальными основаниями с установленными на их верхних основаниях приемо-передающими электромагнитными антеннами, при этом на верхнем основании мобильной рамы дополнительно размещены электронный генератор и блок управления, на нижнем основании - подключенный к блоку управления электрический привод, на одной из ее вертикальных стоек установлен связанный с электронным генератором реостатный преобразователь, ползунок которого взаимодействует посредством зубчатого колеса с горизонтальной зубчатой рейкой, жестко закрепленной на вертикальных стойках стационарной рамы, на верхнем основании которой установлены связанные электрически между собой блоки сравнения и сигнализации.
Достигаемый технический результат заключается в обеспечении возможности моделирования широкого спектра технологических процессов ориентированного бурения и эксплуатации скважин с одного кустового основания.
Сущность предлагаемого стенда поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведен общий вид стенда, на фиг. 2 - функциональная схема стенда, на фиг. 3 приведен график зависимости напряжения на блоке сравнения от расстояния между скважинами и критические значения параметров.
Предлагаемый стенд состоит из мобильной опорной рамы в виде системы вертикальных стоек с верхними и нижними горизонтальными основаниями 1, первой электромагнитной антенны 2, подключенных к ней электронного генератора 3, соединенного с реостатным преобразователем 4, ось вращения которого скреплена с зубчатым колесом 5, и блока управления 6, соединенного с электрическим приводом 7 для приведения в движение мобильной опорной рамы 1, а также из стационарной опорной рамы в виде системы вертикальных стоек с верхними и нижними горизонтальными основаниями 8 с жестко закрепленной на ней зубчатой рейкой 9, вдоль которой может свободно ездить зубчатое колесо 5, второй электромагнитной антенны 10, соединенной с блоком сравнения 11, который может подавать сигналы на блок сигнализации 12 и посредством электромагнитного канала связи между электромагнитными антеннами - на блок управления 4.
Для моделирования сближения стволов нефтегазовых скважин в процессе бурения электромагнитная антенна 2, электронный генератор 3, реостатный преобразователь 4, ось которого соединена с зубчатым колесом 5 и блок управления 6 устанавливаются на мобильной опорной раме 1, которая приводится в движение электрическим приводом 7, также размещенном на ней. На стационарной опорной раме 8, с жестко закрепленной на ней зубчатой рейкой 9, размещены соответственно блок сравнения 11, соединенного со второй электромагнитной антенной 10 и блоком сигнализации 12.
На основании положения зубчатого колеса 5 на оси перемещения вдоль зубчатой рейки 9 реостатным преобразователем 4 формируется значение электрического сопротивления, пропорциональное координате мобильной опорной рамы 1 относительно стационарной опорной рамы 8. Полученное значение электрического сопротивления реостатного преобразователя 4 позволяет электронному генератору 3 сформировать в виде функциональной зависимости электромагнитный сигнал и передать его посредством первой электромагнитной антенны 2 на вторую электромагнитную антенну 10, откуда информация воспринимается блоком сравнения 11. В блоке сравнения 11 полученное значение сигнала сравнивается с опорными значениями, несущими информацию о заранее запрограммированных критических расстояниях между мобильной 1 и стационарной 8 опорными рамами. В случае превышения текущей координаты мобильной опорной рамы 1 относительно стационарной опорной рамы 8 одного или нескольких критических расстояний между ними блоком сравнения 11 формируется сигнал рассогласования, который передается на блок сигнализации 12 и посредством второй электромагнитной антенны 10 на первую электромагнитную антенну 2 и далее - на блок управления 6, который в свою очередь подает сигнал управления на электрический привод 7, тем самым останавливая мобильную опорную раму 1 или двигая ее в противоположном направлении.
В зависимости от конкретной лабораторно-исследовательской задачи на стенде можно моделировать следующие технологические операции:
- электромагнитное наведение специальной противофонтанной скважины на аварийную фонтанирующую скважину;
- предотвращение пересечений стволов скважин при кустовом бурении;
- передачу информации посредством электромагнитного канала связи от одной скважинной информационно-измерительной и управляющей системы к другой.
При этом мобильная опорная рама 1 с размещенным на ней оборудованием выполняет роль бурильной или обсадной колонны, оснащенной скважинной системой автоматизированного управления, в первой скважине, а стационарная опорная рама 8 с размещенным на ней оборудованием выполняет роль бурильной или обсадной колонны, оснащенной скважинной системой автоматизированного управления, во второй скважине.
В процессе сближения скважин (опорных рам 1 и 8) принимаемое напряжение в блоке сравнения 8 может определяться по формуле:
0
где U - напряжение на выходе электронного генератора 3, W - расстояние между скважинами (опорными рамами 1 и 8), k - коэффициент затухания сигнала при прохождении через среду между электромагнитными антеннами 2 и 10. График зависимости напряжения на блоке сравнения от расстояния между скважинами и критические значения параметров приведены на фиг. 3.
При приближении бурящейся скважины на опасное расстояние система выдает сигнал и блокирует дальнейшее сближение скважин. При наведении бурящейся скважины на аварийную (работающую в режиме открытого фонтанирования) сигнализируется момент пересечения стволов скважин.