БУРОВОЙ ГЕОНАВИГАЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС

БУРОВОЙ ГЕОНАВИГАЦИОННЫЙ КОМНЛЕКС
Полезная модель относится к информационно-технологическому оборудованию контроля при бурении под нефть и газ, предназначенному для контроля и автоматизации процесса.
Известен информационно-технологический буровой комплекс по книге Молчанова А. А. «Измерение геофизических и технологических параметров в процессе бурения скважин, М., Недра, 1983, с. 168-169.
Этот комплекс состоит из телеметрической системы, содержащей, в свою очередь источник питания, инклиномегрические датчики, электронный блок. Комплекс обеспечивает передачу на поверхность только инклинометрических данных. Другие забойные и технологические параметры не контролируются.
Известен информационно-технологический буровой комплекс по книге Булатова А. И. и др. «Справочник инженера по бурению., М., Недра, 1985, т. 2, с. 9, рис. 36 (прототип).
Этот комплекс содержит блок обработки и визуализации информации (блок-датчик и регистратор), наземные технологические датчики. Забойные параметры не контролируется, что является одним из недостатков комплекса, потому «гго знание многих параметров в непосредственной близости от забойного двигателя (оборотов гидротурбины, осевой силы, крутящего момента) более важно, чем та же информация, полученная в верхней части колонны бурильных труб. Вес колонны бурильных труб может быть не равен осевой нагрузке на долото, например вследствие изгиба колонны бурильных труб и ее трения об стенки скважины, то есть реальные значения параметров отличаются от полученных в результате заморов. Второй недостаток заключается в том, что обработка данньк ведется медленно, неточно и ттредставляется недостаточно наглядно. Третий недостаток заключается
МПК7Е21В47/12 В том, что значения всех параметров выводится на стрелочные приборы и самописцы, а
обработка параметров в их взаимной связи не производится, поэтому вывод о технолгической ситуации, возникшей ю время бурения зависит от опыта специалиста, обслуживающего аппаратуру. Оценка сложившейся ситуации требует сложных расчетов и длительного анализа. Это особенно критично при аварийной ситуации, требующей оперативного решения. Указанная задача может быть решена только при полной автоматизации процесса бурения.
Задача создания полезной модели - повьш1ение оперативности принятия технологического решения и автоматизация процесса бурения, повышение точности и достоверности записи информации и увеличение скорости ее обработки и передачи.
Решение указанной задачи достигнуто за счет того, что информационнотехнологический геонавигационный комплекс, содержащий датчики контроля технологических параметров, в том числе и наземные, пульт бурильщика и блок обработки и визуализации информации, дополнительно содержит забойную телеметрическую систему и приемное устройство, блок обработки и визуализации выполнен в виде последовательно соединенных преобразовательного комплекса и компьютера с монитором, причем часть датчиков контроля технологических параметров установлена в корпусе забойной телеметрической системы.
Комплекс может дополнительно содержать установленный на лебедке датчик длины колонны бурильных труб, в линии нагнетания бурового раствора датчик давления, в линии нагнетания бурового раствора датчик расхода, датчик плотности, датчик наличия газовой фазы, а в колоне бурильных труб - газоанализатор.
Кроме того, комплекс может дополнительно содержать, установленные в корпусе забойной телеметрической системы блок инклинометрии, и/или датчик осевой нагрузки и/или датчик крутящего момента и/или датчик оборотов гидротурбины.
2
Наличие всех этих существенных признаков изобретения позволяет достичь по(ггавлед1ные задачи, а именно, автоматизировать процесс бурения и повысить точность измерения. В основном это обеспечивается применением компьютера и большого числа датчиков, дающих практически полное представление о наземных и технологических параметрах процесса бурения. Кроме того, использование специальных программных продуктов позволило обработать массив информации и представить ее на экране монитора, а также хольте бурильщика, в самом наглядном н удобном для анализа виде, а также ввести в программу управляющие воздействия при аварийных ситуациях. Существенные признаки, приведенные в п. 1 формулы изобретения составляют совокупность необходимую и достаточную для реализации проекта, т. к. наличие любого одного из них или нескольких, но не в полной комплектации не позволит получить желаемого результата. Применение компьютера или только наземных датчиков не позволит получить заявленного технического результата.
Практически все комплектующие комплекса разработаны и производятся в ЗАО НПФ «Самарские Горизонты и создание комплекса находится в стадии завершения.
Предложенное техническое решение обладает новизной и промышленной применимостью.
Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1.. .3, где:
на фиг. 1 приведен информационно-технологический геонавигационный комплекс,
н фиг. 2 - схема взаимодействия программно-технических средств компьютера,
на фиг. 3 - структурная схема преобразующего комплекса.
Разработанный геонавигационный комплекс содержит, установленную в колонне бурильных труб I над забойным двигателем 2 забойную телеметрическую систему 3 с источником питания 4, насос 5, с приюдом насоса 6. Пасос 5 соединен с баком 7, в котором установлен датчик уровня бурового раствора 8. В нагнетательной линии 9 насоса 5 установлены датчики давления 10, расхода 11, плотности 12, наличия газовых включений 13.
В нагнетательной линии 9 также ус1 1овлен управляющий клапан 14.
К антенне 15 подключено приемное устройство 16, выход из которого подключен ко входу в компьютер 17. К второму входу в компьютер 17 подключен преобразовательный комплекс - 18. Лебедка 19 содержит привод лебедки 20. На лебедке 19 установлен датчик длины шлонны бурильных труб 21. Индикатор веса на крюке 22 установлен на тросе 23. Колонна бурильный труб 1 проходит через ротор 24, имеющий привод ротора 25 для ориентации отклоняющей компоновки 26. В верхней части колонны бурильных труб 1 установлен превентор 27, привод превентора 28. На устье скважины установлен газоанализатор 29. Датчик осевой нагрузки 30 и датчик крутящего момента 31, датчик оборотов гидротурбины 32, передающий модуль 33 и блок инклинометрии 34 установлены в корпусе забойной телеметрической системы 3. К выходам компьютера 17 подключены монитор 35, через блок сопряжения 37 пульт бурильщика 38, модем 39. Модем 39 соединен по линии телефонной связи через модем удаленного компьютера 40 с удаленным компьютером 41. К выходам блока управления 42 подключены привод насоса 6, привод лебедки 20 и привод ротора 25. Возможна установка над источником пш-ания 4 съемного модуля пульсатора 43 для передачи информации по гидравлическому каналу связи.
Компьютер 17 (фиг. 2) содержит электронные блоки компьютера 44 и программное обеспечение информационно-технологического комплекса 45, которое включает: операционную систему 46, программу обработки 47, программу выработки технических решений 48, ее составе базу данных 49, в том числе базу данных САНР (системы автоматизированного проектирования) бурения 50 и программу управяения 51. Преобразоветельный комплекс 18 (фиг. 3) содержит анаголого-цифровые преобразователи (по числу датчиков) АЦП 52... АЦП 59, контроллер 60, модем 1а мш1екса 61 и блок питания 62.
4
Устройство работает следующим образом. При бурении работает иасос 5, который по нагнетательной линии 7 подает буровой раствор к турбобуру 3 и приводит его в действие. Инклиномегрические параметры с блока инклинометрии 34 и забойные параметры с датчиков осевой нагрузки 30 и крутящего момента 31 и оборотов гидротурбины 32 при помощи передающего модуля 33 в виде электромагнитного сигнала подаются на антенну 15 и далее в приемное устройство 16 и в компьютер 17. Сигналы с наземных технологических датчиков 8, 10, И, 12, 13, 19 и 29 подаются на вход в преобразовательный комплекс 18 и далее на вход в компьютер 17, где преобразуется и обрабатывается и передается одновременно на монитор 35 и пульт бурильщика 38, при необходимость и на принтер 36. На экране монитора 35 информация оперативно, качественно и наглядно доводится до исполнителя-геофизика, а на пульте бурильщика 38 часть этой информации представляется в цифровой и аналоговой форме, причем в аналоговой форме при помощи свегоднодов, размещенных по окружности представляются преимущественно Инклиномегрические данные.
Преобразовательный комплекс 18 гфеобразует показания со всех наземных датчиков в сигнал, приемлемый для компьютера 17. Датчики, установленные в корпусе забойной телеметфической системы передают информацию на поверхность через передающий модуль 33 на антенну 15, приемное устройство 16 и далее в персональный компьютер 17.
Программа обработки информации от технологических датчиков 47 (фиг. 2) обрабатывает всю информацию, полз енную с датчиков для представления первоначально в цифровом виде, затем для визуализации в форме таблиц, графиков и диаграмм на экране монитора 35 и, кроме того, рассчитывает и вьщает данные, полученные путем математических преобразований с 3aMqpeHHbiMn параметрами, например, отклонение от траектории. Протрамма выработки технических решений 48 осуществ.ляет более сложные логические и математические преобразования информации для выработки рекомендаций по
управленшо процессом бурения. Программа управления 49 непосредственно подает управляющие сигналы на исполнительные органы системы управления, к ю торым относятся привод насоса 6, привод лебедки 18, привод ротора 25 и приюд превенгора 28. Возможна выдача предупреждающих (звуковых и световых) сигналов при аварийной ситуации. Предложенный комплекс обеспечивает и полную автоматизацию процесса бурения путем воздействия на привод насоса 6, привод лебедки 18, привод ротора 25 и привод превентора 28. При этом каждое из этих управляющих воздействий может быть реализовано либо в отдельности, либо совместно в любом сочетании. Обратная связь между компьютером 17 и забойной телеметрической системой 3 осуществляется путем воздействия на управ.пяющий клапан 14 и посылки управляющего импульса по гидравлическому каналу. Такая связь может быть использована, например, для включения или выключения источника питания 4.
Если установлен пульсатор 43, 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 10 и далее, к преобразовательному комплексу 18 и в компьютер 17. При этом возможно использование либо одного гидравлического канала связи или одновременно обеих каналов связи: гидравлического и электромагнитного для дублирования передачи или параллельной посылки различных данных. По информации с датчиков расхода 11, плотности 12 и датчика наличия газовой фазы 13, поступающей также через преобразовательный комплекс 18 подается в компьютер 17, производится коррекция данных, полученных из забоя по гидравлическому каналу связи на датчик давления 10. Это необходимо, чтобы учесть влияние характеристик бзфового раствора на скорость распространения гидравлической волны в жидкости (буровом растворе) для избежания искажения рюультата. Кроме того, предложенный комплекс обеспечивает передачу всей информации на удаленный компьютер 41, чт куста бы осуществлять контроль за бурением не только на одной буровой, но и в масштабах ли месторождения. Применение полезной модели пгаволило: 1.Полностью автоматизировать процесс горизонтально-направленного бурения. 2.Повысить точность измерений. 3.Предотвратить аварийные ситуации. 4.Улучшить наглядность представления информации за счет ее одновременного показа на экране монитора и пульте бурильщика. Показ на пульте бурильщика одновременно цифровой и аналоговой информации позволило легче определять положение забоя в процессе бурения. 5.Повысить скорость передачи информации. 6.Повысить достоверность каждого параметра в отдельности и расчетнных показателей, полученных путем математической обработки. 1
Авторы:
Григашкин Г. А.
Варламов С. Е.
г.9. м,
10.2001 г.
Кульчицкий В. В.