МОБИЛЬНАЯ СТАНЦИЯ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ БУРЕНИЯ
BORING PARAMETRES CONTROL MOBILE STATION

Изобретение относится к области бурения и может быть использовано для контроля параметров процесса бурения.
Известно устройство для контроля процесса бурения (заявка RU 94011511), которое является наиболее близким к предлагаемому техническому решению и выбрано в качестве прототипа. Устройство включает датчики для измерения веса бурового инструмента, давления рабочей жидкости, расхода бурового раствора, аналого-цифровые преобразователи (АЦП), блок питания.
Недостатком прототипа является отсутствие возможности дистанционного контроля параметров процесса бурения, оперативного переноса устройства на другую буровую установку, создания архива данных и анализа процесса бурения во времени, передачи данных по внешним каналам связи.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности контроля процесса бурения, расширение функциональных возможностей устройства для контроля параметров бурения, повышение удобства эксплуатации за счет создания мобильной станции контроля параметров бурения, позволяющей осуществлять дистанционный контроль, хранить данные о параметрах процесса бурения за заданный период времени, анализировать процесс бурения и аварийные ситуации, выдавать на буровую своевременные рекомендации по корректировке режимов бурения и предотвращению угрозы аварийных ситуаций.
Технический результат достигается тем, что мобильная станция контроля параметров бурения, содержащая датчики для измерения веса бурового инструмента, давления рабочей жидкости, расхода бурового раствора, аналого-цифровые преобразователи (АЦП), блок питания, согласно изобретению содержит процессор с управляющей программой, выполненный с возможностью создания архива данных, поступающих с датчиков и передачи указанных данных в диспетчерские центры и на съемные носители, блок памяти, таймер, порт USB, порт подключения внешних каналов связи, датчик положения талевого блока, модуль связи, при этом процессор с управляющей программой, блок памяти, таймер, порты USB, подключения внешних каналов связи и АЦП компактно размещены в одном устройстве сбора данных, обеспечивающем сбор, обработку, хранение, обновление и передачу данных через заданные промежутки времени от указанных датчиков, подачу аварийного сигнала по заданному алгоритму управляющей программы через порты USB или внешних каналов связи, причем блок памяти выполнен энергонезависимым.
Ниже иллюстрируется причинно-следственная связь отличительных признаков предлагаемого решения с достигаемым техническим результатом.
Главным отличием предлагаемого изобретения от прототипа является то, что процессор выполнен с возможностью создания архива сигналов, поступающих с датчиков, и передачи этих данных в диспетчерские центры или на съемные носители.
Управляющая программа, заложенная в процессоре, позволяет осуществлять сбор, обработку, хранение, обновление и передачу данных через заданные промежутки времени от датчиков, подачу аварийного сигнала по заданному алгоритму управляющей программы через порты USB или внешних каналов связи.
Алгоритм архивации данных построен таким образом, что по истечении времени в зависимости от заданной частоты сохранения данных в энергонезависимую память данные обновляются (например, через один месяц, два месяца и т.п.). При этом старые данные удаляются, если их не запрашивали, т.е. происходит круговорот данных.
В управляющей программе предусмотрен алгоритм автоматической подачи аварийного сигнала (например, при превышении расхода, веса, давления или других параметров бурения, которые определяют аварийную ситуацию) через порт внешних каналов связи и затем через тот же порт получить команду на передачу архивных данных за день или за час.
Использование наземных датчиков для измерения веса бурового инструмента, давления рабочей жидкости, расхода бурового раствора, положения талевого блока позволяет, по сравнению с прототипом, устанавливать указанные измерительные датчики без дополнительных врезок и изменений в имеющиеся конструкции буровой установки, так как все используемые датчики устанавливаются на наземном оборудовании накладным методом или на место другого оборудования: датчик веса бурового инструмента устанавливается накладным методом на тросе в подъемных механизмах, датчик давления рабочей жидкости устанавливается на трубопроводе (манифольде) на место установки манометра, датчик расхода бурового раствора устанавливается накладным способом на манифольд, а датчик положения талевого блока устанавливается на барабан лебедки.
Выполнение процессора с управляющей программой, позволяющей обрабатывать поступающие данных со всех датчиков, дает возможность по совокупности обработанных данных с датчиков получить картину предаварийной или аварийной ситуации.
В предлагаемой мобильной станции контроля параметров бурения компактное размещение в одном устройстве сбора данных процессора с управляющей программой, выполненного с возможностью обработки и архивации данных, блока памяти, таймера, портов АЦП, USB, подключения внешних каналов связи и применение датчиков, выполненных выносными, позволяет создать малогабаритное переносное устройство с малым весом, удобное в эксплуатации.
В предлагаемой мобильной станции контроля параметров бурения блок памяти выполнен энергонезависимым. Энергонезависимая память позволяет сохранять данные даже при полностью разряженном источнике питания.
Наличие таймера позволяет процессору с управляющей программой задавать необходимые интервалы хранения и обновления информации (например, один месяц, два месяца), контролировать процессы бурения в реальном времени, выдавать данные за определенное запрашиваемое календарное число.
Таким образом, благодаря наличию в предлагаемой мобильной станции контроля параметров процесса бурения, в отличие от прототипа, процессора с управляющей программой, блока энергонезависимой памяти, таймера, портов АЦП, USB и внешних каналов связи, датчиков для измерения веса бурового инструмента, давления рабочей жидкости, расхода бурового раствора, положения талевого блока, сигналы с которых поступают на процессор для обработки по заданному алгоритму управляющей программы, происходит регистрация в энергонезависимом блоке памяти значений веса спускаемого бурового инструмента, давления рабочей жидкости, расхода бурового раствора, положения талевого блока с учетом времени, фиксируемым таймером, что позволяет по сравнению с прототипом создавать архив данных, по заданному алгоритму управляющей программы обрабатывать данные, сохранять их через порт USB на съемных носителях информации или передавать по запросам специалистов или руководителей через порт внешних каналов связи в диспетчерские центры, на рабочие места руководителей высших уровней управления, а также подавать аварийный сигнал. В результате этого специалисты или руководители на любом уровне управления могут получать информацию и на основе полученных данных своевременно выдавать рекомендации по изменению режимов бурения, предупреждению и устранению аварийных ситуаций.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критериям изобретения - новизны и изобретательского уровня.
На фиг.1 представлена блок-схема мобильной станции контроля параметров процесса бурения.
На фиг.2 представлена блок-схема модуля сбора данных (контроллера).
На фиг.3 изображена диаграмма отображения параметров процесса бурения.
Мобильная станция контроля параметров процесса бурения включает устройство сбора данных 1; выносные датчики: для измерения расхода рабочей жидкости Q, веса бурового инструмента G, положения талевого блока V и давления рабочей жидкости Р; модуль связи 2; блок источника питания (БИЛ) 3 с аккумулятором 4.
Устройство сбора данных 1 содержит процессор с управляющей программой 5, блок измерения времени (таймер) 6, блок памяти 7, порты аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 8, порт USB 9, порт подключения внешнего канала связи 10.
Процессор с управляющей программой 5 принимает и обрабатывает поступающие сигналы от подключенных к устройству сбора данных 1 датчиков для измерения расхода рабочей жидкости Q, веса бурового инструмента G, положения талевого блока V и давления рабочей жидкости Р через соответствующие порты АЦП 8 согласно управляющей программе, алгоритм которой, в отличие от прототипа, обеспечивает сохранение полученных данных (создание архива) в блок памяти 7 в реальном времени с применением таймера 6, передачу данных через порт USE 9 и (или) через порт подключения внешнего канала связи 10.
Блок памяти 7 выполнен в виде энергонезависимой микросхемы памяти. В блоке памяти 7 вся записанная информация сохраняется даже при полностью разряженном источнике питания. Блок памяти 7 рассчитан на хранение данных в течение заданного промежутка времени, например не более 1 месяца.
Порт USB 9 предназначен для считывания данных с блока памяти 7 и размещения их на съемном носителе (например, флеш-память, съемный жесткий диск и т.п.).
Порт подключения внешнего канала связи 10 предназначен для оперативной передачи данных через внешний источник связи (например, GSM терминал, интерфейс для радиоканала, спутниковой связи, других стандартных видов связи).
В управляющей программе предусмотрен алгоритм подачи аварийного сигнала (например, при превышении расхода рабочей жидкости или при изменении другого параметра, являющегося причиной аварии). При этом устройство сбора данных 1 автоматически будет посылать сигнал аварийного режима работы в порт внешнего канала связи 10.
К устройству сбора данных 1 через соответствующие порты АЦП 8 подключаются датчики: для измерения расхода бурового раствора Q, веса бурового инструмента G, положения талевого блока V и давления рабочей жидкости Р.
Датчик для измерения расхода бурового раствора Q предназначен для измерения потока жидкости в любых трубопроводах. Метод измерения основан на ультразвуковом эффекте Доплера, принцип действия которого заключается в излучении сигнала, направленного через стенку трубы в поток жидкости. Частота сигнала, отраженного присутствующими в потоке жидкости твердыми частицами или газовыми пузырьками, отличается от исходной. Датчик измерения расхода бурового раствора Q устанавливается накладным способом на манифольд в доступном месте, без дополнительной врезки в трубопровод. При этом применяется стандартный датчик для измерения расхода бурового раствора, не требующий специального изготовления. Расход бурового раствора является одним из параметров режима бурения и влияет на устойчивость работы двигателя, тормозной момент и перепад давления, мощность, крутящий момент, частоту вращения
Датчик давления рабочей жидкости Р устанавливается на трубопроводе (на манифольде) через тройник на посадочное место установки манометра.
Датчик веса бурового инструмента G устанавливается накладным методом на тросе подъемного механизма (например, на мертвом конце талевой системы). Датчик веса бурового инструмента подает сигнал о нагрузке, создаваемой весом бурильных труб на долото. При нагрузке, менее оптимальной для применяемого комплекта низа буровой колонны (КНБК), процесс бурения становится неэффективным: снижается механическая скорость бурения, долото может не доставать до породы. Перегруз может привести к нарушению устойчивости бурильной колонны, к ее заклиниванию, следовательно, к аварийной ситуации. Нагрузку на забой определяют как разницу между весом буровой колонны, когда инструмент чуть приподнят над забоем, и весом ее во время бурения. Вес буровой колонны измеряют индикатором веса по натяжению неподвижного конца талевого каната.
Датчик положения талевого блока V устанавливается на барабан лебедки. По скорости вращения барабана лебедки и скорости подачи троса определяется механическая скорость процесса бурения.
Модуль связи 2 позволяет принимать данные с устройства сбора данных 1. Модуль связи 2, например GSM с программным обеспечением, устанавливается у оператора (диспетчера). Программное обеспечение позволяет получать данные по каналу для обеспечения связи, например GSM и соответствующий интерфейс любому специалисту, как на буровой, так и в управляющей компании в любое время суток и за любой промежуток времени.
Блок источника питания (БИП) 3 предназначен для обеспечения бесперебойного энергопоступления к устройству сбора данных 1, выносным датчикам для измерения расхода бурового раствора Q, веса бурового инструмента G, положения талевого блока V и давления рабочей жидкости Р и модулю связи 2. Блок источника питания включает импульсный преобразователь сети 220 В или 380 В и схему аварийного переключения для автономного питания от аккумулятора 4. Блок источника питания 3 снабжен фильтром от импульсных помех в сети. Блок источника питания 3 имеет возможность подключения внешних аккумуляторов 4 любой емкости, от которой будет зависеть продолжительность работы мобильных установок при отключении сетевого напряжения.
Мобильная станция контроля параметров процесса бурения работает следующим образом.
К устройству сбора данных 1 подключаются измерительные датчики для измерения расхода бурового раствора Q, веса бурового инструмента G, положения талевого блока V и давления рабочей жидкости Р. Датчик для измерения расхода рабочей жидкости Q устанавливается накладным способом на манифольд в доступном месте, без дополнительной врезки в трубопровод. Датчик давления рабочей жидкости Р устанавливается на трубопроводе (на манифольде) через тройник на посадочное место установки манометра. Датчик веса бурового инструмента G устанавливается накладным методом на мертвом конце троса талевой системы. Датчик положения талевого блока V устанавливается на барабан лебедки.
Сигналы с блоков датчиков поступают в процессор с управляющей программой 5, значения параметров обрабатываются и поступают в блок энергонезависимой памяти 7 с регистрацией даты реального времени благодаря таймеру 6. Полученные данные, в отличие от прототипа, накапливаются в блоке энергонезависимой памяти 7 и хранятся один месяц.
Данные могут быть выведены с помощью управляющей программы в процессоре через порт USB 9 на съемный носитель, например на флэш память, съемный жесткий диск и др.
Оперативные данные с буровой могут быть переданы благодаря процессору с управляющей программой 5 в режиме реального времени через внешний канал связи, с применением, например, GSM терминала, соответствующего интерфейса специалистам и руководителям в диспетчерские центры или на другие уровни управления.
Полученные данные в виде диаграмм параметров процесса бурения (см. фиг.3) отражают режимы, при которых идет процесс бурения в реальном времени, например, с недогрузкой, оптимальный, перегруженный или тормозной, что позволяет специалистам диспетчерских центров и руководителям управляющих компаний выдавать на буровую своевременные рекомендации по корректировке процесса бурения.
При возникновении аварийной ситуации анализ архивных данных позволяет определить причины аварийной ситуации, устранить и предупредить возникновение подобных ситуаций в дальнейшем.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет производить дистанционный контроль процесса бурения, оперативно вносить корректировки в процесс бурения, упростить процедуру установки устройства для контроля параметров бурения.