ПОРТАТИВНАЯ СИСТЕМА ИМИТАЦИИ БУРЕНИЯ
PORTABLE DRILLING SIMULATION SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройству имитации бурения, в частности к портативной системе имитации бурения.
Предпосылки изобретения
Нефтедобывающая промышленность является технологически интенсивной отраслью, и операция бурения является одним из важных средств определения запасов и повышения добычи. Во время операции бурения на нефть сталкиваются с крайне высоким риском из-за ограниченного режима эксплуатации и сложных подземных ситуаций при бурении на нефть. Для того чтобы добиться лучшей эффективности производства и экономической выгоды и сократить число аварий по вине человека и с вовлечением людей, крайне важно организовать для обслуживающего персонала на буровой площадке и инженеров и техников обучение техническим навыкам.
В настоящее время обучение буровым работам проводится, главным образом, по месту производства работ, содержание обучения в значительной степени ограничено из-за ограничения различных условий и факторов, что сильно отражается на систематичности обучения, эффекте обучения и количестве инструкторов.
Краткое описание изобретения
Целью настоящего изобретения является устранение недостатков нынешней технологии обучения операциям бурения на нефть и создание портативной системы имитации бурения, основанной на технологии компьютерной эмуляции; тренажер-имитатор обеспечивает живую имитацию процесса бурения и процедуры с использованием фактической последовательной операции на месте буровых работ, тем самым повышая эффект обучения, сокращая цикл обучения, снижая стоимость обучения и повышая уровень квалификации бурильщика и заведующего проходкой скважины и их способность анализировать, делать выводы и управлять сложными подземными ситуациями.
Цель изобретения достигается благодаря следующему техническому предложению: портативная система имитации бурения содержит главный управляющий компьютер, компьютер графической обработки, пульт фонтанного штуцера и пульт противовыбросовых превенторов; главный управляющий компьютер и компьютер графической обработки соединены между собой с помощью локальной вычислительной сети, а главный управляющий компьютер соединен с пультом фонтанного штуцера и пультом противовыбросовых превенторов через последовательные порты соответственно.
Пульт противовыбросовых превенторов содержит шасси и внутреннюю плату управления; на лицевой стороне шасси предусмотрена панель управления противовыбросовыми превенторами; зона управления противовыбросовыми превенторами расположена на левой стороне на панели управления противовыбросовыми превенторами, зона управления манифольдом фонтанного штуцера расположена в верхней части правой стороны, а зона управления манифольдом высокого давления расположена в нижней части правой стороны.
Зона управления противовыбросовыми превенторами содержит масляный манометр плашечного противовыбросового превентора, масляный манометр кольцевого противовыбросового превентора, выключатель источника газа, выключатель кольца, индикатор включения кольца, индикатор выключения кольца, выключатель верхней трубной плашки, индикатор включения верхней трубной плашки, индикатор выключения верхней трубной плашки, выключатель глухой плашки, индикатор включения глухой плашки, индикатор выключения глухой плашки, выключатель манифольда глушения, индикатор включения манифольда глушения, индикатор выключения манифольда глушения, выключатель клапана противовыбросового превентора, индикатор выключения клапана противовыбросового превентора, индикатор включения клапана противовыбросового превентора, выключатель нижней трубной плашки, индикатор включения нижней трубной плашки и индикатор выключения нижней трубной плашки.
На зоне управления манифольдом фонтанного штуцера параллельными линиями и вертикальными линиями образованы точки пересечения а, b, с, d, e и f при поперечном соединении «+»; плоский клапан В расположен на параллельной линии на левом конце точки пересечения а, плоский клапан Е расположен на вертикальной линии на левом конце точки пересечения а, плоский клапан А расположен на вертикальной линии на верхнем конце точки пересечения b, плоские клапаны D и G расположены последовательно на вертикальной линии на нижнем конце точки пересечения b, плоский клапан С расположен на параллельной линии на правом конце точки пересечения с, плоский клапан F расположен на вертикальной линии на нижнем конце точки пересечения b, плоские клапаны Н и I расположены на параллельной линии на правом конце точки пересечения d и параллельной линии на левом конце точки пересечения e, гидравлический индикатор расположен на вертикальной линии на нижнем конце точки пересечения d, индикатор выключателя клапана противовыбросового превентора расположен на вертикальной линии на нижнем конце точки пересечения e, плоские клапаны расположены на параллельной линии на правом конце точки пересечения е и параллельной линии на левом конце точки пересечения f и ручной дроссельный клапан (28) расположен на вертикальной линии на нижнем конце точки пересечения f.
Точки пересечения g, h, i, j и k образованы параллельными линиями и вертикальными линиями в зоне управления (4) манифольдом высокого давления при поперечном соединении «+», плоский клапан L расположен на вертикальной линии на верхнем конце точки пересечения h, плоский клапан N расположен на вертикальной линии на нижнем конце точки пересечения h, плоский клапан М расположен на вертикальной линии на верхнем конце точки пересечения i, плоский клапан О расположен на вертикальной линии на нижнем конце точки пересечения i, плоский клапан Р расположен на параллельной линии на левом конце точки пересечения K, и плоский клапан Q расположен на вертикальной линии на нижнем конце точки пересечения k.
Внутренняя плата управления пульта противовыбросовых превенторов содержит микрокомпьютер на одной микросхеме и периферийную схему, выключатель источника газа, выключатель кольца, выключатель верхней трубной плашки, выключатель глухой плашки, выключатель манифольда глушения, выключатель клапана противовыбросового превентора, выключатель нижней трубной плашки и плоские клапаны A-Q соединены с защелкой через буфер, выход защелки А соединен с одним портом ввода/вывода данных микрокомпьютера на одной микросхеме, ручной дроссельный клапан соединен с многопутевым селектором, выход многопутевого селектора соединен с операционным усилителем, выход операционного усилителя соединен с защелкой А через АЦ-преобразователь, выход защелки А соединен с одним портом ввода/вывода данных микрокомпьютера на одной микросхеме, порт ввода/вывода служит также как порт вывода данных, выход порта ввода/вывода соединен с защелкой В, выход защелки В соединен с ЦА-преобразователем, выход ЦА-преобразователя соединен с операционным усилителем В, выход операционного усилителя В соединен с полевым транзистором, выход полевого транзистора соединен с масляным манометром плашечного противовыбросового превентора и масляным манометром кольцевого противовыбросового превентора соответственно, другой порт ввода/вывода данных микрокомпьютера на одной микросхеме соединен с параллельным интерфейсом, параллельный интерфейс соединен с драйвером; выход драйвера соединен с индикатором включения кольца, индикатором выключения кольца, индикатором включения верхней трубной плашки, индикатором выключения верхней трубной плашки, индикатором включения глухой плашки, индикатором выключения глухой плашки, индикатором включения манифольда глушения, индикатором выключения манифольда глушения, индикатором выключения клапана противовыбросового превентора, индикатором включения клапана противовыбросового превентора, индикатором включения нижней трубной плашки, индикатором выключения нижней трубной плашки, гидравлическим индикатором и индикатором выключателя клапана противовыбросового превентора; два выхода третьего порта ввода/вывода микрокомпьютера на одной микросхеме соединены с дешифратором адреса через защелку В, и дешифрирующий выход дешифратора адреса соединен с параллельным интерфейсом и стороны управления выбором ЦА-преобразователя и АЦ-преобразователя соответственно.
Масляный манометр плашечного противовыбросового превентора используется для отображения значения давления масла плашечного противовыбросового превентора, масляный манометр кольцевого противовыбросового превентора используется для отображения значения давления масла кольцевого противовыбросового превентора; выключатель источника газа, выключатель кольца, выключатель верхней трубной плашки, выключатель глухой плашки, выключатель манифольда глушения, выключатель клапана противовыбросового превентора и выключатель нижней трубной плашки используются соответственно для включения или выключения источника газа, кольцевого противовыбросового превентора, верхней трубной плашки, глухой плашки, манифольда глушения, клапана противовыбросового превентора и нижней трубной плашки; индикаторы включения/выключения кольца, индикатор включения верхней трубной плашки, индикатор включения глухой плашки, индикатор включения манифольда глушения, индикатор включения клапана противовыбросового превентора и индикатор включения нижней трубной плашки используются соответственно для индикации включенного/выключенного состояния кольцевого противовыбросового превентора, верхней трубной плашки, глухой плашки, манифольда глушения, клапана противовыбросового превентора и нижней трубной плашки, гидравлический индикатор используется для отображения принятия дроссельного клапана гидравлической регулировки, индикатор выключателя клапана противовыбросового превентора в манифольде фонтанного штуцера используется для отображения выключателя клапана противовыбросового превентора, ручной дроссельный клапан используется для ручной регулировки открытия дроссельного клапана, и плоские клапаны используются для включения/выключения плоских клапанов.
Последовательность операций пульта противовыбросовых превенторов является приблизительно следующей: при инициализации программы осуществляется инициализация портов на внутренней плате управления, таких как последовательные порты и параллельные порты, для осуществления прямой связи с дистанционным пультом, а также осуществляется установка начальных значений индикаторов на панели и соответствующих параметров, затем количество свичей считывается и сохраняется во внутреннем буфере так, что состояния выключателей посылаются из последовательных портов в главный управляющий компьютер, затем результат АЦ-преобразования считывается и сохраняется во внутреннем буфере так, что значение после АЦ-преобразования посылается из последовательных портов в главный управляющий компьютер, затем данные выводятся на индикаторы для управления отображением индикаторов на основании состояний выключателей, данные выводятся на манометр для отображения начальных значений, масляный манометр плашечного противовыбросового превентора и масляный манометр кольцевого противовыбросового превентора отображают значения начального состояния, затем принимаются команда и данные из главного управляющего компьютера, микрокомпьютер на одной микросхеме принимает команда и данные из главного управляющего компьютера в порядке прерываний, процесс прерываний заключается в считывании значения последовательного порта SBuf микрокомпьютера на одной микросхеме, команда, посланная из главного управляющего компьютера, принимается, если SBuf=1 истинно, затем выполняется возврат из прерывания, данные выводятся в ЦА-преобразователь для управления отображением масляного манометра плашечного противовыбросового превентора и масляного манометра кольцевого противовыбросового превентора, и, наконец, микрокомпьютер на одной микросхеме посылает данные в главный управляющий компьютер в порядке прерываний; процесс прерываний заключается в считывании значения последовательного порта SBuf микрокомпьютера на одной микросхеме, данные посылаются в главный управляющий компьютер, если SBuf=1 ложно, затем выполняется возврат из прерывания, и вышеупомянутые стадии циклически повторяются.
Пульт фонтанного штуцера содержит шасси и внутреннюю управляющую печатную плату, на лицевой стороне шасси предусмотрена панель управления фонтанным штуцером, панель управления фонтанным штуцером содержит манометр вертикальной трубы, манометр муфты, измеритель открытия дроссельного клапана, набор устройств отображения, набор ручек, набор выключателей и набор световых кнопок, причем набор устройств отображения содержит устройство отображения хода насоса, устройство отображения А параметров и устройство отображения В параметров, набор ручек содержит ручку регулирования скорости дроссельного клапана, кнопку увеличения А, кнопку уменьшения А, кнопку увеличения В, кнопку уменьшения В, ручку регулирования ускорителя и ручку регулирования хода насоса, набор выключателей содержит выключатель дросельного регулирующего клапана, выключатель муфты насоса, выключатель муфты роторного стола, выключатель выбора шпилевой катушки и выключатель роликовой муфты, и набор световых кнопок содержит световую кнопку №1, световую кнопку №2, световую кнопку №3, световую кнопку №4, световую кнопку №5, световую кнопку №6, световую кнопку №7, световую кнопку №8, световую кнопку №11, световую кнопку №12, световую кнопку №13, световую кнопку №14, световую кнопку №15, световую кнопку №16, световую кнопку №17 и световую кнопку №18.
Внутренняя управляющая печатная плата пульта фонтанного штуцера содержит микрокомпьютер на одной микросхеме и его периферийную схему, двадцать пять вводов количества свичей, включая набор световых кнопок, набор выключателей, кнопка увеличения А, кнопка уменьшения А, кнопка увеличения В и кнопка уменьшения В соединены с буфером, выход буфера соединен с защелкой А, выход защелки А соединен с одним портом ввода/вывода данных микрокомпьютера на одной микросхеме; три аналоговых количества, т.е. ручка регулирования скорости дроссельного клапана, ручка регулирования ускорителя и ручка регулирования хода насоса, соединены с многопутевым селектором, выход многопутевого селектора соединен с операционным усилителем А, выход операционного усилителя А соединен с АЦ-преобразователем, выход АЦ-преобразователя соединен с защелкой А; порт ввода/вывода служит также как порт вывода данных, выход порта вывода данных соединен с защелкой В, выход защелки В разделен на два пути, один из которых соединен с ЦА-преобразователем, выход ЦА-преобразователя соединен с операционным усилителем В, выход операционного усилителя В соединен с полевым транзистором, выход полевого транзистора соединен с манометром вертикальной трубы, манометром муфты и измерителем открытия дроссельного клапана, другой путь выхода защелки В соединен с параллельным портом, выход параллельного порта соединен с драйвером устройства отображения хода насоса и параметров, выход драйвера устройства отображения хода насоса и параметров соединен с устройством отображения хода насоса, устройством отображения А параметров и устройством отображения В параметров; другой порт ввода/вывода данных микрокомпьютера на одной микросхеме соединен с параллельным интерфейсом, параллельный интерфейс соединен с драйвером, выход драйвера соединен с набором световых кнопок; два выхода третьего порта ввода/вывода микрокомпьютера на одной микросхеме соединены с дешифратором адресов через защелку В и выход дешифратора адреса соединен с параллельным интерфейсом и сторонами выбора ЦА-преобразователя и АЦ-преобразователя соответственно.
Драйвер устройства отображения хода насоса и параметров содержит буфер адресов, буфер данных, компаратор, дешифратор, двухпозиционный переключатель, задающую микросхему знакового индикатора тлеющего разряда и знаковый индикатор тлеющего разряда, стороны ввода буфера адресов и буфера данных обе соединены с параллельным портом, выход буфера данных соединен с задающей микросхемой знакового индикатора тлеющего разряда, выход задающей микросхемы знакового индикатора тлеющего разряда соединен со знаковыми индикаторами тлеющего разряда устройства отображения хода насоса, устройством отображения А параметров и устройством отображения В параметров соответственно; выход буфера адресов соединен с компаратором и дешифратором соответственно, другая сторона ввода компаратора соединена с двухпозиционным переключателем, выход компаратора соединен со стороной ввода дешифратора, одна сторона вывода дешифратора соединена со стороной управления записью задающей микросхемы знакового индикатора тлеющего разряда, а другая сторона вывода дешифратора соединена со стороной управления режимом задающей микросхемы знакового индикатора тлеющего разряда через триггер.
Последовательность операций пульта фонтанного штуцера является приблизительно следующей: при инициализации системы осуществляются инициализация портов на внутренней плате управления, таких как последовательные порты и параллельные порты, и установка начальных значений индикаторов на панели и соответствующих параметров, затем количество свичей считывается и сохраняется во внутреннем буфере так, что состояния выключателей посылаются из последовательных портов в главный управляющий компьютер, затем результат АЦ-преобразования считывается и сохраняется во внутреннем буфере так, что значение после АЦ-преобразования посылается из последовательных портов в главный управляющий компьютер, затем данные выводятся на индикаторы, микрокомпьютер на одной микросхеме принимает команду и данные из главного управляющего компьютера в порядке прерываний и затем посылает данные из параллельных портов в плату управления устройствами отображения для отображения накопленного числа ходов насоса, плотности бурового раствора, объема утяжеленного бурового раствора и значений других соответствующих параметров, например несоответствия параметров требованиям к техническим характеристикам и увеличение или уменьшение значений параметров, затем данные выводятся на ЦА-преобразователь для управления отображением приборов для давления в вертикальной трубе, давления в муфте, открытия дроссельного клапана и т.п., затем микрокомпьютер на одной микросхеме посылает данные в главный управляющий компьютер в порядке прерываний, и, наконец, выполняется возврат в исходное состояние, и вышеупомянутые стадии циклически повторяются.
Последовательность операций пульта фонтанного штуцера по приему команды и посылке данных в порядке прерываний является приблизительно следующей: считывается значение последовательного порта SBuf микрокомпьютера на одной микросхеме, затем данные посылаются в главный управляющий компьютер, если SBuf=1, в противном случае принимается команда, посланная из главного управляющего компьютера, и затем выполняется возврат из прерывания.
Главный управляющий компьютер содержит компьютер и главную управляющую программу, прогоняемую на нем, графический компьютер содержит компьютер и программу графической обработки, прогоняемую на нем.
Главная управляющая программа содержит модуль процесса бурения, модуль управления системой, интеллектуальный модуль оценки и связной модуль. Главная управляющая программа сообщается с оборудованием аппаратных средств клиентской части (пульт противовыбросовых превенторов и пульт фонтанного штуцера) с помощью связного модуля для получения состояния оборудования аппаратных средств в реальном времени, например таких параметров, как число оборотов роторного стола, состояние тормоза, количество выпуска бурового раствора и плотность бурового раствора, которые должны быть получены при имитации процесса бурения, а затем типичный процесс бурения имитируется посредством соответствующих математических моделей для завершения следующих задач: 1) управляющая команда посылается в программу графической обработки с помощью протокола ТСРЛР, таким образом, программа графической обработки может запускаться для генерирования процесса анимации, синхронного с работой оборудования аппаратных средств; 2) реализуется интеллектуальная система оценки; и 3) сигнал посылается обратно в аппаратные средства клиентской части, позволяя устройству отображения параметров приборов клиентской части функционировать в соответствии с ситуацией на месте.
Модуль управления системой содержит подмодуль самопроверки системы и настройки системы, функциональная проверка для пульта фонтанного штуцера, пульта противовыбросовых превенторов и манифольдов фонтанного штуцера и их манифольдов высокого давления выполняется, главным образом, в подмодуле самопроверки системы для определения, нормально ли работает оборудование клиентской части, и конкретный способ заключается в следующем: изменяется состояние различных выключателей, кнопок или клапанов оборудования аппаратных средств клиентской части так, чтобы можно было видеть синхронное изменение в главной управляющей программе, в этом случае можно наблюдать, нормально ли работает оборудование клиентской части. Настройка системы используется для корректирования основных компонентов оборудования аппаратных средств клиентской части, включая, главным образом, коррекцию тормоза, коррекцию ножного ускорителя, коррекцию игольчатого клапана, коррекцию ручного ускорителя 1, коррекцию ручного ускорителя 2, коррекцию ручного ускорителя 3, коррекцию скорости дросселирования, настройку работы системы и т.д.
Интеллектуальный модуль оценки используется, главным образом, для автоматической оценки процесса обучения. Оценка относится, главным образом, к двум факторам: 1) последовательность действий; вся последовательность действий обучаемых записывается в системе, последовательность действий обучаемого сравнивается с предварительно установленной последовательностью действий в системе при завершении экзамена обучаемого для оценки соответствия этих двух последовательностей и выставления оценок последовательности действий обучаемых на этой основе; и 2) уровень квалификации: в дополнение к учету исправительной последовательности действий обучаемыми при всесторонней оценке уровня квалификации обучаемых необходимо учитывать их последовательность действий, например правилен ли выбор нагрузки на буровое долото при бурении и является ли бурение равномерным; для задачи, отвечает ли управление давлением при глушении требованию разработчика глушения, система определяет оценку уровня квалификации путем принятия способа записи соответствующих кривых данных в последовательности действий и затем сравнения кривых данных со стандартными кривыми. Процесс оценки выглядит следующим образом: обучаемый входит в систему, начинает экзамен и выполняет соответствующие операции, и система автоматически выставляет оценки исходя из соответствующих норм для получения окончательной оценки.
Программа графической обработки содержит модуль инициализации сцены, модуль управления анимацией процесса, модуль обработки коллизий и модуль создания эффектов; живая, виртуальная среда бурения создается посредством полной объемной анимации, так что обучаемые чувствуют себя так, словно они находятся в реальной среде бурения, таким образом улучшается психическая устойчивость обучаемых в реагировании на осложнения и аварийные ситуации, и достигается лучший эффект обучения. Эти четыре модуля выполняют следующие функции:
Инициализация сцены: текущая сцена каждой операции отличается ввиду сложности процесса бурения и специфики виртуального обучения. Перед тем как начнется новая операция, графическая программа инициализирует текущую сцену после получения команды на операцию, посланной из управляющего компьютера, например, текущее число, состояние и положение рабочих компонентов на буровой платформе.
Управление анимацией процесса: в процессе выполнения указанной технологической операции каждое действие с пульта бурения преобразуется в цифровой сигнал; цифровой сигнал передается в главный управляющий компьютер, затем главный управляющий компьютер посылает протокольные данные в графическую программу, и графическая программа после сбора параметров выдает конкретный ответ. На графической машине отражаются параметры движения, конкретные движения и выбор вида (включая под углом зрения выше поверхности, под углом зрения под землей, под углом зрения противовыбросового превентора, многовидовое отображение и т.д.) различных управляющих систем на буровой платформе.
Обработка коллизий: в процессе имитации движения трехмерной графики ситуация «сквозь стену» не разрешается; поэтому обнаружение коллизий должно выполняться на объектах движения. Для того чтобы обеспечить реалистичность движения модели, система визуальной имитации тренажера-имитатора бурения непременно включает части обнаружения и обработки коллизий.
Создание эффектов: реализуется имитация пламени, пузырьков, эффектов струй жидкости, с использованием GLSL (языка высокого уровня для создания фрагментных и вершинных шейдеров) осуществляется эффект освещения на уровне кино, и можно соответственно имитировать режимы освещения, такие как дневной свет, ночь и прожектор, что значительно усиливает графический эффект и ощущение реальности.
Модуль процесса бурения содержит подмодуль опускания в скважину, подмодуль извлечения из скважины, подмодуль вскрытия скважиной продуктивного пласта, подмодуль управления аварийными ситуациями и осложнениями, подмодуль временной остановки скважины и подмодуль глушения. Обучение управлению событиями не имеет ограничения для обучаемых, которые, следовательно, могут пользоваться тренажером-имитатором произвольно, и графическая система будет отражать разумные механические движения и одновременно давать голосовые подсказки в отношении ошибочных операций. Этот модуль используется, главным образом, для когнитивного обучения новых обучаемых работе на буровой площадке и с буровым оборудованием. При обучении техническому процессу обучаемые должны использовать тренажер-имитатор в соответствии с его техническим процессом, чтобы углубить понимание обучаемыми технического процесса и позволить обучаемым освоить процесс работы тренажера-имитатора.
Среди всех подмодулей подмодуль опускания в скважину используется для имитации процесса опускания в скважину, и обучаемые должны правильно освоить процесс опускания в скважину, чтобы добиться цели устойчивого опускания в скважину, и его фактическая последовательность операций является следующей:
(a) Последовательность операций нормального опускания в скважину: начинают эту операцию, запускают элеватор, затем помещают и свинчивают свечу бурильных труб, убирают элеватор, опускают буровое долото, убирают штропы элеватора, судят, выполнять ли опускание в скважину, если да, возвращаются к запуску элеватора, в противном случае заканчивают эту операцию.
(b) Последовательность операций при нагружении колонны: начинают эту операцию, выполняют нормально опускание в скважину, выполняют перфорирование и расширение в случае нагружения колонны, заканчивают эту операцию и возвращаются в исходное состояние, если нагружения колонны не происходит.
(c) Последовательность операций опускания в скважину с управлением давлением колебания: начинают эту операцию, запускают элеватор, затем помещают и свинчивают свечу бурильных труб, убирают элеватор, опускают буровое долото с низкой скоростью, нажимают соответствующую кнопку, чтобы убрать штропы элеватора, судят, продолжать ли опускание в скважину, если да, возвращаются к тому, чтобы начать эту операцию, в противном случае заканчивают эту операцию.
Подмодуль извлечения из скважины используется для имитации процесса извлечения из скважины, и обучаемые должны правильно освоить процесс извлечения из скважины, чтобы добиться цели устойчивого извлечения из скважины, и его фактическая последовательность операций является следующей:
(a) Последовательность операций нормального извлечения из скважины: начинают эту операцию, поднимают буровое долото, разгружают свечу бурильных труб, заливают буровой раствор, судят, выполнять ли извлечение из скважины, если да, возвращаются к тому, чтобы начать эту операцию, в противном случае заканчивают эту операцию.
(b) Последовательность операций в случае затяжек бурового инструмента: начинают эту операцию, выполняют нормально извлечение из скважины, выполняют освобождение посредством циркуляции в случае затяжек бурового инструмента, выполняют расширение скважины снизу вверх, заканчивают эту операцию и возвращаются к нормальному извлечению из скважины в случае отдирания.
(c) Последовательность операций извлечения из скважины с управлением давления всасывания: начинают эту операцию, поднимают буровое долото с малой скоростью, разгружают свечу бурильных труб, заливают буровой раствор, судят, продолжать ли извлечение из скважины, если да, возвращаются к тому, чтобы поднимать буровое долото с малой скоростью, в противном случае заканчивают эту операцию.
Подмодуль бурения используется для имитации типичных условий бурения скважины, и обучаемые должны правильно освоить процесс бурения для достижения цели равномерного бурения и одновременно освоить технологию бурения в случае сложной формации, и его фактическая последовательность операций является следующей:
(а) Последовательность операций нормального бурения и свинчивания свечи бурильных труб: начинают эту операцию, осуществляют циркуляцию бурового раствора, осуществляют легкое нажатие и опускание, осуществляют нормальное бурение, свинчивают свечу бурильных труб, и опускают на некоторую глубину, чтобы закончить эту операцию.
(b) Последовательность бурения при разных буримостях пород: начинают эту операцию, осуществляют циркуляцию бурового раствора, осуществляют легкое нажатие и опускание, бурят на 1 метр в первой породе, бурят на 1 метр во второй породе, бурят на 1 метр в третьей породе, извлекают бурильную трубу и заканчивают эту операцию.
(c) Последовательность операций бурения при подпрыгивании (продольной вибрации бурового долота): начинают эту операцию, выполняют нормальное бурение, если не происходит подпрыгивание, поднимают бурильную трубу, если происходит подпрыгивание, изменяют частоту вращения и осевую нагрузку на буровое долото, опускают бурильную трубу, судят, уменьшилось ли подпрыгивание, возвращаются к подъему бурильной трубы, если подпрыгивание не уменьшилось, повторяют операцию, пока подпрыгивание не уменьшится, затем расширяют профили скважины с подпрыгиванием и заканчивают эту операцию.
(d) Последовательность операций бурения пород при высоком давлении: начинают эту операцию, осуществляют циркуляцию бурового раствора, осуществляют нормальное бурение, судят, происходит ли перелив, осуществляют нормальное бурение, если перелив не происходит, в противном случае повышают плотность бурового раствора, продолжают бурение, свинчивают свечу бурильных труб и, наконец, заканчивают эту операцию.
(e) Последовательность операций бурения пород при низком давлении: начинают эту операцию, осуществляют циркуляцию бурового раствора, осуществляют нормальное бурение, судят, не происходит ли протечка, осуществляют нормальное бурение, если протечка не происходит, в противном случае повышают плотность бурового раствора, продолжают бурение, свинчивают свечу бурильных труб, и наконец, заканчивают эту операцию.
Подмодуль управления аварийными ситуациями и осложнениями используется для имитации обычных отказов и осложнений в процессе бурения. Имитирующая система создает аварийную ситуацию произвольно и требует от обучаемого определить тип этой аварийной ситуации с помощью явления (главным образом, изменений разных приборов), отражаемого тренажером-имитатором, и правильно действовать в аварийной ситуации. Его фактическая последовательность операций является следующей:
(a) Последовательность операций суждения о прихвате и действий при прихватах: начинают эту операцию, поднимают бурильную трубу, судят, имеется ли обрушение грунта, продолжают подъем бурильной трубы, если нет обрушения, прерывисто опускают буровое долото, если обрушение имеется, продвигают буровое долото, осуществляют циркуляцию бурового раствора, высвобождают продвинутое буровое долото, затем судят, высвободилось ли продвинутое буровое долото, если нет, возвращаются к продолжению освобождения, пока освобождение не завершится и заканчивают эту операцию.
(b) Последовательность операций суждения о прихвате из-за осаждения твердых частиц и действий при прихватах: начинают эту операцию, осуществляют нормальное извлечение из скважины, судят, имеется ли прихват из-за осаждения твердых частиц, если нет, возвращаются к нормальному извлечению из скважины, продвигают буровое долото, если имеется прихват из-за осаждения твердых частиц, осуществляют циркуляцию бурового раствора в небольшом количестве, судят, нормально ли давление насоса, если нет, возвращаются к осуществлению циркуляции бурового раствора, если да, осуществляют циркуляцию бурового раствора в большом количестве и, наконец, заканчивают эту операцию.
(c) Последовательность операций суждения о прихвате из-за образования сальника и действий при прихватах: начинают эту операцию, осуществляют легкое нажатие и опускание, осуществляют бурение, судят, имеется ли прихват из-за образования сальника, если нет, возвращаются к нормальному извлечению из скважины, если да, осуществляют циркуляцию бурового раствора в большем количестве, выполняют расширение с высокой скоростью, регулируют характеристики бурового раствора, продолжают бурение и, наконец, заканчивают эту операцию.
(d) Последовательность операций ловильных работ с использованием конического ловильного метчика: начинают эту операцию, промывают верх упавшего в скважину бурильного инструмента, обнаруживают упавший вниз бурильный инструмент, судят, обнаружен ли упавший в скважину бурильный инструмент, если нет, возвращаются к продолжению обнаружения, если да, освобождают резьбу, нарезают резьбу, пытаются поднять бурильную трубу, поднимают упавшую в скважину трубу и, наконец, заканчивают эту операцию.
(e) Последовательность операций фрезерования металлического лома: начинают эту операцию, промывают забой скважины, дважды фрезеруют, продолжают фрезерование, пока фреза не разломается, и заканчивают эту операцию.
Подмодуль временной остановки скважины используется для имитации четырех условий остановки. Обучаемые должны своевременно локализовать перелив и суметь временно остановить скважину безопасно и быстро, как требуется, 'четырьмя, семью' движениями.
(a) Нормальное бурение и временная остановка скважины: скважина может временно останавливаться безопасно, быстро и правильно во время бурения в случае перелива. Последовательность операций является следующей: начинают эту операцию, выполняют нормальное бурение, судят, не произошел ли перелив, если нет, выполняют нормальное бурение, если да, открывают манифольд фонтанного штуцера и закрывают кольцевой противовыбросовый превентор, противовыбросовый превентор верхней трубчатой плашки, дроссельный клапан и плоские клапаны J2A, затем выполняют каротаж в скважине и заканчивают эту операцию.
(b) Извлечение из скважины и временная остановка скважины: скважина должна быть временно останавлена безопасно, быстро и правильно во время извлечения из скважины в случае перелива. Последовательность операций является следующей: начинают эту операцию, разгружают бурильную трубу квадратного сечения, поднимают вертикальную трубу, судят, не произошел ли перелив, если нет, возвращаются к подъему вертикальной трубы, если да, собирают заранее противовыбросовый превентор бурового долота, временно останавливают скважину, выполняют каротаж в скважине и заканчивают эту операцию.
(c) Подъем утяжеленной бурильной трубы и временная остановка скважины: скважина должна временно останавливаться безопасно, быстро и правильно во время подъема утяжеленной бурильной трубы в случае перелива. Последовательность операций является следующей: начинают эту операцию, поднимают утяжеленную буровую трубу, судят, не произошел ли перелив, если нет, возвращаются к подъему утяжеленной буровой трубы, если да, заранее свинчивают противовыбросовую одиночную трубу, временно останавливают скважину, выполняют каротаж в скважине и заканчивают эту операцию.
(d) Опорожнение и временная остановка скважины: скважина должна временно останавливаться безопасно, быстро и правильно во время опорожнения скважины в случае перелива. Последовательность операций является следующей: начинают эту операцию, судят, является ли большим количество перелива после подъема утяжеленной буровой трубы, если да, временно останавливают скважину, выполняют каротаж в скважине и, наконец, заканчивают эту операцию; если нет, заранее свинчивают противовыбросовую одиночную трубу, временно останавливают скважину, выполняют каротаж в скважине и, наконец, заканчивают эту операцию.
Подмодуль глушения используется для имитации трех обычных операций глушения. Обучаемые должны правильно регулировать давление в устье скважины для достижения цели успешного своевременного глушения. Его фактическая последовательность операций является следующей:
(a) Глушение способом бурильщика: осуществляется принцип глушения способом бурильщика в обычных условиях глушения, давление в устье скважины точно регулируется посредством управления фонтанным штуцером для гарантии гладкой конструкции и успешного глушения за один раз. Последовательность операций является следующей: начинают эту операцию, устанавливают ход бурового насоса, выпускают загрязненный буровой раствор, судят, полностью ли выпущен загрязненный буровой раствор, если нет, возвращаются к полному выпуску загрязненного бурового раствора, если да, увеличивают плотность бурового раствора, выполняют глушение утяжеленным буровым раствором, судят, закончилось ли глушение, если нет, возвращаются к продолжению глушения, если да, заканчивают эту операцию.
(b) Глушение способом инженера: осуществляется принцип глушения способом инженера в обычных условиях глушения, давление в устье скважины точно регулируется посредством управления фонтанным штуцером для гарантии гладкой конструкции и успешного глушения за один раз. Последовательность операций является следующей: начинают эту операцию, устанавливают ход бурового насоса, увеличивают плотность бурового раствора, затем выполняют глушение утяжеленным буровым раствором, судят, закончилось ли глушение, если нет, возвращаются к продолжению глушения, если да, заканчивают эту операцию.
(c) Глушение способом бурильщика с применением переутяжеленного бурового раствора: осуществляется принцип глушения способом бурильщика в обычных условиях глушения, давление в устье скважины точно регулируется посредством управления фонтанным штуцером для гарантии гладкой конструкции и успешного глушения за один раз. Последовательность операций является следующей: начинают эту операцию, приготавливают переутяжеленный буровой раствор, закачивают переутяжеленный буровой раствор, судят, закончилась ли циркуляция, если да, регулируют плотность бурового раствора, выполняют глушение буровым раствором для глушения и судят, закончилось ли глушение, если нет, возвращаются к продолжению глушения, если да, заканчивают эту операцию.
Преимущества изобретения заключаются в том, что оно объединяет обычные пульт противовыбросовых превенторов, манифольд фонтанного штуцера, манифольд высокого давления и пульт фонтанного штуцера, тем самым обеспечивая имитирующее действие нескольких видов оборудования на одной панели управления, повышая эффективность обучения, сокращая цикл обучения и снижая стоимость обучения; более того, изобретение имеет малый объем и, следовательно, является портативным и удобным в пользовании.
Краткое описание графического материала
На фиг.1 приведено структурное схематическое представление портативной системы имитации бурения.
На фиг.2 приведено структурное схематическое представление панели управления пульта противовыбросовых превенторов.
Фиг.3 представляет собой блок-схему соединений между внутренней платой управления пульта противовыбросовых превенторов и основными компонентами на панели управления.
Фиг.4 представляет собой блок-схему порядка прерываний внутренней платы управления пульта противовыбросовых превенторов.
Фиг.5 представляет собой блок-схему главной управляющей программы внутренней платы управления пульта противовыбросовых превенторов.
На фиг.6 приведено структурное схематическое представление панели управления пульта фонтанного штуцера.
Фиг.7 представляет собой схему соединений между внутренней платой управления пульта фонтанного штуцера и основными компонентами на панели управления.
Фиг.8 представляет собой схему конструкции драйвера устройства отображения хода насоса и параметров.
Фиг.9 представляет собой блок-схему порядка прерываний внутренней платы управления пульта фонтанного штуцера.
Фиг.10 представляет собой блок-схему главной управляющей программы внутренней платы управления пульта фонтанного штуцера.
Фиг.11 представляет собой диаграмму состояния главной управляющей программы на главном управляющем компьютере.
Фиг.12 представляет собой блок-схему интеллектуального оценивания.
Фиг.13 представляет собой диаграмму состояния программы графической обработки на графическом компьютере.
Фиг.14 представляет собой блок-схему нормального опускания в скважину.
Фиг.15 представляет собой блок-схему нагружения колонны.
Фиг.16 представляет собой блок-схему опускания в скважину с управлением давлением колебания.
Фиг.17 представляет собой блок-схему нормального извлечения из скважины.
Фиг.18 представляет собой блок-схему в случае затяжек бурового инструмента.
Фиг.19 представляет собой блок-схему извлечения из скважины с управлением давления всасывания.
Фиг.20 представляет собой блок-схему нормального бурения и свинчивания свечи бурильных труб.
Фиг.21 представляет собой блок-схему бурения при разных буримостях пород.
Фиг.22 представляет собой блок-схему бурения при подпрыгивании (продольной вибрации бурового долота).
Фиг.23 представляет собой блок-схему бурения пород при высоком давлении.
Фиг.24 представляет собой блок-схему бурения пород при низком давлении.
Фиг.25 представляет собой блок-схему суждения о прихвате и действий при прихватах.
Фиг.26 представляет собой блок-схему суждения о прихвате из-за осаждения твердых частиц и действий при прихватах.
Фиг.27 представляет собой блок-схему суждения о прихвате из-за образования сальника и действий при прихватах.
Фиг.28 представляет собой блок-схему ловильных работ с использованием конического ловильного метчика.
Фиг.29 представляет собой блок-схему фрезерования металлического лома.
Фиг.30 представляет собой блок-схему нормального бурения и временного закрытия скважины.
Фиг.31 представляет собой блок-схему извлечения из скважины и временного закрытия скважины.
Фиг.32 представляет собой блок-схему подъема утяжеленной бурильной трубы и временного закрытия скважины.
Фиг.33 представляет собой блок-схему опорожнения и временного закрытия скважины.
Фиг.34 представляет собой блок-схему глушения способом бурильщика.
Фиг.35 представляет собой блок-схему глушения способом инженера.
Фиг.36 представляет собой блок-схему глушения способом бурильщика с применением переутяжеленного бурового раствора.
При этом 1 - панель управления, 2 - зона управления противовыбросовыми превенторами, 3 - зона управления манифольдом фонтанного штуцера, 4 - зона управления манифольдом высокого давления, 5 - масляный манометр плашечного противовыбросового превентора, 6 - масляный манометр кольцевого противовыбросового превентора, 7 - выключатель источника газа, 8 - выключатель кольца, 9 - индикатор включения кольца, 10 - индикатор выключения кольца, 11 - выключатель верхней трубной плашки, 12 - индикатор включения верхней трубной плашки, 13 - индикатор выключения верхней трубной плашки, 14 - выключатель глухой плашки, 15 - индикатор включения глухой плашки, 16 - индикатор выключения глухой плашки, 17 - выключатель манифольда глушения, 18 - индикатор включения манифольда глушения, 19 - индикатор выключения манифольда глушения, 20 - выключатель клапана противовыбросового превентора, 21 - индикатор выключения клапана противовыбросового превентора, 22 - индикатор включения клапана противовыбросового превентора, 23 - выключатель нижней трубной плашки, 24 - индикатор включения нижней трубной плашки, 25 - индикатор выключения нижней трубной плашки, 26 - гидравлический индикатор, 27 - индикатор выключателя клапана противовыбросового превентора, 28 - ручной дроссельный клапан. А, В, С, D, Е, F, G, H, I, J, К, L, M, N, P, Q - плоский клапан, а, b, с, d, e, f, g, h, i, j, k - точка пересечения, 29 - панель управления, 30 - манометр вертикальной трубы, 31 - манометр муфты, 32 - устройство отображения хода насоса, 33 - измеритель открытия дроссельного клапана, 34 - дроссельный регулирующий клапан, 35 - ручка регулирования скорости дроссельного клапана, 36 - световая кнопка №1, 37 - световая кнопка №2, 38 - световая кнопка №3, 39 - световая кнопка №4, 40 - световая кнопка №5, 41 - световая кнопка №6, 42 - световая кнопка №7, 43 - световая кнопка №8, 44 - устройство отображения параметров, 45 - кнопка увеличения А, 46 - кнопка уменьшения А, 47 - устройство отображения В параметров, 48 - кнопка увеличения В, 49 - кнопка уменьшения В, 50 - световая кнопка №11, 51 - световая кнопка №12, 52 - световая кнопка №13, 53 - световая кнопка №14, 54 - световая кнопка №15, 55 -световая кнопка №16, 56 - световая кнопка №17, 57 - световая кнопка №18, 58 - выключатель муфты насоса, 59 - выключатель муфты роторного стола, 60 -выключатель выбора шпилевой катушки, 61 - выключатель роликовой муфты, 62 - ручка регулирования ускорителя и 63 - ручка регулирования хода насоса.
Подробное описание вариантов осуществления
Ниже приводится описание технического предложения изобретения со ссылками на варианты осуществления, но изобретение не ограничивается этими вариантами осуществления; как показано на фиг.1, портативная система имитации бурения содержит главный управляющий компьютер, компьютер графической обработки, пульт фонтанного штуцера и пульт противовыбросовых превенторов. Главный управляющий компьютер и компьютер графической обработки соединены между собой с помощью локальной вычислительной сети, последовательные порты главного управляющего компьютера соединены с разъемами пульта фонтанного штуцера и пульта противовыбросовых превенторов четырехжильными кабелями соответственно, а разъемы соединены затем с внутренними платами управления пульта фонтанного штуцера и пульта противовыбросовых превенторов.
Как показано на фиг.2, пульт противовыбросовых превенторов содержит шасси и внутреннюю плату управления, на лицевой стороне шасси предусмотрена панель 1 управления противовыбросовыми превенторами, зона 2 управления противовыбросовыми превенторами расположена на левой стороне на панели 1 управления противовыбросовыми превенторами, зона 3 управления манифольдом фонтанного штуцера расположена в верхней части правой стороны, и зона 4 управления манифольдом высокого давления расположена в нижней части правой стороны.
Зона 2 управления противовыбросовыми превенторами содержит масляный манометр 5 плашечного противовыбросового превентора, масляный манометр 6 кольцевого противовыбросового превентора, выключатель 7 источника газа, выключатель 8 кольца, индикатор 9 включения кольца, индикатор 10 выключения кольца, выключатель 11 верхней трубной плашки, индикатор 12 включения верхней трубной плашки, индикатор 13 выключения верхней трубной плашки, выключатель 14 глухой плашки, индикатор 15 включения глухой плашки, индикатор 16 выключения глухой плашки, выключатель 17 манифольда глушения, индикатор 18 включения манифольда глушения, индикатор 19 выключения манифольда глушения, выключатель 20 клапана противовыбросового превентора, индикатор 21 выключения клапана противовыбросового превентора, индикатор 22 включения клапана противовыбросового превентора, выключатель 23 нижней трубной плашки, индикатор 24 включения нижней трубной плашки и индикатор 25 выключения нижней трубной плашки.
Точки пересечения а, b, с, d, e и f образованы параллельными линиями и вертикальными линиями в зоне 3 управления манифольдом фонтанного штуцера при поперечном соединении «+», плоский клапан В расположен на параллельной линии на левом конце точки пересечения а, плоский клапан Е расположен на вертикальной линии на левом конце точки пересечения а, плоский клапан А расположен на вертикальной линии на верхнем конце точки пересечения b, плоские клапаны D и G расположены последовательно на вертикальной линии на нижнем конце точки пересечения b, плоский клапан С расположен на параллельной линии на правом конце точки пересечения с, плоский клапан F расположен на вертикальной линии на нижнем конце точки пересечения b, плоские клапаны Н и I расположены на параллельной линии на правом конце точки пересечения d и на параллельной линии на левом конце точки пересечения e, гидравлический индикатор 26 расположен на вертикальной линии на нижнем конце точки пересечения d, индикатор 27 выключателя клапана противовыбросового превентора расположен на вертикальной линии на нижнем конце точки пересечения е, плоские клапаны расположены на параллельной линии на правом конце точки пересечения е и на параллельной линии на левом конце точки пересечения f, и ручной дроссельный клапан 28 расположен на вертикальной линии на нижнем конце точки пересечения f.
Точки пересечения g, h, i, j и k образованы параллельными линиями и вертикальными линиями в зоне 4 управления манифольдом высокого давления при поперечном соединении «+», плоский клапан L расположен на вертикальной линии на верхнем конце точки пересечения h, плоский клапан N расположен на вертикальной линии на нижнем конце точки пересечения h, плоский клапан М расположен на вертикальной линии на верхнем конце точки пересечения i, плоский клапан О расположен на вертикальной линии на нижнем конце точки пересечения i, плоский клапан Р расположен на параллельной линии на левом конце точки пересечения K, и плоский клапан Q расположен на вертикальной линии на нижнем конце точки пересечения k.
Как показано на фиг.3, внутренняя плата управления пульта противовыбросовых превенторов содержит микрокомпьютер на одной микросхеме и периферийную схему, выключатель 7 источника газа, выключатель 8 кольца, выключатель 11 верхней трубной плашки, выключатель 14 глухой плашки, выключатель 17 манифольда глушения, выключатель 20 клапана противовыбросового превентора, выключатель 23 нижней трубной плашки, и плоские клапаны А-Q соединены с защелкой через буфер, выход защелки А соединен с одним портом Р0 ввода/вывода данных микрокомпьютера на одной микросхеме, ручной дроссельный клапан 28 соединен с многопутевым селектором, выход многопутевого селектора соединен с операционным усилителем, выход операционного усилителя соединен с защелкой А через АЦ-преобразователь, выход защелки А соединен с одним портом Р0 ввода/вывода данных микрокомпьютера на одной микросхеме, порт Р0 ввода/вывода микрокомпьютера на одной микросхеме служит также как порт вывода данных, выход порта ввода/вывода соединен с защелкой В, выход защелки В соединен с ЦА-преобразователем, выход ЦА-преобразователя соединен с операционным усилителем В, выход операционного усилителя В соединен с полевым транзистором, выход полевого транзистора соединен с масляным манометром 5 плашечного противовыбросового превентора и масляным манометром 6 кольцевого противовыбросового превентора соответственно, другой порт Р3 ввода/вывода данных микрокомпьютера на одной микросхеме соединен с параллельным интерфейсом, параллельный интерфейс соединен с драйвером, выход драйвера соединен с индикатором 9 включения кольца, индикатором 10 выключения кольца, индикатором 12 включения верхней трубной плашки, индикатором 13 выключения верхней трубной плашки, индикатором 15 включения глухой плашки, индикатором 16 выключения глухой плашки, индикатором 18 включения манифольда глушения, индикатором 19 выключения манифольда глушения, индикатором 21 выключения клапана противовыбросового превентора, индикатором 22 включения клапана противовыбросового превентора, индикатором 24 включения нижней трубной плашки, индикатором 25 выключения нижней трубной плашки, гидравлическим индикатором 26 и индикатором 27 выключателя клапана противовыбросового превентора; два выхода третьего порта Р2 ввода/вывода микрокомпьютера на одной микросхеме соединены с дешифратором адреса через защелку В, и дешифрирующий выход дешифратора адреса соединен с параллельным интерфейсом и сторонами управления выбором ЦА-преобразователя и АЦ-преобразователя соответственно.
Фиг.5 представляет собой блок-схему главной управляющей программы пульта противовыбросовых превенторов, и ее последовательность операций является следующей: инициируется управляющая программа, программа инициализации выполняет инициализацию портов на внутренней плате управления, таких как последовательные порты и параллельные порты, для осуществления прямой связи с дистанционным пультом, а также выполняет установку начальных значений индикаторов на панели и соответствующих параметров, затем количество свичей считывается и сохраняется во внутреннем буфере так, что состояния выключателей посылаются из последовательных портов в главный управляющий компьютер, затем результат АЦП считывается и сохраняется во внутреннем буфере так, что значение после АЦ-преобразования посылается из последовательных портов в главный управляющий компьютер, затем данные выводятся на индикаторы для управления отображением индикаторов на основании состояний выключателей, данные выводятся на манометр для отображения начальных значений, масляный манометр плашечного противовыбросового превентора и масляный манометр кольцевого противовыбросового превентора отображают значения начального состояния, затем принимаются команда и данные из главного управляющего компьютера, микрокомпьютер на одной микросхеме принимает команду и данные из главного управляющего компьютера в порядке прерываний, процесс прерываний заключается в считывании значения последовательного порта SBuf микрокомпьютера на одной микросхеме, команда, посланная из главного управляющего компьютера, принимается, если SBuf=1 истинно, затем выполняется возврат из прерывания, данные выводятся в ЦА-преобразователь для управления отображением масляного манометра плашечного противовыбросового превентора и масляного манометра кольцевого противовыбросового превентора, и, наконец, микрокомпьютер на одной микросхеме посылает данные в главный управляющий компьютер в порядке прерываний, и вышеупомянутые стадии циклически повторяются.
Фиг.4 представляет собой блок-схему порядка прерываний пульта противовыбросовых превенторов: когда начинается процесс прерываний, вначале считывается значение последовательного порта SBuf микрокомпьютера на одной микросхеме, если SBiu=1 истинно, микрокомпьютер на одной микросхеме принимает команду, посланную из главного управляющего компьютера, и затем выполняется возврат из прерывания, и микрокомпьютер на одной микросхеме посылает данные в главный управляющий компьютер, если SBuf=1 ложно, затем выполняется возврат из прерывания.
Как показано на фиг.6, пульт фонтанного штуцера содержит шасси и внутреннюю управляющую печатную плату, на лицевой стороне шасси предусмотрены панель 29 управления фонтанным штуцером, панель 29 управления фонтанным штуцером содержит манометр 30 вертикальной трубы, манометр 31 муфты, измеритель 33 открытия дроссельного клапана, набор устройств отображения, набор ручек, набор выключателей и набор световых кнопок, причем набор устройств отображения содержит устройство отображения 32 хода насоса, устройство отображения А 44 параметров и устройство отображения В 47 параметров, набор ручек содержит ручку 35 регулирования скорости дроссельного клапана, кнопку увеличения А 45, кнопку уменьшения А 46, кнопку увеличения В 48, кнопку уменьшения В 49, ручку 62 регулирования ускорителя и ручку 63 регулирования хода насоса, набор выключателей содержит выключатель 34 дроссельного регулирующего клапана, выключатель 58 муфты насоса, выключатель 59 муфты роторного стола, выключатель 60 выбора шпилевой катушки и выключатель 61 роликовой муфты, а набор световых кнопок содержит световую кнопку№1 36, световую кнопку №2 37, световую кнопку №3 38, световую кнопку №4 39, световую кнопку №5 40, световую кнопку №6 41, световую кнопку №7 42, световую кнопку №8 43, световую кнопку №11 50, световую кнопку №12 51, световую кнопку №13 52, световую кнопку №14 53, световую кнопку №15 54, световую кнопку №16 55, световую кнопку №17 56 и световую кнопку №18 57.
Как показано на фиг.7, внутренняя управляющая печатная плата пульта фонтанного штуцера содержит микрокомпьютер на одной микросхеме и его периферийную схему, двадцать пять вводов количества свичей, включая набор световых кнопок, набор выключателей, кнопка увеличения А45, кнопка уменьшения А46, кнопка увеличения В48 и кнопка уменьшения В49 соединены с буфером, выход буфера соединен с защелкой А, выход защелки А соединен с одним портом РО ввода/вывода данных микрокомпьютера на одной микросхеме;
три аналоговых количества, т.е. ручка 35 регулирования скорости дроссельного клапана, ручка 62 регулирования ускорителя и ручка 63 регулирования хода насоса, соединены с многопутевым селектором, выход многопутевого селектора соединен с операционным усилителем А, выход операционного усилителя А соединен с АЦ-преобразователем, выход АЦ-преобразователя соединен с защелкой А; порт РО ввода/вывода микрокомпьютера на одной микросхеме служит также как порт вывода данных, выход порта вывода данных соединен с защелкой В, выход защелки В разделен на два пути, один из которых соединен с ЦА-преобразователем, выход ЦА-преобразователя соединен с операционным усилителем В, выход операционного усилителя В соединен с полевым транзистором, выход полевого транзистора соединен с манометром 30 вертикальной трубы, манометром 31 муфты и измерителем 33 открытия дроссельного клапана, другой путь выхода защелки В соединен с параллельным портом, выход параллельного порта соединен с драйвером устройства отображения хода насоса и параметров, выход драйвера устройства отображения хода насоса и параметров соединен с устройством отображения 32 хода насоса, устройством отображения А 44 параметров и устройством отображения В 47 параметров; другой порт ввода/вывода данных микрокомпьютера на одной микросхеме соединен с параллельным интерфейсом, параллельный интерфейс соединен с драйвером, выход драйвера соединен с набором световых кнопок; два выхода третьего порта РЗ ввода/вывода микрокомпьютера на одной микросхеме соединены с дешифратором адреса через защелку В, и выход дешифратора адреса соединен с параллельным интерфейсом и сторонами управления выбором ЦА-преобразователя и АЦ-преобразователя соответственно.
Как показано на фиг.8, драйвер устройства отображения хода насоса и параметров содержит буфер адресов, буфер данных, компаратор, дешифратор, двухпозиционный переключатель (DIP-переключатель), задающую микросхему знакового индикатора тлеющего разряда и знаковый индикатор тлеющего разряда, стороны ввода буфера адресов и буфера данных обе соединены с параллельным портом, выход буфера данных соединен с задающей микросхемой знакового индикатора тлеющего разряда, выход задающей микросхемы знакового индикатора тлеющего разряда соединен со знаковыми индикаторами тлеющего разряда устройства отображения 32 хода насоса, устройством отображения А 44 параметров и устройством отображения В 47 параметров соответственно; выход буфера адресов соединен с компаратором и дешифратором соответственно, другая сторона ввода компаратора соединена с двухпозициоппым переключателем, выход компаратора соединен со стороной ввода дешифратора, одна сторона вывода дешифратора соединена со стороной управления записью задающей микросхемы знакового индикатора тлеющего разряда, а другая сторона вывода дешифратора соединена со стороной управления режимом задающей микросхемы знакового индикатора тлеющего разряда через триггер.
Фиг.10 представляет собой блок-схему работы главной управляющей программы пульта фонтанного штуцера, и ее последовательность операций является следующей: при инициализации системы выполняются инициализация портов на внутренней плате управления, таких как последовательные порты и параллельные порты, и установка начальных значений индикаторов на панели и соответствующих параметров, затем количество свичей считывается и сохраняется во внутреннем буфере так, что состояния выключателей посылаются из последовательных портов в главный управляющий компьютер, затем результат АЦ-преобразования считывается и сохраняется во внутреннем буфере так, что значение после АЦ-преобразования посылается из последовательных портов в главный управляющий компьютер, затем данные выводятся на индикаторы, микрокомпьютер на одной микросхеме принимает команду и данные из главного управляющего компьютера в порядке прерываний и затем посылает данные из параллельных портов в плату управления устройствами отображения для отображения накопленного числа ходов насоса, плотности бурового раствора, объема утяжеленного бурового раствора и значений других соответствующих параметров, например несоответствия параметров требованиям к техническим характеристикам и увеличение или уменьшение значений параметров, затем данные выводятся на ЦА-преобразователь для управления отображением приборов для давления в вертикальной трубе, давления в муфте, открытия дроссельного клапана и т.п., затем микрокомпьютер на одной микросхеме посылает данные в главный управляющий компьютер в порядке прерываний, и, наконец, выполняется возврат в исходное состояние, и вышеупомянутые стадии циклически повторяются.
Фиг.9 представляет собой блок-схему пульта фонтанного штуцера, принимающего команду и посылающего данные в порядке прерываний, и ее последовательность операций является следующей: считывается значение последовательного порта SBuf микрокомпьютера на одной микросхеме, данные посылаются в главный управляющий компьютер, если SBuf=1, в противном случае принимается команда, посланная из главного управляющего компьютера, и затем выполняется возврат из прерывания.
Как показано на фиг.11, главный управляющий компьютер содержит портативный компьютер и главную управляющую программу, прогоняемую на нем. Главная управляющая программа содержит модуль процесса бурения, модуль управления системой, интеллектуальный модуль оценки и связной модуль. Главная управляющая программа сообщается с оборудованием аппаратных средств клиентской части (пульт противовыбросовых превенторов и пульт фонтанного штуцера) с помощью связного модуля для получения состояния оборудования аппаратных средств в реальном времени, например таких параметров, как число оборотов роторного стола, состояние тормоза, количество выпуска бурового раствора и плотность бурового раствора, которые должны быть получены при имитации процесса бурения, а затем типичный процесс бурения имитируется посредством соответствующих математических моделей для завершения следующих задач: 1) управляющая команда посылается в программу графической обработки с помощью протокола ТСРЛР, таким образом, программа графической обработки может запускаться для генерирования процесса анимации, синхронного с работой оборудования аппаратных средств; 2) реализуется интеллектуальная система оценки; и 3) сигнал посылается обратно в аппаратные средства клиентской части, позволяя устройству отображения параметров приборов клиентской части функционировать в соответствии с ситуацией на месте.
Модуль управления системой содержит подмодуль самопроверки системы и настройки системы, функциональная проверка для пульта фонтанного штуцера, пульта противовыбросовых превенторов и манифольдов фонтанного штуцера и их манифольдов высокого давления выполняется, главным образом, в подмодуле самопроверки системы для определения, нормально ли работает оборудование клиентской части, и конкретный способ заключается в следующем: изменяется состояние различных выключателей, кнопок или клапанов оборудования аппаратных средств клиентской части так, чтобы можно было видеть синхронное изменение в главной управляющей программе, в этом случае можно наблюдать, нормально ли работает оборудование клиентской части. Настройка системы используется для корректирования основных компонентов оборудования аппаратных средств клиентской части, включая, главным образом, коррекцию тормоза, коррекцию ножного ускорителя, коррекцию игольчатого клапана, коррекцию ручного ускорителя 1, коррекцию ручного ускорителя 2, коррекцию ручного ускорителя 3, коррекцию скорости дросселирования, настройку работы системы и т.д.
Как показано на фиг.12, интеллектуальный модуль оценки используется, главным образом, для автоматической оценки процесса обучения. Оценка относится, главным образом, к двум факторам: 1) последовательность действий; вся последовательность действий обучаемых записывается в системе, последовательность действий обучаемого сравнивается с предварительно установленной последовательностью действий в системе при завершении экзамена обучаемого для оценки соответствия этих двух последовательностей и выставления оценок последовательности действий обучаемых на этой основе; и 2) уровень квалификации: в дополнение к учету исправительной последовательности действий обучаемыми при всесторонней оценке уровня квалификации обучаемых необходимо учитывать их последовательность действий, например правилен ли выбор нагрузки на буровое долото при бурении и является ли бурение равномерным; для задачи, отвечает ли управление давлением при глушении требованию разработчика глушения, система определяет оценку уровня квалификации путем принятия способа записи соответствующих кривых данных в последовательности действий и затем сравнения кривых данных со стандартными кривыми. Процесс оценки выглядит следующим образом: обучаемый входит в систему, начинает экзамен и выполняет соответствующие операции, и система автоматически выставляет оценки исходя из соответствующих норм для получения окончательной оценки.
Как показано на фиг.13, графический компьютер содержит портативный компьютер и программу графической обработки, прогоняемую на нем. Программа графической обработки содержит модуль инициализации сцены, модуль управления анимацией процесса, модуль обработки коллизий и модуль создания эффектов; живая, виртуальная среда бурения создается посредством полной объемной анимации, так что обучаемые чувствуют себя так, словно они находятся в реальной среде бурения, таким образом, улучшается психическая устойчивость обучаемых в реагировании на осложнения и аварийные ситуации, и достигается лучший эффект обучения. Эти четыре модуля выполняют следующие функции:
Инициализация сцены: текущая сцена каждой операции отличается ввиду сложности процесса бурения и специфики виртуального обучения. Перед тем как начнется новая операция, графическая программа инициализирует текущую сцену после получения команды на операцию, посланной из управляющего компьютера, например текущее число, состояние и положение рабочих компонентов на буровой платформе.
Управление анимацией процесса: в процессе выполнения указанной технологической операции каждое действие с пульта бурения преобразуется в цифровой сигнал; этот цифровой сигнал передается в главный управляющий компьютер, затем главный управляющий компьютер посылает протокольные данные в графическую программу, и графическая программа после сбора параметров выдает конкретный ответ. На графической машине отражаются параметры движения, конкретные движения и выбор вида (включая под углом зрения выше поверхности, под углом зрения под землей, под углом зрения противовыбросового превентора, многовидовое отображение и т.д.) различных управляющих систем на буровой платформе.
Обработка коллизий: в процессе трехмерной графики имитации движения ситуация «сквозь стену» не разрешается; поэтому обнаружение коллизий должно выполняться на объектах движения. Для того чтобы обеспечить реалистичность движения модели, система визуальной имитации тренажера-имитатора бурения непременно включает части обнаружения и обработки коллизий.
Создание эффектов: реализуется имитация пламени, пузырьков, эффектов струй жидкости, с использованием GLSL (языка высокого уровня для создания фрагментных и вершинных шейдеров) осуществляется эффект освещения на уровне кино, и можно соответственно имитировать режимы освещения, такие как дневной свет, ночь и прожектор, что значительно усиливает графический эффект и ощущение реальности.
Модуль процесса бурения содержит подмодуль опускания в скважину, подмодуль извлечения из скважины, подмодуль вскрытия скважиной продуктивного пласта, подмодуль управления аварийными ситуациями и осложнениями, подмодуль временной остановки скважины и подмодуль глушения и является наиболее важным модулем в главной управляющей программе. Обучение управлению событиями не имеет ограничения для обучаемых, которые, следовательно, могут пользоваться тренажером-имитатором произвольно, и графическая система будет отражать разумные механические движения и одновременно давать голосовые подсказки в отношении ошибочных операций. Этот модуль используется, главным образом, для когнитивного обучения новых обучаемых работе на буровой площадке и с буровым оборудованием. При обучении техническому процессу обучаемые должны использовать тренажер-имитатор в соответствии с его техническим процессом, чтобы углубить понимание обучаемыми технического процесса и позволить обучаемым освоить процесс работы тренажера-имитатора.
Фиг.14 представляет собой блок-схему нормального опускания в скважину, и ее последовательность операций является приблизительно следующей: начинают эту операцию, запускают элеватор, затем помещают и свинчивают свечу бурильных труб, убирают элеватор, опускают буровое долото, убирают штропы элеватора, судят, выполнять ли опускание в скважину, если да, возвращаются к запуску элеватора, в противном случае заканчивают эту операцию.
Фиг.15 представляет собой блок-схему нагружения колонны, и ее последовательность операций является приблизительно следующей: начинают эту операцию, выполняют нормально опускание в скважину, выполняют перфорирование и расширение в случае нагружения колонны, заканчивают эту операцию и возвращаются в исходное состояние, если нагружение колонны не происходит.
Фиг.16 представляет собой блок-схему опускания в скважину с управлением давлением колебания, и ее последовательность операций является приблизительно следующей: начинают эту операцию, запускают элеватор, затем помещают и свинчивают свечу бурильных труб, убирают элеватор, опускают буровое долото с низкой скоростью, нажимают соответствующую кнопку, чтобы убрать штропы элеватора, судят, продолжать ли опускание в скважину, если да, возвращаются к тому, чтобы начать эту операцию, в противном случае заканчивают эту операцию.
Фиг.17 представляет собой блок-схему нормального извлечения из скважины, и ее последовательность операций является приблизительно следующей: начинают эту операцию, поднимают буровое долото, разгружают свечу бурильных труб, заливают буровой раствор, судят, выполнять ли извлечение из скважины, если да, возвращаются к тому, чтобы начать эту операцию, в противном случае, заканчивают эту операцию.
Фиг.18 представляет собой блок-схему в случае затяжек бурового инструмента, и ее последовательность операций является приблизительно следующей: начинают эту операцию, выполняют нормально извлечение из скважины, выполняют освобождение посредством циркуляции в случае затяжек бурового инструмента, выполняют расширение скважины снизу вверх, заканчивают эту операцию и возвращаются к нормальному извлечению из скважины в случае отдирания.
Фиг.19 представляет собой блок-схему извлечения из скважины с управлением давления всасывания, и ее последовательность операций является приблизительно следующей: начинают эту операцию, поднимают буровое долото с малой скоростью, разгружают свечу бурильных труб, заливают буровой раствор, судят, продолжать ли извлечение из скважины, если да, возвращаются к тому, чтобы поднимать буровое долото с малой скоростью, в противном случае заканчивают эту операцию.
Фиг.20 представляет собой блок-схему нормального бурения и свинчивания свечи бурильных труб, и ее последовательность операций является приблизительно следующей: начинают эту операцию, осуществляют циркуляцию бурового раствора, осуществляют легкое нажатие и опускание, осуществляют нормальное бурение, свинчивают свечу бурильных труб, и опускают на некоторую глубину, чтобы закончить эту операцию.
Фиг.21 представляет собой блок-схему бурения при разных буримостях пород, и ее последовательность операций является приблизительно следующей: начинают эту операцию, осуществляют циркуляцию бурового раствора, осуществляют легкое нажатие и опускание, бурят на 1 метр в первой породе, бурят на 1 метр во второй породе, бурят на 1 метр в третьей породе, извлекают бурильную трубу, и заканчивают эту операцию.
Фиг.22 представляет собой блок-схему бурения при подпрыгивании (продольной вибрации бурового долота), и ее последовательность операций является приблизительно следующей: начинают эту операцию, выполняют нормальное бурение, если не происходит подпрыгивание, поднимают бурильную трубу, если происходит подпрыгивание, изменяют частоту вращения и осевую нагрузку на буровое долото, опускают бурильную трубу, судят, уменьшилось ли подпрыгивание, возвращаются к подъему бурильной трубы, если подпрыгивание не уменьшилось, повторяют операцию, пока подпрыгивание не уменьшиться, затем расширяют профили скважины с подпрыгиванием, и заканчивают эту операцию.
Фиг.23 представляет собой блок-схему бурения пород при высоком давлении, и ее последовательность операций является приблизительно следующей: начинают эту операцию, осуществляют циркуляцию бурового раствора, осуществляют нормальное бурение, судят, не происходит ли перелив, осуществляют нормальное бурение, если перелив не происходит, в противном случае повышают плотность бурового раствора, продолжают бурение, свинчивают свечу бурильных труб и, наконец, заканчивают эту операцию.
Фиг.24 представляет собой блок-схему бурения пород при низком давлении, и ее последовательность операций является приблизительно следующей: начинают эту операцию, осуществляют циркуляцию бурового раствора, осуществляют нормальное бурение, судят, не происходит ли протечка, осуществляют нормальное бурение, если протечка не происходит, в противном случае повышают плотность бурового раствора, продолжают бурение, свинчивают свечу бурильных труб и, наконец, заканчивают эту операцию.
Фиг.25 представляет собой блок-схему суждения о прихвате и действий при прихватах, и ее последовательность операций является приблизительно следующей: начинают эту операцию, поднимают бурильную трубу, судят, имеет ли место обрушение грунта, продолжают подъем бурильной трубы, если нет обрушения, прерывисто опускают буровое долото, если обрушение имеет место, продвигают буровое долото, осуществляют циркуляцию бурового раствора, высвобождают продвинутое буровое долото, затем судят, высвободилось ли продвинутое буровое долото, если нет, возвращаются к продолжению освобождения, пока освобождение не завершится, и заканчивают эту операцию.
Фиг.26 представляет собой блок-схему суждения о прихвате из-за осаждения твердых частиц и действий при прихватах, и ее последовательность операций является приблизительно следующей: начинают эту операцию, осуществляют нормальное извлечение из скважины, судят, имеет ли место прихват из-за осаждения твердых частиц, если нет, возвращаются к нормальному извлечению из скважины, продвигают буровое долото, если имеет место прихват из-за осаждения твердых частиц, осуществляют циркуляцию бурового раствора в небольшом количестве, судят, нормально ли давление насоса, если нет, возвращаются к осуществлению циркуляцию бурового раствора, если да, осуществляют циркуляцию бурового раствора в большом количестве и, наконец, заканчивают эту операцию.
Фиг.27 представляет собой блок-схему суждения о прихвате из-за образования сальника и действий при прихватах, и ее последовательность операций является приблизительно следующей: начинают эту операцию, осуществляют легкое нажатие и опускание, осуществляют бурение, судят, имеется ли прихват из-за образования сальника, если нет, возвращаются к нормальному извлечению из скважины, если да, осуществляют циркуляцию бурового раствора в большем количестве, выполняют расширение с высокой скоростью, регулируют характеристики бурового раствора, продолжают бурение и, наконец, заканчивают эту операцию.
Фиг.28 представляет собой блок-схему ловильных работ с использованием конического ловильного метчика, и ее последовательность операций является приблизительно следующей: начинают эту операцию, промывают верх упавшего в скважину бурильного инструмента, обнаруживают упавший вниз бурильный инструмент, судят, обнаружен ли упавший в скважину бурильный инструмент, если нет, возвращаются к продолжению обнаружения, если да, освобождают резьбу, нарезают резьбу, пытаются поднять бурильную трубу, поднимают упавшую в скважину трубу и, наконец, заканчивают эту операцию.
Фиг.29 представляет собой блок-схему фрезерования металлического лома, и ее последовательность операций является приблизительно следующей: начинают эту операцию, промывают забой скважины, дважды фрезеруют, продолжают фрезерование, пока фреза не разломается, и заканчивают эту операцию.
Фиг.30 представляет собой блок-схему нормального бурения и временной остановки скважины, и ее последовательность операций является приблизительно следующей: начинают эту операцию, выполняют нормальное бурение, судят, не произошел ли перелив, если нет, выполняют нормальное бурение, если да, открывают манифольд фонтанного штуцера и закрывают кольцевой противовыбросовый превентор, противовыбросовый превентор верхней трубчатой плашки, дроссельный клапан и плоские клапаны J2A, затем выполняют каротаж в скважине и заканчивают эту операцию.
Фиг.31 представляет собой блок-схему извлечения из скважины и временной остановки скважины, и ее последовательность операций является приблизительно следующей: начинают эту операцию, разгружают бурильную трубу квадратного сечения, поднимают вертикальную трубу, судят, не произошел ли перелив, если нет, возвращаются к подъему вертикальной трубы, если да, собирают заранее противовыбросовый превентор бурового долота, останавливают скважину, выполняют каротаж в скважине и заканчивают эту операцию.
Фиг.32 представляет собой блок-схему подъема утяжеленной бурильной трубы и временной остановки скважины, и ее последовательность операций является приблизительно следующей: начинают эту операцию, поднимают утяжеленную буровую трубу, судят, не произошел ли перелив, если нет, возвращаются к подъему утяжеленной буровой трубы, если да, заранее свинчивают противовыбросовую одиночную трубу, временно останавливают скважину, выполняют каротаж в скважине и заканчивают эту операцию.
Фиг.33 представляет собой блок-схему опорожнения и временной остановки скважины, и ее последовательность операций является приблизительно следующей: начинают эту операцию, судят, является ли большим количество перелива после подъема утяжеленной буровой трубы, если да, временно останавливают скважину, выполняют каротаж в скважине и, наконец, заканчивают эту операцию; если нет, заранее свинчивают противовыбросовую одиночную трубу, временно останавливают скважину, выполняют каротаж в скважине и, наконец, заканчивают эту операцию.
Фиг.34 представляет собой блок-схему глушения способом бурильщика, и ее последовательность операций является приблизительно следующей: начинают эту операцию, устанавливают ход бурового насоса, выпускают загрязненный буровой раствор, судят, полностью ли выпущен загрязненный буровой раствор, если нет, возвращаются к полному выпуску загрязненного бурового раствора, если да, увеличивают плотность бурового раствора, выполняют глушение утяжеленным буровым раствором, судят, закончилось ли глушение, если нет, возвращаются к продолжению глушения, если да, заканчивают эту операцию.
Фиг.35 представляет собой блок-схему глушения способом инженера, и ее последовательность операций является приблизительно следующей: начинают эту операцию, устанавливают ход бурового насоса, увеличивают плотность бурового раствора, затем выполняют глушение утяжеленным буровым раствором, судят, закончилось ли глушение, если нет, возвращаются к продолжению глушения, если да, заканчивают эту операцию.
Фиг.36 представляет собой блок-схему глушения способом бурильщика с применением переутяжеленного бурового раствора и ее последовательность операций является приблизительно следующей: начинают эту операцию, приготавливают переутяжеленный буровой раствор, закачивают переутяжеленный буровой раствор, судят, закончилась ли циркуляция, если да, регулируют плотность бурового раствора, выполняют глушение буровым раствором для глушения и судят, закончилось ли глушение, если нет, возвращаются к продолжению глушения, если да, заканчивают эту операцию.