РАСПРЕДЕЛЕННАЯ СИСТЕМА ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ БУРЕНИЯ
DISTRIBUTED SYSTEM OF DRILLING SIMULATION MODELLING

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе имитационного моделирования бурения, в частности к распределенной системе имитационного моделирования бурения.
Предпосылки изобретения
В настоящее время для нынешних зарубежных и отечественных тренажеров-имитаторов бурения обычно используется структура централизованной системы с низкой надежностью и робастностью; кроме того, принятие обычного анимационного метода могло бы привести к принятию нечеткого и негладкого графического отображения и отсутствию ощущения реальности; кроме того, как экран для отображения бурения используется экран обычных размеров, таким образом, на графическом отображении имеется нехватка неизбежного ударного воздействия и погружения. Кроме того, большинство зарубежных и отечественных новых бурильных машин оснащены буровыми установками с верхним приводом, однако большинство нынешних тренажеров-имитаторов бурения реализуют имитацию, основанную на приводе от роторного стола. В этом случае, даже если используется верхний привод, имитация по-прежнему является относительно грубой, и имитация осложнений и аварийных ситуаций при бурении и комплекса подземных ситуаций является не достаточно полной и детальной, поэтому практическая значимость не достигнута.
Краткое описание изобретения
Целью настоящего изобретения является устранение недостатков существующих имитаторов бурения и создание распределенной системы имитационного моделирования бурения. Тренажер-имитатор бурения основан на усовершенствованной компьютерной сети и структуре распределенной системы, для операционной системы пульта обучаемых клиентской части используется конструкция встроенной системы, проектирование, изготовление и испытание системы осуществляются по промышленным стандартам, и система действует устойчиво и надежно. Графическая анимация реализуется технологией полной трехмерной анимации в реальном времени. Оператор может выполнять бурение в соответствии с положением и состоянием, отражаемыми графическими средствами, благодаря чему в работу привносится отличное ощущение реальности. В графическом отображении принята технология графического дисплея с большим круглым экраном, и все картинки в процессе бурения имеют больший размер отображения, более широкое зрительное восприятие, большее содержание отображения и визуальный эффект с лучшим ударом и погружением. В качестве режима привода при бурении принята высокоимитирующая имитация верхнего привода, которая обеспечивает лучшую пригодность к техническому изменению и отвечает потребностям рынка. Основанная на управлении событиями технология управления аварийными ситуациями и подземными осложнениями позволяет проводить имитационное обучение для заблаговременного обучения работника, чтобы повысить безопасность.
Цель изобретения достигается благодаря следующему техническому предложению: распределенная система имитационного моделирования бурения содержит штуцерный манифольд, манифольд высокого давления, пульт противовыбросовых превенторов, пульт фонтанного штуцера, дистанционный пульт, пульт бурильщика, пульт инструктора и графическое проекционное устройство; причем пульт бурильщика используется для управления подъемом лебедки, частотой вращения роторного стола и регулирования скорости бурового насоса имитационным образом, получения информации о положении муфты лебедки, зубчатого колеса лебедки, положении муфты роторного стола, зубчатого колеса роторного стола, положении регулятора насоса, положении регулятора мощности дизельного двигателя и т.п., и контроля параметров, таких, как подвешенный вес, осевая нагрузка на буровое долото, давление источника газа бурильщика, плотность бурового раствора, вязкость бурового раствора и уход бурового раствора. Контроллер противовыбросового превентора выполняет основные функции управления включением/выключения компонентов в противовыбросовом превенторе, и контроля давления в вертикальной трубе, давления в муфте, источника газа бурильщика и т.п. Пульт фонтанного штуцера выполняет основные функции контроля давления в вертикальной трубе и давления в муфте после остановки скважины и во время глушения скважины, регулирования давления в вертикальной трубе и давления в муфте во время глушения и расчета количества нагнетания (количество замены) при глушении. Дистанционный пульт приводит ручки при помощи шагового электродвигателя с управлением от программируемого логического контроллера для осуществления управления включением/выключения компонентов в противовыбросовом превенторе. Манифольд высокого давления используется для имитационного управления путем потока бурового раствора. Штуцерный манифольд используется для имитационного управления путем потока бурового раствора и регулирования давления в вертикальной трубе и давления в муфте в устье скважины с помощью гидравлического клапана. Пульт инструктора состоит из двух высокопроизводительных компьютеров, которыми соответственно являются главный управляющий компьютер и компьютер графической обработки. Главный управляющий компьютер выполняет основные функции хранения и задания имитационных параметров, прогона основной управляющей программы, управления графикой, расчета и вычерчивания кривых параметров, выставления оценок и управления обучаемыми, сбора параметров оборудования клиентской стороны и управления всеми управляемыми приборами и исполнительными механизмами на клиентской стороне. Компьютер графической обработки соединен с главным управляющим компьютером через сеть Ethernet, принимает протокол управления передачей/протокол Интернет (протокол TCP/IP) и выполняет основные функции отображения статической фоновой картинки, управляемых динамических картинок, таких как движение бурильной трубы и расслоенность формаций, автоматическая анимация и кривые записи. Графическое проекционное устройство состоит из высокоэффективного проектора с более высоким разрешением и яркостью, а также экрана большого размера, и соединено с компьютером графической обработки для проецирования всех картинок на полотно большого экрана. Пульт бурильщика, дистанционный пульт, пульт противовыбросовых превенторов и пульт фонтанного штуцера соединены между собой с помощью протокола PPI, пульт инструктора соединен с протоколом PPI через интерфейс PPI, штуцерный манифольд соединен с пультом фонтанного штуцера, и манифольд высокого давления соединен с пультом противовыбросовых превенторов.
Пульт бурильщика содержит шасси и внутреннюю плату управления, на лицевой стороне шасси предусмотрены панель управления на лицевой стороне пульта бурильщика, на боковой стороне шасси предусмотрена панель управления боковой стороны пульта бурильщика, причем панель управления на лицевой стороне пульта бурильщика имеет набор манометров, индикатор нагрузки на буровой инструмент, индикатор крутящего момента роторного стола, резервный измерительный прибор, набор выключателей, набор кнопок А, набор устройств отображения, ручку регулирования скорости лебедки и рукоятку тормоза; набор манометров содержит манометр источника газа, манометр охлаждающей воды, масляный манометр лебедки, масляный манометр роторного стола, манометр шпилевой катушки, манометр насоса, манометр гаечного ключа, левый манометр гаечного ключа, правый манометр гаечного ключа и предохранительный манометр гаечного ключа; набор выключателей содержит левый выключатель шпилевой катушки, правый выключатель шпилевой катушки, разгрузочный выключатель гидравлической станции, выключатель защитного сброса, выключатель пневматического звукового сигнала, выключатель инерционного тормоза роторного стола, пневматический переключатель толчкового хода, резервный выключатель, выключатель аварийного торможения и выключатель стояночного тормоза; набор кнопок А содержит кнопку №1, кнопку №2, кнопку №3, кнопку №4, кнопку №5, кнопку №6, кнопку №7, кнопку №8, кнопку №9, кнопку №10, кнопку №11, кнопку №12, кнопку №13 и кнопку №14, и набор устройств отображения содержит устройство отображения параметров, устройство отображения плотности бурового раствора, устройство отображения вязкости бурового раствора и устройство отображения ухода бурового раствора; внутренняя плата управления содержит программируемый логический контроллер PLC1 пульта бурильщика и программируемый логический контроллер PLC2 пульта бурильщика; модуль ЦП программируемого логического контроллера PLC1 пульта бурильщика соединен с ручкой регулирования скорости лебедки и рукояткой тормоза через модуль АЦП соответственно, соединен с манометром источника газа, манометром охлаждающей воды, масляным манометром лебедки, масляным манометром роторного стола, манометром шпилевой катушки, индикатором крутящего момента роторного стола, манометром насоса, манометром гаечного ключа, резервным измерительным прибором, левым манометром гаечного ключа, правым манометром гаечного ключа и предохранительным манометром гаечного ключа через модуль ЦАП, соединен с индикатором нагрузки на буровой инструмент, выключателем аварийного торможения и выключателем стояночного тормоза через модуль расширения цифрового ввода/вывода (ЦВВ), соединен, через его порт вывода количества свичей, со стороной ввода контроллера индикатора нагрузки, сторона вывода которого соединена с индикатором нагрузки на буровой инструмент, соединен с левым выключателем шпилевой катушки, правым выключателем шпилевой катушки, разгрузочным выключателем гидравлической станции, выключателем защитного сброса, выключателем пневматического звукового сигнала, выключателем инерционного тормоза роторного стола, пневматическим переключателем толчкового хода, резервным выключателем, кнопкой №1, кнопкой №2, кнопкой №3, кнопкой №4, кнопкой №5, кнопкой №6, кнопкой №7, кнопкой №8, кнопкой №9, кнопкой №10, кнопкой №11, кнопкой №12, кнопкой №13 и кнопкой №14 через его порт ввода количества свичей и одновременно соединен с кнопкой №1, кнопкой №2, кнопкой №3, кнопкой №4, кнопкой №5, кнопкой №6, кнопкой №7 и кнопкой №8 через порт ввода количества свичей, модуль ЦП программируемого логического контроллера PLC1 пульта бурильщика соединен также с платой передачи/приема данных пульта бурильщика через последовательный порт, а плата передачи/приема данных пульта бурильщика соединена с устройством отображения плотности бурового раствора, устройством отображения вязкости бурового раствора и устройством отображения ухода бурового раствора через параллельные порты; панель управления боковой стороны пульта бурильщика содержит набор индикаторов, набор селекторных клапанов, набор кнопок В, набор регулирующих клапанов, индикатор крутящего момента и тахометр; набор индикаторов содержит индикатор программируемого логического контроллера PLC1, индикатор программируемого логического контроллера PLC2, индикатор генератора мощности 1, индикатор генератора мощности 2, индикатор генератора мощности 3, индикатор генератора мощности 4, индикатор бурового насоса А, индикатор бурового насоса В, индикатор бурового насоса С, индикатор лебедки А, индикатор лебедки В, индикатор бурового стола, индикатор бурения с постоянной скоростью или бурения при постоянном давлении, индикатор внутреннего противовыбросового превентора, индикатор работы гидронасоса, индикатор застопоривания привода-вращателя, индикатор тормоза, индикатор неисправности и индикатор нахождения в заданном положении; набор селекторных клапанов содержит селекторный клапан работы PLC, селекторный клапан работы электродвигателя, селекторный клапан работы лебедки, селекторный клапан работы бурового насоса А, селекторный клапан работы бурового насоса В, селекторный клапан работы бурового насоса С, селекторный клапан работы роторного стола, селекторный клапан работы бурения с постоянной скоростью или бурения при постоянном давлении лебедки, селекторный клапан вращения штропа элеватора, селекторный клапан работы внутреннего противовыбросового превентора, селекторный клапан гидронасоса, селекторный клапан застопоривания привода-вращателя, селекторный клапан работы резервного трубного ключа, селекторный клапан наклона штропа элеватора, селекторный клапан рабочего режима тормоза, селекторный клапан вспомогательной работы, селекторный клапан работы вентилятора, селекторный клапан электродвигателя, селекторный клапан режима работы и селекторный клапан направления вращения; набор кнопок В содержит кнопку аварийного останова машины, кнопку аварийного останова с регулированием частоты, ручку регулировки крутящего момента бурового стола, ручку регулировки бурового насоса А, ручку регулировки бурового насоса В, ручку регулировки бурового насоса С, ручку регулирования частоты вращения роторного стола, ручку регулирования осевой нагрузки на буровое долото при бурении при постоянном давлении, кнопку среднего положения штропа элеватора, кнопку приглушения звука и кнопку аварийного останова; и набор регулирующих клапанов содержит регулирующий клапан ограничения крутящего момента при свинчивании, регулирующий клапан ограничения крутящего момента при бурении скважины и регулирующий клапан установки частоты вращения; модуль ЦП программируемого логического контроллера PLC2 пульта бурильщика соединен с ручкой регулировки крутящего момента бурового стола, ручкой регулировки бурового насоса А, ручкой регулировки бурового насоса В, ручкой регулировки бурового насоса С, ручкой регулирования частоты вращения роторного стола, ручкой регулирования осевой нагрузки на буровое долото при бурении при постоянном давлении, регулирующим клапаном ограничения крутящего момента при свинчивании, регулирующим клапаном ограничения крутящего момента при бурении скважины и регулирующим клапаном установки частоты вращения через модуль АЦП соответственно, соединен с индикатором крутящего момента и тахометром через модуль ЦАП, соединен с индикатором тормоза, индикатором неисправности, индикатором нахождения в заданном положении, кнопкой приглушения звука, кнопкой аварийного останова, селекторным клапаном рабочего режима тормоза, селекторным клапаном вспомогательной работы, селекторным клапаном работы вентилятора, селекторным клапаном электродвигателя, селекторным клапаном режима работы и селекторным клапаном направления вращения через модуль расширения ЦВВ, соединен с индикатором программируемого логического контроллера PLC1, индикатором программируемого логического контроллера PLC2, индикатором генератора мощности 1, индикатором генератора мощности 2, индикатором генератора мощности 3, индикатором генератора мощности 4, индикатором бурового насоса А, индикатором бурового насоса В, индикатором бурового насоса С, индикатором лебедки А, индикатором лебедки В, индикатором бурового стола, индикатором бурения с постоянной скоростью или бурения при постоянном давлении, индикатором внутреннего противовыбросового превентора, индикатором работы гидронасоса и индикатором застопоривания привода-вращателя через его порт вывода количества свичей и соединен с селекторным клапаном работы PLC, селекторным клапаном работы электродвигателя, селекторным клапаном работы лебедки, кнопкой аварийного останова машины, кнопкой аварийного останова с регулированием частоты, селекторным клапаном работы бурового насоса А, селекторным клапаном работы бурового насоса В, селекторным клапаном работы бурового насоса С, селекторным клапаном работы роторного стола, селекторным клапаном работы бурения с постоянной скоростью или бурения при постоянном давлении лебедки, селекторным клапаном вращения штропа элеватора, кнопкой среднего положения штропа элеватора, селекторным клапаном работы внутреннего противовыбросового превентора, селекторным клапаном гидронасоса, селекторным клапаном застопоривания привода-вращателя, селекторным клапаном работы резервного трубного ключа и селекторным клапаном наклона штропа элеватора через его порт ввода свичей.
Причем плата передачи/приема данных пульта бурильщика содержит микросхему последовательного порта, микрокомпьютер на одной микросхеме, защелку и шинный буфер; сторона ввода микросхемы последовательного порта соединена с последовательным портом программируемого логического контроллера PLC1 пульта бурильщика через последовательный порт; сторона вывода микросхемы последовательного порта соединена с линией передачи данных и линией приема данных микрокомпьютера на одной микросхеме соответственно; кроме того, микрокомпьютер на одной микросхеме соединен с защелкой и шинным буфером через шины соответственно, а порты вывода защелки и шинного буфера соединены с устройством отображения плотности бурового раствора, устройством отображения вязкости бурового раствора и устройством отображения ухода бурового раствора через параллельные порты. Устройство отображения плотности бурового раствора, устройство отображения вязкости бурового раствора и устройство отображения ухода бурового раствора каждое содержит буфер адресов, буфер данных, компаратор, декодер, двухпозиционный переключатель, задающую микросхему знакового индикатора тлеющего разряда и знаковый индикатор тлеющего разряда, порты ввода буфера адресов и буфера данных оба соединены с параллельным портом; порт вывода буфера данных соединен с задающей микросхемой знакового индикатора тлеющего разряда, порты вывода буфера адресов соединены с одной стороной ввода компаратора и декодера соответственно, другая сторона ввода компаратора соединена с двухпозиционным переключателем; порт вывода соединен со стороной ввода декодера, сторона вывода декодера соединена с задающей микросхемой знакового индикатора тлеющего разряда, а сторона вывода задающей микросхемы знакового индикатора тлеющего разряда соединена со знаковым индикатором тлеющего разряда.
Последовательность операций управляющей программы пульта бурильщика является приблизительно следующей: при инициировании управляющей программы портом инициализации инициализируется порт Port1 контроллера PLC для осуществления информационной связи с платой управления светодиодного устройства отображения, затем количество свичей считывается и сохраняется в буферной зоне передачи, результат АЦП считывается и сохраняется в буферной зоне передачи; затем вызываются регулирующие подпрограммы плотности бурового раствора, вязкости бурового раствора и ухода бурового раствора, а затем вызывается подпрограмма ХМТ, данные передаются в плату управления светодиодного устройства отображения, если включена левая шпилевая катушка, выходом в ЦАП для отображения значения нормального рабочего давления левой шпилевой катушки является 800; в противном случае выходом в ЦАП является 0, затем судят, включена ли правая шпилевая катушка, если да, выходом в ЦАП для отображения значения нормального рабочего давления правой шпилевой катушки является 800; в противном случае выходом в ЦАП является 0, затем вызывается управляющая программа индикатора кнопки, и вызывается управляющая подпрограмма индикатора нагрузки на буровой инструмент; выходом является шаговый импульс в соответствии со значением подвешенного веса индикатора нагрузки на буровой инструмент для управления вращением шагового электродвигателя, при этом указатель подвешенного веса указывает на соответствующее значение, и, наконец, выполняется инициализация путем возвращения к порту, и вышеупомянутые стадии циклически повторяются.
Последовательность операций регулирующей подпрограммы плотности бурового раствора пульта бурильщика является приблизительно следующей: подпрограмма начинает прогон со считывания количества свичей, значение плотности повышается на 0,01, если нажата кнопка увеличения, в противном случае судят, нажата ли кнопка уменьшения, если да, значение плотности снижается на 0,01, после чего происходит возврат в состояние начала подпрограммы, если нет, также происходит возврат в состояние начала подпрограммы, и вышеупомянутые стадии циклически повторяются.
Управляющая подпрограмма индикатора нагрузки на буровой инструмент пульта бурильщика выдает шаговый импульс в соответствии со значением нагрузки индикатора нагрузки на буровой инструмент для управления вращением шагового электродвигателя, при этом указатель подвешенного веса указывает на соответствующее значение, и ее последовательность операций является приблизительно следующей: подпрограмма начинает прогон со считывания значения подвешенного веса индикатора нагрузки на буровой инструмент из буферной зоны приема, если значение подвешенного веса равно 0, и указатель подвешенного веса находится в точке нуля, непосредственно происходит возврат подпрограммы в исходное состояние; если значение подвешенного веса равно 0, а указатель подвешенного веса не находится в точке нуля, подается команда на вращение шагового электродвигателя в направлении против часовой стрелки, пока указатель подвешенного веса не укажет на точку нуля, если значение подвешенного веса не равно 0, вначале судят, произошло ли изменение, если нет, выполняется непосредственно возврат в исходное состояние, если да, судят, стало значение подвешенного веса больше или меньше, если значение подвешенного веса стало больше, символ управления направлением шагового электродвигателя устанавливается на 1 (вращение по часовой стрелке), если значение подвешенного веса стало меньше, символ управления направлением шагового электродвигателя устанавливается на 0 (вращение против часовой стрелки), после этого рассчитывается разница изменения подвешенного веса, выходом является разница подвешенного веса 1 шагового импульса с последующим вычитанием 1, пока не будет получен 0, и, наконец, выполняется возврат в исходное состояние.
Последовательность операций главной управляющей программы панели управления боковой стороны пульта бурильщика является приблизительно следующей: программа начинается, инициализируется индикатор нахождения в заданном положении, количество свичей считывается и сохраняется в буферной зоне передачи, результат АЦП считывается и сохраняется в буферной зоне передачи; затем судят, закрыт ли внутренний противовыбросовый превентор, если да, включен индикатор внутреннего противовыбросового превентора, тогда судят, работает ли гидронасос, если да, индикатор работы гидронасоса включен, если нет, индикатор работы гидронасоса выключен, затем судят, заперт ли привод-вращатель, если да, индикатор застопоривания привода-вращателя включен, если нет, индикатор застопоривания привода-вращателя выключен, затем вызываются подпрограмма установки частоты вращения и подпрограмма установки крутящего момента, если установки частоты вращения 0 (это значение символа устанавливается в подпрограмме установки частоты вращения), данные частоты вращения считываются из буферной зоны приема и выдаются в ЦАП, если нет, тахометр отображает значение крутящего момента, переданное из хост-ПК, затем судят, является ли символ установки крутящего момента 0, если да, данные крутящего момента считываются из буферной зоны приема и выдаются в ЦАП, после чего выполняется возврат в исходное состояние, в противном случае непосредственно выполняется возврат в исходное состояние.
Последовательность операций программы настройки крутящего момента при бурении пульта бурильщика является приблизительно следующей: инициируется подпрограмма, считывается результат АЦП; судят, регулируется ли ручка установки; если да, это означает, что оператор устанавливает верхний предел крутящего момента при бурении; в этот момент текущее значение регулирования отображается прибором в реальном времени, и в случае, если в течение 3 секунд не происходит никакого изменения, он считается устанавливаемым; после этого прибор отображает значение крутящего момента при бурении, переданное из хост-пк; наконец, подпрограмма возвращается в исходное состояние.
Дистанционный пульт содержит шасси и внутреннюю плату управления; на лицевой стороне шасси предусмотрена панель управления дистанционного пульта; на панели управления дистанционного пульта предусмотрены клапан регулирования давления масла в кольце, клапан регулирования давления в манифольде, манометр манифольда, манометр аккумулятора, манометр масла в кольце, перепускной клапан, клапан противовыбросового превентора, регулировочный клапан трубной плашки, регулировочный клапан глухой плашки, регулировочный клапан срезающей плашки, регулировочный клапан кольцевой плашки, главный выключатель аккумулятора, выключатель аккумулятора левого пути и выключатель аккумулятора правого пути; внутренняя плата управления содержит программируемый логический контроллер PLC дистанционного пульта и контроллер клапана; модуль ЦП программируемого логического контроллера PLC дистанционного пульта соединен с клапаном регулирования давления в манифольде и клапаном регулирования давления масла в кольце через модуль АЦП соответственно, соединен с манометром манифольда и манометром аккумулятора через модуль ЦАП 1, соединен с манометром масла в кольце через модуль ЦАП 2 и соединен с главным выключателем аккумулятора, выключателем аккумулятора левого пути и выключателем аккумулятора правого пути через его порт ввода количества свичей; модуль ЦП программируемого логического контроллера PLC дистанционного пульта соединен также со стороной ввода управления контроллера клапана через двенадцать выводов количества свичей (двенадцать выводов количества свичей используются соответственно как управляющий сигнал пуска перепускного клапана, управляющий сигнал включения или выключения перепуска, управляющий сигнал клапана противовыбросового превентора, управляющий сигнал включения или выключения клапана противовыбросового превентора, управляющий сигнал пуска регулировочного клапана трубной плашки, управляющий сигнал включения или выключения регулировочного клапана трубной плашки, управляющий сигнал пуска регулировочного клапана глухой плашки, управляющий сигнал включения или выключения регулировочного клапана глухой плашки, управляющий сигнал пуска регулировочного клапана срезающей плашки, управляющий сигнал включения или выключения регулировочного клапана срезающей плашки, управляющий сигнал пуска регулировочного клапана кольцевой плашки и управляющий сигнал включения или выключения регулировочного клапана кольцевой плашки); вывод контроллера клапана соединен с перепускным клапаном, клапаном противовыбросового превентора, регулировочным клапаном трубной плашки, регулировочным клапаном глухой плашки, регулировочным клапаном срезающей плашки и регулировочным клапаном кольцевой плашки соответственно, и перепускной клапан, клапан противовыбросового превентора, регулировочный клапан трубной плашки, регулировочный клапан глухой плашки, регулировочный клапан срезающей плашки и регулировочный клапан кольцевой плашки доступны для двенадцати портов ввода количества свичей (двенадцать вводов количества свичей используются соответственно как сигнал обратной связи включения/выключения перепускного клапана, сигнал обратной связи включения/выключения клапана противовыбросового превентора, сигнал обратной связи включения/выключения регулировочного клапана трубной плашки, сигнал обратной связи включения/выключения регулировочного клапана глухой плашки, сигнал обратной связи включения/выключения регулировочного клапана срезающей плашки и сигнал обратной связи включения/выключения регулировочного клапана кольцевой плашки) программируемого логического контроллера PLC дистанционного пульта соответственно по проводам сигналов обратной связи.
Причем клапан регулирования давления в манифольде используется для регулирования давления в манифольде, клапан регулирования давления масла в кольце используется для регулирования давления масла в кольце, манометр манифольда используется для отображения значения давления в манифольде; манометр аккумулятора используется для отображения значения давления в аккумуляторе; манометр масла в кольце используется для отображения значения давления в кольце; перепускной клапан используется для открытия или закрытия перепускного трубопровода и сообщения обратной связью включенного/выключенного состояния перепускной плашки; клапан противовыбросового превентора используется для открытия или закрытия трубопроводов противовыбросового превентора и сообщения обратной связью включенного/выключенного состояния клапана противовыбросового превентора; главный выключатель аккумулятора используется для открытия или закрытия главного трубопровода аккумулятора.
Последовательность операций управляющей программы дистанционного пульта является приблизительно следующей: при инициировании управляющей программы портом инициализации инициализируется порт Portl контроллера PLC для осуществления прямой связи с противовыбросовым превентором и одновременно отображается инициализация прибора; количество свичей считывается и сохраняется во внутренней буферной зоне для последующей обработки; затем результат АЦП считывается и сохраняется в буферной зоне передачи, вызываются NET_RW и пульт противовыбросовых превенторов для передачи и приема данных; вызываются управляющие подпрограммы кольцевых плашек, трубных плашек, предотвращения выбросов и срезания; вращение шагового электродвигателя регулируется в соответствии с манипуляцией ручкой противовыбросового превентора, чтобы включить управляющий путь масла противовыбросового превентора, при этом противовыбросовый превентор управляется так, чтобы включаться или выключаться; если выключатели левого и правого путей масла и главный выключатель масла включены, значение регулирования давления в кольце передается в буферную зону отображения прибора кольца, если выбирается включение перепуска, значение регулирования давления в манифольде передается в буферную зону отображения прибора давления в манифольде, в противном случае значение отображения 21 МПа передается в буферную зону отображения прибора; если выключатели левого и правого путей масла и главный выключатель масла не включены, в буферную зону отображения прибора передается значение 0; затем из буферной зоны отображения прибора данные считываются в ЦАП, и, наконец, выполняется возврат в исходное состояние для считывания и сохранения количества свичей во внутренней буферной зоне, и вышеупомянутые стадии циклически повторяются.
Последовательность операций подпрограммы дистанционного пульта является приблизительно следующей: подпрограмма начинает прогон со считывания состояния ручки управления противовыбросовым превентором из буферной зоны приема, чтобы решить, работает ли ручка управления противовыбросовым превентором; шаговый электродвигатель вращается только в том случае, если работает ручка управления противовыбросовым превентором, если шаговый электродвигатель не вращается, происходит возврат в исходное состояние, в противном случае осуществляется управление для установки символа вращения шагового электродвигателя, направление вращения шагового электродвигателя выбирается на основании включения или выключения; в случае включения управляющий символ направления устанавливается как 0 (указывающий вращение влево); в случае полного отключения символ вращения шагового электродвигателя обнуляется, после чего происходит возврат в исходное состояние; в случае неполного выключения также происходит возврат в исходное состояние; в случае выключения управляющий символ направления устанавливается как 1 (указывающий вращение вправо); в случае полного включения символ вращения шагового электродвигателя обнуляется, после чего происходит возврат в исходное состояние; в случае неполного включения также происходит возврат в исходное состояние; и вышеупомянутые стадии циклически повторяются.
Штуцерный манифольд состоит из трубы штуцера и клапана, установленного на трубе штуцера, труба штуцера установлена на раме штуцерного манифольда и характеризуются вертикальным и перекрестным распределением поперечных труб и вертикальных труб; на поперечных трубах и вертикальных трубах расположены несколько плоских клапанов; поперечные трубы содержат верхнюю поперечную трубу штуцерного манифольда и нижнюю поперечную трубу штуцерного манифольда; два конца верхней поперечной трубы штуцерного манифольда жестко соединены с рамой штуцерного манифольда, один конец верхней поперечной трубы штуцерного манифольда предусмотрен с выпуском сепаратора, а его другой конец предусмотрен с резервным выпуском; вертикальные трубы содержат впускную трубу перелива, трубу штуцера с гидравлическим управлением и трубу штуцера с ручным управлением; нижние концы впускной трубы перелива, трубы штуцера с гидравлическим управлением и трубы штуцера с ручным управлением предусмотрены с впуском перелива, клапаном штуцера с гидравлическим управлением и клапаном штуцера с ручным управлением соответственно, а верхний конец впускной трубы перелива жестко соединен с рамой штуцерного манифольда.
Впускная труба перелива соединена с верхней поперечной трубой штуцерного манифольда и с нижней поперечной трубой штуцерного манифольда соответственно поперечно с образованием точки пересечения а и точка пересечения b; плоский клапан А установлен на впускной трубе перелива в верхней части точки пересечения а, плоский клапан b и плоский клапан с последовательно установлены на впускной трубе перелива между точкой пересечения а и точка пересечения b, манометр расположен в точке пересечения b, индикатор включения/выключения клапана противовыбросового превентора установлен на впускной трубе перелива в нижней части точки пересечения b; два конца нижней поперечной трубы штуцерного манифольда жестко соединены трубой штуцера с гидравлическим управлением и трубой штуцера с ручным управлением соответственно с образованием узловой точки с и узловой точки d; плоский клапан D и плоский клапан Е установлены на нижней поперечной трубе штуцерного манифольда между точкой пересечения b и точкой пересечения с; плоский клапан F и плоский клапан G установлены на нижней поперечной трубе штуцерного манифольда между точкой пересечения b и точкой пересечения d; верхние концы трубы штуцера с гидравлическим управлением и трубы штуцера с ручным управлением соединены с верхней поперечной трубой штуцерного манифольда соответственно с образованием узловой точки е и узловой точки f; плоский клапан Н установлен на трубе штуцера с гидравлическим управлением между узловой точкой с и узловой точкой е; гидравлический индикатор установлен на трубе штуцера с ручным управлением в нижней части узловой точки с; концевая часть трубы штуцера с ручным управлением оборудована клапаном штуцера с гидравлическим управлением; плоский клапан I установлен на трубе штуцера с ручным управлением между узловой точкой d и узловой точкой f; клапан штуцера с ручным управлением расположен в нижнем конце трубы штуцера с ручным управлением в нижней части узловой точки d; плоский клапан J расположен на верхней поперечной трубе штуцерного манифольда между узловой точкой е и резервным выпуском; и плоский клапан К расположен на верхней поперечной трубе штуцерного манифольда между узловой точкой f и выпуском сепаратора.
Манифольд высокого давления состоит из трубы высокого давления и клапана, установленного в трубе высокого давления; труба высокого давления установлена на раму манифольда высокого давления и отличается вертикальным соединением и распределением поперечных труб и вертикальных труб; верхняя поперечная труба манифольда высокого давления, нижняя поперечная труба манифольда высокого давления, левая вертикальная труба и правая вертикальная труба соединены посредине трубы высокого давления, образуя прямоугольник; в поперечных трубах и вертикальных трубах расположены несколько плоских клапанов; кроме того, поперечные трубы содержат левую впускную трубу бурового раствора, правую впускную трубу бурового раствора и выпускную трубу цементирования; левый конец левой впускной трубы бурового раствора жестко соединен с рамой манифольда высокого давления, левый конец левой впускной трубы бурового раствора оборудован впуском бурового раствора I; правый конец правой впускной трубы бурового раствора жестко соединен с рамой манифольда высокого давления; правый конец правой впускной трубы бурового раствора оборудован впуском бурового раствора II; левый конец выпускной трубы цементирования жестко соединен с рамой манифольда высокого давления, левая концевая часть выпускной трубы цементирования оборудована выпуском цементирования; кроме того, вертикальные трубы содержат верхнюю вертикальную трубу и нижнюю вертикальную трубу; верхний конец верхней вертикальной трубы жестко соединен с рамой манифольда высокого давления, а верхний конец верхней вертикальной трубы оборудован резервным впуском; нижний конец нижней вертикальной трубы жестко соединен с рамой манифольда высокого давления; и нижний конец нижней вертикальной трубы оборудован выпуском вертикальной трубы.
Левая впускная труба бурового раствора и правая впускная труба бурового раствора манифольда высокого давления имеют Т-образное соединение с прямоугольной левой вертикальной трубой и прямоугольной правой вертикальной трубой соответственно с образованием узловой точки h и узловой точки i; плоский клапан L установлен на левой вертикальной трубе в верхней части узловой точки h; плоский клапан М установлен на левой вертикальной трубе в нижней части узловой точки h; плоский клапан N установлен на правой вертикальной трубе в верхней части узловой точки i; плоский клапан О установлен на правой вертикальной трубе в нижней части узловой точки i; верхняя вертикальная труба и нижняя вертикальная труба имеют Т-образное соединение с прямоугольной верхней поперечной трубой манифольда высокого давления и прямоугольной нижней поперечной трубой манифольда высокого давления соответственно с образованием узловой точки g и узловой точки j; выпускная труба цементирования имеет Т-образное соединение с нижней вертикальной трубой с образованием узловой точки к; на выпускной трубе цементирования установлен плоский клапан Р; и на нижней вертикальной трубе в нижней части узловой точки к установлен плоский клапан Q.
Пульт противовыбросовых превенторов содержит шасси и внутреннюю плату управления; на лицевой стороне шасси предусмотрена панель управления противовыбросовыми превенторами; панель управления противовыбросовыми превенторами имеет манометр аккумулятора, масляный манометр кольцевого противовыбросового превентора, манометр источника газа, манометр манифольда, выключатель кольцевой плашки, индикатор включения кольцевой плашки, индикатор выключения кольцевой плашки, выключатель источника газа, выключатель перепускной плашки, 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 плашки 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; внутренняя плата управления содержит программируемый логический контроллер PLC противовыбросового превентора; модуль ЦП программируемого логического контроллера PLC противовыбросового превентора соединен с манометром аккумулятора и масляным манометром кольцевого противовыбросового превентора через модуль ЦАП 1 соответственно и соединен с манометром источника газа и манометром манифольда через модуль ЦАП 2 соответственно; модуль ЦП программируемого логического контроллера PLC противовыбросового превентора соединен также с выключателем кольцевой плашки, выключателем источника газа, выключателем перепускной плашки, выключателем верхней трубной плашки, выключателем глухой плашки, выключателем плашки манифольда глушения, выключателем клапана противовыбросового превентора и выключателем нижней трубной плашки соответственно через его порт ввода количества свичей и соединен с индикатором включения кольцевой плашки, индикатором выключения кольцевой плашки, 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 и индикатором выключения нижней трубной плашки соответственно через его порт вывода количества свичей; модуль ЦП программируемого логического контроллера PLC противовыбросового превентора соединен также, через его порт ввода количества свичей, с плоскими клапанами L, M, N, О, Р и Q, установленными на трубе высокого давления в манифольде высокого давления соответственно; причем манометр аккумулятора используется для отображения значения давления в аккумуляторе, масляный манометр кольцевого противовыбросового превентора используется для отображения значения давления масла в кольцевом противовыбросовом превенторе, манометр источника газа используется для отображения значения давления источника газа, манометр манифольда используется для отображения значения давления в манифольде, выключатель кольцевой плашки используется для открытия или закрытия кольцевой плашки, а индикатор включения/выключения кольцевой плашки используется для индикации включения/выключения кольцевой плашки.
Последовательность операций управляющей программы противовыбросового превентора является приблизительно следующей: при инициировании управляющей программы портом инициализации инициализируется порт Port1 контроллера PLC для осуществления прямой связи с дистанционным пультом, и одновременно инициализация отображается как индикаторами, так и приборами отображения; количество свичей считывается и сохраняется во внутренней буферной зоне для непосредственного считывания ПК; вызываются NET_RW и дистанционный пульт для передачи и приема данных; вызываются управляющие подпрограммы кольцевых плашек, трубных плашек, предотвращения выбросов и срезания для управления индикаторами в соответствии с ручкой управления противовыбросовым превентором и временем включения/выключения для отображения открыты/закрыты ли полностью противовыбросовые превенторы; затем состояние индикатора (для индикации включенного/выключенного состояния противовыбросового превентора) сохраняется в буферной зоне передачи; затем из буферной зоны приема считывается управляющий символ аварийной сигнализации; аварийная сигнализация включается в случае выбора подать сигнал аварии, и аварийная сигнализация выключается в случае выбора не подавать сигнал аварии; наконец, происходит возврат к стадии считывания и сохранения количества свичей в буферной зоне передачи, и вышеупомянутые стадии циклически повторяются.
Последовательность операций управляющей подпрограммы кольцевого противовыбросового превентора является приблизительно следующей: подпрограмма начинает прогон, считываются включенные/выключенные состояния, включая состояние ручки управления противовыбросового превентора и состояние ручки управления дистанционного пульта; в случае если дистанционный пульт подсоединен, если источник газа на противовыбросовом превенторе выбирается включенным, и кольцо включено, или кольцо на дистанционном пульте включено, время установлено равным 8 секунд, то индикатор включен, если кольцевой противовыбросовый превентор включен, индикатор выключен, если кольцевой противовыбросовый превентор выключен; затем подпрограмма возвращается в исходное состояние, в противном случае подпрограмма возвращается в исходное состояние; если источник газа на противовыбросовом превенторе выбирается включенным, и кольцо выключено, или кольцо на дистанционном пульте выключено, время установлено равным 8 секунд, то индикатор включен, если кольцевой противовыбросовый превентор выключен, индикатор выключен, если кольцевой противовыбросовый превентор включен; затем подпрограмма возвращается в исходное состояние, в противном случае подпрограмма возвращается в исходное состояние; в случае если дистанционный пульт не подсоединен, если источник газа на противовыбросовом превенторе включен, и кольцо включено, время установлено равным 8 секунд, то индикатор включен, если кольцевой противовыбросовый превентор включен, индикатор выключен, если кольцевой противовыбросовый превентор выключен; затем подпрограмма возвращается в исходное состояние; если время не установлено равным 8 секунд, подпрограмма все равно возвращается в исходное состояние; если источник газа на противовыбросовом превенторе включен, и кольцо выключено, время установлено равным 8 секунд, то индикатор включен, если кольцевой противовыбросовый превентор выключен, индикатор выключен, если кольцевой противовыбросовый превентор включен; затем подпрограмма возвращается в исходное состояние, в противном случае подпрограмма возвращается в исходное состояние.
Пульт фонтанного штуцера содержит шасси и внутреннюю плату управления; на лицевой стороне шасси предусмотрена панель управления; панель управления фонтанным штуцером содержит манометр вертикальной трубы, измеритель скорости насоса, манометр муфты, индикатор выбора клапана штуцера с гидравлическим управлением, селекторный переключатель двух насосов, селекторный переключатель клапана штуцера, устройство отображения ходов поршня бурового насоса, измеритель открытия клапана штуцера, индикатор выбора клапана штуцера с ручным управлением, кнопку сброса, выключатель источника газа бурильщика, выключатель регулирующего клапана штуцера и ручку регулирования скорости задвижки штуцера; внутренняя плата управления содержит программируемый логический контроллер PLC фонтанного штуцера; модуль ЦП программируемого логического контроллера PLC фонтанного штуцера соединен с ручкой регулирования скорости (190) задвижки штуцера через модуль АЦП, соединен с манометром вертикальной трубы и манометром муфты через модуль ЦАП 1, соединен с измерителем скорости насоса и измерителем открытия клапана штуцера через модуль ЦАП 2, и соединен с платой передачи/приема данных фонтанного штуцера через последовательный порт; плата передачи/приема данных фонтанного штуцера соединена с устройством отображения ходов поршня бурового насоса через параллельный порт; модуль ЦП программируемого логического контроллера PLC фонтанного штуцера соединен также с индикатором выбора клапана штуцера с гидравлическим управлением и индикатором выбора клапана штуцера с ручным управлением через его порт вывода количества свичей соответственно, и соединен с селекторным переключателем двух насосов, селекторным переключателем клапана штуцера, кнопкой сброса, выключателем источника газа бурильщика и выключателем регулирующего клапана штуцера через его порт ввода количества свичей соответственно; модуль ЦП программируемого логического контроллера PLC фонтанного штуцера соединен также, через его порт ввода количества свичей, с плоскими клапанами А, В, С, D, E, F, G, H, I, J и K, установленными на трубе штуцера в штуцерном манифольде соответственно; и модуль ЦП программируемого логического контроллера PLC фонтанного штуцера соединен с клапаном штуцера с ручным управлением в штуцерном манифольде через модуль АЦП и с манометром через модуль ЦАП 1, причем манометр вертикальной трубы используется для указания давления в вертикальной трубе, манометр муфты используется для указания давления в муфте, измеритель скорости насоса используется для указания скорости насоса, измеритель открытия клапана штуцера используется для указания открытия клапана штуцера, селекторный переключатель двух насосов используется для выбора насоса №1, насоса №2 или двух насосов, устройство отображения ходов поршня бурового насоса используется для отображения накопленных ходов поршня бурового насоса, селекторный переключатель клапана штуцера используется для выбора клапана штуцера с ручным управлением или клапана штуцера с гидравлическим управлением, индикатор выбора клапана штуцера с ручным управлением используется для индикации выбора клапана штуцера с ручным управлением, индикатор выбора клапана штуцера с гидравлическим управлением используется для индикации выбора клапана штуцера с гидравлическим управлением, кнопка сброса используется для сброса хода поршня бурового насоса, выключатель источника газа бурильщика используется для открытия или закрытия источника газа бурильщика, выключатель регулирующего клапана штуцера используется для увеличения или уменьшения открытия регулирующего клапана штуцера, и ручка регулирования скорости задвижки штуцера используется для увеличения или уменьшения скорости регулирующей задвижки штуцера.
Плата передачи/приема данных фонтанного штуцера содержит микросхему последовательного порта, микрокомпьютер на одной микросхеме, защелку и шинный буфер; сторона ввода микросхемы последовательного порта соединена с последовательным портом программируемого логического контроллера PLC фонтанного штуцера через последовательный порт, сторона вывода микросхемы последовательного порта соединена с линией передачи данных и линией приема данных микрокомпьютера на одной микросхеме соответственно; микрокомпьютер на одной микросхеме соединен также с защелкой и шинным буфером при помощи шин соответственно, а порты вывода защелки и шинного буфера соединены с устройством отображения ходов поршня бурового насоса через параллельные порты.
Устройство отображения ходов поршня бурового насоса содержит буфер адресов, буфер данных, компаратор, декодер, двухпозиционный переключатель, задающую микросхему знакового индикатора тлеющего разряда и знаковый индикатор тлеющего разряда; порты ввода буфера адресов и буфера данных соединены с параллельным портом; порт вывода буфера данных соединен с задающей микросхемой знакового индикатора тлеющего разряда, порт вывода буфера адресов соединен с одной стороной ввода компаратора и декодера соответственно; другая сторона ввода компаратора соединена с двухпозиционным переключателем; порт вывода соединен со стороной ввода декодера, сторона вывода декодера соединена с задающей микросхемой знакового индикатора тлеющего разряда, а сторона вывода задающей микросхемы знакового индикатора тлеющего разряда соединена со знаковым индикатором тлеющего разряда.
Последовательность операций управляющей подпрограммы фонтанного штуцера является приблизительно следующей: при инициировании управляющей программы портом инициализации инициализируется порт Port 1 контроллера PLC для осуществления информационной связи с платой управления светодиодного устройства отображения; затем количества свичей (включая вводы количества свичей селекторного переключателя двух насосов, селекторного переключателя клапана штуцера, кнопки сброса, выключателя источника газа бурильщика и выключателя управления клапаном фонтанного штуцера) считываются и сохраняются в буферной зоне передачи для непосредственного считывания ПК-связью; затем результат АЦП I считывается и сохраняется в буферной зоне передачи для непосредственного считывания ПК-связью. Затем судят, какой режим выбран - гидравлический или ручной, если выбран гидравлический режим, загорается гидравлический индикатор; если выбран ручной режим, загорается ручной индикатор. Затем данные считываются из буферной зоны приема и выдаются в ЦАП для управления отображением приборов для отображения давления в вертикальных трубах, давления в муфте, скорости работы насоса и скорости работы фонтанного штуцера. Данные затем передаются в плату управления светодиодного устройства отображения через последовательный порт, количества свичей снова считываются и сохраняются в буферной зоне передачи, и вышеупомянутые стадии циклически повторяются. Кроме того, вся система представляет собой сеть шинного типа, состоящую из одного ПК, служащего как главная станция, и нескольких PLC, служащих как подчиненная станция, каждый сеанс связи инициируется главной станцией; подчиненная станция контролирует и судит, присутствуют ли запросы передачи и приема относительно подчиненной станции. Ее последовательность операций является приблизительно следующей: главная станция передает сигнал, если подчиненная станция контролирует запросы передачи и приема относительно подчиненной станции, подчиненная станция соглашается с приемом запросов, и при этом данные принимаются и сохраняются в буферной зоне приема, затем подчиненная станция возвращается к продолжению контроля; если подчиненная станция не контролирует запросы передачи и приема относительно подчиненной станции и не принимает и не передает запросы, подчиненная станция возвращается к тому, чтобы контролировать; если подчиненная станция не принимает запрос, но соглашается на прием запросов, в этом случае данные считываются из буферной зоны передачи и передаются, затем подчиненная станция возвращается к тому, чтобы контролировать, и вышеупомянутые стадии циклически повторяются.
Главный управляющий компьютер содержит один или несколько обычных компьютеров, а также связную программу и основную управляющую программу, прогоняемые на них, графический компьютер содержит один или несколько обычных компьютеров, а также программу графической обработки, прогоняемую на них, связная программа соединена с аппаратными средствами клиентской части с помощью протокола PPI, основная управляющая программа соединена со связной программой и программой графической обработки с помощью протокола TCP/IP соответственно, причем аппаратные средства клиентской части содержат пульт противовыбросовых превенторов, пульт фонтанного штуцера, дистанционный пульт и пульт бурильщика.
Основная управляющая программа содержит модуль обучения работе, модуль управления системой и модуль оценки и управления. Основная управляющая программа соединена с оборудованием аппаратных средств клиентской части с помощью связной программы для получения состояния оборудования аппаратных средств в реальном времени, например, параметров таких, как число оборотов бурового стола, состояние тормоза, количество нагнетания бурового раствора и плотность бурового раствора, которые требуется получить при имитации процесса бурения, и затем типичный процесс бурения имитируется посредством соответствующих математических моделей для завершения следующих задач: 1) управляющая команда посылается в программу графической обработки с помощью протокола TCP/IP, таким образом, программа графической обработки может запускаться для генерирования процесса анимации, который является синхронным 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 самопроверку аппаратных средств, управление пользователями и управление схемой глушения и используется, главным образом, для осуществления управления и конфигурации для распределенной системы имитационного моделирования бурения. С использованием этого модуля могут выполняться такие функции, как самопроверка системы и управление пользователями. При этом некоторые параметры в системе изменяются с изменением режима работы основной управляющей программы, при этом удовлетворяются разные требования.
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 технического уровня обучаемых необходимо учитывать их уровень квалификации, 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 рабочего уровня путем принятия метода 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 мысленная 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.
Управление анимацией процесса: в процессе трехмерной графики имитации движения ситуация «проход стены» 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 обучения работе 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. Модуль обучения работе обеспечивает обучение примерно 23 обычным технологическим процессам и процессам управления событиями в процессе бурения и, соответственно, является наиболее важным модулем в основной 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 буровой площадке и буровому оборудованию. 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 управления событиями при верхнем приводе используется для имитации работы, исходя из реального верхнего привода, и имитация включает содержимое управляющей логики, такое как внутренний противовыбросовый превентор, запирание привода-вращателя, вращение штроп элеватора, наклон штроп элеватора, нижний (придерживающий) трубный ключ, бурение скважины или компоновка роторной установки или крутящий момент, обратное вращение или перебой, или принудительное вращение, и т.д.
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 выполнено ли опускание в скважину, если да, возвращаются к запуску элеватора, в противном случае заканчивают эту операцию.
(b) Последовательность операций нагружения 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 нагружение колонны не происходит.
(c) Последовательность операций опускания в скважину с управлением пульсирующим давлением: 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, выполнено 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 циркуляционное высвобождение в случае затяжек бурового инструмента, выполняют расширение скважины снизу вверх, заканчивают эту операцию и возвращаются к нормальному извлечению из скважины в случае открепления.
(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 операций 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 продольной вибрации бурового долота: начинают эту операцию, выполняют нормальное бурение, если не происходит продольной вибрации бурового долота, поднимают бурильную трубу, если происходит продольная вибрация бурового долота, изменяют частоту вращения и осевую нагрузку на буровое долото, опускают бурильную трубу, судят, уменьшилось ли продольная вибрация бурового долота, возвращаются к подъему бурильной трубы, если продольная вибрация бурового долота не уменьшилась, повторяют операцию, пока продольная вибрация бурового долота не уменьшится, затем расширяют профили скважины с продольной вибрацией бурового долота 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 управлять аварийной ситуацией. Его фактическая последовательность операций является следующей:
(а) Последовательность операций суждения о прихвате и действий при прихватах: начинают эту операцию, поднимают бурильную трубу, судят, имеется 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 высвобождения, пока высвобождение 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 осуществление 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 больших количествах, 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 упавший в скважину бурильный инструмент и, наконец, заканчивают эту операцию.
(e) Последовательность операций фрезерования металлического лома, попавшего в скважину: начинают эту операцию, промывают забой скважины, дважды фрезеруют, продолжают фрезерование, пока фреза не разломается и, заканчивают эту операцию.
Подмодуль остановки используется для имитации четырех условий остановки. Обучаемые должны своевременно локализовать перелив и суметь остановить скважину безопасно и быстро 'четырьмя, семью' движениями.
(а) Последовательность операций нормального бурения и остановки скважины: начинают эту операцию, выполняют нормальное бурение, судят, не произошел ли перелив, если нет, выполняют нормальное бурение, если да, открывают штуцерный манифольд и закрывают кольцевой противовыбросовый превентор, противовыбросовый превентор верхней трубчатой плашки, дроссельный клапан и плоские клапаны J2A, затем выполняют геофизические исследования в скважине (каротаж) и заканчивают эту операцию.
(b) Последовательность операций извлечения из скважины и остановки скважины: 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 геофизические исследования в скважине (каротаж) и заканчивают эту операцию.
(c) Последовательность операций подъема утяжеленной бурильной трубы и остановки скважины: 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, останавливают скважину, выполняют геофизические исследования в скважине (каротаж) и заканчивают эту операцию.
(d) Последовательность операций опорожнения и остановки скважины: начинают эту операцию, судят, является ли большим количество перелива после подъема утяжеленной буровой трубы, если да, останавливают скважину, выполняют геофизические исследования в скважине (каротаж) и, наконец, заканчивают эту операцию; если нет, заранее свинчивают противовыбросовую одиночную трубу, останавливают скважину, выполняют геофизические исследования в скважине (каротаж) 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.
(а) Последовательность операций глушения методом бурильщика: начинают эту операцию, устанавливают ход бурового насоса, сливают загрязненный буровой раствор, судят, полностью ли слился загрязненный буровой раствор, если нет, возвращаются к полному сливу 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) Последовательность операций глушения методом инженера: 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) Последовательность операций глушения методом нагруженного бурильщика: 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 обеспечивает высокой степени имитацию бурения с верхним приводом, усиливает ощущение реальности для обучения, сокращает срок обучения и снижает стоимость обучения.
Краткое описание графического материала
На ФИГ.1 приведено структурное схематическое представление распределенного имитатора бурения.
На ФИГ.2 приведено структурное схематическое представление лицевой стороны пульта бурильщика.
На ФИГ.3 приведено структурное схематическое представление боковой стороны пульта бурильщика.
ФИГ.4 представляет собой схему соединений между внутренней платой управления пульта бурильщика и основными компонентами на лицевой стороне панели управления.
ФИГ.5 представляет собой схему соединений между внутренней платой управления пульта бурильщика и основными компонентами на боковой стороне панели управления.
На ФИГ.6 приведено структурное схематическое представление панели управления дистанционного пульта.
ФИГ.7 представляет собой схему соединений между внутренней платой управления дистанционного пульта и основными компонентами на панели управления.
На ФИГ.8 приведено структурное схематическое представление штуцерного манифольда.
На ФИГ.9 приведено структурное схематическое представление манифольда высокого давления.
На ФИГ.10 приведено структурное схематическое представление панели управления противовыбросовыми превенторами.
ФИГ.11 представляет собой схему соединений между внутренней платой управления пульта противовыбросовых превенторов и основными компонентами на панели управления.
На ФИГ.12 приведено структурное схематическое представление панели управления фонтанным штуцером.
ФИГ.13 представляет собой схему соединений между внутренней платой управления панели управления фонтанным штуцером и основными компонентами на панели управления.
На ФИГ.14 приведена схема компоновки платы передачи/приема данных пульта бурильщика.
На ФИГ.15 приведена схема компоновки устройства отображения плотности бурового раствора, устройства отображения вязкости бурового раствора и устройства отображения ухода бурового раствора на пульте бурильщика.
ФИГ.16 представляет собой блок-схему управляющей программы пульта бурильщика.
ФИГ.17 представляет собой блок-схему регулирующей подпрограммы плотности бурового раствора пульта бурильщика.
ФИГ.18 представляет собой блок-схему управляющей подпрограммы индикатора нагрузки на буровой инструмент.
ФИГ.19 представляет собой блок-схему главной управляющей программы панели управления боковой стороны пульта бурильщика.
ФИГ.20 представляет собой блок-схему программы установки крутящего момента при бурении пульта бурильщика.
ФИГ.21 представляет собой блок-схему дистанционного пульта.
ФИГ.22 представляет собой блок-схему управляющей подпрограммы дистанционного пульта.
На ФИГ.23 приведено схематическое представление включенного/выключенного состояния плоских клапанов в гидравлическом режиме штуцерного манифольда.
ФИГ.24 приведено схематическое представление включенного/выключенного состояния плоских клапанов в ручном режиме штуцерного манифольда.
ФИГ.25 приведено схематическое представление включенного/выключенного состояния плоских клапанов в режиме цементирования в случае, когда манифольдом высокого давления выбран насос №1.
ФИГ.26 приведено схематическое представление включенного/выключенного состояния плоских клапанов в режиме циркуляции в случае, когда манифольдом высокого давления выбран насос №1.
ФИГ.27 приведено схематическое представление включенного/выключенного состояния плоских клапанов в режиме цементирования в случае, когда манифольдом высокого давления выбран насос №2.
ФИГ.28 приведено схематическое представление включенного/выключенного состояния плоских клапанов в режиме циркуляции в случае, когда манифольдом высокого давления выбран насос №2.
ФИГ.29 приведено схематическое представление включенного/выключенного состояния плоских клапанов в режиме цементирования в случае, когда манифольдом высокого давления выбраны двойные насосы.
ФИГ.30 приведено схематическое представление включенного/выключенного состояния плоских клапанов в режиме циркуляции в случае, когда манифольдом высокого давления выбраны двойные насосы.
ФИГ.31 представляет собой блок-схему противовыбросового превентора.
ФИГ. 32 представляет собой блок-схему управляющей подпрограммы противовыбросового превентора.
На ФИГ.33 приведена схема компоновки устройства отображения ходов поршня бурового насоса в фонтанном штуцере.
ФИГ.34 представляет собой блок-схему управляющей подпрограммы фонтанного штуцера.
ФИГ.35 представляет собой блок-схему связи между фонтанным штуцером и ПК.
На ФИГ.36 приведена схема компоновки платы передачи/приема данных фонтанного штуцера.
ФИГ.37 представляет собой блок-схему нормального опускания в скважину.
ФИГ.38 представляет собой блок-схему нагружения колонны.
ФИГ.39 представляет собой блок-схему опускания в скважину с управлением пульсирующим давлением.
ФИГ.40 представляет собой блок-схему нормального извлечения из скважины.
ФИГ.41 представляет собой блок-схему в случае затяжек бурового инструмента.
ФИГ.42 представляет собой блок-схему извлечения из скважины с управлением давления всасывания.
ФИГ.43 представляет собой блок-схему нормального бурения и свинчивания свечи бурильных труб.
ФИГ.44 представляет собой блок-схему бурения при разных буримостях пород.
ФИГ.45 представляет собой блок-схему бурения при подпрыгивании (продольной вибрации бурового долота).
ФИГ.46 представляет собой блок-схему бурения пород при высоком давлении.
ФИГ.47 представляет собой блок-схему бурения пород при низком давлении.
ФИГ.48 представляет собой блок-схему суждения о прихвате и действий при прихватах.
ФИГ.49 представляет собой блок-схему суждения о прихвате из-за осаждения твердых частиц и действий при прихватах.
ФИГ.50 представляет собой блок-схему суждения о прихвате из-за осаждения твердых частиц и действий при прихватах.
ФИГ.51 представляет собой блок-схему ловильных работ с использованием конического ловильного метчика.
ФИГ.52 представляет собой блок-схему фрезерования металлического лома, попавшего в скважину.
ФИГ.53 представляет собой блок-схему нормального бурения и закрытия скважины.
ФИГ.54 представляет собой блок-схему извлечения из скважины и закрытия скважины.
ФИГ.55 представляет собой блок-схему подъема утяжеленной бурильной трубы и закрытия скважины.
ФИГ.56 представляет собой блок-схему опорожнения и закрытия скважины.
ФИГ.57 представляет собой блок-схему глушения методом бурильщика.
ФИГ.58 представляет собой блок-схему глушения методом инженера.
ФИГ.59 представляет собой блок-схему глушения методом нагруженного бурильщика.
ФИГ.60 представляет собой блок-схему приложений распределенного имитатора бурения.
ФИГ.61 представляет собой блок-схему выставления оценок.
Позиции на фигурах: 1 - панель управления лицевой стороны пульта бурильщика, 2 - манометр источника газа, 3 - манометр охлаждающей воды, 4 - масляный манометр лебедки, 5 - масляный манометр роторного стола, 6 - индикатор нагрузки на буровой инструмент, 7 - манометр шпилевой катушки, 8 - устройство отображения параметров, 9 - индикатор крутящего момента роторного стола, 10 - манометр насоса, 11 - манометр гаечного ключа, 12 - резервный измерительный прибор, 13 - левый манометр гаечного ключа, 14 - правый манометр гаечного ключа, 15 - предохранительный манометр гаечного ключа, 16 - левый выключатель шпилевой катушки, 17 - правый выключатель шпилевой катушки, 18 - разгрузочный выключатель гидравлической станции, 19 - выключатель защитного сброса, 10 - выключатель пневматического звукового сигнала, 21 - выключатель инерционного тормоза роторного стола, 22 - пневматический переключатель толчкового хода, 23 - резервный выключатель, 24 - ручка регулирования скорости лебедки, 25 - кнопка №1, 26 - кнопка №2, 27 - кнопка №3, 28 - кнопка №4, 29 - кнопка №5, 30 - кнопка №6, 31 - кнопка №7, 32 - кнопка №8, 33 - кнопка №9, 34 - кнопка №10, 35 - кнопка №11, 36 - кнопка №12, 37 - кнопка №13, 38 - кнопка №14, 39 - устройство отображения плотности бурового раствора, 40 - устройство отображения вязкости бурового раствора, 41 - устройство отображения ухода бурового раствора, 42 - рукоятка тормоза, 43 - выключатель аварийного торможения, 44 - выключатель стояночного тормоза, 45 - панель управления боковой стороны пульта бурильщика, 46 - индикатор программируемого контроллера PLC1, 47 - индикатор программируемого контроллера PLC2, 48 - индикатор двигателя 1, 49 - индикатор двигателя 2, 50 - индикатор двигателя 3, 51 - индикатор двигателя 4, 52 - индикатор бурового насоса А, 53 - индикатор бурового насоса В, 54 - индикатор бурового насоса С, 55 - индикатор лебедки А, 56 - индикатор лебедки В, 57 - индикатор бурового стола, 58 - индикатор бурения с постоянной скоростью или бурения при постоянном давлении, 59 - селекторный клапан работы PLC, 60 - селекторный клапан работы электродвигателя, 61 - селекторный клапан работы лебедки, 62 - кнопка аварийного останова машины, 63 - кнопка аварийного останова с регулированием частоты, 64 - ручка регулировки крутящего момента бурового стола, 65 - селекторный клапан работы бурового насоса А, 66 - селекторный клапан работы бурового насоса В, 67 - селекторный клапан работы бурового насоса С, 68 - селекторный клапан работы роторного стола, 69 - селекторный клапан работы бурения с постоянной скоростью или бурения при постоянном давлении лебедки, 70 - ручка регулировки бурового насоса А, 71 - ручка регулировки бурового насоса В, 72 - ручка регулировки бурового насоса С, 73 - ручка регулирования частоты вращения роторного стола, 74 - ручка регулирования осевой нагрузки на буровое долото при бурении при постоянном давлении, 75 - индикатор внутреннего противовыбросового превентора, 76 - индикатор работы гидронасоса, 77 - индикатор застопоривания привода-вращателя, 78 - селекторный клапан вращения штропа элеватора, 79 - кнопка среднего положения штропа элеватора, 80 - индикатор тормоза, 81 - индикатор нахождения в заданном положении, 82 - селекторный клапан работы внутреннего противовыбросового превентора, 83 - селекторный клапан гидронасоса, 84 - селекторный клапан застопоривания привода-вращателя, 85 - селекторный клапан работы резервного трубного ключа, 86 - селекторный клапан наклона штропа элеватора, 87 - селекторный клапан рабочего режима тормоза, 88 - кнопка приглушения звука, 89 - кнопка аварийного останова, 90 - селекторный клапан вспомогательной работы, 91 - селекторный клапан работы вентилятора, 92 - селекторный клапан электродвигателя, 93 - селекторный клапан режима работы, 94 - селекторный клапан направления вращения, 95 -регулирующий клапан ограничения крутящего момента при свинчивании, 96 - индикатор крутящего момента, 97 - тахометр, 98 - индикатор неисправности, 99 - регулирующий клапан ограничения крутящего момента при бурении скважины, 100 - регулирующий клапан установки частоты вращения, 101 - штуцерный манифольд, 102 - манифольд высокого давления, 103 - пульт противовыбросовых превенторов, 104 - пульт фонтанного штуцера, 105 - дистанционный пульт, 106 - пульт бурильщика, 107 - пульт инструктора, 108 - графическое проекционное устройство, 109 - дистанционный пульт панель управления, 110 - клапан регулирования давления масла в кольце, 111 - клапан регулирования давления в манифольде, 112 - манометр манифольда, 113 - манометр аккумулятора, 114 - манометр масла в кольце, 115 - перепускной клапан, 116 - клапан противовыбросового превентора, 117 - регулировочный клапан трубной плашки, 118 - регулировочный клапан глухой плашки, 119 - регулировочный клапан срезающей плашки, 120 - регулировочный клапан кольцевой плашки, 121 - главный выключатель аккумулятора, 122 - выключатель аккумулятора левого пути, 123 - выключатель аккумулятора правого пути, 124 - рама штуцерного манифольда, 125 - верхняя поперечная труба штуцерного манифольда, 126 - нижняя поперечная труба штуцерного манифольда, 127 - выпуск сепаратора, 128 - резервный выпуск, 129 - впускная труба перелива, 130 - труба штуцера с гидравлическим управлением, 131 - труба штуцера с ручным управлением, 132 - впуск перелива, 133 - индикатор включения/выключения клапана противовыбросового превентора, 134 - клапан штуцера с гидравлическим управлением, 135 - клапан штуцера с ручным управлением, 136 - гидравлический индикатор, А, В, С, D, E, F, G, H, I, J, K - плоский клапан, a, b - точка пересечения, с, d, e, f - узловые точки, 137 - рама манифольда высокого давления, 138 - верхняя поперечная труба манифольда высокого давления, 139 - нижняя поперечная труба манифольда высокого давления, 140 - левая вертикальная труба, 141 - правая вертикальная труба, 142 - левая впускная труба бурового раствора, 143 - выпускная труба цементирования, 144 - впуск бурового раствора I, 145 - впуск бурового раствора II, 146 - выпуск цементирования, 147 - верхняя вертикальная труба, 148 - нижняя вертикальная труба, 149 - резервный впуск, 150 - выпуск вертикальной трубы, 151 - правая впускная труба бурового раствора, L, M, N, О, Р, Q - плоские клапаны, g, h, i, j, k - узловые точки, 152 - панель управления противовыбросовыми превенторами, 153 - манометр аккумулятора, 154 - масляный манометр кольцевого противовыбросового превентора, 155 - манометр источника газа; 156 - манометр манифольда; 157 - выключатель кольцевой плашки, 158 - индикатор включения кольцевой плашки, 159 - индикатор выключения кольцевой плашки, 160 - выключатель источника газа, 161 - выключатель верхней трубной плашки, 162 - индикатор включения верхней трубной плашки, 163 - индикатор выключения верхней трубной плашки, 164 - выключатель перепускной плашки, 165 - выключатель глухой плашки, 166 - индикатор включения глухой плашки, 167 - индикатор выключения глухой плашки, 168 - выключатель плашки манифольда глушения, 169 - индикатор включения манифольда глушения, 170 - индикатор выключения манифольда глушения, 171 - выключатель клапана противовыбросового превентора, 172 - индикатор выключения клапана противовыбросового превентора, 173 - индикатор включения клапана противовыбросового превентора, 174 - выключатель нижней трубной плашки, 175 - индикатор включения нижней трубной плашки, 176 - индикатор выключения нижней трубной плашки, 177 - панель управления фонтанным штуцером, 178 - манометр вертикальной трубы, 179 - измеритель скорости насоса, 180 - манометр муфты, 181 - индикатор выбора клапана штуцера с гидравлическим управлением, 182 - селекторный переключатель двух насосов, 183 - селекторный переключатель клапана штуцера, 184 - устройство отображения ходов поршня бурового насоса, 185 - измеритель открытия клапана штуцера, 186 - индикатор выбора клапана штуцера с ручным управлением, 187 - кнопка сброса, 188 - выключатель источника газа бурильщика, 189 - выключатель регулирующего клапана штуцера и 190 - ручка регулирования скорости задвижки штуцера.
Подробное описание вариантов осуществления
Ниже приводится описание технического предложения изобретения со ссылками на графический материал: показанный на фиг.1 распределенный тренажер-имитатор бурения содержит штуцерный манифольд 101, манифольд 102 высокого давления, пульт 103 противовыбросовых превенторов, пульт 104 фонтанного штуцера, дистанционный пульт 105, пульт 106 бурильщика, пульт 107 инструктора и графическое проекционное устройство 108; графическое проекционное устройство 108 содержит два проектора и один экран большого размера; пульт 107 инструктора состоит из главного управляющего компьютера и графического компьютера; пульт 106 бурильщика, главный управляющий компьютер и компьютер графической обработки соединены с помощью протокола TCP/IP; пульт 106 бурильщика, дистанционный пульт 105, пульт 103 противовыбросовых превенторов и пульт 104 фонтанного штуцера соединены с помощью протокола SIEMENS PPI; пульт 107 инструктора соединен с протоколом PPI посредством интерфейса PPI; интерфейс PPI представляет собой карту SIEMENS CP5611; штуцерный манифольд 101 соединен с пультом 104 фонтанного штуцера, а манифольд 102 высокого давления соединен с пультом 103 противовыбросовых превенторов.
Как показано на фиг.2, пульт бурильщика содержит шасси и внутреннюю плату управления; на лицевой стороне шасси предусмотрены панель 1 управления на лицевой стороне пульта бурильщика; на боковой стороне шасси предусмотрена панель 45 управления боковой стороны пульта бурильщика, причем панель 1 управления на лицевой стороне пульта бурильщика содержит набор манометров, индикатор 6 нагрузки на буровой инструмент, индикатор 9 крутящего момента роторного стола, резервный измерительный прибор 12, набор выключателей, набор кнопок А, набор устройств отображения, ручку 24 регулирования скорости лебедки и рукоятку 42 тормоза; набор манометров содержит манометр 2 источника газа, манометр 3 охлаждающей воды, масляный манометр 4 лебедки, масляный манометр 5 роторного стола, манометр 7 шпилевой катушки, манометр 10 насоса, манометр 11 гаечного ключа, левый манометр 13 гаечного ключа, правый манометр 14 гаечного ключа и предохранительный манометр 15 гаечного ключа; набор выключателей содержит левый выключатель 16 шпилевой катушки, правый выключатель 17 шпилевой катушки, разгрузочный выключатель 18 гидравлической станции, выключатель 19 защитного сброса, выключатель 20 пневматического звукового сигнала, выключатель 21 инерционного тормоза роторного стола, пневматический переключатель 22 толчкового хода, резервный выключатель 23, выключатель 43 аварийного торможения и выключатель 44 стояночного тормоза; набор кнопок содержит кнопку 25 №1, кнопку 26 №2, кнопку 27 №3, кнопку 28 №4, кнопку 29 №5, кнопку 30 №6, кнопку 31 №7, кнопку 32 №8, кнопку 33 №9, кнопку 34 №10, кнопку 35 №11, кнопку 36 №12, кнопку 37 №13 и кнопку 38 №14; и набор устройств отображения содержит устройство 8 отображения параметров, устройство 39 отображения плотности бурового раствора, устройство 40 отображения вязкости бурового раствора и устройство 41 отображения ухода бурового раствора; внутренняя плата управления содержит программируемый логический контроллер PLC1 пульта бурильщика и программируемый логический контроллер PLC2 пульта бурильщика, причем программируемый логический контроллер PLC1 пульта бурильщика и программируемый логический контроллер PLC2 пульта бурильщика оба являются типа SIEMENS S7-200; как показано на фиг.4, модуль центрального процессора (ЦП) программируемого логического контроллера PLC1 пульта бурильщика соединен с ручкой 24 регулирования скорости лебедки и рукояткой 42 тормоза через AD модуль АЦП соответственно, соединен с манометром 2 источника газа, манометром 3 охлаждающей воды, масляным манометром 4 лебедки, масляным манометром 5 роторного стола, манометром 7 шпилевой катушки, индикатором 9 крутящего момента роторного стола, манометром 10 насоса, манометром 11 гаечного ключа, резервным измерительным прибором 12, левым манометром 13 гаечного ключа, правым манометром 14 гаечного ключа и предохранительным манометром 15 гаечного ключа 15 через модуль ЦАП, соединен с индикатором 6 нагрузки на буровой инструмент, выключателем 43 аварийного торможения и выключателем 44 стояночного тормоза через цифровой модуль расширения ввода/вывода ЦВВ соединен, через его порт вывода количества свичей, со стороной ввода контроллера индикатора нагрузки, сторона вывода которого соединена с индикатором нагрузки на буровой инструмент, соединен с левым выключателем 16 шпилевой катушки, правым выключателем 17 шпилевой катушки, разгрузочным выключателем 18 гидравлической станции, выключателем 19 защитного сброса, выключателем 20 пневматического звукового сигнала, выключателем 21 инерционного тормоза роторного стола, пневматический переключатель 22 толчкового хода, резервным выключателем 23, кнопкой №1 25, кнопкой №2 26, кнопкой №3 27, кнопкой №4 28, кнопкой №5 29, кнопкой №6 30, кнопкой №7 31, кнопкой №8 32, кнопкой №9 33, кнопкой 34 №10, кнопкой 35 №11, кнопкой 36 №12, кнопкой 37 №13 и кнопкой 38 №14 через его порт ввода количества свичей и одновременно соединен с кнопкой 25 №1, кнопкой 26 №2, кнопкой 27 №3, кнопкой 28 №4, кнопкой 29 №5, кнопкой 30 №6, кнопкой 31 №7 и кнопкой 32 №8 через порт вывода количества свичей; кроме того, модуль ЦП программируемого логического контроллера PLC1 пульта бурильщика соединен с платой передачи/приема данных пульта бурильщика через последовательный порт, а плата передачи/приема данных пульта бурильщика соединена с устройством 39 отображения плотности бурового раствора, устройством 40 отображения вязкости бурового раствора и устройством 41 отображения ухода бурового раствора через параллельные порты; как показано на фиг.3, панель 45 управления боковой стороны пульта бурильщика содержит набор индикаторов, набор селекторных клапанов, набор В кнопок, набор регулирующих клапанов, индикатор 96 крутящего момента и тахометр 97; набор индикаторов содержит индикатор 46 программируемого логического контроллера PLC1, индикатор 47 программируемого логического контроллера PLC2, индикатор 48 генератора 1 мощности, индикатор 49 генератора 2 мощности, индикатор 50 генератора 3 мощности, индикатор 51 генератора 4 мощности, индикатор 52 бурового насоса А, индикатор 53 бурового насоса В, индикатор 54 бурового насоса С, индикатор 55 лебедки А, индикатор 56 лебедки В, индикатор 57 бурового стола, индикатор бурения с постоянной скоростью или индикатор 58 бурения при постоянном давлении, индикатор 75 внутреннего противовыбросового превентора, индикатор 76 работы гидронасоса, индикатор 77 застопоривания привода-вращателя, индикатор 80 тормоза, индикатор неисправности 98 и индикатор 81 нахождения в заданном положении; набор селекторных клапанов содержит селекторный клапан 59 работы PLC, селекторный клапан 60 работы электродвигателя, селекторный клапан 61 работы лебедки, селекторный клапан 65 работы бурового насоса А, селекторный клапан 66 работы бурового насоса В, селекторный клапан 67 работы бурового насоса С, селекторный клапан 68 работы роторного стола, селекторный клапан 69 работы бурения с постоянной скоростью или бурения при постоянном давлении лебедки, селекторный клапан 78 вращения штропа элеватора, селекторный клапан 82 работы внутреннего противовыбросового превентора, селекторный клапан 83 гидронасоса, селекторный клапан 84 застопоривания привода-вращателя, селекторный клапан 85 работы резервного трубного ключа, селекторный клапан 86 наклона штропа элеватора, селекторный клапан 87 рабочего режима тормоза, селекторный клапан 90 вспомогательной работы, селекторный клапан 91 работы вентилятора, селекторный клапан 92 электродвигателя, селекторный клапан 93 режима работы и селекторный клапан 94 направления вращения; набор В кнопок содержит кнопку 62 аварийного останова машины, кнопку 63 аварийного останова с регулированием частоты, ручку 64 регулировки крутящего момента бурового стола, ручку 70 регулировки бурового насоса А, ручку 71 регулировки бурового насоса В, ручку 72 регулировки бурового насоса С, ручку 73 регулирования частоты вращения роторного стола, ручку 74 регулирования осевой нагрузки на буровое долото при бурении при постоянном давлении, кнопку 79 среднего положения штропа элеватора, кнопку 88 приглушения звука и кнопку 89 аварийного останова; набор регулирующих клапанов содержит регулирующий клапан 95 ограничения крутящего момента при свинчивании, регулирующий клапан 99 ограничения крутящего момента при бурении скважины и регулирующий клапан 100 установки частоты вращения; как показано на фиг.5, модуль центрального процессора (ЦП) программируемого логического контроллера PLC2 пульта бурильщика соединен с ручкой 64 регулировки крутящего момента бурового стола, ручкой 70 регулировки бурового насоса А, ручкой 71 регулировки бурового насоса В, ручкой 72 регулировки бурового насоса С, ручкой 73 регулирования частоты вращения роторного стола, ручкой 74 регулирования осевой нагрузки на буровое долото при бурении при постоянном давлении, регулирующим клапаном 95 ограничения крутящего момента при свинчивании, регулирующим клапаном 99 ограничения крутящего момента при бурении скважины и регулирующим клапаном 100 установки частоты вращения через модуль АЦП соответственно соединен с индикатором 96 крутящего момента и тахометром 97 через модуль ЦАП, соединен с индикатором 80 тормоза, индикатором 98 неисправности, индикатором 81 нахождения в заданном положении, кнопкой 88 приглушения звука, кнопкой 89 аварийного останова, селекторным клапаном 87 рабочего режима тормоза, селекторным клапаном 90 вспомогательной работы, селекторным клапаном 91 работы вентилятора, селекторным клапаном 92 электродвигателя, селекторным клапаном 93 режима работы и селекторным клапаном 94 направления вращения через цифровой модуль расширения, соединен с индикатором 46 PLC1, индикатором 47 программируемого контроллера PLC2, индикатором 48 генератора 1 мощности, индикатором 49 генератора 2 мощности, индикатором 50 генератора 3 мощности, индикатором 51 генератора 4 мощности, индикатором 52 бурового насоса А, индикатором 53 бурового насоса В, индикатором 54 бурового насоса С, индикатором 55 лебедки А, индикатором 56 лебедки В, индикатором 57 бурового стола, индикатором 58 бурения с постоянной скоростью или бурения при постоянном давлении, индикатором 75 внутреннего противовыбросового превентора, индикатором 76 работы гидронасоса и индикатором 77 застопоривания привода-вращателя через его порт вывода количества свичей, и соединен с селекторным клапаном 59 работы PLC, селекторным клапаном 60 работы электродвигателя, селекторным клапаном 61 работы лебедки, кнопкой 62 аварийного останова машины, кнопкой 63 аварийного останова с регулированием частоты, селекторным клапаном 65 работы бурового насоса А, селекторным клапаном 66 работы бурового насоса В, селекторным клапаном 67 работы бурового насоса С, селекторным клапаном 68 работы роторного стола, селекторным клапаном 69 работы бурения с постоянной скоростью или бурения при постоянном давлении лебедки, селекторным 78 клапаном вращения штропа элеватора, кнопкой 79 среднего положения штропа элеватора, селекторным клапаном 82 работы внутреннего противовыбросового превентора, селекторным клапаном 83 гидронасоса, селекторным клапаном 84 застопоривания привода-вращателя, селекторным клапаном 85 работы резервного трубного ключа и селекторным клапаном 86 наклона штропа элеватора через его порт ввода выключателя.
Как показано на фиг.14, плата передачи/приема данных пульта бурильщика содержит микросхему последовательного порта, микрокомпьютер на одной микросхеме, защелку и шинный буфер; сторона ввода микросхемы последовательного порта соединена с последовательным портом программируемого логического контроллера PLC1 пульта бурильщика через последовательный порт; сторона вывода микросхемы последовательного порта соединена с линией передачи данных и линией приема данных микрокомпьютера на одной микросхеме соответственно; кроме того, микрокомпьютер на одной микросхеме соединен с защелкой и шинным буфером через шины соответственно, а порты вывода защелки и шинного буфера соединены с устройством 39 отображения плотности бурового раствора, устройством 40 отображения вязкости бурового раствора и устройством 41 отображения ухода бурового раствора через параллельные порты.
Как показано на фиг.15, устройство 39 отображения плотности бурового раствора, устройство 40 отображения вязкости бурового раствора и устройство 41 отображения ухода бурового раствора каждое содержит буфер адресов, буфер данных, компаратор, декодер, двухпозиционный переключатель, задающую микросхему знакового индикатора тлеющего разряда и знаковый индикатор тлеющего разряда; порты ввода буфера адресов и буфера данных оба соединены с параллельным портом; порт вывода буфера данных соединен с задающей микросхемой знакового индикатора тлеющего разряда; порт вывода буфера адресов соединен с одной стороной ввода компаратора и декодера соответственно; другая сторона ввода компаратора соединена с двухпозиционным переключателем; порт вывода соединен со стороной ввода декодера, сторона вывода декодера соединена с задающей микросхемой знакового индикатора тлеющего разряда, а сторона вывода задающей микросхемы знакового индикатора тлеющего разряда соединена со знаковым индикатором тлеющего разряда.
Фиг.16 представляет собой блок-схему управляющей программы пульта бурильщика, и ее последовательность операций является приблизительно следующей: при инициировании управляющей программы портом инициализации инициализируется порт Port1 контроллера PLC для осуществления информационной связи с платой управления светодиодного устройства отображения, затем количество свичей считывается и сохраняется в буферной зоне передачи, результат АЦП считывается и сохраняется в буферной зоне передачи; вызываются регулирующие подпрограммы плотности бурового раствора, вязкости бурового раствора и ухода бурового раствора, а затем вызывается подпрограмма ХМТ; данные передаются в плату управления светодиодного устройства отображения; если включена левая шпилевая катушка, выходом в ЦАП для отображения значения нормального рабочего давления левой шпилевой катушки является 800; в противном случае выходом в ЦАП является 0; затем судят, включена ли правая шпилевая катушка; если да, выходом в ЦАП для отображения значения нормального рабочего давления правой шпилевой катушки является 800; в противном случае выходом в ЦАП является 0; затем вызывается управляющая программа индикатора кнопки, и вызывается управляющая подпрограмма индикатора нагрузки на буровой инструмент; выходом является шаговый импульс в соответствии со значением подвешенного веса индикатора нагрузки на буровой инструмент для управления вращением шагового электродвигателя, при этом указатель подвешенного веса указывает на соответствующее значение, и, наконец, выполняется инициализация путем возвращения к порту, и вышеупомянутые этапы циклически повторяются.
Фиг.17 представляет собой блок-схему регулирующей подпрограммы плотности бурового раствора пульта бурильщика, и ее последовательность операций является приблизительно следующей: подпрограмма начинает прогон со считывания количества свичей; значение плотности повышается на 0,01, если нажата кнопка увеличения, в противном случае судят, нажата ли кнопка уменьшения; если да, значение плотности снижается на 0,01, после чего происходит возврат в состояние начала подпрограммы, если нет, также происходит возврат в состояние начала подпрограммы, и вышеупомянутые этапы циклически повторяются.
Фиг.18 представляет собой блок-схему управляющей подпрограммы индикатора нагрузки на буровой инструмент, и управляющая подпрограмма индикатора нагрузки на буровой инструмент пульта бурильщика выдает шаговый импульс в соответствии со значением нагрузки индикатора нагрузки на буровой инструмент для управления вращением шагового электродвигателя, при этом указатель подвешенного веса указывает на соответствующее значение, и ее последовательность операций является приблизительно следующей: подпрограмма начинает прогон со считывания значения подвешенного веса индикатора нагрузки на буровой инструмент из буферной зоны приема; если значение подвешенного веса равно 0, и указатель подвешенного веса находится в точке нуля, непосредственно происходит возврат подпрограммы в исходное состояние; если значение подвешенного веса равно 0, а указатель подвешенного веса не находится в точке нуля, подается команда на вращение шагового электродвигателя в направлении против часовой стрелки, пока указатель подвешенного веса не укажет на точку нуля; если значение подвешенного веса не равно 0, вначале судят, произошло ли изменение, если нет, выполняется непосредственно возврат в исходное состояние, если да, судят, стало ли значение подвешенного веса больше или меньше; если значение подвешенного веса стало больше, символ управления направлением шагового электродвигателя устанавливается на 1 (вращение по часовой стрелке); если значение подвешенного веса стало меньше, символ управления направлением шагового электродвигателя устанавливается на 0 (вращение против часовой стрелки); после этого рассчитывается разница изменения подвешенного веса, выходом является разница подвешенного веса шагового импульса в 1 с последующим вычитанием 1, пока не получает 0, и, наконец, выполняется возврат в исходное состояние.
Фиг.19 представляет собой блок-схему главной управляющей программы панели управления боковой стороны пульта бурильщика, и ее последовательность операций является приблизительно следующей: программа начинается, инициализируется индикатор нахождения в заданном положении, количество свичей считывается и сохраняется в буферной зоне передачи; результат АЦП считывается и сохраняется в буферной зоне передачи; затем судят, закрыт ли внутренний противовыбросовый превентор, если да, включен индикатор внутреннего противовыбросового превентора; тогда судят, работает ли гидронасос, если да, индикатор работы гидронасоса включен, если нет, индикатор работы гидронасоса выключен; затем судят, заперт ли привод-вращатель, если да, индикатор застопоривания привода-вращателя включен, если нет, индикатор застопоривания привода-вращателя выключен; затем вызываются подпрограмма установки частоты вращения и подпрограмма установки крутящего момента; если символ установки частоты вращения 0 (это значение символа устанавливается в подпрограмме установки частоты вращения), данные частоты вращения считываются из буферной зоны приема и выдаются в ЦАП, если нет, тахометр отображает значение крутящего момента, переданное из хост-ПК; затем судят, является ли символ установки крутящего момента 0, если да, данные крутящего момента считываются из буферной зоны приема и выдаются в ЦАП, после чего выполняется возврат в исходное состояние, в противном случае непосредственно выполняется возврат в исходное состояние.
Фиг.20 представляет собой блок-схему программы установки крутящего момента при бурении, и ее последовательность операций является приблизительно следующей; инициируется подпрограмма; считывается результат АЦП; судят, регулируется ли ручка установки, если да, это означает, что оператор устанавливает верхний предел крутящего момента при бурении; в этот момент текущее значение регулирования отображается прибором в реальном времени, и в случае, если в течение 3 секунд не происходит никакого изменения, он считается установленным; после этого прибор отображает значение крутящего момента при бурении, переданное из хост-ПК; наконец, подпрограмма возвращается в исходное состояние.
Как показано на фиг.6, дистанционный пульт 105 содержит шасси и внутреннюю плату управления; на лицевой стороне шасси предусмотрена панель 109 управления дистанционного пульта; на панели 109 управления дистанционного пульта предусмотрены клапан 110 регулирования давления масла в кольце, клапан 111 регулирования давления в манифольде, манометр 112 манифольда, манометр 113 аккумулятора, манометр 114 масла в кольце, перепускной клапан 115, клапан 116 противовыбросового превентора, регулировочный клапан 117 трубной плашки, регулировочный клапан 118 глухой плашки, регулировочный клапан 119 срезающей плашки, регулировочный клапан 120 кольцевой плашки, главный выключатель 121 аккумулятора, выключатель 122 аккумулятора левого пути и выключатель 123 аккумулятора правого пути; внутренняя плата управления содержит программируемый логический контроллер PLC дистанционного пульта и контроллер клапана. Программируемый логический контроллер PLC2 дистанционного пульта представляет собой контроллер SIEMENS S7-200; как показано на фиг.7, модуль ЦП программируемого логического контроллера PLC дистанционного пульта соединен с клапаном 111 регулирования давления в манифольде и клапаном 110 регулирования давления масла в кольце через модуль АЦП соответственно соединен с манометром 112 манифольда и манометром 113 аккумулятора через модуль 1 ЦАП, соединен с манометром 114 масла в кольце через модуль 2 ЦАП и соединен с главным выключателем 121 аккумулятора, выключателем 122 аккумулятора левого пути и выключателем 123 аккумулятора правого пути через его порт ввода количества свичей; кроме того, модуль ЦП программируемого логического контроллера PLC дистанционного пульта соединен со стороной ввода управления контроллера клапана через двенадцать выводов количества свичей (двенадцать выводов количества свичей используются соответственно как управляющий сигнал пуска перепускного клапана, управляющий сигнал включения или выключения перепуска, управляющий сигнал клапана противовыбросового превентора, управляющий сигнал включения или выключения клапана противовыбросового превентора, управляющий сигнал пуска регулировочного клапана трубной плашки, управляющий сигнал включения или выключения регулировочного клапана трубной плашки, управляющий сигнал пуска регулировочного клапана глухой плашки, управляющий сигнал включения или выключения регулировочного клапана глухой плашки, управляющий сигнал пуска регулировочного клапана срезающей плашки, управляющий сигнал включения или выключения регулировочного клапана срезающей плашки, управляющий сигнал пуска регулировочного клапана кольцевой плашки и управляющий сигнал включения или выключения регулировочного клапана кольцевой плашки); вывод контроллера клапана соединен с перепускным клапаном 115, клапаном 116 противовыбросового превентора, регулировочным клапаном 117 трубной плашки, регулировочным клапаном 118 глухой плашки, регулировочным клапаном 119 срезающей плашки и регулировочным клапаном 120 кольцевой плашки соответственно; перепускной клапан 115, клапан 116 противовыбросового превентора, регулировочный клапан 117 трубной плашки, регулировочный клапан 118 глухой плашки, регулировочный клапан 119 срезающей плашки и регулировочный клапан 120 кольцевой плашки доступны для двенадцати портов ввода количества свичей (двенадцать вводов количества свичей используются соответственно как сигнал обратной связи включения/выключения перепускного клапана, сигнал обратной связи включения/выключения клапана противовыбросового превентора, сигнал обратной связи включения/выключения регулировочного клапана трубной плашки, сигнал обратной связи включения/выключения регулировочного клапана глухой плашки, сигнал обратной связи включения/выключения регулировочного клапана срезающей плашки и сигнал обратной связи включения/выключения регулировочного клапана кольцевой плашки) программируемого логического контроллера PLC дистанционного пульта соответственно по проводам сигналов обратной связи.
При этом клапан регулирования давления в манифольде используется для регулирования давления в манифольде; клапан регулирования давления масла в кольце используется для регулирования давления масла в кольце; манометр манифольда используется для отображения значения давления в манифольде; манометр аккумулятора используется для отображения значения давления в аккумуляторе; манометр масла в кольце используется для отображения значения давления в кольце; перепускной клапан используется для открытия или закрытия перепускного трубопровода и сообщения обратной связью включенного/выключенного состояния перепускной плашки. клапан противовыбросового превентора используется для открытия или закрытия трубопроводов противовыбросового превентора и сообщения обратной связью включенного/выключенного состояния клапана противовыбросового превентора; и главный выключатель аккумулятора используется для открытия или закрытия главного трубопровода аккумулятора.
Фиг.21 представляет собой блок-схему управляющей программы дистанционного пульта, и ее последовательность операций является приблизительно следующей: при инициировании управляющей программы портом инициализации инициализируется порт Port1 контроллера PLC для осуществления прямой связи с противовыбросовым превентором и одновременно отображается инициализация прибора; количество свичей считывается и сохраняется во внутренней буферной зоне для последующей обработки; затем результат АЦП считывается и сохраняется в буферной зоне передачи; вызываются NET_RW и пульт противовыбросовых превенторов для передачи и приема данных; вызываются управляющие подпрограммы кольцевых плашек, трубных плашек, предотвращения выбросов и срезания; вращение шагового электродвигателя регулируется в соответствии с манипуляцией ручкой противовыбросового превентора, чтобы включить управляющий путь масла противовыбросового превентора таким образом, что при этом противовыбросовый превентор управляется так, чтобы включаться или выключаться; если выключатели левого и правого путей масла и главный выключатель масла включены, значение регулирования давления в кольце передается в буферную зону отображения прибора кольца, если выбирается включение перепуска, значение регулирования давления в манифольде передается в буферную зону отображения прибора давления в манифольде, в противном случае значение отображения 21 МПа передается в буферную зону отображения прибора; если выключатели левого и правого путей масла и главный выключатель масла не включены, в буферную зону отображения прибора передается значение 0; затем из буферной зоны отображения прибора данные считываются в ЦАП, и, наконец, выполняется возврат в исходное состояние для считывания и сохранения количества свичей во внутренней буферной зоне, и вышеупомянутые стадии циклически повторяются.
Фиг.22 представляет собой блок-схему управляющей подпрограммы дистанционного пульта, и ее последовательность операций является приблизительно следующей: подпрограмма начинает прогон со считывания состояния ручки управления противовыбросовым превентором из буферной зоны приема, чтобы решить, работает ли ручка управления противовыбросовым превентором; шаговый электродвигатель вращается только в том случае, если работает ручка управления противовыбросовым превентором; если шаговый электродвигатель не вращается, происходит возврат в исходное состояние, в противном случае осуществляется управление для установки символа вращения шагового электродвигателя; направление вращения шагового электродвигателя выбирается на основании включения или выключения; в случае включения управляющий символ направления устанавливается как 0 (указывающий вращение влево); в случае полного отключения символ вращения шагового электродвигателя обнуляется, после чего происходит возврат в исходное состояние; и в случае неполного выключения также происходит возврат в исходное состояние; в случае выключения управляющий символ направления устанавливается как 1 (указывающий вращение вправо); в случае полного включения символ вращения шагового электродвигателя обнуляется, после чего происходит возврат в исходное состояние; и в случае неполного включения также происходит возврат в исходное состояние; и вышеупомянутые стадии циклически повторяются.
Как показано на фиг.8, штуцерный манифольд 101 состоит из трубы штуцера и клапана, установленного на трубе штуцера; труба штуцера установлена на раме 124 штуцерного манифольда и отличается вертикальным и перекрестным распределением поперечных труб и вертикальных труб; на поперечных трубах и вертикальных трубах расположены несколько плоских клапанов; поперечные трубы содержат верхнюю поперечную трубу 125 штуцерного манифольда и нижнюю поперечную трубу 126 штуцерного манифольда; два конца верхней поперечной трубы 125 штуцерного манифольда жестко соединены с рамой 124 штуцерного манифольда; один конец верхней поперечной трубы 125 штуцерного манифольда предусмотрен с выпуском 127 сепаратора, а его другой конец предусмотрен с резервным выпуском 128; вертикальные трубы содержат впускную трубу 129 перелива, трубу 130 штуцера с гидравлическим управлением и трубу 131 штуцера с ручным управлением; нижние концы впускной трубы перелива 129, трубы 130 штуцера с гидравлическим управлением и трубы 131 штуцера с ручным управлением предусмотрены с впуском 132 перелива, клапаном 134 штуцера с гидравлическим управлением и клапаном 135 штуцера с ручным управлением соответственно, а верхний конец впускной трубы 129 перелива жестко соединен с рамой 124 штуцерного манифольда.
При этом впускная труба 129 перелива соединена с верхней поперечной трубой 125 штуцерного манифольда и с нижней поперечной трубой 126 штуцерного манифольда соответственно поперечно с образованием точки пересечения а и точки пересечения b; плоский клапан А установлен на впускной трубе перелива 129 в верхней части точки пересечения а, плоский клапан B и плоский клапан C последовательно установлены на впускной трубе 129 перелива между точкой пересечения а и точкой пересечения b; манометр 191 расположен в точке пересечения b, индикатор 133 включения/выключения клапана противовыбросового превентора установлен на впускной трубе 129 перелива в нижней части точки пересечения b; два конца нижней поперечной трубы 126 штуцерного манифольда жестко соединены трубой 130 штуцера с гидравлическим управлением и трубой 131 штуцера с ручным управлением соответственно с образованием узловой точки с и узловой точки d; плоский клапан D и плоский клапан Е установлены на нижней поперечной трубе 126 штуцерного манифольда между точкой пересечения b и точкой пересечения с; плоский клапан F и плоский клапан G установлены на нижней поперечной трубе 126 штуцерного манифольда между точкой пересечения b и точкой пересечения d; верхние концы трубы 130 штуцера с гидравлическим управлением и трубы 131 штуцера с ручным управлением соединены с верхней поперечной трубой 125 штуцерного манифольда соответственно с образованием узловой точки е и узловой точки f; плоский клапан Н установлен на трубе 130 штуцера с гидравлическим управлением между узловой точкой с и узловой точкой е; гидравлический индикатор 136 установлен на трубе 131 штуцера с ручным управлением в нижней части узловой точки с; концевая часть трубы штуцера с ручным управлением оборудована клапаном 134 штуцера с гидравлическим управлением; плоский клапан I установлен на трубе 131 штуцера с ручным управлением между узловой точкой d и узловой точкой f; клапан 135 штуцера с ручным управлением расположен в концевой части трубы 131 штуцера с ручным управлением в нижней части узловой точки d; плоский клапан J расположен на верхней поперечной трубе 125 штуцерного манифольда между узловой точкой е и резервным выпуском 128; и плоский клапан К расположен на верхней поперечной трубе 125 штуцерного манифольда между узловой точкой f и выпуском 127 сепаратора.
Принцип действия штуцерного манифольда является следующим: когда начинаются все операции, штуцерный манифольд устанавливается в полувключенное состояние. На пульте фонтанного штуцера, если выбран гидравлический режим фонтанного штуцера: как показано на фиг.23, плоские клапаны D, E, H, G, В и J открыты; и игольчатый клапан, плоские клапаны F, С, I, и K и клапан 135 штуцера с ручным управлением закрыты.
На пульте фонтанного штуцера, если выбран ручной режим фонтанного штуцера: как показано на фиг.24, плоские клапаны F, G, I, К, В и D и клапан 135 штуцера с ручным управлением открыты, а плоские клапаны Е, Н, С и J закрыты.
Как показано на фиг.9, манифольд 102 высокого давления состоит из трубы высокого давления и клапана, установленного в трубе высокого давления; труба высокого давления установлена на раме 137 манифольда высокого давления и отличается вертикальным соединением и распределением поперечных труб и вертикальных труб; верхняя поперечная труба 138 манифольда высокого давления, нижняя поперечная труба 139 манифольда высокого давления, левая вертикальная труба 140 и правая вертикальная труба 141 соединены посредине трубы высокого давления, образуя прямоугольник; в поперечных трубах и вертикальных трубах расположены несколько плоских клапанов; кроме того, поперечные трубы содержат левую впускную трубу 142 бурового раствора, правую впускную трубу бурового раствора 151 и выпускную трубу 143 цементирования; левый конец левой впускной трубы 142 бурового раствора жестко соединен с рамой 137 манифольда высокого давления; левый конец левой впускной трубы 142 бурового раствора оборудован впуском I 144 бурового раствора; правый конец правой впускной трубы 151 бурового раствора жестко соединен с рамой 137 манифольда высокого давления; правый конец правой впускной трубы 151 бурового раствора оборудован впуском II 145 бурового раствора; левый конец выпускной трубы 143 цементирования жестко соединен с рамой 137 манифольда высокого давления; левая концевая часть выпускной трубы 143 цементирования оборудована выпуском 146 цементирования; кроме того, вертикальные трубы содержат верхнюю вертикальную трубу 147 и нижнюю вертикальную трубу 148; верхний конец верхней вертикальной трубы 147 жестко соединен с рамой 137 манифольда высокого давления; верхний конец верхней вертикальной трубы 147 оборудован резервным впуском 149; нижний конец нижней вертикальной трубы 148 жестко соединен с рамой 137 манифольда высокого давления; и нижний конец нижней вертикальной трубы 148 оборудован выпуском 150 вертикальной трубы.
При этом левая впускная труба 142 бурового раствора и правая впускная труба 151 бурового раствора манифольда 102 высокого давления содержат Т-образное соединение с прямоугольной левой вертикальной трубой 140 и прямоугольной правой вертикальной трубой 141 соответственно с образованием узловой точки h и узловой точки i; плоский клапан L установлен на левой вертикальной трубе 140 в верхней части узловой точки h; плоский клапан М установлен на левой вертикальной трубе 140 в нижней части узловой точки h; плоский клапан N установлен на правой вертикальной трубе 141 в верхней части узловой точки i; плоский клапан О установлен на правой вертикальной трубе 141 в нижней части узловой точки i; верхняя вертикальная труба 147 и нижняя вертикальная труба 148 содержат Т-образное соединение с прямоугольной верхней поперечной трубой 138 манифольда высокого давления и прямоугольной нижней поперечной трубой 139 манифольда высокого давления соответственно с образованием узловой точки g и узловой точки j; выпускная труба 143 цементирования содержит Т-образное соединение с нижней вертикальной трубой 148 с образованием узловой точки k; на выпускной трубе 143 цементирования установлен плоский клапан Р; и на нижней вертикальной трубе 148 в нижней части узловой точки k установлен плоский клапан Q.
Принцип действия манифольда высокого давления является следующим: когда начинаются все операции, манифольд высокого давления устанавливается в состояние исправительного цементирования или циркуляции. На пульте фонтанного штуцера, если выбран насос №1, состояние устанавливается как состояние цементирования: как показано на фиг.25, плоские клапаны М, Р и N открыты, а плоские клапаны L, О и Q закрыты. Состояние устанавливается как состояние циркуляции: как показано на фиг.26, плоские клапаны М, Q и N открыты, а плоские клапаны L, О и Р закрыты.
На пульте фонтанного штуцера, если выбран насос №2, состояние устанавливается как состояние цементирования: как показано на фиг.27, плоские клапаны О, Р и L открыты, а плоские клапаны М, N и Q закрыты. Состояние устанавливается как состояние циркуляции: как показано на фиг.28, плоские клапаны О, Q и L открыты, а плоские клапаны М, N и Р закрыты.
На пульте фонтанного штуцера, если выбраны сдвоенные насосы, состояние устанавливается как состояние цементирования: как показано на фиг.29, плоские клапаны М, О и Р открыты; а плоские клапаны L, N и Q закрыты. Состояние устанавливается как состояние циркуляции: как показано на фиг.30, плоские клапаны М, О и Q открыты; а плоские клапаны L, N и Р закрыты.
Как показано на фиг.10, пульт 103 противовыбросовых превенторов содержит шасси и внутреннюю плату управления; на лицевой стороне шасси предусмотрена панель 152 управления противовыбросовыми превенторами; панель 152 управления противовыбросовыми превенторами содержит манометр 153 аккумулятора, масляный манометр 154 кольцевого противовыбросового превентора, манометр 155 источника газа, манометр 156 манифольда, выключатель 157 кольцевой плашки, индикатор 158 включения кольцевой плашки, индикатор 159 выключения кольцевой плашки, выключатель 160 источника газа, выключатель 164 перепускной плашки, выключатель 161 верхней трубной плашки, индикатор 162 включения верхней трубной плашки, индикатор 163 выключения верхней трубной плашки, выключатель 165 глухой плашки, индикатор 166 включения глухой плашки, индикатор 167 выключения глухой плашки, выключатель 168 плашки манифольда глушения, индикатор 169 включения манифольда глушения, индикатор 170 выключения манифольда глушения, выключатель 171 клапана противовыбросового превентора, индикатор 172 выключения клапана противовыбросового превентора, индикатор 173 включения клапана противовыбросового превентора, выключатель 174 нижней трубной плашки, индикатор 175 включения нижней трубной плашки и индикатор 176 выключения нижней трубной плашки; внутренняя плата управления содержит программируемый логический контроллер PLC противовыбросового превентора; модуль ЦП программируемого логического контроллера PLC противовыбросового превентора соединен с манометром 153 аккумулятора и масляным манометром 154 кольцевого противовыбросового превентора через модуль 1 ЦАП соответственно и соединен с манометром 155 источника газа и манометром 156 манифольда через модуль 2 ЦАП соответственно; модуль ЦП программируемого логического контроллера PLC противовыбросового превентора соединен также с выключателем 157 кольцевой плашки, выключателем 160 источника газа, выключателем 164 перепускной плашки, выключателем 161 верхней трубной плашки, выключателем 165 глухой плашки, выключателем 168 плашки манифольда глушения, выключателем 171 клапана противовыбросового превентора и выключателем 174 нижней трубной плашки соответственно через его порт ввода количества свичей и соединен с индикатором 158 включения кольцевой плашки, индикатором 159 выключения кольцевой плашки, индикатором 162 включения верхней трубной плашки, индикатором 163 выключения верхней трубной плашки, индикатором 166 включения глухой плашки, индикатором 167 выключения глухой плашки, индикатором 169 включения манифольда глушения, индикатором 170 выключения манифольда глушения, индикатором 172 выключения клапана противовыбросового превентора, индикатором 173 включения клапана противовыбросового превентора, индикатора 175 включения нижней трубной плашки и индикатором 176 выключения нижней трубной плашки соответственно через его порт вывода количества свичей; модуль ЦП программируемого логического контроллера PLC противовыбросового превентора соединен также, через его порт ввода количества свичей, с плоскими клапанами L, M, N, О, Р и Q, установленными на трубе высокого давления в манифольде высокого давления соответственно.
Фиг.31 представляет собой блок-схему управления противовыбросового превентора, и ее последовательность операций является приблизительно следующей: при инициировании управляющей программы портом инициализации инициализируется порт Port1 контроллера PLC для осуществления прямой связи с дистанционным пультом, и одновременно инициализация отображается как индикаторами, так и приборами отображения; количество свичей считывается и сохраняется во внутренней буферной зоне для непосредственного считывания ПК; вызываются NETRW и дистанционный пульт для передачи и приема данных; вызываются управляющие подпрограммы кольцевых плашек, трубных плашек, предотвращения выбросов и срезания для управления индикаторами в соответствии с ручкой управления противовыбросовым превентором и временем включения/выключения для отображения, открыты/закрыты ли полностью противовыбросовые превенторы; затем состояние индикатора (для индикации включенного/выключенного состояния противовыбросового превентора) сохраняется в буферной зоне передачи; затем из буферной зоны приема считывается управляющий символ аварийной сигнализации; аварийная сигнализация включается в случае выбора подать сигнал аварии, и аварийная сигнализация выключается в случае выбора не подавать сигнал аварии; наконец, происходит возврат к стадии считывания и сохранения количества свичей в буферной зоне передачи, и вышеупомянутые стадии циклически повторяются.
Фиг.32 представляет собой блок-схему управляющей подпрограммы кольцевого противовыбросового превентора, и ее последовательность операций является приблизительно следующей: подпрограмма начинает прогон, считываются включенные/выключенные состояния, в том числе состояние ручки управления противовыбросового превентора и состояние ручки управления дистанционного пульта; в случае если дистанционный пульт подсоединен, если источник газа на противовыбросовом превенторе выбирается включенным, и кольцо включено или кольцо на дистанционном пульте включено, время установлено равным 8 секундам, то индикатор включен, если кольцевой противовыбросовый превентор включен, индикатор выключен, если кольцевой противовыбросовый превентор выключен; затем подпрограмма возвращается в исходное состояние, в противном случае подпрограмма возвращается в исходное состояние; если источник газа на противовыбросовом превенторе выбирается включенным, и кольцо выключено, или кольцо на дистанционном пульте выключено, время установлено равным 8 секундам, то индикатор включен, если кольцевой противовыбросовый превентор выключен; индикатор выключен, если кольцевой противовыбросовый превентор включен; затем подпрограмма возвращается в исходное состояние, в противном случае подпрограмма возвращается в исходное состояние; в случае если дистанционный пульт не подсоединен, если источник газа на противовыбросовом превенторе включен, и кольцо включено, время установлено равным 8 секундам, то индикатор включен, если кольцевой противовыбросовый превентор включен; индикатор выключен, если кольцевой противовыбросовый превентор выключен; затем подпрограмма возвращается в исходное состояние; если время не установлено равным 8 секундам, подпрограмма все равно возвращается в исходное состояние; если источник газа на противовыбросовом превенторе включен, и кольцо выключено, время установлено равным 8 секундам, то индикатор включен, если кольцевой противовыбросовый превентор выключен, индикатор выключен, если кольцевой противовыбросовый превентор включен; затем подпрограмма возвращается в исходное состояние, в противном случае подпрограмма возвращается в исходное состояние.
Как показано на фиг.12, пульт 104 фонтанного штуцера содержит шасси и внутреннюю плату управления. На лицевой стороне шасси предусмотрена панель 177 управления фонтанным штуцером; панель 177 управления фонтанным штуцером содержит манометр 178 вертикальной трубы, измеритель 179 скорости насоса, манометр 180 муфты, индикатор 181 выбора клапана штуцера с гидравлическим управлением, селекторный переключатель 182 двух насосов, селекторный переключатель 183 клапана штуцера, устройство 184 отображения ходов поршня бурового насоса, измеритель 185 открытия клапана штуцера, индикатор 186 выбора клапана штуцера с ручным управлением, кнопка 187 сброса, выключатель 188 источника газа бурильщика, выключатель 189 регулирующего клапана штуцера и ручка 190 регулирования скорости задвижки штуцера; внутренняя плата управления содержит программируемый логический контроллер PLC фонтанного штуцера; модуль ЦП программируемого логического контроллера PLC фонтанного штуцера соединен с ручкой 190 регулирования скорости задвижки штуцера через модуль АЦП, соединен с манометром 178 вертикальной трубы и манометром 180 муфты через модуль 1 ЦАП, соединен с измерителем 179 скорости насоса и измерителем 185 открытия клапана штуцера через модуль 2 ЦАП и соединен с платой передачи/приема данных фонтанного штуцера через последовательный порт; плата передачи/приема данных фонтанного штуцера соединена с устройством 184 отображения ходов поршня бурового насоса через параллельный порт; модуль ЦП программируемого логического контроллера PLC фонтанного штуцера соединен также с индикатором 181 выбора клапана штуцера с гидравлическим управлением и индикатором 186 выбора клапана штуцера с ручным управлением через его порт вывода количества свичей соответственно, и соединен с селекторным переключателем 182 двух насосов, селекторным переключателем 183 клапана штуцера, кнопкой 187 сброса, выключателем 188 источника газа бурильщика и выключателем 189 регулирующего клапана штуцера через его порт ввода количества свичей соответственно; Модуль ЦП программируемого логического контроллера PLC фонтанного штуцера соединен также, через его порт ввода количества свичей с плоскими клапанами А, В, С, D, E, F, G, Н, I, J и K, установленными на трубе штуцера в штуцерном манифольде соответственно; модуль ЦП программируемого логического контроллера PLC фонтанного штуцера соединен с клапаном 135 штуцера с ручным управлением в штуцерном манифольде через модуль АЦП и с манометром 191 через модуль 1 ЦАП.
Как показано на фиг.36, плата передачи/приема данных фонтанного штуцера содержит микросхему последовательного порта, микрокомпьютер на одной микросхеме, защелку и шинный буфер; сторона ввода микросхемы последовательного порта соединена с последовательным портом программируемого логического контроллера PLC фонтанного штуцера через последовательный порт, сторона вывода микросхемы последовательного порта соединена с линией передачи данных и линией приема данных микрокомпьютера на одной микросхеме соответственно; микрокомпьютер на одной микросхеме соединен также с защелкой и шинным буфером шинами соответственно, а порты вывода защелки и шинного буфера соединены с устройством 184 отображения ходов поршня бурового насоса через параллельные порты. Устройство 184 отображения ходов поршня бурового насоса содержит буфер адресов, буфер данных, компаратор, декодер, двухпозиционный переключатель, задающую микросхему знакового индикатора тлеющего разряда и знаковый индикатор тлеющего разряда; порты ввода буфера адресов и буфера данных соединены с параллельным портом; порт вывода буфера данных соединен с задающей микросхемой знакового индикатора тлеющего разряда; порт вывода буфера адресов соединен с одной стороной ввода компаратора и декодера соответственно; другая сторона ввода компаратора соединена с двухпозиционным переключателем; порт вывода соединен со стороной ввода декодера, сторона вывода декодера соединена с задающей микросхемой знакового индикатора тлеющего разряда, а сторона вывода задающей микросхемы знакового индикатора тлеющего разряда соединена со знаковым индикатором тлеющего разряда.
Фиг.34 представляет собой блок-схему управляющей программы фонтанного штуцера, и ее последовательность операций является приблизительно следующей: при инициировании управляющей программы портом инициализации инициализируется порт Port1 контроллера PLC для осуществления информационной связи с платой управления светодиодного устройства отображения; затем количества свичей (включая вводы количества свичей селекторного переключателя двух насосов, селекторного переключателя клапана штуцера, кнопки сброса, выключателя источника газа бурильщика и выключателя управления клапаном фонтанного штуцера) считываются и сохраняются в буферной зоне передачи для непосредственного считывания системой связи ПК; затем результат I АЦП считывается и сохраняется в буферной зоне передачи для непосредственного считывания системой связи ПК; Затем судят, какой режим выбран - гидравлический или ручной; если выбран гидравлический режим, загорается гидравлический индикатор; если выбран ручной режим, загорается ручной индикатор. Затем данные считываются из буферной зоны приема и выдаются в ЦАП для управления отображением приборов для отображения давления в вертикальных трубах, давления в муфте, скорости работы насоса и скорости работы фонтанного штуцера. Данные затем передаются в плату управления светодиодного устройства отображения через последовательный порт, количества свичей снова считываются и сохраняются в буферной зоне передачи, и вышеупомянутые этапы циклически повторяются. Кроме того, вся система представляет собой сеть шинного типа, состоящую из одного ПК, служащего как главная станция, и нескольких PLC, служащих как подчиненная станция; каждый сеанс связи инициируется главной станцией; подчиненная станция контролирует и судит, присутствуют ли запросы передачи и приема относительно подчиненной станции.
Фиг.35 представляет собой блок-схему связи между фонтанным штуцером и ПК, и ее последовательность операций является приблизительно следующей: главная станция передает сигнал; если подчиненная станция контролирует запросы передачи и приема относительно подчиненной станции, подчиненная станция соглашается с приемом запросов, и при этом данные принимаются и сохраняются в буферной зоне приема; затем подчиненная станция возвращается к продолжению контроля; если подчиненная станция не контролирует запросы передачи и приема относительно подчиненной станции и не принимает и не передает запросы, подчиненная станция возвращается к тому, чтобы контролировать; если подчиненная станция не принимает запрос, но соглашается на прием запросов, в этом случае данные считываются из буферной зоны передачи и передаются; затем подчиненная станция возвращается к тому, чтобы контролировать, и вышеупомянутые этапы циклически повторяются.
Как показано на фиг.60, главный управляющий компьютер содержит один или несколько обычных компьютеров, а также связную программу и основную управляющую программу, прогоняемые на них; графический компьютер содержит один обычный компьютер, а также программу графической обработки, прогоняемую на нем; связная программа соединена с интерфейсными аппаратными средствами клиентской части с помощью протокола PPI; при этом интерфейсные аппаратные средства клиентской части содержат пульт противовыбросовых превенторов, пульт фонтанного штуцера, дистанционный пульт и пульт бурильщика; основная управляющая программа соединена со связной программой и программой графической обработки с помощью протокола TCP/IP соответственно.
Основная управляющая программа содержит модуль обучения работе, модуль управления системой и модуль оценки и управления; программа сообщается с оборудованием интерфейсных аппаратных средств клиентской части с помощью связной программы для получения состояния оборудования аппаратных средств в реальном времени, и несколько типичных процессов бурения имитируются посредством соответствующих математических моделей для завершения следующих задач: 1) управляющая команда посылается в программу графической обработки с помощью протокола TCP/IP, чтобы управлять графическими действиями; 2) реализуется интеллектуальная система оценки; и 3) сигнал посылается обратно в интерфейсные аппаратные средства клиентской части, позволяя устройству отображения параметров приборов клиентской части функционировать в соответствии с ситуацией на месте.
Модуль управления системой содержит самопроверку аппаратных средств, управление пользователями и управление схемой глушения и используется, главным образом, для осуществления управления и конфигурации для системы программного обеспечения. С использованием этого модуля могут выполняться такие функции, как самопроверка системы и управление пользователями. При этом некоторые параметры в системе изменяются с изменением режима работы основной управляющей программы, при этом удовлетворяются разные требования.
Модуль оценки используется, главным образом, для автоматической оценки процесса обучения и одновременно выполнения полной функции управления оценками. 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) рабочий уровень: в дополнение к учету исправительной последовательности действий обучаемыми, при всесторонней оценке технического уровня обучаемых необходимо учитывать выполняемую ними 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 рабочего уровня путем принятия метода записи соответствующих кривых данных в последовательности действий и затем сравнения кривых данных со стандартными кривыми. Как показано на фиг.61, 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 мысленная 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 «проход стены» 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, 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 обучения работе 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. Модуль обучения работе обеспечивает обучение примерно 23 обычным технологическим процессам и процессам управления событиями в процессе бурения и соответственно является наиболее важным модулем в основной 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 буровой площадке и буровому оборудованию. 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 управления событиями при верхнем приводе используется для имитации работы, исходя из реального верхнего привода, и имитация включает содержимое управляющей логики, такое как внутренний противовыбросовый превентор, запирание привода-вращателя, вращение штроп элеватора, наклон штроп элеватора, нижний трубный ключ, бурение скважины или компоновка роторной установки или крутящий момент, обратное вращение или перебой или принудительное вращение и т.д.
Фиг.37 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.38 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.39 представляет собой блок-схему опускания в скважину с управлением пульсирующим давлением, 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.40 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.41 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 ликвидации прихвата.
Фиг.42 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.43 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.44 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.45 представляет собой блок-схему бурения при подпрыгивании 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 уменьшится, затем расширяют профили скважины с подпрыгиванием и заканчивают эту операцию.
Фиг.46 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.47 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.48 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, присутствует ли обрушение грунта, продолжают подъем бурильной трубы, если нет обрушения, прерывисто опускают буровое долото, если обрушение присутствует, продвигают буровое долото, осуществляют циркуляцию бурового раствора, высвобождают продвинутое буровое долото, затем судят, высвободилось ли продвинутое буровое долото, если нет, возвращаются к продолжению высвобождения, пока высвобождение не завершится, и заканчивают эту операцию.
Фиг.49 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, присутствует ли прихват из-за осаждения твердых частиц, если нет, возвращаются к нормальному извлечению из скважины, продвигают буровое долото, если присутствует прихват из-за осаждения твердых частиц, осуществляют циркуляцию бурового раствора в небольшом количестве, судят, нормально ли давление насоса, если нет, возвращаются и осуществляют циркуляцию бурового раствора, если да, осуществляют циркуляцию бурового раствора в большом количестве и, наконец, заканчивают эту операцию.
Фиг.50 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 больших количествах, выполняют расширение с высокой скоростью, регулируют характеристики бурового раствора, продолжают бурение и, наконец, заканчивают эту операцию.
Фиг.51 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.52 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.53 представляет собой блок-схему нормального бурения и 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 штуцерный манифольд и закрывают кольцевой противовыбросовый превентор, противовыбросовый превентор верхней трубчатой плашки, дроссельный клапан и плоские клапаны J2A, затем выполняют каротаж и заканчивают эту операцию.
Фиг.54 представляет собой блок-схему извлечения из скважины и 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 буровой колонны, останавливают скважину, выполняют каротаж и заканчивают эту операцию.
Фиг.55 представляет собой блок-схему подъема утяжеленной бурильной трубы и 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, останавливают скважину, выполняют (каротаж) и заканчивают эту операцию.
Фиг.56 представляет собой блок-схему опорожнения и 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, останавливают скважину, выполняют геофизические исследования в скважине (каротаж), и, наконец, заканчивают эту операцию; если нет, заранее свинчивают противовыбросовую одиночную трубу, останавливают скважину, выполняют каротаж и, наконец, заканчивают эту операцию.
Фиг.57 представляет собой блок-схему глушения методом бурильщика, и ее последовательность операций является приблизительно следующей: начинают эту операцию, устанавливают ход бурового насоса, сливают загрязненный буровой раствор, судят, полностью ли слился загрязненный буровой раствор, если нет, возвращаются к полному сливу 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.58 представляет собой блок-схему глушения методом 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.59 представляет собой блок-схему глушения методом нагруженного бурильщика, 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.