СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БУРОВОЙ УСТАНОВКОЙ
DRILLING RIG CONTROL SYSTEM

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001]
Настоящая заявка испрашивает приоритет на основании предварительной заявки на патент США № 62/143442, поданной 6 апреля 2015 г., и обычной заявки на патент США № 14/788124, поданной 30 июня 2015 г., обе которые включены в данный документ в полном объеме посредством ссылки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002]
Системы управления буровыми установками могут быть созданы изготовителями систем управления буровыми установками, которые в первую очередь обеспокоены безопасной эксплуатацией оборудования буровой установки. Эти системы управления установкой устанавливаются на буровых установках, которые обычно эксплуатируются подрядчиками буровых установок. Во время буровых работ несколько поставщиков буровых услуг могут прибыть на буровую установку для выполнения различных буровых работ, таких как направленное бурение, измерения и геофизические исследования скважин и/или оптимизация буровых работ. Эти поставщики услуг обычно привозят свои собственные системы сбора данных и/или системы управления, как часть своих вычислительных ресурсов. Для того чтобы повысить эффективность и/или безопасность буровых работ, вычислительные ресурсы поставщиков буровых услуг могут взаимодействовать с системой управления буровой установкой.
[0003]
Связь между вычислительными ресурсами поставщиков услуг и системой управления буровой установкой может основываться на недетерминированном межплатформенном программном обеспечении, работающем с большой задержкой. Кроме того, данные, полученные различными системами от разных поставщиков услуг, могут не соответствовать должным образом по времени или степени охвата. Это может ограничить возможность применения дополнительных алгоритмов управления в существующей системе управления. Кроме того, данные датчиков, полученные в системе управления буровой установкой, могут не быть доступными вычислительным ресурсам этих сторонних поставщиков услуг, создавая аппаратную избыточность и/или конфликтующие результаты измерений в процессе работы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004]
Варианты реализации изобретения могут обеспечить систему управления буровой установкой. Система содержит первый уровень, содержащий множество контроллеров подсистем, соединенных с множеством подсистем буровой установки, множество контроллеров подсистем выполнены с возможностью управления рабочими параметрами множества подсистем буровой установки. Система также содержит второй уровень, выполненный с возможностью получения информации из первого уровня на основании функционирования множества подсистем буровой установки, и обеспечения управления множеством подсистем буровой установки. Система дополнительно содержит третий уровень, выполненный с возможностью выполнения одного или нескольких технологических приложений и предоставления основанной на описании задач команды на второй уровень.
[0005]
Варианты реализации изобретения могут также обеспечить систему управления буровой установкой. Система содержит множество первых контроллеров, каждый из которых выполнен с возможностью управления рабочим параметром соответствующей подсистемы буровой установки из множества подсистем буровой установки и для получения от нее данных датчика, при этом множество первых контроллеров выполнено с возможностью обеспечения контура управления с обратной связью для выполнения команды, связанной с рабочим параметром. Система дополнительно содержит второй контроллер, выполненный с возможностью получения данных датчика от множества первых контроллеров и координации управления множеством подсистем буровой установки.
[0006]
Варианты реализации изобретения могут дополнительно обеспечить способ управления буровой установкой. Способ включает управление рабочими параметрами множества подсистем буровой установки с использованием множества контроллеров подсистем в первом уровне. Каждый из множества контроллеров подсистем управляет одной из множества подсистем буровой установки независимо от других из множества контроллеров подсистем. Способ также включает формирование информации обратной связи с использованием первого уровня, на основании функционирования множества подсистем буровой установки, и получение информации обратной связи из первого уровня на втором уровне. Способ дополнительно включает координацию работы множества подсистем буровой установки с использованием второго уровня.
[0007]
Вышеприведенная сущность изобретения представлена для определения подмножества признаков, описанных ниже более подробно. Таким образом, данная сущность не должна рассматриваться как исчерпывающая или ограничивающая раскрытые варианты реализации изобретения или прилагаемую формулу изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0008]
Сопроводительные графические материалы, включенные в настоящий документ и составляющие его часть, иллюстрируют варианты реализации настоящего изобретения и вместе с описанием служат для пояснения принципов настоящего изобретения. На фигурах:
[0009]
На Фиг. 1 показан схематический вид буровой установки и системы управления в соответствии с вариантом реализации изобретения.
[0010]
На Фиг. 2 показан схематический вид буровой установки и удаленной среды вычислительных ресурсов в соответствии с вариантом реализации изобретения.
[0011]
На Фиг. 3A, 3B, и 4 показаны концептуальные, схематические изображения системы управления буровой установкой в соответствии с вариантом реализации изобретения.
[0012]
На Фиг. 5 показана схема последовательности операций способа управления подсистемами буровой установки в соответствии с вариантом реализации изобретения.
[0013]
На Фиг. 6 показан схематический вид системы для отображения данных датчика в технологическом приложении в соответствии с вариантом реализации изобретения.
[0014]
На Фиг. 7 показана схема последовательности операций способа для отображения данных датчика в технологическом приложении в соответствии с вариантом реализации изобретения.
[0015]
На Фиг. 8 показан схематический вид системы для преобразования одного или нескольких рабочих параметров подсистемы в соответствии с вариантом реализации изобретения.
[0016]
На Фиг. 9 показана схема последовательности операций способа для преобразования одного или нескольких рабочих параметров подсистемы в соответствии с вариантом реализации изобретения.
[0017]
На Фиг. 10 показан схематический вид системы управления буровой установкой с координированным управлением в соответствии с вариантом реализации изобретения.
[0018]
На Фиг. 11 показана схема последовательности операций способа для координированного управления системой буровой установки в соответствии с вариантом реализации изобретения.
[0019]
На Фиг. 12 показан схематический вид системы управления буровой установкой с аппаратно-программным средством сетевой защиты между подсистемами и системой управления буровой установкой в соответствии с вариантом реализации изобретения.
[0020]
На Фиг. 13 показана схема последовательности операций способа для выборочного разрешения передачи информации от подсистем в систему управления буровой установкой в соответствии с вариантом реализации изобретения.
[0021]
На Фиг. 14 показан схематический вид вычислительной системы в соответствии с вариантом реализации изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0022]
Далее приведено подробное раскрытие конкретных вариантов реализации изобретения, проиллюстрированных на сопроводительных графических материалах и фигурах. Для обеспечения полного понимания настоящего изобретения в нижеследующем подробном описании изложены многочисленные конкретные детали. Однако для специалиста в данной области техники будет очевидно, что варианты реализации изобретения могут применяться на практике и без указанных конкретных деталей. В других примерах подробные данные известных способов, процедур, компонентов, схем и сетей не описываются, чтобы чрезмерно не затруднять понимание аспектов вариантов реализации изобретения.
[0023]
Также следует понимать, что, несмотря на то, что числительные «первый», «второй» и т.д. используются в настоящем документе для описания различных элементов, указанные элементы не ограничены этими числительными. Эти числительные использованы исключительно для того, чтобы отличить один элемент от другого. Например, первый объект может быть назван вторым объектом или этапом, и, аналогично, второй объект может быть назван первым объектом или этапом, без выхода за пределы объема настоящего изобретения.
[0024]
Терминология, используемая в описании изобретения в данном документе, предназначена лишь для описания конкретных вариантов реализации изобретения и не имеет ограничительного характера. В описании изобретения и прилагаемой формуле изобретения, формы единственного числа включают также формы множественного числа, если из контекста явно не следует иное. Также следует понимать, что используемое в настоящем документе сочетание «и/или» означает и охватывает любые и все возможные комбинации одного или более из соответствующих упомянутых элементов. Также следует понимать, что выражения «включает», «включающий», «содержит» и/или «содержащий» при их применении в данном описании указывают на наличие определенных признаков, целых чисел, этапов, операций, элементов и/или компонентов, но не исключают наличие либо добавление одного или более иных признаков, целых чисел, этапов, операций, элементов, компонентов и/или их групп. Кроме того, используемый в настоящем документе союз «если» может означать «когда» или «в случае», или «в случае определения», или «в случае обнаружения» в зависимости от контекста.
[0025]
На Фиг. 1 показан концептуальный схематический вид системы 100 управления, предназначенной для буровой установки 102 в соответствии с вариантом реализации изобретения. Система 100 управления может включать в себя среду 105 вычислительных ресурсов буровой установки, которая может быть расположена на площадке на буровой установке 102, и в некоторых вариантах реализации изобретения может содержать устройство 104 координированного управления. Система 100 управления также может обеспечивать систему 107 диспетчерского управления. В некоторых вариантах реализации изобретения система 100 управления может содержать удаленную среду 106 вычислительных ресурсов, которая может располагаться за пределами буровой установки 102.
[0026]
Удаленная среда 106 вычислительных ресурсов может содержать вычислительные ресурсы, расположенные за пределами буровой установки 102 и доступные по сети. Одним из примеров удаленного вычислительного ресурса является «облачная» вычислительная среда. Облачная вычислительная среда может обмениваться данными со средой 105 вычислительных ресурсов буровой установки посредством сетевого соединения (например, соединения по глобальной вычислительной сети (WAN) или локальной вычислительной сети (LAN)). В некоторых вариантах реализации изобретения удаленная среда 106 вычислительных ресурсов может по меньшей мере частично располагаться на площадке, например, позволяя управлять различными аспектами буровой установки 102 на площадке посредством удаленной среды 106 вычислительных ресурсов (например, посредством мобильных устройств). Соответственно, «удаленный» не должен ограничиваться каким-либо конкретным удалением от буровой установки 102.
[0027]
Кроме того, буровая установка 102 может содержать различные системы с разнообразными датчиками и оборудованием для выполнения операций буровой установки 102, а контроль и управление буровой установкой может осуществляться при помощи системы 100 управления, например, средой 105 вычислительных ресурсов буровой установки. Дополнительно, среда 105 вычислительных ресурсов буровой установки может обеспечивать возможность защищенного доступа к данным буровой установки для осуществления контроля буровой установки устройствами пользователя, расположенными на площадке и за ее пределами, передачи данных процессов управления на буровую установку и выполнения аналогичных операций.
[0028]
Различные приведенные в качестве примера системы буровой установки 102 показаны на Фиг. 1. Например, буровая установка 102 может содержать скважинную систему 110, систему 112 флюида и центральную систему 114. Указанные системы 110, 112, 114 могут также представлять собой примеры «подсистем» буровой установки 102, как описано в данном документе. В некоторых вариантах реализации изобретения буровая установка 102 может содержать информационно-технологическую (ИТ) систему 116. Скважинная система 110 может содержать, например, компоновку низа бурильной колонны (КНБК), забойные двигатели, датчики и прочие компоненты, размещенные в бурильной колонне, и/или другое бурильное оборудование, выполненное с возможностью размещения в стволе скважины. Соответственно, скважинная система 110 может охватывать приспособления, расположенные в стволе скважины, например, представляющие собой часть бурильной колонны, используемой для бурения скважины.
[0029]
Система 112 флюида может содержать, например, буровой раствор, насосы, клапаны, цемент, оборудование для подачи бурового раствора, оборудование для контроля параметров бурового раствора, оборудование для регулирования давления, сепараторы и другое оборудование для флюидов. Соответственно, система 112 флюида может осуществлять операции буровой установки 102, связанные с флюидом.
[0030]
Центральная система 114 может содержать спуско-подъемную и поворотную платформу, верхние приводы, роторные столы, ведущие квадратные трубы, буровую лебедку, насосы, генераторы, оборудование подачи и укладки труб, буровые вышки, буровые мачты, фундаментные рамы и другое подходящее оборудование. Соответственно, центральная система 114 может осуществлять выработку электроэнергии, спуско-подъемные операции и вращение компонентов буровой установки 102, выполнять функцию опорной платформы для бурильного оборудования и площадки для осуществления работ на буровой установке, таких как выполнение соединений и других операций. ИТ система 116 может содержать программное обеспечение, компьютеры и другое ИТ оборудование для осуществления ИТ операций на буровой установке 102.
[0031]
Система 100 управления, например, с использованием устройства 104 координированного управления среды 105 вычислительных ресурсов буровой установки может осуществлять контроль датчиков различных систем буровой установки 102 и подавать управляющие команды на различные системы буровой установки 102 таким образом, что данные датчиков различных систем могут использоваться для подачи управляющих команд на различные системы буровой установки 102. Например, система 100 может выполнять сбор согласованных по времени и степени охвата данных наземного оборудования и скважинных данных, полученных от буровой установки 102, и хранить собранные данные для обеспечения доступа на площадке в месте размещения буровой установки 102 или за пределами площадки с использованием среды 105 вычислительных ресурсов буровой установки. Таким образом, система 100 может обеспечивать возможность текущего контроля. Кроме того, система 100 управления может содержать диспетчерское управление посредством системы 107 диспетчерского управления.
[0032]
В некоторых вариантах реализации изобретения одна или несколько из скважинной системы 110, системы 112 флюида и/или центральной системы 114, может быть изготовлена и/или находиться под управлением различных поставщиков. В таком варианте реализации изобретения определенные системы могут не иметь возможности единого управления (например, вследствие использования различных протоколов, ограничений, касающихся разрешения на управление, проблем безопасности для разных систем управления и т.д.). Однако вариант реализации системы 100 управления, которая является единой, может обеспечивать управление буровой установкой 102 и связанных с ней систем (например, скважинной системой 110, системой 112 флюида и/или центральной системой 114). Кроме того, скважинная система 110 может содержать одну или множество скважинных систем. Аналогично, система 112 флюида и центральная система 114 могут содержать одну или множество систем флюида и центральных систем, соответственно.
[0033]
В дополнение к этому, устройство 104 координированного управления может взаимодействовать с устройством (устройствами) пользователя (например, человеко-машинным интерфейсом (интерфейсами)) 118, 120. Например, устройство 104 координированного управления может получать команды от устройств пользователя 118, 120 и может выполнять команды с использованием двух или более систем 110, 112, 114 буровой установки, например, таким образом, что в буровых системах 110, 112, 114 можно избежать работы двух или более систем 110, 112, 114 буровых установок в условиях согласованности и/или во внештатных условиях.
[0034]
На Фиг. 2 показан концептуальный схематический вид системы 100 управления в соответствии с вариантом реализации изобретения. Среда 105 вычислительных ресурсов буровой установки может осуществлять обмен данными с внеплощадочными устройствами и системами с использованием сети 108 (например, глобальной вычислительной сети (WAN), такой как Интернет). Кроме того, среда 105 вычислительных ресурсов буровой установки может обмениваться данными с удаленной средой 106 вычислительных ресурсов через сеть 108. На Фиг. 2 также показаны вышеуказанные типовые системы буровой установки 102, такие как скважинная система 110, система 112 флюида, центральная система 114 и ИТ система 116. В некоторых вариантах реализации изобретения одно или несколько устройств 118 пользователя, расположенных на площадке, также могут содержаться в оборудовании буровой установки 102. Устройства 118 пользователя, расположенные на площадке, могут взаимодействовать с ИТ системой 116. Устройства 118 пользователя, расположенные на площадке, могут содержать любое количество устройств пользователя, например, стационарных устройств пользователя, предназначенных для размещения на буровой установке 102, и/или портативных устройств пользователя. В некоторых вариантах реализации изобретения, устройства 118 пользователя, расположенные на площадке, могут содержать настольный компьютер, ноутбук, смартфон, карманный персональный компьютер (КПК), планшетный элемент, переносимый компьютер или другие подходящие устройства. В некоторых вариантах реализации изобретения, устройства 118 пользователя, расположенные на площадке, могут обмениваться данными со средой 105 вычислительных ресурсов буровой установки 102, удаленной средой 106 вычислительных ресурсов или с ними обеими.
[0035]
Одно или более внеплощадочных устройств 120 пользователя также могут содержаться в системе 100. Внеплощадочные устройства 120 пользователя могут содержать настольный компьютер, ноутбук, смартфон, карманный персональный компьютер (КПК), планшетный элемент, носимый компьютер или другие подходящие устройства. Внеплощадочные устройства 120 пользователя могут быть выполнены с возможностью приема и/или передачи информации (например, данных контроля функциональности) от буровой установки 102 и/или к ней посредством обмена данными со средой 105 вычислительных ресурсов буровой установки. В некоторых вариантах реализации изобретения внеплощадочные устройства 120 пользователя могут обеспечивать процессы управления для управления работой различных систем буровой установки 102. В некоторых вариантах реализации изобретения внеплощадочные устройства 120 пользователя могут осуществлять обмен данными с удаленной средой 106 вычислительных ресурсов через сеть 108.
[0036]
Устройства 118 и/или 120 пользователя могут быть примерами человеко-машинного интерфейса. Такие устройства 118, 120 могут отображать обратную связь от различных подсистем буровой установки и разрешать пользователю вводить команды. В различных вариантах реализации изобретения такие человеко-машинные интерфейсы могут располагаться на площадке или за ее пределами, или и там и там.
[0037]
Системы буровой установки 102 могут содержать различные датчики, исполнительные механизмы и контроллеры (например, программируемые логические контроллеры (ПЛК)), которые могут обеспечивать обратную связь для использования в среде 105 вычислительных ресурсов буровой установки. Например, скважинная система 110 может содержать датчики 122, исполнительные механизмы 124 и контроллеры 126. Система 112 флюида может содержать датчики 128, исполнительные механизмы 130 и контроллеры 132. Дополнительно, центральная система 114 может содержать датчики 134, исполнительные механизмы 136 и контроллеры 138. Датчики 122, 128 и 134 могут включать любые подходящие датчики для работы буровой установки 102. В некоторых вариантах реализации изобретения датчики 122, 128 и 134 могут содержать камеру, датчик давления, датчик температуры, датчик расхода, датчик вибрации, датчик тока, датчик напряжения, датчик сопротивления, датчик или устройство распознавания жестов, устройство или датчик, приводимые в действие голосом или выполненные с возможностью распознавания речи, или другие подходящие датчики.
[0038]
Описанные выше датчики могут обеспечивать обратную передачу данных датчиков среде 105 вычислительных ресурсов буровой установки (например, устройству 104 координированного управления). Например, датчики 122 скважинной системы могут передавать данные 140 датчиков, датчики 128 системы флюида могут передавать данные 142 датчиков, а датчики 134 центральной системы могут передавать данные 144 датчиков. Данные 140, 142 и 144 датчиков могут содержать, например, данные рабочего состояния оборудования (например, включено или выключено, находится вверху или внизу, приведено в рабочее или нерабочее состояние и т.д.), параметры бурения (например, глубина, нагрузка на крюк, крутящий момент и т.д.), вспомогательные параметры (например, данные о вибрации насоса) и другие подходящие данные. В некоторых вариантах реализации изобретения полученные данные датчиков могут содержать отметку времени (например, дату, время или и то и другое), указывающую, когда были получены данные датчиков, или могут быть связаны с ней. Дополнительно, данные датчиков могут быть согласованы с глубиной или другим параметром бурения.
[0039]
Сбор данных датчиков устройством 104 координированного управления может способствовать измерению одинаковых физических характеристик на различных участках буровой установки 102. В некоторых вариантах реализации изобретения, измерение одинаковых физических характеристик может использоваться для достижения избыточности данных измерений с целью обеспечения возможности непрерывной работы скважины. В еще одном варианте реализации изобретения, измерения одинаковых физических характеристик на различных участках могут использоваться для выявления состояния оборудования на различных физических участках. В еще одном варианте реализации изобретения, измерения одинаковых физических характеристик с использованием разных датчиков могут предоставлять информацию об относительном качестве каждого измерения, что приводит к «более высокому» качеству измерения, используемого для управления буровой установкой, а также для технологических применений. Изменение в измерениях на различных участках в зависимости от времени может использоваться для определения производительности оборудования, производительности системы, сроков выполнения планового технического обслуживания и т.п. Более того, накопление данных датчиков от каждой подсистемы в централизованную среду может улучшить процесс и эффективность бурения. Например, данные состояния плашек (например, зажаты или отведены) могут быть получены от датчиков и переданы в среду 105 вычислительных ресурсов буровой установки, которая может использоваться, чтобы определять состояние буровой установки для автоматического управления. В другом примере получение образцов флюида может быть определено датчиком и сопоставлено с глубиной долота и временем, измеренными другими датчиками. Получение данных от датчика с камерой может способствовать определению поступления и/или монтажа материалов или оборудования в буровой установке 102. Время поступления и/или монтажа материалов или оборудования может использоваться для оценки степени ухудшения характеристик материала, сроков планового технического обслуживания оборудования и выполнения других оценок.
[0040]
Устройство 104 координированного управления может облегчать управление отдельными системами (например, центральной системой 114, скважинной системой или системой 112 флюида и т.д.) на уровне каждой отдельной системы. Например, в системе 112 флюида данные 128 датчиков могут подаваться на контроллер 132, который может использовать эти данные для управления исполнительными механизмами 130. Однако в случае управления операциями, в которых задействовано множество систем, координация управления может осуществляться при помощи устройства 104 координированного управления. Примеры таких операций с координированным управлением включают регулирование давления в скважине во время спуско-подъемных операций. На давление в скважине может влиять как система 112 флюида (например, расход насоса и положение штуцера), так и центральная система 114 (например, скорость спуско-подъемных операций). При необходимости поддержания определенного давления в скважине во время спуско-подъемных операций, устройство 104 координированного управления может использоваться для направления подходящих управляющих команд. Кроме того, в случае наличия контроллеров на основе моделей, которые используют сложные вычисления для достижения управляющего заданного значения, и которые обычно не реализованы в ПЛК-контроллерах подсистемы из-за сложности и высоких требований к вычислительной мощности, устройство 104 координированного управления может обеспечить подходящую вычислительную среду для реализации таких контроллеров.
[0041]
В некоторых вариантах реализации изобретения управление различными системами буровой установки 102 может выполняться посредством многоуровневой (например, трехуровневой) системы управления, которая содержит первый уровень контроллеров 126, 132 и 138, второй уровень устройства 104 координированного управления, и третий уровень системы 107 диспетчерского управления. Первый уровень контроллеров может отвечать за критически важные для безопасности операции управления или за обратную связью с быстродействующим контуром управления. Второй уровень контроллеров может отвечать за координированное управление множественным оборудованием или подсистемами и/или отвечать за контроллеры на основе сложных моделей. Третий уровень контроллеров может отвечать за планирование задач высокого уровня, например, управляющих системой буровой установки таким образом, чтобы она поддерживала определенное давление в скважине. В других вариантах реализации изобретения координированное управление может обеспечиваться одним или более контроллерами одной или нескольких систем 110, 112 и 114 буровой установки без использования устройства 104 координированного управления. В таких вариантах реализации изобретения среда 105 вычислительных ресурсов буровой установки может предоставлять процессы управления непосредственно этим контроллерам для координированного управления. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения контроллеры 126 и контроллеры 132 могут использоваться для координированного управления несколькими системами буровой установки 102.
[0042]
Данные 140, 142 и 144 датчиков могут приниматься устройством 104 координированного управления и использоваться для управления буровой установкой 102 и системами 110, 112 и 114 буровой установки. В некоторых вариантах реализации изобретения данные 140, 142 и 144 датчиков могут шифроваться для создания зашифрованных данных 146 датчиков. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения среда 105 вычислительных ресурсов буровой установки может шифровать данные датчиков от различных типов датчиков и систем для создания набора зашифрованных данных 146 датчиков. Таким образом, зашифрованные данные 146 датчиков будут недоступными для просмотра неавторизованными устройствами пользователя (устройствами пользователя, расположенными как вне площадки, так и на площадке), если такие устройства получают доступ к одной или более сетям буровой установки 102. Как было описано выше, зашифрованные данные 146, 142, 144 датчиков могут содержать отметку времени и соответствующий по времени параметр бурения (например, глубину). Зашифрованные данные 146 датчиков могут быть отправлены в удаленную среду 106 вычислительных ресурсов через сеть 108 и храниться в виде зашифрованных данных 148 датчиков.
[0043]
Среда 105 вычислительных ресурсов буровой установки может предоставлять зашифрованные данные 148 датчиков, доступные для внеплощадочного просмотра и обработки, например, через внеплощадочные устройства 120 пользователя. Доступ к зашифрованным данным 148 датчиков может быть ограничен посредством управления доступом, реализованного в среде 105 вычислительных ресурсов буровой установки. В некоторых вариантах реализации изобретения зашифрованные данные 148 датчиков могут предоставляться в режиме реального времени внеплощадочным устройствам 120 пользователя таким образом, что персонал за пределами площадки может просматривать данные о состоянии буровой установки 102 в реальном времени и реагировать с учетом данных датчиков в реальном времени. Например, различные сегменты зашифрованных данных 146 датчиков могут отправляться внеплощадочным устройствам 120 пользователя. В некоторых вариантах реализации изобретения зашифрованные данные датчиков могут расшифровываться средой 105 вычислительных ресурсов буровой установки перед передачей, или расшифровываться на внеплощадочном устройстве пользователя после получения зашифрованных данных датчиков.
[0044]
Внеплощадочное устройство 120 пользователя может включать в себя клиентское устройство (например, тонкий клиент), выполненное с возможностью отображения данных, полученных от среды 105 вычислительных ресурсов буровой установки и/или удаленной среды 106 вычислительных ресурсов. Например, для выполнения определенных функций или для просмотра различных данных датчиков могут использоваться несколько типов тонких клиентов (например, устройства с возможностью отображения и минимальной возможностью обработки).
[0045]
Среда 105 вычислительных ресурсов буровой установки может содержать различные вычислительные ресурсы, используемые для контроля и управления операциями, такие как один или более компьютеров, содержащих процессор и запоминающее устройство. Например, устройство 104 координированного управления может содержать компьютер, содержащий процессор и запоминающее устройство для обработки данных датчиков, хранения данных датчиков и генерации управляющих команд в ответ на данные датчиков. Как указано выше, устройство 104 координированного управления может управлять различными операциями различных систем буровой установки 102 посредством анализа данных датчиков от одной или более систем буровой установки (например, систем 110, 112, 114), чтобы обеспечить координированное управление между каждой системой буровой установки 102. Устройство 104 координированного управления может выполнять управляющие команды 150 для управления различными системами буровой установки 102 (например, системами 110, 112, 114 буровой установки). Устройство 104 координированного управления может направлять данные управления, определенные выполнением управляющих команд 150, одной или нескольким системам буровой установки 102. Например, данные 152 управления могут передаваться на скважинную систему 110, данные 154 управления могут передаваться на систему 112 флюида, а данные 154 управления могут передаваться на центральную систему 114. Данные управления могут содержать, например, команды оператора (например, включить или отключить насос, открыть или закрыть клапан, обновить заданное значение физической характеристики и т.д.). В некоторых вариантах реализации изобретения устройство 104 координированного управления может содержать быстродействующий контур управления, который непосредственно получает данные 140, 142 и 144 датчиков и выполняет, например, алгоритм управления. В некоторых вариантах реализации изобретения устройство 104 координированного управления может содержать медленнодействующий контур управления, который получает данные через среду 105 вычислительных ресурсов буровой установки для генерации управляющих команд.
[0046]
В некоторых вариантах реализации изобретения устройство 104 координированного управления может находиться между системой 107 диспетчерского управления и контроллерами 126, 132 и 138 систем 110, 112 и 114. Например, в таких вариантах реализации изобретения система 107 диспетчерского управления может использоваться для управления системами буровой установки 102. Система 107 диспетчерского управления может содержать, например, устройства для ввода управляющих команд с целью осуществления операций системами буровой установки 102. В некоторых вариантах реализации изобретения устройство 104 координированного управления может принимать команды от системы 107 диспетчерского управления, обрабатывать команды в соответствии с определенным правилом (например, алгоритмом, основанным на законах физики для операций бурения) и/или принимать данные процессов управления, полученные от среды 105 вычислительных ресурсов буровой установки, и предоставлять данные управления одной или более системам буровой установки 102. В некоторых вариантах реализации изобретения система 107 диспетчерского управления может предоставляться и/или может управляться сторонней организацией. В таких вариантах реализации изобретения устройство 104 координированного управления может координировать функции управления между системами дискретного диспетчерского управления и системами 110, 112 и 114, используя управляющие команды, которые могут оптимизироваться с учетом данных датчиков, полученных от систем 110, 112 и 114, и анализироваться с использованием среды 105 вычислительных ресурсов буровой установки.
[0047]
Среда 105 вычислительных ресурсов буровой установки может содержать процесс 141 контроля, который может использовать данные датчиков для получения информации о буровой установке 102. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения процесс 141 контроля может определять состояние процесса бурения, исправность оборудования, исправность систем, график технического обслуживания или любое их сочетание. Кроме того, процесс 141 контроля может отслеживать данные датчиков и определять качество одних или множества данных датчиков. В некоторых вариантах реализации изобретения среда 105 вычислительных ресурсов буровой установки может содержать процессы 143 управления, которые могут использовать данные 146 датчиков для оптимизации бурильных операций, например, управления бурильным оборудованием для повышения эффективности бурения, надежности оборудования и аналогичных целей. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения полученные данные датчиков могут использоваться для определения схемы подавления помех с целью улучшения обработки сигналов электромагнитной и гидроимпульсной телеметрии. Процессы 143 управления могут быть реализованы с использованием, например, алгоритма управления, компьютерной программы, встроенного программного обеспечения или другого подходящего аппаратного обеспечения и/или программного обеспечения. В некоторых вариантах реализации изобретения удаленная среда 106 вычислительных ресурсов может содержать процесс 145 управления, который может быть предоставлен среде 105 вычислительных ресурсов буровой установки.
[0048]
Среда 105 вычислительных ресурсов буровой установки может содержать различные вычислительные ресурсы, такие как, например, один компьютер или несколько компьютеров. В некоторых вариантах реализации изобретения среда 105 вычислительных ресурсов буровой установки может содержать виртуальную компьютерную систему и виртуальную базу данных или другую виртуальную структуру для собранных данных. Виртуальная компьютерная система и виртуальная база данных могут содержать один или более интерфейсов ресурса (например, веб-интерфейсы), которые позволяют отправлять вызовы через интерфейс программирования приложений (API) к различным ресурсам посредством запроса. Дополнительно, каждый из ресурсов может включать в себя один или более интерфейсов ресурса, которые обеспечивают возможность доступа ресурсов друг к другу (например, для обеспечения возможности хранения данных виртуальной компьютерной системой среды вычислительных ресурсов в базе данных или другой структуре для собранных данных, или извлечения данных из нее).
[0049]
Виртуальная компьютерная система может содержать совокупность вычислительных ресурсов, выполненных с возможностью создания экземпляров виртуальных машин. Виртуальная вычислительная система и/или компьютеры могут обеспечивать человеко-машинный интерфейс, посредством которого пользователь может взаимодействовать с виртуальной компьютерной системой через внеплощадочное устройство пользователя или, в некоторых вариантах реализации изобретения, устройство пользователя, расположенное на площадке. В некоторых вариантах реализации изобретения в среде 105 вычислительных ресурсов буровой установки могут использоваться другие компьютерные системы или службы компьютерной системы, такие как компьютерная система или служба компьютерной системы, предоставляющая вычислительные ресурсы на выделенных или совместно используемых компьютерах/серверах и/или других физических устройствах. В некоторых вариантах реализации изобретения среда 105 вычислительных ресурсов буровой установки может содержать один сервер (в дискретном аппаратном компоненте или в виде виртуального сервера) или несколько серверов (например, веб-серверы, серверы приложений или другие серверы). Серверы могут представлять собой, например, компьютеры, выполненные в любой физической и/или виртуальной конфигурации.
[0050]
В некоторых вариантах реализации изобретения среда 105 вычислительных ресурсов буровой установки может содержать базу данных, которая может являться совокупностью вычислительных ресурсов, обрабатывающих один или более наборов данных. Использование и управление такими наборами данных может осуществляться посредством вызовов API. Наборы данных, такие как данные датчиков, могут быть доступны другим ресурсам в среде вычислительных ресурсов буровой установки или устройствам пользователя (например, устройству 118 пользователя, расположенному на площадке, и/или внеплощадочному устройству 120 пользователя), обращающимся к среде 105 вычислительных ресурсов буровой установки. В некоторых вариантах реализации изобретения удаленная среда 106 вычислительных ресурсов может содержать вычислительные ресурсы, подобные описанным выше, такие как один компьютер или несколько компьютеров (в дискретных аппаратных компонентах или виртуальных компьютерных системах).
[0051]
На Фиг. 3A показан упрощенный концептуальный вид системы управления буровой установкой 300 для выполнения операций на буровой установке в соответствии с вариантом реализации изобретения. В целом система 300 может содержать концептуальные «уровни», в которых могут выполняться различные типы управляющих операций, например, последовательно большей сложности, как будет описано ниже. Это может позволить системе 300 быть модульной и работать на основе инкапсулированных данных, что может способствовать обновлению, обслуживанию, координированному управлению, расширяемости и т.д., примеры которых будут ниже описаны более подробно. Каждый уровень может содержать один или несколько (и/или часть или частей) контроллеров, которые могут выполнять программное обеспечение, выполненное с возможностью реализации задач, назначенных соответствующим уровням.
[0052]
В иллюстративном примере система 300 содержит нижний уровень 301(1), средний уровень 301(2) и верхний уровень 301(3). Термины «нижний», «средний» и «верхний» используются в данном документе для описания принципиального различия. В типовом варианте реализации изобретения нижний уровень может представлять собой концептуальный первый уровень, средний уровень может представлять собой концептуальный второй уровень, а верхний уровень может представлять собой концептуальный третий уровень. Концептуально, нижний уровень 301(1) может выполнять задачи низкой сложности быстродействующего контура управления физических подсистем буровой установки 102. Подсистемой бурового станка может быть любое устройство или группа устройств, которые выполнены с возможностью выполнения задач на буровой установке, такие как одна, или несколько, или часть центральной подсистемы, скважинной подсистемы, подсистемы флюидов и т.д. Примером такого управления может быть задание машинного параметра, такого как скорость вращения (например, выполнение команды «на основе параметра»). Нижний уровень 301(1) также может принимать результаты измерений от датчиков, расположенных в различных физических подсистемах.
[0053]
Средний уровень 301(2) может получать обратную связь (например, обратную связь датчика, как показано) от нижнего уровня 301(1), может принимать решения на основе этой обратной связи, может выполнять координацию контроллеров нескольких устройств или подсистем в нижнем уровне 301(1) и может приводить в исполнение контроллеры на основе сложных моделей, которые выполняют интенсивные вычислительные задачи и могут быть недоступны в контроллере ПЛК-типа нижнего уровня 301(1). Примером такого координированного управления может являться поддержание постоянного давления в скважине, которое может потребовать двух или более контроллеров на нижнем уровне 301(1) для координации работы буровых лебедок, бурового насоса и штуцера на обратной линии при бурении с управляемым давлением (БУД). Примером контроллера на основе сложных моделей может являться работа симулятора крутящего момента и сопротивления для того, чтобы управлять крутящим моментом на поверхности для проводки направления скважины. Данные датчиков, на основании которых выполняется определение в среднем уровне 301(2), могут поступать из нескольких различных подсистем, поскольку средний уровень 301(2) может иметь возможность доступа к информации о датчиках из различных подсистем, управляемых непосредственно нижним уровнем 301(1), и, таким образом, можно сказать, объединять данные датчиков для анализа.
[0054]
Средний уровень 301(2) также может обеспечивать тактовый сигнал, который может облегчать применение отметки времени, которая согласуется с данными датчиков, полученными в различных подсистемах буровой установки. В одном примере, средний уровень 301(2) может предоставлять данные тактового сигнала нижнему уровню 301(1), а контроллеры нижнего уровня 301(1) могут применять отметку времени на основе данных тактового сигнала. В другом примере, средний уровень 301(2) может применять отметку времени непосредственно к данным датчиков, полученным из нижнего уровня 301(1).
[0055]
Средний уровень 301(2) также может преобразовывать высокоуровневые, основанные на описании задач команды (например, для того, чтобы выполнить стендовые буровые работы) из верхнего уровня 301(3) в дискретные и/или независимые команды, которые могут выполняться отдельными контроллерами в среднем уровне 301(2) или нижнем уровне 301(1). Кроме того, средний уровень 301(2) может предоставлять доступные переменные верхнему уровню 301(3), что может позволить верхнему уровню 301(3) отрегулировать параметры системы 300 без риска для безопасности буровой установки. Верхний уровень 301(3) может обеспечивать корректировку этих доступных переменных, которые, опять же, средний уровень 301(2) может преобразовывать в одну или несколько дискретных команд для реализации в нижнем уровне 301(1).
[0056]
Верхний уровень 301(3) может выполнять операции более высокого уровня, как правило, недетерминированные операции, которые могут быть с относительно большей задержкой по сравнению с операциями нижнего и среднего уровней 301(1), 301(2). Продолжая описанный выше пример, верхний уровень 301(3) может выполнять программное обеспечение для выполнения, моделирования и/или планирования скважины, в результате чего можно определить, какое конкретное давление жидкости может подходить для использования. Таким образом, верхний уровень 301(3) может обеспечивать основанную на описании задач команду для создания условий, при которых давление этого флюида достигает определенного значения, которое средний уровень 301(2) может преобразовывать в одну или несколько дискретных команд (например, как часть контура обратной связи) для реализации нижним уровнем 301(1). В некоторых вариантах реализации изобретения верхний уровень 301(3) может обеспечивать тактовый сигнал, например, в дополнение к или вместо среднего уровня 301(2), обеспечивающего тактовый сигнал.
[0057]
При работе нижний уровень 301(1) может выполнять операции относительно низкой сложности. Они могут быть выполнены с использованием быстродействующего контура обратной связи и могут использоваться для обеспечения безопасности, модуляции рабочих параметров и т.д. Средний уровень 301(2) может выполнять операции более высокой сложности, такие как интеграция, а также координация нескольких подсистем, для достижения основанной на описании задач команды. Верхний уровень 301(3) может по-прежнему выполнять операции более высокой сложности, такие как операции по планированию, производству, моделированию скважины и т.д., которые могут генерировать основанные на описании задач команды.
[0058]
Соответственно, предоставление среднего уровня 301(2) может обеспечить инкапсуляцию вышеупомянутой подсистемы, что может облегчить меры безопасности в рамках подсистемы, например, избежать механического столкновения оборудования буровой установки. Средний уровень 301(2) дополнительно обеспечивает среду для выполнения координированного управления несколькими компонентами оборудования или подсистемами в относительно быстродействующем контуре (например, от 1 миллисекунды до 1 секунды). Кроме того, средний уровень 301(2) может способствовать свободному соединению различных подсистем буровой установки в системе управления буровой установкой, что позволяет легко интегрировать или удалять различные подсистемы в общую систему управления буровой установкой или из нее.
[0059]
Например, средний и верхний уровни 301(2), 301(3) могут не изменяться, когда подсистемы и/или контроллеры подсистем добавляются, удаляются или иным образом изменяются. Соответственно, средний и верхний уровни 301(2) и 301(3), возможно, не должны быть переквалифицированы для обеспечения безопасности. Кроме того, отдельные контроллеры подсистем в нижнем уровне 301(1) могут отвечать за безопасность в пределах отдельной подсистемы, как, например, чтобы избежать механических столкновений. Благодаря инкапсуляции подсистем и свободному соединению каждой подсистемы изменения в одной подсистеме могут не требовать изменений или переквалификации других подсистем. Таким образом, хотя новая или измененная отдельная подсистема может привести к (пере)квалификации этой подсистемы, поскольку элементы управления безопасностью инкапсулированы в пределах отдельных контроллеров подсистемы, другие контроллеры подсистем могут не переквалифицироваться. Соответственно, можно сократить затраты времени и усилий для настройки компонентов подсистем.
[0060]
В дополнение, когда различные подсистемы электрически соединены через нижний уровень 301(1), программные изменения среднего уровня 301(2), например, вместо аппаратных изменений, могут использоваться для управления новой, замененной или оставшейся подсистемой или подсистемами (например, после удаления), включая координированное управлением между двумя или более системами.
[0061]
Кроме того, нижний уровень 301(1) может содержать системы резервирования, например, выдающие избыточную информацию о рабочих параметрах буровой установки. Средний уровень 301(2) может распознавать такие избыточные данные и, кроме того, может использовать тенденции и/или сравнения между такой избыточной информацией для определения точной информации, например, путем выбора данных от датчика, который представляется более точным или надежным.
[0062]
Фиг. 3B иллюстрирует более подробный концептуальный схематический вид системы 300 в соответствии с вариантом реализации изобретения. Как показано, система 300 может содержать систему 302 управления буровой установкой, которая может содержать различные контроллеры (например, один или несколько программируемых логических контроллера), и которая может реализовывать один или несколько вышеупомянутых уровня 301(1)-(3). Например, система 302 управления буровой установкой может содержать один или несколько контроллеров подсистем (показано три: 308, 310, 312), которые могут быть выполнены с возможностью управления работой физических подсистем, таких как насосные системы, системы бурения с управляемым давлением, буровые лебедки, система верхнего силового привода, скважинные системы, их части, их комбинации и т.д.
[0063]
Соответственно, контроллеры 308, 310, 312 подсистемы могут быть способны изменять рабочие параметры связанных подсистем, причем такие модификации автоматически выполняются связанной физической подсистемой. В некоторых вариантах реализации изобретения управление различными подсистемами может быть разделено так, что один контроллер 308, 310, 312 подсистемы не может непосредственно управлять другой подсистемой. В другом варианте реализации изобретения один контроллер 308, 310, 312 подсистемы может непосредственно управлять оборудованием из другой подсистемы. Кроме того, контроллеры 308, 310, 312 подсистем могут осуществлять обмен данными с одним или несколькими контроллерами диспетчера (показано три: 314, 316, 318), например, соответственно.
[0064]
Отдельные контроллеры 308, 310, 312 подсистем могут функционировать квази-независимо. Например, отдельные контроллеры 308, 310, 312 подсистем могут быть способны реализовать контуры обратной связи, а также контролировать условия безопасности в подсистемах буровой установки, например, без обращения к другим контроллерам 308, 310, 312 системы. Такая инкапсуляция управления нижнего уровня может допускать слабосвязанную систему, в которой работа подсистем (например, их координация) может выполняться, по меньшей мере частично, с помощью программного обеспечения, чтобы облегчить модификацию нижнего уровня 301 (1), например, путем добавления, изменения или удаления подсистем.
[0065]
Контроллеры 314, 316, 318 диспетчера служат в качестве интерфейса между средним уровнем 301(2) и нижним уровнем 301(1), обеспечивая взаимодействие между ними. Например, контроллеры 314, 316, 318 диспетчера могут осуществлять обмен данными с нижним уровнем 301(1) через определенный протокол магистральной шины (например, ProfiNET, ProfiBUS и т.д.). Они могут дополнительно осуществлять обмен данными со средним уровнем 301(2) посредством ориентированного на обработку данных протокола издатель-подписчик (такого как DDS). Они содействуют слабосвязанному характеру подсистем. Контроллеры 314, 316, 318 диспетчера могут быть выполнены с возможностью получения данных от различных видов контроллеров подсистем. Различные виды контроллеров подсистем могут иметь разные конфигурации, считывать разные типы данных от разных видов датчиков, реализовывать различные типы команд (например, на основе разных аппаратных средств в подсистемах) и т.д. Соответственно, контроллеры 314, 316, 318 диспетчера могут содержать части подсистем, которые могут быть выполнены с возможностью учета таких различий.
[0066]
Таким образом, контроллеры 308, 310, 312 подсистемы и часть подсистемы на стороне контроллеров 314, 316, 318 диспетчера могут обеспечивать по меньшей мере часть нижнего уровня 301(1). Каждый контроллер 308, 310, 312 подсистемы может отображать информацию в систему 302 управления буровой установкой через контроллеры 314, 316, 318 диспетчера, соответственно, и на основании этого может выполнять детерминированные команды, связанные с рабочими параметрами физических подсистем. Данные датчиков, полученные каждой подсистемой, могут иметь функцию самокалибровки или автоматической калибровки и могут содержать показатели качества для указания состояния ее работоспособности (например, «хорошее» или «плохое»). Например, контроллеры 308, 310, 312 подсистем могут отображать интерфейсы, используемые для функционирования такой системы. Таким образом, логическая схема каждой подсистемы может быть инкапсулирована, и в каждой подсистеме может быть реализована политика безопасности. Благодаря этой инкапсуляции отдельная подсистема может быть обновлена способом «подключи и работай», например, без необходимости каких-либо изменений или переквалификации других подсистем.
[0067]
Контроллеры 314, 316, 318 диспетчера могут также содержать часть операционной системы и, таким образом, могут образовывать границу между нижним уровнем 301(1) и средним уровнем 301(2). Части операционной системы могут взаимодействовать с блоком 320 коммутации, координации и управления (в дальнейшем - блок 320 управления). Средний уровень 301(2) может содержать часть диспетчера блока управления 320.
[0068]
Блок 320 управления может осуществлять обмен данными с контроллерами 314, 316, 318 диспетчера и может передавать между ними информацию для обеспечения координированного управления различными подсистемами. Кроме того, блок 320 управления может содержать операционную систему, которая может работать для обеспечения того, чтобы изменения в одной подсистеме учитывались при работе другой подсистемы, что будет описано ниже более подробно. Блок 320 управления может также служить в качестве контроллера обратной связи второго уровня, принимая информацию от контроллеров 314, 416, 318 диспетчера и определяя какие, если такие нужны, корректировки должны быть выполнены для выполнения операций управления более высокого уровня и предоставления таких корректировок детерминировано контроллерам 314, 316, 318 диспетчера.
[0069]
Кроме того, блок 320 управления может реализовывать защитные блокировки между различными подсистемами, которые могут служить для обеспечения работы одной подсистемы, не нарушая безопасности других (например, вызывая внештатные параметры физических подсистем). Кроме того, блок 320 управления может содержать контроллеры, которые могут координировать работу различных подсистем для достижения цели управления, например, координацию работы насосов (например, в системе флюида), верхнего силового привода (например, в центральной системе буровой установки) и штуцера потока скважины (например, в системе бурения с управляемым давлением). Блок 320 управления может дополнительно реализовать средство разрешения конфликтов при управлении, которое осуществляет арбитраж управляющих команд, поступающих от различных компонентов, таких как человеко-машинный интерфейс 324 системы управления, интерфейс диспетчерского управления в сетевой схеме 306 процесса или от контроллеров в блоке 320 управления. Когда возникает конфликт, средство разрешения конфликтов может решить, какая команда управления может быть выполнена, а какая может быть проигнорирована. Результаты арбитража могут предоставляться различным компонентам (например, человеко-машинному интерфейсу 324, диспетчерскому управлению (например, высокоскоростному контроллеру 402) и т.д.) в системе. Система 302 управления буровой установкой может работать в режиме реального времени для поддержки такого координированного управления различных подсистем.
[0070]
Кроме того, блок 320 управления может формировать границу между средним уровнем 301(2) и верхним уровнем 301(3). Например, блок 320 управления может содержать часть диспетчера (в среднем уровне 301(2)), которая может взаимодействовать с контроллерами 314, 316, 318 диспетчера, и часть процесса (в верхнем уровне 301(3)), которая может взаимодействовать с сетевой схемой 306 процесса, например, через мост 304 управления процессом. Мост 304 управления процессом может подтверждать идентификацию и авторизацию модификаций, полученных из-за пределов системы 302 управления буровой установкой.
[0071]
Блок 320 управления, например, часть диспетчера в среднем уровне 301(2), может выполнять программное обеспечение, которое может определять, какие системные переменные могут быть отображены в сетевой схеме 306 процесса. Кроме того, блок 320 управления может получать команды планирования задачи из сетевой схемы 306 процесса и может преобразовывать эти команды в дискретные команды, например, с использованием правил, логических процедур и т.д., чтобы выполнить цель проекта, указанную одним или несколькими приложениями, выполняемыми сетевой схемой 306 процесса. Протокол обмена данными, используемый в этом среднем уровне среди разных участников (диспетчер 1, диспетчер 2 и блок 320 управления и т.д.), может использовать межплатформенное ориентированное на обработку данных коммуникации программное обеспечение с подходящим показателем качества, чтобы гарантировать, что команды надежно передаются с характеристиками реального времени.
[0072]
Мост 304 управляющего процесса может поддерживать связь между сетевой схемой 306 процесса и блоком 320 управления. В одном варианте реализации изобретения мост 304 управления процессом может служить сервером архивных данных для взаимодействия между системой 302 управления буровой установкой и сетевая схема 306 процесса. Соответственно, мост 304 управления процессом может предоставлять экспертные данные в случае сбоя (аналогичного устройству черного ящика на воздушном судне), которые впоследствии могут быть доступны и использованы для устранения неполадок или тому подобного.
[0073]
Сетевая схема 306 процесса может обеспечивать среду, в которой могут выполняться более сложные или высокоуровневые приложения диспетчерского управления, а также приложения для анализа и мониторинга данных. Такие приложения могут представлять собой примеры технологических приложений 322. Технологические приложения 322 могут выполнять такие задачи, как планирование скважины, моделирование, оптимизация параметров бурения и т.д. Такие приложения могут быть отделены от системы 302 управления буровой установкой, как отмечено выше, чтобы избежать циклов блокировки или других ситуаций, которые могут повлиять на своевременную работу системы 302 управления буровой установкой.
[0074]
Система 300 может также содержать терминал или человеко-машинный интерфейс 324. Терминал 324 может позволить пользователю просматривать данные, полученные датчиками различных подсистем, управляемых системой 302 управления буровой установкой. Терминал 324 может также позволять модификацию определенных рабочих параметров подсистем посредством взаимодействия с системой 302 управления буровой установкой. В некоторых вариантах реализации изобретения ЧМИ (человеко-машинный интерфейс) 324 может быть частью среднего уровня 301(1), так что команды, полученные из него, могут быть проверены на безопасность и/или скоординированы между одной или несколькими подсистемами, например, с использованием блока 320 управления и/или одного или больше контроллеров 314, 316, 318 диспетчера.
[0075]
Соответственно, различные подсистемы, система 302 управления буровой установкой, мост 304 и/или сетевая схема 306 процесса могут содержать множество различных контроллеров, которые могут быть реализованы как ПЛК. В некоторых случаях различные ПЛК могут функционировать с использованием разных интерфейсов. В некоторых реализациях это может привести к разрозненным дисплеям в общей системе управления установкой, поскольку унифицированное отображение того же «внешнего вида» может не поддерживаться. В настоящей системе 300, поскольку данные управления из каждой подсистемы отображаются для системы 302 управления буровой установкой через диспетчеры 314, 316, 318, можно поддерживать унифицированный внешний вид интерфейсов, связанных с различными контроллерами системы 300. Таким образом, система 300 может предоставлять абстрагированный интерфейс, который может реализовывать общее запоминающее устройство и/или унифицированный тактовый сигнал между контроллерами и подсистемами. Кроме того, система 300 может обеспечивать единичный тактовый сигнал для каждой подсистемы и, например, любые другие компьютерные системы на буровой установке, которые ниже будут описаны более подробно.
[0076]
Кроме того, этот унифицированный интерфейс может способствовать предоставлению информации различным интерфейсам. Объем информации, доступной в такой системе с совместно используемым запоминающим устройством, может быть огромным, и большим, чем требуется для выполнения любой отдельной операции или даже операции подсистемы буровой установки. Соответственно, интерфейс может обеспечивать снабжение информацией на основе ролевого принципа, предоставляя информацию пользователям на основе задач, которые они должны выполнять, и опускания другой информации, не связанной с их задачами. Интерфейс может дополнительно обеспечивать снабжение информацией на основе событийного принципа, предоставляя информацию пользователям на основе событий в операции.
[0077]
На Фиг. 4 показан схематический вид системы 300 на Фиг. 3, дополнительно иллюстрируя поток информации между ее компонентами в соответствии с вариантом реализации изобретения. Как показано, а также отмечено выше в отношении Фиг. 3B, система 302 управления буровой установкой осуществляет обмен данными с сетевой схемой 306 процесса (например, через мост 304 управления процессом, который не показан на Фиг. 4). Система 302 управления буровой установкой также осуществляет обмен данными с одной или несколькими подсистемами 400 буровой установки, например, с помощью контроллеров 308, 310, 312 подсистемы (Фиг. 3). В частности, система 302 управления буровой установкой может обеспечивать детерминированные команды и/или команды с малой задержкой для подсистем 400 буровой установки и получать от них данные датчиков. В системе 302 управления буровой установкой данным датчиков может быть задана отметка времени. Данные датчиков могут храниться локально в подсистемах 400 буровой установки и/или могут храниться в системе 302 управления буровой установкой или в другом месте, например, в базе данных, доступной для системы 302 управления буровой установкой. Данные датчиков также могут храниться в сетевой схеме 306 процесса.
[0078]
Система 302 управления буровой установкой может отображать определенные редактируемые параметры мосту 304 процесса управления. Они проиллюстрированы как «доступные переменные» на Фиг. 4. Кроме того, система 302 управления буровой установкой может получать детерминированные или недетерминированные команды от моста 304 управления процессом. В свою очередь, мост 304 управления процессом может предоставлять доступные переменные в сетевую схему 306 процесса, и может получать от нее команды. Команды, полученные от сетевой схемы 306 процесса, могут быть детерминированными или не быть детерминированными.
[0079]
Сетевая схема 306 процесса, например, выполняющая технологические приложения 322, может обладать функциональностью для высокоскоростного управления 402 и/или оптимизационного анализа 404 малого быстродействия. Например, такое высокоскоростное управление 402 может быстро принимать доступные переменные, принимать решения на их основе, и предоставлять быстрореагирующие команды, например, в режиме реального времени или приближаясь к нему. Напротив, оптимизационный анализ 404 малого быстродействия может принимать решения, которые являются более долгосрочными, например, на основе моделирования, интерпретации условий, тенденций и т.д. и может соответствующим образом корректировать операции буровой установки.
[0080]
В одном варианте реализации изобретения система 302 управления буровой установкой может иметь встроенную сетевую избыточность. Например, каждая подсистема может отображать данные управления, данные сбора, связанные с операцией, и данные мониторинга работоспособности оборудования, относящиеся к состоянию оборудования. Эти данные могут войти в систему 302 управления через диспетчеры 314, 316, 318. В некоторых вариантах реализации изобретения одна физическая сеть может переносить данные управления и собранные данные, а отдельная физическая сеть может переносить данные мониторинга работоспособности оборудования. В случае отказа в сети, которая переносит данные управления и собранные данные, другая сеть может автоматически переключаться на перенос данных управления и собранных данных, что позволяет продолжить работу системы управления буровой установкой.
[0081]
На Фиг. 5 показан способ 500 для управления подсистемой буровой установки в соответствии с вариантом реализации изобретения. Способ 500 может включать получение данных датчиков от подсистемы буровой установки, как показано на этапе 502. Данные датчиков могут представлять собой данные любого типа датчиков, относящихся к любому типу датчиков любой подсистемы. Соответственно, такие данные датчиков могут включать данные о положении, температуре, скорости, давлении, ускорении, вибрации и т.д., полученные от датчиков, расположенных в насосных системах, буровых лебедках, верхних силовых приводах, скважинных инструментах, системах бурения с управляемым давлением или любой другой подсистеме, связанной с буровой установкой. Каждые данные датчика могут содержать показатели качества (например, «хороший» или «плохой»), при этом показатель назначается на основе множества различных факторов. Кроме того, такие данные датчиков могут быть связаны с отметкой времени. Поскольку управление буровой установкой может осуществляться одной системой 300 (см., напр., Фиг. 3B), отметка времени может быть принудительно применена к данным измерений датчиков, что может обеспечить корреляцию данных датчиков с несколькими датчиками в нескольких подсистемах.
[0082]
Способ 500 может включать объединение данных датчиков, как показано на этапе 504. Такое объединение может включать в себя совмещение данных датчиков для предоставления вычисленных параметров, например, с использованием отметки времени. Другим примером объединения может быть, проще говоря, предоставление данных в базу данных, например, в сочетании с отметкой времени, например, сохранение данных датчика в запоминающем устройстве.
[0083]
Способ 500 также может включать определение отображаемых входных переменных, относящихся к подсистеме буровой установки, как показано на этапе 506. Отображаемые входные переменные могут относиться к одному или нескольким физическим рабочим параметрам подсистем буровой установки, но могут быть абстрагированы от них по меньшей мере одним уровнем. Соответственно, система 302 управления буровой установкой, получившая корректировки к отображаемым входным переменным, может определять, например, посредством работы блока 320, осуществлять ли изменения, вызванные модификациями отображаемых входных переменных, на основе, например, эксплуатационной безопасности подсистемы буровой установки. Это может защитить подсистемы буровой установки от работы вне конструкции.
[0084]
Определив, что следует отображать, способ 500 может включать совместное использование данных датчика с технологическими приложениями, как показано на этапе 508. Это может происходить, как показано на Фиг. 3 и 4, через мост 304 управления процессом.
[0085]
Способ 500 также может включать настройку одного или нескольких параметров подсистемы буровой установки в ответ на команды, связанные с отображаемыми входными переменными из технологического приложения и/или из человеко-машинного интерфейса, как показано на этапе 510. Кроме того, система 302 управления буровой установкой, например блок 320, реализующий способ 500, может координировать функции управления двумя или более подсистемами 512, так что регулировки, реализованные на основе команд, полученных на этапе 510, не оказывают отрицательного влияния на эксплуатационную безопасность.
[0086]
Фиг. 6 иллюстрирует схематический вид технологического потока 600, в которых данные датчиков могут отображаться в технологическом приложении в соответствии с вариантом реализации изобретения. Понятно, что это всего лишь иллюстративный пример, который и не считается ограничивающим. Скорее, технологический поток может быть обобщен для применения к любому типу данных, подсистемы, функции управления и т.д.
[0087]
Технологический поток 600 может начинаться с получения данных 602 датчиков от одного или нескольких датчиков, расположенных в подсистеме буровой установки. В конкретном примере, данные датчика 602 могут затем передаваться в систему 302 управления буровой установкой, где они могут храниться в запоминающем устройстве 604. По запросу, и если данные представляют собой отображаемые данные, система 302 управления буровой установкой может отображать измеренное значение 606 через мост 304 управления процессом. Затем это измеренное значение 606 может быть получено технологическим приложением 322, выполняемым в сетевой схеме 306 процесса (Фиг. 3).
[0088]
Фиг. 7 иллюстрирует схему последовательности операций способа 700 для передачи данных датчика из система 302 управления буровой установкой в сетевую схему 306 процесса в соответствии с вариантом реализации изобретения. Способ 700 может включать получение данных датчика от датчика подсистемы буровой установки. Как упоминалось выше, это может быть датчик любого типа от любой подсистемы буровой установки. Способ 700 также может включать объединение (хранение, вычисление вторичной переменной и т.д.) данных датчиков, как показано на этапе 704. Способ 700 может дополнительно включать получение запроса данных датчика из технологического приложения 322 через мост 304 управления процессом, как показано на этапе 706. Затем система 302 управления буровой установкой может идентифицировать одно или несколько значений, представляющих запрошенные данные датчиков, как показано на этапе 708. Если значения представляют собой отображаемые значения, система 302 управления буровой установкой может в ответ на запрос передавать одно или несколько значений технологического приложения через мост 304 технологического процесса, как показано на этапе 710.
[0089]
Фиг. 8 иллюстрирует технологический поток 800 для получение команд в системе 302 управления буровой установкой из технологического приложения 322 и/или человеко-машинного интерфейса 324 в соответствии с вариантом реализации изобретения. Пример на Фиг. 8 использует упрощенную работу насоса как один пример, однако будет понятно, что он является лишь иллюстративным примером и не считается ограничивающим. Скорее, этот пример может быть обобщен для использования с любой машиной, подсистемой, набором рабочих параметров, ячейками запоминающего устройства т.д.
[0090]
Технологический поток 800 может включать реализацию доступа к запоминающему устройству 802 подсистемы в первом состоянии. Запоминающее устройство 802 подсистемы может иметь несколько ячеек 001-004, как показано в этом упрощенном примере. Как показано, каждая ячейка запоминающего устройства может хранить значение, которое может соответствовать поименованному параметру.
[0091]
Отображаемая переменная может быть сохранена в ячейке 002 в этом упрощенном примере, который показывает здесь состояние насоса. Таким образом, система 302 управления буровой установкой может принимать команду изменения через отображаемую переменную запроса насоса, которая сохраняется в ячейке 001. В этом примере переменная запроса насоса соответствует запросу для запуска насоса.
[0092]
Затем система 302 управления буровой установкой может определить, будет ли изменение, запрошенное через отображаемую переменную, представлять собой «безопасное» изменение, например, будет ли подсистема (подсистемы) буровой установки работать в пределах безопасной проектной среды, если запрошенное изменение будет реализовано, как показано на этапе 806. Если запрос изменения должен быть реализован, система 302 управления буровой установкой может изменить физический параметр, в этом примере, переменную «запуск насоса», сохраненную в ячейке 004. Результат обновления может быть сохранен или иным образом передан в запоминающее устройство подсистемы, что приводит к состоянию 806 подсистемы, как показано. Понятно, что этот технологический поток 800 может применяться к любому типу подсистем с любым подходящим типом переменных.
[0093]
Фиг. 9 иллюстрирует схема последовательности операций способа 900 для безопасного изменения физический система параметр подсистемы в соответствии с вариантом реализации изобретения. Способ 900 может включать получение данных, представляющих одну или несколько управляющих переменных (рабочих параметров) для подсистемы, как показано на этапе 902. Способ 900 также может включать выбор одной или нескольких переменных для отображения вне подсистемы, таких, что модификация доступных переменных не будет влиять на безопасность подсистемы, как показано на этапе 904. Такие доступные переменные могут быть подобными переменной запроса насоса, рассмотренными выше на примере со ссылкой на Фиг. 8.
[0094]
Способ 900 также может включать получение модификации одной или более доступных переменных, как показано на этапе 906. Как отмечено выше, модификация доступной переменной может не соответствовать изменению системного параметра, но может вызвать, например, логическую процедуру системы 302 управления буровой установкой, которая может определять, следует ли изменять один или несколько рабочих параметров на основе изменения доступной переменной. Логическая процедура может, например, определить, безопасно ли изменять параметры подсистемы, как показано на этапе 908, в ответ на модифицированную доступную переменную. Если это небезопасно (то есть, определение на этапе 908 имеет значение «НЕТ»), способ 900 может включать выполнение корректирующих действий, как показано на этапе 910. Такие корректирующие действия могут включать в себя не выполнение изменения физического параметра и/или указание того, что запрошенное изменение, если оно будет реализовано, приведет к небезопасным, или выходящим за рамки проектных, рабочим условиям в одной или нескольких подсистемах.
[0095]
Если определение на этапе 908 означает, что модификация безопасна или может быть реализована иным образом (то есть определение «ДА» на этапе 908), способ 900 может перейти к модификации рабочего параметра подсистемы на основе модификации одной или нескольких доступных переменных, как показано на этапе 912.
[0096]
Фиг. 10 иллюстрирует схематический вид системы 1000 буровой установки с координированным управлением подсистем буровой установки в системе 300 управления буровой установкой в соответствии с вариантом реализации изобретения. Система 1000 буровой установки может содержать множество подсистем 1002, 1004, 1006 буровой установки. В этом примере подсистемы 1002, 1004, 1006 буровой установки могут представлять собой насос, скважинную систему и штуцер (например, как часть подсистемы бурения с управляемым давлением). Другие подсистемы могут использоваться в дополнение или вместо указанных.
[0097]
Эксплуатация системы 1000 буровой установки может быть реализована, по меньшей мере частично, с использованием, например, способ 1100, как показано на схема последовательности операций по Фиг. 11 в соответствии с вариантом реализации изобретения. Способ 1100 может включать получение в качестве входного сигнала указания о том, что две или более подсистемы 1002, 1004, 1006 буровой установки могут быть скоординированы в работе, как показано на этапе 1102. Способ 1100 также может включать получение заданного значения для параметра, который по меньшей мере частично управляется двумя или более подсистемами буровой установки, как показано на этапе 1104.
[0098]
Например, как проиллюстрировано на Фиг. 10, приложение 1008 терминала буровой установки может выполняться на человеко-машинном интерфейсе 324. Приложение 1008 терминала буровой установки может содержать селектор, указывающий, следует ли координировать работу, а также доступную переменную для пользовательской настройки. Например, доступная переменная может быть значением давления. Входные сигналы от приложения 1008 терминала буровой установки могут храниться в базе данных 1010 в сочетании с параметрами, к которым они относятся.
[0099]
Чтобы определить, как регулировать две или более подсистемы (например, штуцер 1006 и насос 1002) для осуществления желаемого изменения входной переменной, способ 1100 может включать в себя определение текущих значений для одного или нескольких параметров отдельных подсистем буровой установки, как показано на этапе 1106. Затем способ 1100 может передавать модель одного или нескольких изменений, которые могут иметь тенденцию влиять на параметр, который требуется изменить, чтобы определить изменения в двух или более системах буровых установок, которые позволяют системе 300 достигать требуемое изменение параметра, или приближаться к требуемому изменению параметра. Как только такие изменения моделируются, способ 1100 может перейти к настройке по меньшей мере одного из параметров по меньшей мере одной из двух или более подсистем буровой установки для достижения заданного значения, как показано на этапе 1110.
[00100]
Фиг. 12 иллюстрирует схематический вид системы 1200, которая содержит элементы управления доступом между контроллерами 308, 310, 312 подсистемы буровой установки в соответствии с вариантом реализации изобретения. Система 1200, в варианте реализации изобретения, может содержать аппаратно-программные средства 1202, 1204, 1206, 1208 сетевой защиты.
[00101]
Система 1200 может функционировать в соответствии с вариантом реализации способа 1300, как проиллюстрировано на схеме последовательности операций на Фиг. 13 в соответствии с вариантом реализации изобретения. Способ 1300 может включать в себя получение из первой подсистемы запроса данных из второй подсистемы, как показано на этапе 1302. Запрос, полученный на этапе 1302, может быть получен одним из аппаратно-программные средств 1202, 1204, 1206 сетевой защиты. Каждое из аппаратно-программных средств 1202, 1204, 1206 сетевой защиты может быть обеспечено автономным аппаратным оборудованием или программным обеспечением, реализованным в любом из компонентов системы 1200.
[00102]
Затем аппаратно-программные средства 1202, 1204, 1206 сетевой защиты могут определить, разрешен ли запрашивающей («первой») подсистеме доступ к запрошенным данным, как показано на этапе 1304. Например, подрядчики могут быть задействованы для ремонта, обслуживания или эксплуатации частей одной подсистемы, например подсистемы 400А. Однако ремонт одного контроллера 308, 310, 312 подсистемы может вызвать или не вызывать запрос информации о работе другого контроллера 308, 310, 312 подсистемы. Таким образом, аппаратно-программные средства 1202, 1204, 1206 сетевой защиты могут управлять доступностью информации как среди контроллеров 308, 310, 312 подсистемы, например, с использованием учетных данных, так и среди других устройств управления доступом.
[00103]
Если определение на этапе 1304 заключается в том, что данные не должны быть доступны, способ 1300 может перейти к блокировке запроса 1306. В противном случае способ 1300 может передавать запрос от аппаратно-программных средств 1202, 1204, 1206 сетевой защиты в систему 302 управления буровой установкой, например, в блок 320 и/или в соответствующий контроллер диспетчера.
[00104]
В некоторых вариантах реализации изобретения способы по настоящему изобретению могут выполняться вычислительной системой. Фиг. 14 иллюстрирует пример такой вычислительной системы 1400 в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения. Вычислительная система 1400 может содержать компьютер или компьютерную систему 1401A, которая может представлять собой отдельную компьютерную систему 1401А или систему распределенных компьютерных систем. Компьютерная система 1401А включает в себя один или несколько модулей 1402 анализа, которые выполнены с возможностью выполнения различных задач в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения, такими как один или несколько способов, описанных в данном документе. Для выполнения этих различных задач модуль 1402 анализа выполняет независимо или в координации с одним или несколькими процессорами 1404, который (или которые) соединены с одним или несколькими носителями 1406 данных. Процессор(ы) 1404 также подключен(ы) к сетевому интерфейсу 1407, чтобы позволить компьютерной системе 1401A осуществлять обмен данными по сети 1409 данных с одной или несколькими дополнительными компьютерными системами и/или вычислительными системами, такими как 1401B, 1401C, и/или 1401D (обратите внимание, что компьютерные системы 1401B, 1401C и/или 1401D могут иметь или не иметь общую архитектуру, такую как компьютерная система 1401A, и могут располагаться в разных физических месторасположениях, например, компьютерные системы 1401A и 1401B могут быть расположены в оборудовании для обработки данных, находясь во взаимодействии с одной или несколькими компьютерными системами, такими как 1401С и/или 1401D, которые расположены в одном или нескольких центрах обработки данных и/или расположены в разных странах на разных континентах).
[00105]
Процессор может включать в себя микропроцессор, микроконтроллер, процессорный модуль или подсистему, программируемую интегральную схему, программируемую логическую матрицу или другое устройство управления или вычислительное устройство.
[00106]

Носитель 1406 данных может быть реализован как один или несколько считаемых компьютером или машиночитаемых носителей данных. Следует отметить, что, хотя в типовом варианте реализации изобретения на Фиг. 14 носитель 1406 данных изображен в пределах компьютерной системы 1401A, в некоторых вариантах реализации изобретения носитель 1406 данных может быть распределен в пределах и/или по нескольким внутренним и/или внешним корпусам вычислительной системы 1401A и/или дополнительным вычислительным системам. Носитель 1406 данных может содержать один или более различных видов памяти, в том числе полупроводниковые запоминающие устройства, такие как динамические или статические оперативные запоминающие устройства (ДОЗУ или СОЗУ), стираемые программируемые постоянные запоминающие устройства (СППЗУ), электрически-стираемые программируемые постоянные запоминающие устройства (ЭСППЗУ), флэш-память, магнитные диски, например, жесткие, гибкие и съемные диски, другие магнитные носители данных, в том числе носители на магнитной ленте, оптические носители данных, такие как компакт-диски (CD) или цифровые видеодиски (DVD), диски BLURAY или другие типы оптических носителей данных либо другие типы запоминающих устройств. Следует отметить, что описанные выше команды могут быть предоставлены на одном читаемом компьютером или машиночитаемом носителе данных, или, в качестве альтернативы, они могут быть предоставлены на нескольких читаемых компьютером или машиночитаемых носителях данных, распределенных в большой системе, возможно, содержащей несколько узлов. Такой читаемый компьютером или машиночитаемый носитель или носители данных считается (считаются) частью продукта (или готового изделия). Продукт или готовое изделие может представлять собой любой готовый отдельный компонент или несколько компонентов. Носитель или носители данных могут быть размещены в компьютере, выполняющем машиночитаемые команды, или могут находиться в удаленном пункте, из которого машиночитаемые команды могут загружаться по сети для выполнения.
[00107]
В некоторых вариантах реализации изобретения вычислительная система 1400 содержит один или несколько модулей 1408 управления буровой установкой. В примере вычислительной системы 1400 компьютерная система 1401А содержит модуль 1408 управления буровой установкой. В некоторых вариантах реализации изобретения один модуль управления буровой установкой может использоваться для выполнения некоторых или всех аспектов одного или более вариантов реализации способов, описанных в данном документе. В альтернативных вариантах реализации изобретения для выполнения некоторых или всех аспектов способов, описанных в настоящем документе, может использоваться множество модулей управления буровой установкой.
[00108]
Следует понимать, что вычислительная система 1400 является лишь одним примером вычислительной системы и что вычислительная система 1400 может иметь больше или меньше компонентов, чем показано, может объединять дополнительные компоненты, не изображенные в типовом варианте реализации изобретения на Фиг. 14, и/или вычислительная система 1400 может иметь отличную конфигурацию или расположение компонентов, чем изображенные на Фиг. 14. Различные компоненты, изображенные на Фиг. 14, могут быть реализованы в виде аппаратного обеспечения, программного обеспечения или в виде сочетания аппаратного и программного обеспечения, содержащего одну или более интегральных схем для обработки сигналов и/или специализированных интегральных схем.
[00109]
Кроме того, этапы способов обработки, описанных в настоящем документе, могут быть реализованы посредством выполнения одного или более функциональных модулей устройства обработки информации, такого как процессор общего назначения или специализированная микросхема, например, специализированная интегральная схема (СИС), программируемая логическая матрица (ПЛМ), программируемое логическое устройство (ПЛУ) или другие соответствующие устройства. Такие модули, комбинации указанных моделей и/или их комбинации с универсальным аппаратным обеспечением находятся в пределах защищаемого объема настоящего изобретения.
[00110]
Предшествующее описание было приведено со ссылкой на конкретные варианты реализации с целью пояснения. Однако предшествующее иллюстративное описание не является исчерпывающим и не ограничивает изобретение конкретными раскрытыми формами. На основании изложенных выше принципов возможны многочисленные модификации и изменения. Кроме того, порядок, в котором элементы способов описаны и проиллюстрированы в настоящем документе, может быть изменен и/или два или более элементов могут выполняться одновременно. Варианты реализации изобретения были выбраны и описаны с целью пояснения по меньшей мере некоторых принципов изобретения и его практического применения, чтобы обеспечить другим специалистам в данной области техники возможность использовать описанные способы и системы и различные варианты реализации изобретения с разными модификациями, соответствующими конкретному предполагаемому применению.