Автоматизированная система управления процессом бурения нефтянных скважин
Арыкбаев И.М.
Аннотация
В отчете приведены результаты научно -исследовательской работы по автоматизации управления процессом бурения нефтяных скважин.
Приведено краткое описание использованных источников при изучении технологического процесса бурения нефтяных скважин, а также описаны научные исследования в данной теме.
Отчет содержит 13 страницы, в том числе 2рисунка.
Ключевые слова: Автоматизация управления, бурение, структурная схема, управление бурением.
Annotation
The report presents the results of research work on automating the control of the oil drilling process.
A brief description of the sources used in studying the technological process of drilling oil wells is provided, as well as scientific research in this topic.
The report contains 13 pages, including 2 drawings.
Key words: Control automation, drilling, block diagram, drilling management.
Введение
Автоматизация технологических процессов является важной частью научно-технического прогресса. Теоретические исследования в области совершенствования управления процессом бурения и его оптимизации открывают новые возможности для практического применения с появлением управляющей микропроцессорной техники и созданием автоматизированных систем на ее основе.
В течение многих лет проводились исследования по формированию микропроцессорной системы автоматизации бурения и разведки, методам и средствам управления, внедрению гибких технологий бурения. Множество примеров автоматизированных систем бурения скважин для разведки и добычи полезных ископаемых позволяет не только управлять процессом бурения в режиме реального времени с использованием любого из известных алгоритмов, но и собирать и обрабатывать информацию о процессе бурения, а также диагностировать работоспособность отдельных узлов и механизмов [1].
Автоматизация технологических процессов на основе передовых технологий должна обеспечить повышение качества выпускаемой продукции и снижение себестоимости продукции.
Необходимость этого вытекает из анализа производственной деятельности организации по выполнению запланированных задач. Несмотря на то, что внедрение современного оборудования, инструментов, перед овых технологий бурения, средств механизации и автоматизации работ, совершенствование организации в целом обеспечивают выполнение этих задач, в буровых и разведочных работах имеются значительные резервы для повышения производительности и улучшения технико-экономических показателей. Эти резервы заключаются, прежде всего, в автоматическом управлении и контроле процесса бурения и в улучшении организации работ.
В настоящее время, в условиях увеличения добычи, скорости и глубины бурения, психологическая и физическая нагрузка на персонал значительно возросла. Время простоя, обусловленное неправильными технологическими решениями в процессе бурения, составляет от 5% до 7% от общего баланса рабочего времени [2].
Процесс бурения, особенно в глубоких скважинах в условиях значительной неопределенности, подвержен сильным и мощным отвлекающим воздействиям, которые являются как основой минеральных, так и геолого-технических факторов и технологий. Таким образом, геологический разрез проекта может отличаться от реального, и, следовательно, технология бурения могут отличаться от фактического. Приходится отступать от технологии, использовать опыт, знания, интуицию, чтобы выяснить вовремя изменение категории буримости пород, неблагоприятную технологическую ситуацию. Бурить, не задавая проектных параметров режимов бурения, и варьируя ими в зависимости от условий очень сложно. Быстрее и дешевле использовать автоматизированную систему управления процессом бурения, которая будет поддерживать оптимальные решения в соответствии с заданным критерием оптимальности и установлением ограничений. С помощью автоматизированной системы становится возможным более строгий характер их процесса, широко внедряются передовые технологии бурения[3].
Устройство сбора и первичной обработки информации о состоянии процесса бурения является неотъемлемой частью автоматизированной системы управления этим процессом.
Описание системы управления процессом бурения нефтяных скважин
Данная система относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к способу и системе для автоматизированного управления работы буровыми установками. Система включает модуль сравнения и управления, а также датчики технологических параметров и исполнительный механизм, связанные с модулем сравнения и управления. Модуль сравнения и управления содержит программируемый контроллер и пульт оператора. Исполнительный механизм содержит сервопривод, установленный с возможностью воздействия на тормоз или вал барабана лебедки буровой установки. Датчики технологических параметров включают датчик расхода промывочной жидкости в нагнетательной линии, датчик импульсов для определения скорости вращения барабана буровой лебедки, датчик крутящего момента бурильного инструмента, датчик веса бурильной колонны на крюке буровой установки, датчик давления в нагнетательной линии, датчик импульсов для определения частоты вращения ротора бурильного инструмента [4]. Модуль сравнения и управления осуществляет регистрацию полученных с датчиков технологических параметров, прием задаваемых параметров работы буровой установки, подает на сервопривод исполнительного механизма сигналы на управление перемещением буровой лебедки на основании регистрируемых и задаваемых параметров. Технический результат заключается в повышении механической скорости бурения, уменьшении извилистости скважины, снижении биения вибраций и износа элементов, улучшении показателей работы забойного двигателя и срока службы долота, уменьшении человеческого фактора.
Разработка автоматизированной системы управления процессом бурения нефтяных скважин
Станция геолого-технологических исследований скважин функционально состоит из (Рисунок 1):
Рисунок 1. Структурная схема системы сбора и обработки технологической информации; газоаналитического оборудования; системы бесперебойного питания (опционально).
Соединения и блоки, показанные пунктиром, позволяют расширять измерительные и эксплуатационные возможности системы сбора.
Базовая комплектация станции геолого -технологических исследований скважин включает минимально необходимый набор приборов и оборудования для соответствия требованиям технических условий: система сбора и обработки технологической информации (частично), газоаналитическое оборудование (частично), система бесперебойного питания (опционально) [5].
Система сбора и обработки технологической информации предназначена для контроля технологических параметров бурения и состоит из:
блока управления «БУ»;
блоков концентратора связи БКС;
пульта бурильщика;
блоков распределительных взрывозащиты БРВ;
технологических датчиков;
устройств голосовой связи;
кабельного хозяйства;
вычислительного комплекса.
Для наглядного описания работы системы был разработан алгоритм автоматизации управления процессом бурения скважин.
Алгоритм автоматизации управления бурением нефтяных скважин (рисунок 2). представляет собой последовательность операций, направленных на обеспечение эффективного и безопасного бурения. Одной из ключевых особенностей данного алгоритма является возможность автоматического наращивания бурильной колонны в случае необходимости. Это позволяет сократить время на проведение данной операции и повысить общую эффективность процесса бурения.
Рисунок 2 - Алгоритм управления процессом бурения нефтяных скважин
Алгоритм также включает в себя процедуру промывки скважины после наращивания бурильной колонны, что обеспечивает удаление остатков материала и предотвращает возникновение проблем с оборудованием.
После достижения заданной глубины алгоритм автоматически останавливает процесс бурения и производит подъем бурильной колонны. Затем также производится промывка скважины для удаления остатков бурового раствора. бурение нефтяной скважина технологический
Важной частью алгоритма является процедура корректировки параметров работы оборудования в зависимости от условий бурения. Это позволяет адаптировать работу оборудования к изменяющимся условиям и обеспечить максимальную эффективность бурения.
В целом, алгоритм автоматизации управления бурением нефтяных скважин является эффективным инструментом для обеспечения безопасности и эффективности процесса бурения. Его использование позволяет сократить затраты времени и ресурсов, а также снизить вероятность возникновения аварийных ситуаций.
Автоматизация управления процессом бурения является одним из ключевых факторов повышения эффективности и безопасности работ. Она позволяет снизить затраты на бурение, сократить вр емя выполнения работ, уменьшить риски возникновения аварийных ситуаций и повысить качество получаемых данных о структуре и свойствах недр.
Заключение
В ходе научно-исследовательской работы был проведен анализ литературных источников, посвященных вопросу автоматизации управления процессом бурения нефтяных скважин. Были выявлены различные аспекты технологического процесса, проанализированы факторы и технологические характеристики процесса, влияющие процесс управления процессом бурения нефтяных скважин.
На основе исследований были разработаны структурная схема и алгоритм работы системы управления процессом бурения нефтяных скважин.
Используемые источники
1. Еремин Н.А., Селенгинский Д.А., О возможностях применения методов искусственного интеллекта в решении нефтегазовых задач / Н.А. Еремин, Д.А. Селенгинский // Известия ТулГУ. Науки о Земле. - Тула. Тульский государственный университет, 2023. - С. 201-211
2. Дмитриевский А.Н., Еремин Н.А., Басниева И.К., Цифровая модернизация нефтегазового производства в условиях снижения углеродного следа / А.Н. Дмитриевский, Н.А. Еремин, И.К. Басниева // Известия ТулГУ. Науки о Земле. - Тула. Тульский государственный университет, 2022. - С. 467476.
3. Тулемедов Ш., Чарыев О., Интеллектуальные технологии и инновации в добыче нефти и газа / Ш. Тулемедов, О. Чарыев // Всемирный ученый. - 2023. - С. 192-197
4. Мырадов Р. Особенности автоматизации в нефтегазовой отрасли / Р. Мырадов // Вестник науки. - 2023. - С. 937-940
5. Аманиязов Йа., Сапаров Б., Данатаров С., Инновационные технологии в нефтегазовой отрасли методы повышения эффективности добычи и экологической безопасности / Йа Аманиязов., Б. Сапаров, С. Данатаров // Вестник науки. - 2023. - С. 595-599