Мобильная буровая установка ИДЕЛЬ-140. 412 30.03 КП МБС ИДЕЛЬ-140. Мобильная буровая система идель140
 Скачать 1.63 Mb.
|
5 АНАЛИТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ПРОИЗВОДСТВАТекущий контроль параметров процесса бурения осуществляется с помощью следующих основных приборов: индикатора веса, манометра, моментомера, тахометра, а также приборов для измерения механической скорости и проходки. Индикатор веса. Осевая нагрузка на долото в каждый момент определяется при помощи индикатора веса. Этим прибором определяется также нагрузка, действующая на крюк талевой системы. Наибольшее распространение получили гидравлические индикаторы веса. Контроль за другими параметрами режима бурения. Давление бурового раствора измеряется датчиком, который монтируется на трубопроводе между насосами и стояком или на стояке нагнетательной линии буровых насосов. Частота вращения ротора измеряется тахометрами различных конструкций. Имеются также приборы по измерению механической скорости проходки и ряд других приборов, регистрирующих и показывающих забойные параметры процессов бурения (частота вращения вала турбобура, пространственное положение забоя скважины и т. д.). Все описанные приборы входят в комплект системы наземного контроля процессов бурения (ПКБ - пульт контроля процессов бурения). Номенклатура параметров, контролируемых пультом контроля процессов бурения, определяется в зависимости от мощности буровой установки. В последнее время все шире и шире внедряется передача параметров режима бурения на расстояние как при помощи проволочной, так и беспроволочной связи. Это позволяет на диспетчерских пунктах (участках) оборудовать специальные пульты, на которых монтируют показывающие и регистрирующие приборы параметров режима бурения каждой буровой. Диспетчер (инженер участка) получает возможность круглосуточно следить за работой буровых и при необходимости незамедлительно вносить нужные коррективы в процесс проводки скважин. Телеконтроль забойных параметров бурения. Телеметрия забойных параметров при бурении скважин — решающий фактор в создании автоматической системы управления процессом бурения. В результате работ, проведенных у нас и за рубежом создано достаточно большое количество приборов для контроля забойных параметров (под забойными параметрами понимаются напряженное состояние бурильной колонны, частота вращения долота, температура и давление на забое скважины, местоположение ствола скважины в пространстве и т. п.). При этом для связи с поверхностью используются различные виды каналов связи: 1) электропроводный с помощью встроенной в колонну труб линии связи; 2) беспроводные с передачей электрического сигнала по бурильной колонне и горным породам и передачей гидравлических импульсов по буровому раствору, заключенному в бурильной колонне; 3) механический - по телу бурильной трубы. Существует два принципиальных метода передачи сигнала с забоя по каналам связи - непрерывный и дискретный. Более удобный и надежный в практических целях - второй. В настоящее время находит все большее признание идея создания автономного забойного двигателя с одновременной регистрацией забойных параметров. Для телеконтроля комплекса параметров процесса бурения скважин электробурами и состояния двигателей электробуров разработано несколько систем. В этих системах передача телеметрических сигналов в скважине осуществляется по токоподводу электробура. Наибольшее распространение получила телеметрическая система СТЭ. 6 КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫИ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ6.1 Контроль производства и управление технологическим процессомС точки зрения методики автоматического управления процесс бурения практически не исследован. Анализ диаграммы записи параметров режимов бурения, записанный с максимально допустимой частотой, показывает практически непрерывные изменения как параметров, так и показателей процесса бурения. С какой частотой нужно управлять процессом бурения, как зависит его эффективность от частоты управления? При ручном управлении эти вопросы не возникали. При автоматическом управлении эта задача является принципиальной. Управляющие воздействия от системы управления к управляемому объекту должны поступать своевременно и в соответствии с изменившимися условиями бурения. От быстродействия управления во многом висят качество управления и конечный результат. А поскольку процесс бурения динамичен и требует частой корректировки управляющих воздействий, по крайней мере в сильно перемежающихся породах, то очевидно, что автоматизированная система управления обладает преимуществом перед человеком. Сложные с технологической или эксплуатационной точки зрения процессы могут быть объектом автоматизации управления с применением ЭВМ. Технологическая сложность процесса бурения обусловлена большим количеством технологических переменных, значения которых в той или иной степени определяют эффективность этого процесса, и множеством взаимодействий между ними, что требует приложения не всегда очевидных управляющих воздействий. Это особенно проявляется в различных технологических ситуациях, от правильности распознавания которых зависят управляющие воздействия бурильщиков. Эксплуатационная сложность обусловлена технологической сложностью и характеризуется требованием ведения процесса бурения на оптимальном уровне, в пределах установленной системы ограничений. Это усугубляется и тем, что бурильщику для выбора правильного решения необходимо помнить и предысторию процесса бурения за сравнительно длительный период времени. Ручное управление даже двумя-тремя параметрами процесса бурения на оптимальном уровне в условиях частоперемежающихся пород и глубокой скважины вряд ли возможно. Автоматизированное управление процессом бурения позволяет успешно изменять практически одновременно два-три параметра с недоступной человеку частотой. Следовательно, источником эффективности автоматизированного управления является, по крайней мере, уменьшение промежутка времени, поиск оптимального режима, быстрая перестройка с одного режима на другой в связи с изменившимися условиями, а также практически полное исключение нарушений процесса, приводящих к аварийным ситуациям. Кроме того, стратегия управления процессом бурения может быть построена на учете вычисляемых показателей (например, углубка за оборот). Эти косвенные переменные рассчитываются управляющей ЭВМ, использующей информацию об основных параметрах процесса бурения, которые измеряются серийной контрольно-измерительной аппаратурой. Задачи контроля параметров скважины при бурении, необходимого для обеспечения технологичности и безопасности проводимых работ, решают сравнительно недорогие контрольно-измерительные комплексы, устанавливаемые, как на стационарные буровые станки, так и на самоходные буровые установки. Электронно-измерительные комплексы такого типа не требуют постоянного присутствия квалифицированного персонала. К ним относится разработанный и производимый научно-производственным предприятием Петролайн-А контрольно-измерительный комплекс ДЭЛ-140 (далее ДЭЛ-140), предназначенный для измерения и визуального отображения основных технологических параметров при бурении скважин. С 2000 года ДЭЛ-140 модернизировался и дорабатывался в соответствии с пожеланиями и рекомендациями заказчиков. В настоящее время различные версии ДЭЛ-140 эксплуатируются во всех нефтедобывающих регионах России, в Казахстане, Узбекистане и Белоруссии, показывая высокую надежность и удобство при эксплуатации. У ДЭЛ-140 есть ряд преимуществ перед аналогичными контрольно-измерительными комплексами. Одно из них - это датчик нагрузки на канате с новой конструктивной схемой - ДН130. В основном в системах измерения веса на крюке грузоподъёмного механизма используются датчики, устанавливаемые посредством винтовых соединений на неподвижный конец каната талевой системы, прогибая его. Нагруженный канат распрямляется, воздействуя на датчик в трех жесткофиксированных точках - т. н. трехточечная схема. Пропорционально нагрузке на канате изменяется прогиб датчика, что приводит к изменению сигнала с тензопреобразователей. Но в силу того, что в измерении задействована система канат-датчик, при каждом изменении положения датчика на том же канате (переустановке) положение точек взаимодействия между канатом и датчиком изменяется по причине неравномерности диаметра каната в различных местах витых прядей. Это приводит к увеличению погрешности измерения относительно определенной при калибровке. Дополнительное увеличение погрешности вносит крепление датчика посредством скоб на винтовых соединениях. При переустановке датчика с винтовыми креплениями на канате невозможно повторить геометрию точек взаимодействия, при которой были занесены данные в память датчика при калибровке. Поэтому для датчиков с жесткой трехточечной схемой смещение датчика вдоль каната или поворот его относительно оси каната приводит к значительному увеличению погрешности, т. н. погрешность переустановки. Кроме этого, диаметр каната подъёмного механизма по причине износа также не совпадает с диаметром каната, на котором датчик калибровался, и это приводит к дополнительному увеличению погрешности измерения нагрузки. В результате общая, от указанных выше причин, погрешность измерений веса на крюке буровой установки может значительно превышать заявленную при калибровке. При больших весовых нагрузках на крюке, с учетом коэффициента талевой системы (8-12), расхождения в показаниях приборов с реальной нагрузкой могут достигать десятков тНс, что, естественно, резко снижает безопасность работ и вносит неопределенность в технологию их проведения. Для уменьшения погрешности при измерении нагрузок на крюке грузоподъёмного механизма в контрольно-измерительном комплексе ДЭЛ-140 разработан датчик нагрузки ДН130, который имеет другую конструктивную схему. Оригинальная конструкция ДН130 позволяет значительно повысить точность измерения весовой нагрузки на крюке грузоподъёмного механизма по сравнению с другими датчиками. В ДН130 воздействие на среднюю опорную часть датчика распределено по дугообразному ложементу. Это позволяет сохранить соотношение сил при установке датчика на рабочий канат подъемника, близкое к тому, что было при калибровке. В ДН130 отсутствуют винтовые соединения в элементах крепления, что исключает неопределенность при его установке, при этом полностью повторяется геометрия положения мест взаимодействия датчика с канатом, имевшее место при калибровке. ДН130 допускает несовпадение до 1-2 мм диаметра калибровочного и рабочего канатов на подъёмной установке без заметного увеличения погрешности измерений. Особенностью ДН130 является то, что при увеличении нагрузки на канате погрешность измерения составляет не более 1%, а при уменьшении нагрузки наблюдается небольшой гистерезис, проявляющийся в запаздывании уменьшения показаний. Это происходит по причине задержки соскальзывания волокон каната с поверхности ложемента при уменьшении нагрузки на канате. Погрешность при уменьшении нагрузки может достигать 2-2,5%. ДН-130 внесен в Государственный реестр средств измерений под № 32522-06 и защищен патентом №77426 от 19.03.08 г. Благодаря применению датчика ДН130 в ДЭЛ-140 стало возможным измерение нагрузки на крюке до 500 тНс с точностью, обеспечивающей безопасность и технологичность работ. Также ДН130 калибруется без привязки к контроллеру, так как является отдельным измерительным прибором, включающим в себя всю измерительную цепочку и выдающим результат измерений в цифровой форме по стандартному протоколу. Цифровой канал связи датчика с контроллером выбран не случайно. При включении комплекса ДЭЛ-140, датчик инициализируется и сообщает контроллеру свой заводской номер, дату последней калибровки. И все полученные от датчика данные идентифицируются. При разрешении спорных, аварийных ситуаций эти данные в отчетах жестко привязаны к конкретному датчику. В случае, когда применяется аналоговый датчик (4-20 мА), утверждать, что именно этот датчик производил измерения. Соответственно достоверность графиков измерений можно оспорить. Кроме этого, в ДЭЛ-140 применен оригинальный датчик крутящего момента и количества оборотов на роторе буровой установки - ДКМ-140. Датчик ДКМ-140 предназначен для буровых установок с карданным приводом на редуктор ротора. Устанавливается ДКМ-140 между фланцем редуктора ротора и фланцем приводного карданного вала с помощью болтового соединения. Карданный вал при этом укорачивается на длину ДКМ-140. В датчике нет вращающихся частей. Он полностью автономен. Данные о величине крутящего момента и количестве оборотов передаются в контроллер по радиоканалу. ДКМ-140 позволяет измерять передаваемый через карданный вал крутящий момент с погрешностью не более 1,5%. В контроллер ДЭЛ-140 вводится коэффициент передаточного числа редуктора. На отдельном выносном табло отображаются величины крутящего момента и оборотов ротора в минуту. ДКМ-140 показал высокую надежность при эксплуатации, как на стационарных буровых станках, так и на мобильных установках МБС. ДКМ-140, как и остальные приборы в составе контрольно-измерительного комплекса ДЭЛ-140, имеет взрывозащищенное исполнение и соответствующую маркировку. Помимо ДКМ-140, комплекс ДЭЛ-140 может комплектоваться датчиком момента для установок с цепным приводом. Особенность данного датчика в том, что вместо опорного ролика в нем применена звездочка. Это значительно увеличивает ресурс работы, как самого датчика, так и приводной цепи ротора. В комплектации ДЭЛ-140 предусмотрен также вариант надежной измерительной системы для контроля над величиной крутящего момента с датчиком под опорой вала цепного привода буровых установок. Контрольно-измерительный комплекс ДЭЛ-140 последней версии позволяет измерять, отображать и регистрировать до 13-ти технологических параметров при бурении скважин: - нагрузку на крюке подъёмной установки; - нагрузку на буровой инструмент; - крутящий момент на роторе; - обороты стола ротора; - крутящий момент при свинчивании труб; - давление ПЖ на входе (манифольде); - скорость талевого блока; - положение талевого блока над столом; - уровень ПЖ в емкостях; - индикацию выхода ПЖ; - обороты вала бурового насоса (расход ПЖ на входе); - концентрацию опасных газов в рабочей зоне. По основным контролируемым параметрам вводятся предельные значения, при превышении которых подается звуковой сигнал и команда на блокировку тормоза лебёдки. Все данные о величине и динамике контролируемых параметров регистрируются в съёмном модуле памяти контроллера, затем с заданной периодичностью или в режиме «on-line» передаются по каналу GPRS (GSM) на компьютер диспетчера, где обрабатываются специальной программой верхнего уровня. Эта программа создает базу данных по всем контролируемым параметрам, формирует отчеты и графики о проделанной работе на скважине и в бригаде. Параллельно данные с ДЭЛ-140 по радиоканалу могут передаваться на ПК на рабочем месте мастера, где программа верхнего уровня, помимо перечисленных функций, позволяет осуществлять визуальный контроль над величиной контролируемых параметров на дисплее ПК в режиме on-line. Для эксплуатации в районах, где нет GSM связи, в ДЭЛ-140 предусмотрен съёмный модуль памяти объёмом до 1ГБ, в котором данные накапливаются и затем переносятся через специальный интерфейс в ПК диспетчера. В контроллере ДЭЛ-140 предусмотрена резервная память - «черный ящик». В неё, кроме основной памяти и передачи данных по радиоканалу, записываются и сохраняются данные по контролируемым параметрам за последние несколько дней. Данные из резервной памяти можно использовать при утере основного съёмного модуля памяти, разборе аварийных ситуаций и т.п. Перечисленные факторы позволяют считать контрольно-измерительный комплекс ДЭЛ-140 высокотехнологичной, надежной и удобной в эксплуатации системой контроля над величиной и динамикой технологических параметров при проведении буровых работ, отвечающей всем современным требованиям. 6.2 Описание автоматизированной системы управления процессом бурения Зоя 1.1 Система Зоя 1.1 предназначена для контроля технологических параметров бурения с целью оперативного управления и оптимизации режимов бурения скважин на нефть и газ и обеспечивает: автоматический сбор и обработку с расчетом производных параметров и представление текущей информации в наглядной форме на средствах отображения и регистрации бурильщика и бурового мастера; документирование результатов бурения в цифро-аналоговом и графическом виде, включая рапорт за смену, контроль выхода технологических параметров за установленные пользователем пределы со световой и звуковой сигнализацией этих событий; аварийную сигнализацию при выходе параметров "Вес на крюке", "Давление на входе" за предельные значения с выдачей сигналов блокировки на соответствующее буровое оборудование; автономное функционирование пульта бурильщика при отключении ЭВМ; высокую эксплуатационную надежность и долговечность при минимальных затратах на техническое обслуживание и метрологическое обеспечение. К необходимому типовому элементу любой системы автоматического управления относятся датчики технологических параметров. Назначение датчика - преобразование контролируемой или регулируемой величины в величину другого рода, удобную для дальнейшего применения. В системе присутствуют следующие датчики: Датчик веса на крюке устанавливается на неподвижной ветви талевого каната. В качестве первичного преобразователя в датчике используется тензометрический силоизмерительный элемент. Датчик контроля момента на роторе (тензометрический) устанавливается на редукторе привода ротора вместо фиксирующей серьги-стяжки или фиксирующей опоры. Контролируется действующее на датчик усилие растяжения или сжатия. Датчик контроля ходов насоса (индуктивный датчик приближения) устанавливается на шкиве привода насоса. Датчик канала контроля скорости вращения ротора определяет скорость вращения вала привода ротора. В качестве первичного преобразователя применяется датчик приближения. Устанавливается на трансмиссии. Датчик давления (тензорезисторный) устанавливается в нагнетательной линии. Датчик глубин дает исходную информацию для расчета глубины забоя, подачи, положения тальблока. Датчик цепной передачей связан с валом лебедки. Датчик-индикатор изменения расхода бурового раствора на выходе (в желобе) преобразует угол отклонения лопатки от вертикального положения в электрический сигнал в зависимости от уровня и скорости потока. В совмещенном датчике плотности - уровня бурового раствора (БР) и плотности БР на выходе в качестве первичного преобразователя применяется дифференциальный манометр. Измеряется гидростатическое давление в погруженных в буровой раствор трубках, через которые под давлением продувается воздух. Датчик суммарного содержания горючих газов, выполненный на основе первичного термохимического преобразователя, монтируется вместе с датчиком-индикатором изменения расхода на выходе. Аналогичные датчики применяются для контроля газосодержания и сигнализации во взрывоопасной зоне. Датчик температуры БР на входе и выходе выполнен на основе специальной микросхемы и устанавливается, соответственно, в рабочей емкости и в желобе. Датчик температуры воздуха (аналогичный) размещен в кабельной распределительной коробке. Датчик момента на ключе (тензометрический) устанавливается на приводном тросе ключа. Датчик момента на турбобуре (тензометрический) устанавливается на узел стопора ротора. Информация от датчиков по кабелям передается в блок УКП, где осуществляется преобразование и обработка сигналов, и, затем, в пуль бурильщика и ЭВМ. Информационно-метрологические характеристики в полном объеме приведены в прилагаемой таблице 6.1. Таблица 6.1.
6.3 Место УСО в АСУ процесса бурения АСУ ТП должна иметь возможность и средства связи с объектом управления. Однако из главных различий между системами обработки данных и АСУ ТП состоит в том, что последняя должна быть способна в реальном времени получать информацию о состоянии объекта управления, реагировать на эту информацию и осуществлять автоматическое управление ходом технологического процесса. Для решения этих задач ЭВМ, на базе которой строится АСУ ТП, должна относиться к классу управляющих вычислительных машин (УВС), т. е. представлять собой управляющий вычислительный комплекс (УВК) УВК можно определить как вычислительную машину, ориентированную на автоматический прием и обработку информации, поступающей в процессе управления, и выдачу управляющих воздействий непосредственно на исполнительные органы технологического оборудования. Такая ориентация обеспечивается устройствами связи с объектом (УСО) (рис. ммм) - набором специализированных блоков для информационного обмена между управляющей ЭВМ и объектом управления. Различают пассивные и активные УСО. Пассивные устройства выполняют команды опроса датчиков и команды выдачи управляющих воздействий. Они содержат комплекты входных и выходных блоков и блок управления. В состав входных и выходных блоков, обеспечивающих прием аналоговой и дискретной информации, входят преобразователи формы информации типа аналог-код и код-аналог, коммутаторы, усилители и т. п. Блок управления обеспечивает необходимый обмен информацией с управляющей ЭВМ и управление всеми блоками устройства, расшифровывает команды, поступающие от ЭВМ, и обеспечивает необходимый обмен информацией через блоки ввода-вывода Активные УСО способны работать в автономном режиме слежения за состоянием управляемого объекта (процесса), а также выполняют определенные алгоритмы преобразования информации, например, алгоритмы регистрации параметров и сигнализации об отклонении их от нормы, регулирования по одному из относительно простых законов и др. Построение УСО по активному принципу позволяет повысить надежность АСУ ТП в целом и эффективность использования управляющей вычислительной машины в результате сокращения потока информации, поступающей от объекта управления в управляющую ЭВМ. В настоящем дипломе разрабатывается конструкция функционально законченного устройства связи с объектом в системе сбора и первичной обработки информации о состоянии процесса бурения (рис.ццц). Система сбора и первичной обработки информации о состоянии процесса бурения является важнейшей функциональной подсистемой АСУ ТП ЗОЯ. В основном схема разработана на интегральных микросхемах ТТЛ серии К555 и К155. Данная модель является практичной, недорогой и простой и позволяет связать датчик любого типа с IBM PC или эквивалентным компьютером. Подробно рассматриваются принципы функционирования системной шины IBM PC и базовый аппаратный интерфейс, с которым связана вышеуказанная конструкция, а также работа системы прерываний, счетчиков и таймеров. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||