Статья: Система контроля и управления процессом проводки нефтяных и газовых скважин "Леуза-1"

М.Г. Лугуманов, Р.А. Низамов, Д.В. Артемов, М.Б. Славнитский, Г.Н. Мухаматуллина

Одной из наиболее актуальных задач при проведении геологоразведочных работ является непрерывный контроль и управление полным технологическим циклом строительства скважины с целью оптимизации процесса бурения, прогнозирования и своевременного предотвращения аварийных ситуаций.

Решением этих задач занимаются информационно-измерительные службы геолого-технологических исследований (ГТИ) скважин в процессе бурения, которые на основе комплексного использования информации о технологических режимных параметрах бурения (свойств бурового раствора, шлама, керна и данных газовой хроматографии) позволяют осуществить единый геологический и технологический контроль за процессом бурения. Однако область применения ГТИ включает, как правило, исследование поисковых, разведочных и опорно-параметрических скважин. Применение ГТИ на эксплуатационных скважинах экономически не всегда целесообразно, и поэтому очень часто эксплуатационное бурение ведется без соответствующего контроля за технологическим процессом, с использованием морально устаревших, разрозненных контрольно-измерительных средств. В связи с этим возникла необходимость создания единых информационно-измерительных систем контроля и управления процессом бурения скважин, работающих в автономном режиме [1, 3].

Для этих целей в АО НПФ "Геофизика" была разработана информационно-измерительная система контроля и управления процессом бурения скважин "Леуза-1" и налажено её серийное производство. Эта система позволяет вести непрерывный контроль и регистрацию основных технологических режимных параметров и путем выбора наиболее оптимальных режимов бурения управлять проводкой нефтяных и газовых скважин [2].

"Леуза-1" представляет собой законченный технологический модуль и может эксплуатироваться как составная часть станции ГТИ, в качестве технологической подсистемы, так и в автономном варианте в качестве пульта бурильщика.

В первом случае система "Леуза-1" используется для модернизации старого, аналогового парка станций ГТИ типа СГТ-1, СГТ-2 и газокаротажных станций типа АГКС-4. Во втором случае система монтируется, эксплуатируется и обслуживается непосредственно самими буровиками и является мощным информационным инструментом как для бурильщика, так и для бурового мастера, и способствует безаварийной, высокоскоростной и, самое главное, технологически безупречной проводке вертикальных и особенно наклонно направленных и горизонтальных скважин.

Система состоит из комплекта датчиков технологических параметров, информационного табло, сигнального устройства и рабочего места мастера (рис.1, 2).

Рис. 1. Комплект датчиков и информационное табло

Рис. 2. Рабочее место мастера, сигнальное устройство и комплект соединительных кабелей

В базовом варианте комплект датчиков включает в себя: индикатор потока (расхода) промывочной жидкости (ПЖ) на выходе; датчик уровня ПЖ в емкости; датчик плотности ПЖ в емкости; датчик нагрузки на крюке; датчик крутящего момента на роторе; датчик давления ПЖ на входе; датчик ходов насоса; датчик оборотов лебедки (датчик глубины).

Базовый комплект датчиков может быть заменён или дополнен другим набором датчиков.

Во всех датчиках используется унифицированное напряжение ±12 или +5 В. Датчик ходов насоса и датчик оборотов лебедки имеют импульсный выход, а остальные - аналоговый выход с линейной характеристикой.

Сигналы с датчиков поступают на информационное табло (пульт бурильщика), которое конструктивно изготовлено в виде металлического чемодана и монтируется в непосредственной близости от бурильщика.

Информационное табло представляет собой низовую систему сбора и выполняет следующие функции:

прием сигналов с первичных датчиков;

визуализация текущей информации на линейных и цифровых индикаторах;

первичная обработка информации с датчиков (осреднение, фильтрация, отбраковка ошибочных значений параметров);

анализ выхода за пределы установленных ограничений контролируемых параметров;

включение звукового и светового сигнала тревоги при выходе контролируемых параметров за пределы установленных ограничений при аварийных и предаварийных ситуациях;

передача информации по последовательному порту на рабочее место мастера.

На лицевой панели информационного табло выведены восемь линейных индикаторов и один четырехразрядный цифровой индикатор. Значения измеряемых параметров отображаются на лицевой панели в виде светящихся линейных столбиков. Цифровой индикатор предназначен для отображения текущей глубины забоя.

На панели предусмотрена ручная установка пороговых значений контролируемых параметров. Установка порога срабатывания сигнализации по каждому параметру производится бурильщиком путем вращения ручки соответствующего потенциометра до момента загорания контрольного светодиода. При отклонении значения какого-либо параметра на ±30% от нормального значения на лицевой панели загорается один из светодиодов "выше" или "ниже" и включается сигнал тревоги, сигнализируя выход данного параметра за пределы пороговых значений.

На нижней панели информационного табло установлены тумблеры для включения и выключения питающего напряжения и аварийной сигнализации, а также электрические разъемы для подключения питающего напряжения 220 В, измерительных датчиков, сигнального устройства и соединительного кабеля с рабочего места мастера.

Внутри информационного табло размещены:

Микроконтроллер в промышленном исполнении - предназначен для первичной обработки информации с датчиков, управления работой цифрового и линейных индикаторов, сигнального устройства и остальных составных частей системы. Через микроконтроллер осуществляется также связь между информационным табло и рабочим местом мастера.

Модуль УСО - предназначен для ввода и вывода информации, имеет по 16 аналоговых и цифровых входов и до 8 каналов цифро-аналогового преобразования.

Модуль управления аварийной сигнализацией - имеет 8 входных каналов - по одному на каждый контролируемый параметр, а восьмой канал управляется программно с рабочего места бурильщика. При появлении на одном из входных каналов сигнала тревоги модуль управления включает аварийную сигнализацию, причем она работает до тех пор, пока не устранится причина аварии или сигнализация не будет выключена вручную.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--