Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 19 июля, печатный экземпляр отправим 23 июля
Опубликовать статью

Молодой учёный

Система для контроля технологических параметров бурения

2. Электроника, радиотехника и связь
10.04.2014
56
Поделиться
Библиографическое описание
Шибеко, Р. В. Система для контроля технологических параметров бурения / Р. В. Шибеко, Д. А. Логачев. — Текст : непосредственный // Технические науки в России и за рубежом : материалы III Междунар. науч. конф. (г. Москва, июль 2014 г.). — Т. 0. — Москва : Буки-Веди, 2014. — С. 44-47. — URL: https://moluch.ru/conf/tech/archive/90/5505/.

Описывается метрологическая система сбора технологической информации в процессе бурения, что позволяет оптимизировать режимы данного процесса

Ключевые слова: бурение, микроконтроллер, информация, автоматизирование, система сбора информации.

Процесс бурения, особенно глубоких скважин, протекающий в условиях значительной неопределенности, подвергается сильным и непредсказуемым возмущающим воздействиям, основа которых — как горно-геологические, так и технико-технологические факторы. Буровики знают насколько проектный геологический разрез может отличаться от фактического, а следовательно, проектная технология бурения — от фактической. Бурильщику приходится отступать от проектной технологии, использовать свой опыт, знания, интуицию, чтобы вовремя обнаружить изменение категории буримости пород, неблагоприятную технологическую ситуацию; хорошие мастера работают на грани искусства. Поэтому научить бурить хорошо, не задавать проектные параметры режимов бурения, а варьировать ими в зависимости от условий очень сложно. Намного быстрее и дешевле научить бурильщика пользоваться системой автоматизированного управления процессом бурения, которая будет выбирать и поддерживать оптимальные режимы бурения в соответствии с заданными критериями оптимальности и в рамках установленных ограничений. С помощью систем автоматизированного управления можно более жестко нормировать процесс бурения, широко внедрять передовые технологии бурения.

Автоматизация технологических процессов на основе современной техники должна обеспечить интенсификацию производства, повышение качества и снижение себестоимости продукции. Необходимость этого вытекает из анализа производственной деятельности геологоразведочных организаций по выполнению плановых заданий. Несмотря на то, что внедрение современного оборудования, инструментов, прогрессивной технологии бурения, средств механизации и автоматизации отдельных операций, совершенствование организации труда в целом обеспечило выполнение этих заданий, в разведочном бурении остаются значительные резервы повышения производительности труда и улучшения его технико-экономических показателей. Эти резервы заключаются, прежде всего, в оптимизации и автоматизации оперативного управления процессом бурения скважин и в совершенствовании организации работ

Ниже представлена система которая предназначена для контроля технологических параметров бурения с целью оперативного управления и оптимизации режимов бурения скважин на нефть и газ. Система 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 па шкиве привода насоса;

-        датчик канала контроля скорости вращения ротора определяет скорость шащения 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;

-        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 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.

Структурная схема системы изображена на рис. 1 и состоит из следующих блоков:

-        БД — блок датчиков;

-        СС — схема сопряжения;

-        БИ — блок интерфейса;

-        БМК — блок микроконтроллера;

-        ЭВМ — электронно вычислительные машины;

-        СУИМ — система управления исполнительными механизмами;

-        СКП — система контроля параметров;

-        БЗС — блок звуковой сигнализации;

-        БСС -блок световой сигнализации;

-        СОИ — схема отображения информации.

Рис. 1. Структурная схема системы

Функциональная схема системы представлена на рис.2 и состоит из следующих блоков:

-        ДВКр — датчик веса на крюке;

-        ДКМР — датчик контроля момента на роторе;

-        ДКХН — датчик контроля хода насоса;

-        ДКСВР — датчик контроля скорости вращения ротора;

-        ДДНЛ — датчик давления нагнетательной линии;

-        ДГ — датчик глубины;

-        ДИРБРВых — датчик-индикатор измерения расхода бурового раствора на выходе;

-        ДГГ — датчик горючих газов (пороговый);

-        ДТВх — датчик температуры на входе;

-        ДТВых — датчик температуры на выходе;

-        ДТВ — датчик температуры воздуха;

-        Н.О. — нуль орган;

-        ДМКл — датчик момента на ключе;

-        ДМТБ — датчик момента на турбобуре;

-        ЭК — электронный коммутатор;

-        ДРЗВ — драйвер звука;

-        У — усилитель;

-        БРК — блок радиоканала;

-        LCD — ЖК-дисплей.

Рис. 2. Функциональная схема системы

Система является метрологической и построена по радиальному принципу. Поскольку в системе имеются датчики расположенные достаточно далеко от микроконтроллера, то применение датчиков с выходом по напряжению не оптимально, поскольку затухание сигнала трудно учесть. Исходя из этого более целесообразно применение датчиков с частотным выходом, поскольку затухание по амплитуде здесь не существенно. Без частотного преобразования подключаются цифровые датчики, поскольку здесь также амплитуда не несет информации об измеряемой величине. Датчики с частотным выходом к микроконтроллеру подключаются через электронный коммуникатор и к последовательно опрашивает датчики, при этом частоты производится методом заполнений, т. е. измеряется количеством эталонных импульсов за период неизвестного сигнала. Система звукового сопровождения и ЖК — дисплей подключены к контроллеру напрямую. В таблице 1 показаны функции портов микроконтроллера.

Таблица 1

Функции портов микроконтроллера

Порт

Функции

PD3/INT3

Сигнал запрос «прерывания» для выявления периода измеряемого сигнала

PD6/T1

Счетчик МК для измерения периода неизвестного сигнала

PD7/TO

Таймер МК для геперации эталонных импульсов

PAO — PA2

Линии для обслуживания электронного коммутатора

PD2/INT2

Линия обслуживания ДГГ

PD1/SDA,PDO/SCL

Интерфейс I2C

PA3,PA4

Линии управлениями буферами

PF

Канал обслуживания датчика глубины

PEO — PE3

Адресные линии драйвера звука

PE4

Линия запуска драйвера звука

D+, D-

Интерфейс USB для радиоканала

PE5 — PE7

Управление ЖК — дисплеем

Литература:

1. Сулакшин, А. РБурение геологоразведочных скважин: справочное пособие. / А. Р. Сулакшин — М.: Недра, 1991–256 с.

2. Калинин, К. В.Разведочное бурение. / К. В. Калинин — М.: Недра, 2000–320 с.

Можно быстро и просто опубликовать свою научную статью в журнале «Молодой Ученый». Сразу предоставляем препринт и справку о публикации.
Опубликовать статью
Ключевые слова
бурение
микроконтроллер
информация
автоматизирование
система сбора информации

Молодой учёный