Особенности аппаратно-программного сбора, обработки, анализа и передачи данных о процессе строительства скважин ГЕОТЕК

ОСОБЕННОСТИ АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА СБОРА, ОБРАБОТКИ, АНАЛИЗА И ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ О ПРОЦЕССЕ СТРОИТЕЛЬСТВА СКВАЖИН ГЕОТЕК

Аппаратно - программный комплекс сбора, обработки, анализа и передачи данных о процессе строительства скважин ГЕОТЕК с 2000 года широко используется при геолого-технологических исследованиях разведочных и эксплуатационных скважин, технологическом контроле процесса бурения эксплуатационных скважин, информационном обеспечении наклонно-направленного бурения и для получения информации о работе оборудования буровых установок. Все варианты комплекса имеют единую идеологию и единое прикладное программное обеспечение. В зависимости от круга решаемых задач, комплекс выполняется в различной комплектации с использованием соответствующих блоков программного обеспечения.

Основными отличиями комплексов ГЕОТЕК от систем аналогичного назначения, выпускаемых другими отечественными фирмами, являются:

1. Комплекс изначально разрабатывался для информационного обеспечения решения всех геологических и технологических задач, возникающих в процессе строительства скважин.

2. Все устройства комплекса ГЕОТЕК, включая датчики, выполнены в виде микропроцессорных устройств, работой которых управляет установленное на них прикладное программное обеспечение. Устройства объединены в сеть стандарта EIA RS-485. Они подключаются последовательно с использованием четырехжильного кабеля, по которому осуществляется обмен данными между устройствами и их электропитание. Прикладное программное обеспечение и все настройки устройств записаны в их внутренней энергонезависимой памяти. Такая конфигурация комплекса соответствует современным представлениям о системах информационного обеспечения технологических промышленных процессов. Кроме того, она обеспечивает:

o Сохранение настроек и калибровок устройств и датчиков комплекса после их отключения, что позволяет включать их в работу и заменять без дополнительных операций настройки и калибровки.

o Автоматическую диагностику состояния устройств, датчиков и в целом комплекса, выдачу сообщений об отклонениях от нормы в их функционировании.

Это обеспечивает успешную эксплуатацию комплекса персоналом с относительно низким уровнем технической подготовки, позволяет моментально реагировать на сбои в работе устройств, датчиков и в целом комплекса, быстро, без потери информации, заменять вышедшие из строя устройства, датчики и устранять причины сбоя в работе комплекса.

3. Ряд устройств, входящих в аппаратное обеспечение комплекса ГЕОТЕК, таких как хроматограф, анализатор суммарного содержания углеводородных газов в буровом растворе, датчик удельного сопротивления бурового раствора, ультразвуковой датчик уровня бурового раствора в емкостях, датчика момента на столе ротора с механическим приводом, в котором определение момента производится путем измерения деформации кручения вала привода ротора, не имеют аналогов в России по своим техническим и эксплуатационным характеристикам.

4. Анализатор суммарного содержания углеводородных газов в буровом растворе монтируется непосредственно на буровой вблизи дегазатора и обеспечивает моментальную реакцию на увеличение газосодержания бурового раствора.

5. Датчики комплекса выполнены сравнительно легкими, удобными для их установки и демонтажа. Монтаж датчиков на буровой производится за несколько часов. Это особенно важно при использовании комплекса совместно с забойными телесистемами при бурении отдельных интервалов стволов скважин - «набора кривизны» и «исправления профиля», что требует частого монтажа и демонтажа датчиков.

6. Все оборудование комплекса помещается в 8 - 9 ударопрочных пылевлагонепроницаемых ящика (7-8 мест 860x550x435 и 1 место 2100x350x100 общей массой не более 350 кг (масса одного места не более 50 кг). Для его развертывания на скважине достаточно наличия любого помещения, обеспечивающего нормальные условия окружающей среды.

7. Потребляемая комплексом мощность от сети питания переменным током напряжением 220В не превышает 300 Вт.

8. Помимо обеспечения решения оперативных задач управления процессом строительства скважины на основе сбора и обработки геолого-технологической информации, передачи информации по сети в реальном времени всем пользователям на скважине, комплекс ГЕОТЕК - единственная в России система, которая автоматически формирует рейсовые и суточные отчеты о процессе бурения скважин по данным датчиков технологических параметров бурения и на их основе составляет баланс времени строительства скважины, объединенную сводку показателей и средних технологических параметров бурения.

9. Программное обеспечение (ПО) комплекса, состоящее из системы сбора и обработки информации комплекса на буровой, системы передачи информации внешним пользователям и банка данных, обеспечивает формирование и функционирование единой многоуровневой информационно-аналитической системы сбора, отображения, хранения, передачи, обработки и анализа данных о процессе строительства скважин ГЕОТЕК.

10. Настройки требует только система сбора и обработки информации на буровой. Она настраивается на объект исследований (скважину). Настройку может осуществить оператор с минимальным уровнем компьютерной подготовки.

11. Благодаря применению специальных способов первичной обработки данных весь объем информации за месяц работы комплекса не превышает 150 Мбайт, что в несколько десятков раз меньше чем у систем аналогичного назначения. Это позволяет производить передачу удаленному пользователю всей информации или любой ее выборки сеансами с использованием стандартных устройств межкомпьютерной связи (Ethernet, RadioEthernet, модем, радиомодем, спутниковый терминал и т. п.) и Интернет - технологий без использования выделенного канала связи.

12. У удаленного пользователя (в офисах эксплуатирующей организации, заказчика, подрядных организаций) программное обеспечение комплекса ГЕОТЕК осуществляет автоматический прием информации (выборку из почтового ящика электронной почты) и запись в базу данных, обеспечивая ее хранение, обработку, сопоставление и анализ, а так же составление отчетной документации.

Решение геологических задач информационного обеспечения процесса строительства скважин осуществляется с использованием сетевого компьютеризированного рабочего места геолога, в состав которого входят следующие микропроцессорные устройства: весы, реализующие весовые методы определения плотности и пористости пород, карбонатомер, измеритель удельного электрического сопротивления проб бурового раствора, цифровая установка для микро и макроскопии шлама и керна и цифровой сканер для люминесцентно битумного анализа вертикальных капиллярных вытяжек битумоидов из проб шлама и образцов керна.

Для обеспечения более компактного хранения данных комплекса, быстрого и удобного доступа к ним, проведения сопоставлений и выявления функциональных взаимосвязей создан банк данных информации комплекса ГЕОТЕК. В настоящее время в нем находится информация по более чем 700 скважинам. Инструментарий банка данных позволяет производить любые выборки данных, осуществлять их сравнительный анализ, выявлять статистические взаимосвязи с целью оптимизации процесса строительства скважин и определения критериев реализации различных методов литолого-стратиграфического расчленения разреза скважин и определения характера насыщения, вскрываемых бурением отложений, по комплексу технико-технологических параметров бурения. Структура банка данных легко модифицируется, дополняется и может служить основой для создания единой информационной системы производства работ бурового предприятия или нефтедобывающей фирмы, куда помимо банка технико-технологических и геологических данных о бурении скважины могут быть включены данные о вышкостроении, обустройстве, креплении, освоении, материально-техническом снабжении, планово-экономических характеристиках и т. п.

Помимо вариантов комплекса, в виде станции ГТИ, обеспечивающей геолого-технологические исследования разведочных и эксплуатационных скважин, технологический контроль процесса бурения эксплуатационных скважин, информационное обеспечение наклонно-направленного бурения по техническим заданиям заказчиков разработаны и изготовлены различные варианты комплекса.

1. Вариант комплекса без круглосуточного обслуживания оператором с возможностью функционирования без ПЭВМ, записью при этом данных в энергонезависимую память с последующим считыванием записанной информации. Изготовлен по ТЗ ЗАО "Уралмаш - буровое оборудование, включен в комплект оборудования буровых установок БУ-5000ЭУ.

2. Вариант комплекса ГЕОТЕК для мобильных буровых установок без круглосуточного обслуживания с возможностью функционирования без ПЭВМ, записью при этом данных в энергонезависимую память с последующим считыванием записанной информации. Изготовлен по ТЗ Петропавловского завода тяжелого машиностроения, включен в комплект оборудования мобильных буровых установок МБУ-125.

3. Вариант комплекса для измерения момента на роторе и скорости его вращения для мобильных буровых установок без круглосуточного обслуживания, функционирующий без ПЭВМ с периодическим считыванием записанной информации. Изготовлен по ТЗ Волгоградского завода буровой техники, включен в комплект оборудования мобильных буровых установок Б483.

4. Вариант комплекса для измерения момента на роторе на буровых установках румынского производства без круглосуточного обслуживания, функционирующий без ПЭВМ. Изготовлен по ТЗ АО «Уральскнефтегазгеология».

5. Вариант комплекса в виде системы контроля параметров работы мобильных буровых установок при капитальном ремонте скважин без круглосуточного обслуживания, функционирующий без ПЭВМ с периодическим считыванием записанной информации. Изготовлен по ТЗ ОАО «Нижневартовскнефтегеофизика». Опыт применения комплекса ГЕОТЕК при проведении КРС приведен в статье: Н. Ю. Королев, Р. Ф. Харисов. Технологический контроль при ремонтных работах в скважинах // НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК "Каротажник" №186 от 08.10.2009, с. 323-332.

СИСТЕМА СБОРА ИНФОРМАЦИИ И ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА БУРЕНИЯ

Система фирмы «Смит Тул корп.» (рис. 1) собирает и обрабатывает данные бурения и автоматического регулирования нагрузки на долото и частоты вращения ротора.

Система состоит из трех основных элементов: блока регулирования, который обеспечивает управление лебедкой и ввод в вычислительное устройство сигналов о нагрузке на долото, частоте вращения ротора и произведении этих параметров; дистанционного визуального воспроизводящего устройства, смонтированного у поста бурильщика; блока регистрации данных и вычислительного устройства, которые могут быть расположены в будке бурового мастера или в специальном прицепе, размещенном вблизи буровой.

Блок регулирования представляет собой портативную аналоговую вычислительную машину, установленную около поста бурильщика и предназначенную для управления лебедкой.

Рис.1. Блок-схема системы сбора информации и оптимизации процессов бурения фирмы «Смит Тул корп.»

1 - стоимость буровой установки; 2 - стоимость долота; 3 - диаметр долота; 4 - произведение нагрузки на частоту вращения ротора; 5 - рукоятка тормоза «включить-выключить»; 6 - датчик проходки; 7 - расчет затрат на 1 фут проходки; 8 - общее время (бурение, СПО, смена долота); 9 - Текущее время переключения схемы; 10 - часы; 11 - расчет скорости проходки; 12 - счетчик проходки; 13 - проходка; 14 - накопитель данных; 15 - расчет коэффициента буримости; 16 - сумматор времени (механическое бурение); 17 - сумматор времени (СПО и смена долота); 18 - печатающее устройство затрат на 1 фут проходки; 19 - печатающее устройство коэффициента буримости; 20 - печатающее устройство времени механического бурения; 21 - воспроизводящее устройство времени механического бурения; 22 - дистанционное воспроизводящее устройство времени механического бурения; 23 - воспроизводящее устройство времени (СПО и смена долота); 24 - дистанционное воспроизводящее устройство времени (СПО и смена долота); 25 - дистанционное воспроизводящее устройство скорости проходки; 26 - печатающее устройство скорости проходки; 27 - печатающее устройство проходки; 28 - воспроизводящее устройство проходки; 29 - дистанционное воспроизводящее устройство проходки с целью поддержания энергии, подводимой к долоту, неизменной. Постоянство энергии Е_р в данном случае определяется выражением

Ер = Р_нго_р/Д

где Р - нагрузка на долото; ш_р - частота вращения ротора; О - диаметр долота.

Вычислительная машина непрерывно производит простые расчеты нагрузки на долото, при которой Е_р поддерживается неизменной, и вырабатывает сигналы управления, поступающие на исполнительное устройство, воздействующее на тормоз буровой лебедки.

Дистанционное воспроизводящее устройство позволяет бурильщику вести непрерывное визуальное наблюдение за механической скоростью бурения, общей проходкой на долото, временем механического бурения и общим временем, затрачиваемым на замену долота и спуско-подъемные операции для каждого рейса. Индикатор скорости бурения дает возможность четко устанавливать границы физико-механических свойств породы.

Блок регистрации данных и вычислительное устройство обеспечивают цифровую регистрацию на печатающих устройства механической скорости бурения, коэффициента буримости по род, затрат на 1 фут проходки, проходки на долото и времен работы долота на забое.

Кроме того, механическая скорость бурения и коэффициент буримости пород записывают в аналоговой форме на одно диаграмме, что дает ценную информацию для инженеров-геоло гов и технологов по бурению. Например, если бурят при постоянной подводимой к долоту энергии, то по этим диаграммам можно прогнозировать вскрытие пластов с аномальным давлением.