Бурение, спутники Земли, компьютеры

БУРЕНИЕ, СПУТНИКИ ЗЕМЛИ И КОМПЬЮТЕРЫ

Спутники Земли применительно к бурению уже работают и довольно успешно. Главная их задача состоит в том, чтобы собрать и передать в информационно-вычислительный центр огромную массу информации о процессе бурения на отдаленной буровой установке, например к открытом океане.

На такой буровой невыгодно ставить мощную электронно-вычислительную машину (ЭВМ): она дорога, занимает много места, требует большого штата обслуживающего персонала. Да и место для работы в условиях океанского шторма для ЭВМ не совсем подходящее. Нет также уверенности, что столь дорогое вычислительное устройство окажется загруженным работой полностью в течение суток. Если будет иначе, стоимость ЭВМ просто не окупится при эксплуатации.

Тут-то и приходят на выручку искусственные спутники Земли, принимающие и передающие по радио информацию в любое место земного шара, где расположено счетно-решающее устройство.

Множество буровых выросло среди океанских волн для бурения морского ді:а. Морская буровая установка — сложное и очень дорогое сооружение. Поэтому чрезвычайно важно построить кратчайший цикл бурения скважины на самых выгодных режимах с максимальным учетом прошлого опыта. Этот опыт был заложен в память ЭВМ и непрерывно сравнивался вычислительной машиной с показаниями действующей буровой установки. На любое отклонение машина немедленно реагировала практическими советами и рекомендациями, помогающими сократить сроки строительства скважины.

На рис. 19 показана передача информации о процессе бурения через спутник связи в Канаде и через радиомост Северное море — Англия — США.

Сигналы о процессе бурения с буровой установки в море транслировались по радио в Грейт Ярмут. Радиоканал был необходим для того, чтобы освободить морскую буровую от сложной передающей станции, работающей на спутник. Далее аступал в работу радиомост, охватывающий спутниковую систему и северо-американские исследовательский нвычислительный центры в Тулсе н Кливленде. Опытные и высококвалифицированные эксперты исследовательского центра обрабатывали поступающую информацию. Результаты вычислений возвращались на буровую прежним путем.

Централизованная обработка информации под контролем квф лифицированной экспертизы — это главное, ради чего пошли на дополнительные расходы по использованию спутниковой связи. Несмотря на эти затраты, стоимость бурения скважины снизилась на четверть. Экономия средств будет расти по мере накопления банка информации, содержащего математическое описание ранее пробуренных скважин, т. е. по мере расширения предыдущего опыта.

Машина путем решения, вычислений, перебора данных отыскала минимум функции, например минимум стоимости бурения в данных условиях. Была решена весьма важная производственная задача. А как решаются задачи на миннмум и максимум — высшая математика подсказывает четко и надежно.

С аналогичными целями Канадская нефтяная ассоциация при помощи спутника системы «Аник» наладила оперативную связь с отдаленными буровыми на острове. Ричарда, вблизи полуострова Аляска (см. рис. 19). Наземная станция принимала радиосигналы со спутника и передавала их по телефону в канадский город Торонто, а дальше — к специальным службам в г. Гальгари. Обратная связь шла тем же путем. Общая протяженность трассы превышала 22 ООО миль. В целом эксперимент оказался успешным и способствовал успешному освоению северных нефтяных месторождений Канады.

При современном уровне техники трудно представить себе верные решения при бурении без вычислительных машин. Не случайно старые методы проходки скважин классифицируются сейчас как бурение «вслепую», а само бурение называют скорее искусством, чем наукой.

Уже при проектировании буровых установок, особенно для морского бурения — наиболее сложных и дорогих сооружений, сравнимых по стоимости с крупными морскими судами, — успешно используются ЭВМ.

<з — составление программ бурения прн оптимальных условиях; / — последовательность буровых исследований; II — техника составления программы; I — изучение свойств промывочной ЖИДКОСТИ; 2 —данные лабораторных исследований бурения; 3, 4 — влияние промывки и ее параметров; 5—взаимосвязь по пунктам 3 и 4; в — реакция работы долот па нагрузку и скорость вращения; 7—кривые скорости проходки; в — промысловые данные о бурении; 9 — память ЭВМ н поиск информации; 10 — статистика отработки долот; //— кривые срока службы долот; 12 — Данные по соседней скважиие; 13 — анализы каротажных диаграмм; /^ ~ математическая модель; 15 — перфокарты ЭВМ; 16 — оценка правильности выбора долота; /7—нет; 18 — да; 19 — рекомендации для выработки программы бурения; 20—новый выбор долота; б — машинное проектирование конструкций для морского бурения; / — анализ данных; 2 — напряжения, Действующие иа материалы, (статическая н динамическая нагрузка, усталостный нзнос, температурные воздействия); 3 — анализ напряжений; 4 — анализ конструкции (статистический, динамический и вибрационный); 5 — нагру- конструкции и распределение усилий (при бурении, эксплуатации, и морских условий, спуск платформы на воду); 6 — взаимодействие снования и фундамента, стеллажа для труб, плогцади бурения н бурового

На рис. 20, б показаны этапы проектирования конструкции по узлам и в целом. Основное преимущество расчетов на ЭВМ состоит в возможности проверки различных вариантов конструкции и на- грузок. Влияние новинок науки и техники на выбранную конструк. цию, если они вводятся по программе ЭВМ, ускоряет технический прогресс, делает конструкцию конкурентоспособной и построенной на уровне мировых стандартов.

В процессе бурения дорогостоящие ЭВМ не будут выгодны, если устанавливать их на каждой буровой. Поэтому для отдельного участка или месторождения, на которых сосредоточено множество буровых, создается единый вычислительный центр. Он соединен телефонной, высокочастотной или кабельной линией связи с отдельными буровыми установками (рис. 20, в). Совершенствование технологии бурения ведется путем автоматического опроса измерительных датчиков. После этого разрабатываются программы содействия бурению и выдаются рекомендации на конечное печатное устройство. Буровой мастер использует полученную документацию в руководстве процессом бурения.

Для отдаленных буровых, особенно сверхглубоких, на которых строительство скважины ведется годами, целесообразен монтаж ЭВМ прямо на месте. Здесь возможны различные варианты: использование мини-ЭВМ для решения отдельных частных задач бурения или установка мощной вычислительной машины, способной взять иа себя весь цикл строительства скважины.

В первом случае осуществляется частичная оптимизация бурения, во втором — полная. Примером частичного решения вопроса может служить американская система «Дрилсерв» (рис. 21). Принцип ее работы основан на наблюдении за безразмерным выражением энергии бурения — произведения удельной нагрузки на долото и частоты вращения ротора. Программа бурения устанавливает оптимальнее значение анергии для различных горных пород в скважине при учете характеристик долот, оборудования и стоимости текущих затрат.

Независимая от субъективного желания бурильщика команда подается на устройство, регулирующее положение рукоятки тормоза лебедки. Расторможение лебедки связано с измеиением нагрузки на долото. Машина знает, что при увеличении частоты вращения долота и нагрузок сверх оптимальных стоимость бурения и расходы п обслуживанию буровой установки увеличиваются.

Рекомендуемая программа бурения вводится в ЭВМ с пульт бурильщика обычным цифровым набором — весьма удобный спв соб, позволаюшнн обходиться без отдельного специалиста-прогря* миста.

Рассмотренная система управления оказывает влияние иа процесс бурения только по двум параметрам, реализуя принцип минимизации стоимости бурения.

Конечно, этого недостаточно. Существуют вычислительные машины для контроля значительно большего числа параметров, в том числе перемещения, частоты вращения долота, скорости бурения, вращающего момента ротора и других (до 24 непрерывно контролируемых параметров). Все показания машины строятся на анализе Математической модели процесса бурения, учитывающей скорость "Роходки, износ опор и вооружения долота, стоимость работ. Машина реагирует также на неисправности и аварийные ситуации вскважине, в частности автоматически управляет противовыбросо- вым устройством и регулирует плотность промывочной жидкости. При необходимости в любой момент допускается переход на ручное управление.

Разработаны машины для управления отдельными, наиболее ответственными операциями. Например, при морском бурении с палубы океанского судна, качающегося на волнах, большие трудности вызывает ручная укладка бурильных труб при извлечении их из скважины. Для сохранения устойчивости судна в США спроектирована специальная ЭВМ, в задачу которой входит равномерная и точная расстановка свечей, т. е. отрезков колонны, составленных из нескольких труб (см. рис. 21). Машина управляет целым комплексом автоматических механизмов. Механизмы избавляют бригаду от работ на большой высоте и повышают их производительное'!».

Дальнейшее совершенствование ЭВМ идет по пути создания самонастраивающихся систем. Под способностью к самонастраиванию понимается автоматическое выполнение буровых операций, при которых поддержание оптимальных значений основных параметров режима бурения и коррекция заданной программы происходит без участия оператора-бурильщика.

Применение новейшей электронной вычислительной техники предполагает обязательное сочетание с высокой культурой производства и организации работ. Бесполезно подбирать оптимальные значения параметров режима бурения, если буровой станок простаивает из-за отсутствия оборудования или инструментов, если наладка электрон' ной техники отнимает времени больше, чем само бурение, и т. д.