Системы автоматизации, контроля и управления

Буровая установка представляет собой комплекс механизмов различного назначения. Эффективность ее функционирования во многом определяется согласованностью работы всех систем, степенью контроля и возможностями управления. Для этого требуются системы управления контроля и автоматизации. Они бывают собраны в единую систему управления или используются отдельно.

Системы автоматизации

Призваны минимизировать участие персонала в эксплуатации буровой установки. Это повышает как производительность, так и безопасность.

Автоматизация наиболее обширно применяется в спускоподъемных работах и в приготовлении бурового раствора, как наиболее сложных этапах разработки.

В первом случае нередко используют комплексы АСП, выполняющие захват и освобождение бурильной колонны и отдельных труб, их перемещение в вертикальной плоскости, перемещение свечей между подсвечником и центром скважины, их размещение, свинчивание/развинчивание колонны и т. д.

В отсутствии таких комплексов применяют отдельные средства автоматизации и механизации вроде манипуляторов для укладки труб, кассет, быстросъемных захватов, вилок, труборазворотов и т. д.

Основным средством механизации для приготовления бурового раствора считают мешалки.
К тому же выделяют элементы малой механизации, используемые в отдельных операциях. Сюда относят приспособления для перемещения и скрепления труб, работ с канатом лебедки, предотвращающие износ различных узлов устройства и т. д.

Системы контроля

Служат для отслеживания параметров работы и диагностики механизмов буровой установки, а также контроля состояния окружающей среды.

Основной в этой категории считают систему контроля параметров бурения. Она автоматически собирает, интерпретирует и предоставляет оператору интегрированную информацию со ствола и с устья скважины, визуализируя ее. Таким образом, четко отражается ход процесса, на основе чего оператор принимает решения по дальнейшему продвижению и в соответствии с этим управляет оборудованием, что повышает эффективность процесса. К тому же при нарушении рабочего режима, ориентируясь по допустимому диапазону параметров, система блокирует отдельные узлы буровой установки. Она анализирует рабочие характеристики рабочих механизмов вроде ротора, крюка, долото и т. д. Измеряются такие параметры, как глубина, скорость вращения и перемещения, момент, давление и т. д. в зависимости от узла. К тому же контролируются характеристики бурового раствора и загазованность скважины.

В состав системы контроля входят комплекс датчиков, измерительный модуль, средства передачи информации, средства визуализации и отображения данных, программное обеспечение.

Системы управления

Служат для выполнения следующих задач:

Пуск, остановка и регулировка двигателей.
Пуск и остановка трансмиссий.
Пуск и остановка лебедки, буровых насосов, ротора, тормозов, механизмов подачи.
Регулировка лебедки, ротора, насосов.
Пуск и отключение свинчивающих и развинчивающих устройств для бурильных труб.
Управление ключами, клиньями и прочими механизмами для работы с бурильными свечами при спускоподъемных работах.
Управление оборудованием герметизации устья.
Пуск и остановка компрессора, вспомогательной лебедки, насоса, устройств приготовления и очистки раствора, осветительной системы и прочего вспомогательного оборудования.

Система управления по типу используемой энергии включает пневматические, гидравлические и электрические системы. Органы управления приводятся вручную.

По функциональности систему управления подразделяют на органы, управляющие основными и вспомогательными механизмами, и сигнализирующую об исполнении команд аппаратуру.

Выделяют следующие основные органы:

Воспринимающий команды (кнопка, педаль, рычаг и т. д.). Принимает воздействие оператора.
Промежуточный (тяга, кабель, трубопровод и т. д.). Передает команду исполнительным механизмам.
Исполнительный (золотник, муфта сцепления, кран и т. д.). Воздействует на механизм или выполняет функцию.
Фиксирующий или ограничивающий исполнение (концевой выключатель, защелка, стопор и т. д.). Останавливает процесс по выполнении команды.
Обратной связи (измерительные приборы, индикация). Информирует об исполнении команды.

По принципу устройства системы управления подразделяют на следующие виды:

Централизованная. Находится у поста бурильщика и совмещена с основными механизмами буровой установки (насосами, лебедкой, ротором, превенторами и т. д.).
Индивидуальная. Управляет конкретным агрегатом и находится вблизи него.
Смешанная. Обеспечивает управление отдельными агрегатами как напрямую, так и отдаленно. Такой системой управления оснащают, например, ДВС с суммирующей трансмиссией.

Таким образом, управление механизмами буровой установки осуществляется с поста бурильщика, дизелиста и у конкретных агрегатов.

По компоновке системы управления дифференцируют на 3 типа:

Независимые. Используются для несвязанных механизмов вроде лебедки, ротора, насосов.
Взаимосвязанные (сблокированные). Применяют для связанных устройств с целью исключения одновременного включения нескольких движений.
Комбинированные. Сочетают особенности двух предыдущих типов, и считаются наиболее оптимальным вариантом.

К основным характеристикам, определяющим совершенство систем управления, относят следующие параметры:

Мощность, усилие или крутящий момент для выполнения операций.
Легкость, маневренность, автоматизм.
Эргономика органов управления. Сюда относят их расположение и усилие, прогрессивность, гибкость, мягкость привода, определяющие четкость, стабильность и мнемоничность эксплуатации.
Быстродействие. Особо важно для спускоподъемной системы и компонентов обратной связи.
Структурная прочность. Определяет износ и деформацию компонентов системы управления в процессе эксплуатации, монтажа/демонтажа и транспортировки.
Безопасность. Определяется расположением элементов, легкостью доступа к ним для обслуживания, эргономикой и т. д.