Software & Systems

Информационное обеспечение процесса бурения нефтяных и газовых скважин является наиболее важным звеном на этапе строительства скважин, особенно при введении в разработку и освоении новых нефтегазовых месторождений.

В информационном обеспечении процесса строительства скважин наиболее важную роль играют геолого-технологические исследования (ГТИ). Основными задачами службы ГТИ являются изучение геологического строения разреза скважин, выявление и оценка продуктивных пластов и повышение качества строительства скважин на основе получаемой в ходе бурения геолого-гео­химической, геофизической и технологической информации. Оперативная информация, находящаяся в службе ГТИ, имеет большое значение при бурении разведочных скважин в малоизученных регионах со сложными горно-геологическими условиями, а также при проводке наклонно направленных и горизонтальных скважин [1].

Для решения этих задач разработаны системы непрерывного сбора, обработки, контроля, передачи и хранения информации, находящиеся на станциях ГТИ СИРИУС и «Геосфера» и на буровой и сопровождающие весь процесс бурения скважины.

Компьютеризированная станция ГТИ нефтегазовых скважин СИРИУС включает в себя систему сбора данных, состоящую из блока управления БУ-201-06 и двух распределительных блоков   БР1-206 и БР2-207. Блок управления является центральным блоком системы сбора данных ГТИ и предназначен для обеспечения питания сети цифровых датчиков, расположенных на буровой, а также для опроса датчиков, сбора информации об измеренных параметрах и передачи их в ПЭВМ. Распределительные блоки предназначены для объединения терминальных устройств (датчиков) и компьютерной станции в единую систему сбора данных ГТИ (далее система сбора) для контроля, регулирования и управления технологическими процессами. Они являются связующим звеном в распределенной системе сбора, к которому подключаются терминальные устройства, формируют требуемые информационные каналы и позволяют выполнять следующие функции:

–      прием и первичную обработку информации от аналоговых и цифровых терминальных устройств (датчиков);

–      управление цифровыми и аналоговыми датчиками;

–      обеспечение электропитания терминальных устройств и их гальванической развязки по питающим и информационным линиям;

–      обеспечение связи по кабельной линии с оборудованием верхнего уровня системы сбора.

Компьютеризированная станция ГТИ нефтегазовых скважин «Геосфера» в своем составе может иметь одну из трех предлагаемых производителем систем сбора:

–      система сбора технологической информации ТВР 60-8А;

–      выносная система сбора технологической информации ВССИ;

–      устройство сбора технологической информации ССИ-3.

ТВР 60-8А используется в станциях ГТИ скважин и предназначена для

–      аналого-цифрового преобразования изменяющихся электрических величин по шестидесяти аналоговым каналам;

–      измерения углового перемещения двухфазного датчика положения талевого блока и преобразования полученного значения в ток или напряжение;

–      измерения частоты по восьми цифровым каналам (имп./с) с последующим преобразованием полученных значений в ток или напряжение;

–      определения состояний по восьми каналам;

–      включения-выключения нормально разомкнутых сухих контактов по восьми каналам;

–      выдачи питания для датчиков или барьеров искробезопасности (=24 В);

–      цифровой передачи измеренной информации в технологический компьютер по интерфейсу RS422/485 в соответствии с протоколом обмена;

–      цифровой передачи информации из тех-нологического   компьютера   по   интерфейсу   RS-422/485 и выдачи питания (+24 В) на табло бурильщика.

Выносная система сбора ВССИ производит сбор информации от технологических датчиков, ее преобразование, предварительную обработку, фильтрацию, а также обеспечивает индивидуальным стабилизированным питанием с защитой от короткого замыкания и визуализацией подключенных к ней технологических датчиков.

Выносная система сбора ВССИ используется в станциях ГТИ скважин и предназначена для

–      аналого-цифрового преобразования изменяющихся электрических величин напряжения и тока;

–      счета импульсов в соответствии с направлением счета;

–      измерения частоты;

–      цифровой передачи информации на станцию ГТИ;

–      обеспечения индивидуальным стабилизированным питанием технологических датчиков.

ВССИ устанавливается на буровой в месте, максимально приближенном к объектам измерения, и соединяется со станцией ГТИ четырехжильным кабелем. Изделие выполнено в стальном пылевлагозащищенном корпусе с классом защиты IP65.

Устройство сбора технологической информации ССИ-3 используется в станциях ГТИ скважин с целью

–      аналого-цифрового преобразования изменяющихся электрических величин напряжения и тока;

–      счета импульсов в соответствии с направлением счета;

–      измерения частоты;

–      выдачи питающего напряжения для датчиков.

Система сбора ССИ-3 представляет собой измерительную плату и источник питания датчиков, установленные в общем корпусе, и включает клеммную панель для подключения магистрального кабеля от датчиков. Подключение системы сбора ССИ-3 к компьютеру производится через интерфейс USB1.1 или RS-232.

По своим техническим параметрам рассматриваемые системы сбора информации ориентированы на различные по сложности задачи контроля процесса бурения и характеризуются разными способами и оперативностью  монтажа [2].

Сравнивая технические характеристики систем сбора, стоит отметить, что при необходимости контроля большого числа параметров предпочтительной является ТВР 60-8А, имеющая 60 каналов для подключения аналоговых датчиков и дающая возможность автоматизировать процесс с помощью как дискретных, так и аналоговых управляющих сигналов. Это выделяет систему, позволяя использовать ее в качестве устройства сопряжения с объектом (УСО) для частичной автоматизации технологических процессов бурения при     условии применения совместимого с ней оборудования. Недостатком является необходимость прокладки всех кабелей от датчиков до системы сбора в одну точку на буровой, что требует больших затрат времени и сил и снижает оперативность развертывания станции на буровой установке.

Системы сбора ССИ-3 и ВССИ станции ГТИ «Геосфера» не имеют возможностей автоматизации процессов и обладают минимально необходимым количеством контролируемых параметров, позволяющих контролировать процесс бурения промысловых скважин без каких-либо затруднений и отличающихся лишь способом монтажа. Стоит отметить, что подключение датчиков к системе ССИ-3 производится по магистральному кабелю, упрощая монтаж датчиков на буровой, но при этом увеличивая шанс отказа части (либо всего комплекса) датчиков в случае разрыва одного из соединений [3].

Система сбора станции ГТИ СИРИУС в отличие от рассмотренных имеет распределенную структуру. Два распределительных блока монтируются на буровой, что позволяет более оперативно проводить монтаж датчиков. Существенным фактором является возможность подключения цифровых датчиков и оперативной адаптации количества цифровых и аналоговых измерительных линий путем подбора плат обработки сигналов распределительных блоков. На распределительном блоке БР1-206 возможно подключение до восемнадцати аналоговых датчиков с информационными сигналами тока или напряжения, на БР2-207 – до шестнадцати, что превосходит возможности ВССИ и ССИ-3 (по пятнадцать каналов измерения напряжения и по пять тока) [4].

Кроме того, данная система имеет повышенную отказоустойчивость за счет возможности частичной замены функций блока БР2-207 блоком БР1-206. При этом блок управления находится в станции с более благоприятными условиями работы и из строя выходит крайне редко.

Системы сбора станции ГТИ «Геосфера» измеряют постоянные пороговые значения (ТВР 60-8А:  +2,5 В, +1,25 В, +625 мВ, +312 мВ, +156 мВ, +78 мВ, +39 мВ, +20 мВ; ВССИ и ССИ-3: +10 В, +5 В, +312 мВ, +78 мВ), в то время как распределительные блоки системы сбора станции ГТИ СИРИУС способны измерять изменяющийся информационный сигнал напряжения в пределах от 0 до 10 В, позволяя получить большую информативность от канала связи с датчиком. По токовому сигналу принципиальных отличий между системами нет. Все системы сбора включают в себя защиту от перенапряжений и смены полярности входного напряжения, что исключает повреждение электронных компонентов в случае неправильной эксплуатации либо выхода из строя подключаемого оборудования.

Немаловажное значение имеет интерфейс взаимодействия системы сбора с компьютером, так как станции ГТИ комплектуются технологическими компьютерами и ноутбуками промышленного производства, которые не всегда обеспечивают аппаратную поддержку для обмена данных. На решение этой проблемы в полевых условиях могут потребоваться дополнительные затраты времени и средств, обусловленные необходимостью доставки и установки устройств либо плат расширения. К тому же операторы станций не всегда могут корректно установить дополнительное оборудование без помощи специалиста.

Системы сбора станции ГТИ «Геосфера»  ССИ-3 и блок управления системы сбора станции ГТИ СИРИУС БУ-201-06 лишены данного недостатка, поскольку ССИ-3 взаимодействует с компьютером с помощью широко распространенного интерфейса USB1.1 либо RS-232, а БУ-201-06 – только посредствам RS-232. Подключение системы сбора ТВР 60-8А требует наличия интерфейса RS-422 либо RS-485 (как и ВССИ).

Станции ГТИ СИРИУС («Разрез-2») и «Геосфера» получили широкое распространение в  России и за рубежом благодаря широким возможностям оперативных ГТИ, мобильности и высокой надежности и точности систем сбора информа-ции, адаптируемых под задачи различной сложности.

Литература

1.     Акбулатов Т.О., Акчурин Х.И. Информационное обеспечение процесса бурения: учеб. пособие. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2002. 55 с.

2.     Булатов А.И., Демихов В.И., Макаренко П.П. Контроль процессов бурения нефтяных и газовых скважин. М.: Изд-во «Недра», 1998. 345 с.

3.     URL: http://geosferatver.ru/unit/unit.php (дата обраще­ния: 16.07.2011).

4.     URL: http://gelstver.ru (дата обращения: 16.07.2011).