Введение:
Автоматизация технологического процесса бурения разведочных скважин
составляет важную часть научно-технического прогресса в проведении геоло-горазведочных работ. Теоретические исследования в области совершенствова-ния управления процессом бурения и его оптимизации получили новые воз-можности практической реализации с появлением управляющей микропроцес-сорной техники и созданием на ее основе систем автоматизированного управ-ления.
В отрасли в течение ряда лет проводятся исследования по созданию мик-ропроцессорных систем автоматизированного управления геологоразведочным бурением, реализующие методы и средства универсального, многофункцио-нального управления, способного в отличие от жестких аналоговых решений осуществлять гибкую технологию бурения.
Разнообразные образцы систем автоматизированного управления процес-сом бурения разведочных скважин на твердые полезные ископаемые позволя-ют не только управлять процессом бурения в реальном времени по любому из известных алгоритмов, но и собирать, накапливать и обрабатывать информа-цию о процессе бурения, а также диагностировать работоспособность отдель-ных узлов и механизмов.
Автоматизация технологических процессов на основе современной тех-ники должна обеспечить интенсификацию производства, повышение качества и снижение себестоимости продукции.
Необходимость этого вытекает из анализа производственной деятельно-сти геологоразведочных организаций по выполнению плановых заданий. Не-смотря на то, что внедрение современного оборудования, инструментов, про-грессивной технологии бурения, средств механизации и автоматизации отдель-ных операций, совершенствование организации труда в целом обеспечило вы-полнение этих заданий, в разведочном бурении остаются значительные резервы повышения производительности труда и улучшения его технико-экономических показателей. Эти резервы заключаются, прежде всего, в опти-мизации и автоматизации оперативного управления процессом бурения сква-жин и в совершенствовании организации работ.
Сегодня, в условиях интенсифицированного производства, возросших скоростей бурения резко повысилась физическая нагрузка на буровой персонал. Учитывая также и тенденцию к росту глубин бурения разведочных поисковых скважин, можно утверждать, что возросли психологическая нагрузка и ответст-венность за решения, принимаемые бурильщиком в процессе бурения. Уже сейчас время простоев из-за неправильных технологических решений в процес-се бурения составляет 5-7 % общего баланса рабочего времени.
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 гео-логический разрез может отличаться от фактического, а, следовательно, про-ектная технология бурения – от фактической. Бурильщику приходится отсту-пать от проектной технологии, использовать свой опыт, знания, интуицию, что-бы вовремя обнаружить изменение категории буримости пород, неблагоприят-ную технологическую ситуацию; хорошие мастера работают на грани искусст-ва. Поэтому научить бурить хорошо, не задавать проектные параметры режи-мов бурения, а варьировать ими в зависимости от условий очень сложно. На-много быстрее и дешевле научить бурильщика пользоваться системой автома-тизированного управления процессом бурения, которая будет выбирать и под-держивать оптимальные режимы бурения в соответствии с заданными крите-риями оптимальности и в рамках установленных ограничений. С помощью сис-тем автоматизированного управления можно более жестко нормировать про-цесс бурения, широко внедрять передовые технологии бурения.
Глава 6:
Методика разработки ПО предусматривает несколько этапов, которые во многом совпадают с этапами разработки системы в целом
1) точная постановка проблемы;
2) выбор алгоритмов и выражение их в терминах и понятиях кон¬кретных операционных и аппаратных средств системы,
3) выбор языка программирования,
4) спецификация структуры программ,
5) кодирование (программирование),
6) отладка программ и тестирование на контрольных примерах,
7) пересмотр предыдущих этапов по результатам отладки,
8) документальное сопровождение.
Программное обеспечение подразделяется на общее и специальное. Об-щее программное обеспечение АСУ ТП представляет собой ту часть, ПО, кото-рую обычно поставляют в комплекте со средствами вычисли¬тельной техники. Важнейшая часть общего ПО - операционная система, которая представляет собой комплекс программ, осуществляющих управление вычислительным про-цессом и реализующих наиболее общие алгоритмы обработки информации и управление стандартными УВВ для конкретной ЭВМ. Потребность в операци-онной системе в случае применения управляющих ЭВМ обусловлена двумя ос-новными факторами: эффективным использованием вычислительных ресурсов, в частности, времени и памяти ЭВМ, а также скоростью реакции на события, происходящие в технологическом процессе. Операционная система состоит из некоторой главной программы, называемой супервизором или монитором, и набора специальных системных подпрограмм, работающих под управлением главной программы. Операционная система в программном обеспечении АСУ ТП является той «вычислительной средой», в которой существуют специальные программы, реализующие собственно автоматизированное управление техно-логическим процессом. Операционная система обеспечивает выполнение обще-системных процедур, а также всех стандартных операций, используемых при работе программных модулей специального программного обеспечения.
К общесистемным процедурам относятся:
1) распределение ресурсов процессора между программными модулями в соответствии с их приоритетами;
2) работа с системой прерываний и запуск или остановка отдельных мо-дулей в соответствии с состоянием системы прерываний;
3) синхронизация работы программных модулей средствами опера¬ционной подсистемы синхронизации событий с целью реализации требуемых причинно-следственных связей и последовательностей в процессе управления;
4) организация единой службы времени в рамках данной системы и вы-полнение всех требуемых операций, связанных с использованием абсолютных или относительных значений времени (информация о текущем времени суток, отсчет интервалов времени, хронометрирование заданных технологических операций и т. п.);
5) контроль и диагностика работоспособности управляющего вычисли-тельного комплекса [1,4,7,9].
Одной из таких программ является программа регистрации данных про-цесса бурения разработанная компанией ОАО НПФ "Геофизика". Программное обеспечение (в дальнейшем ПО) информационно-измерительной системы кон-троля процесса бурения предназначено для сбора, хранения и обработки ин-формации, поступающей с датчиков, расположенных на буровой.
ПО обеспечивает в реальном масштабе времени следующие возможности:
1) Прием и оперативную обработку информации от датчиков технологи-ческих параметров бурения, расположенных на буровой.
Заключение:
Автоматизация технологических процессов на основе современной тех-ники должна обеспечить интенсификацию производства, повышение качества и снижение себестоимости продукции.
Необходимость этого вытекает из анализа производственной деятельно-сти геологоразведочных организаций по выполнению плановых заданий. Не-смотря на то, что внедрение современного оборудования, инструментов, про-грессивной технологии бурения, средств механизации и автоматизации отдель-ных операций, совершенствование организации труда в целом обеспечило вы-полнение этих заданий, в разведочном бурении остаются значительные резервы повышения производительности труда и улучшения его технико-экономических показателей. Эти резервы заключаются, прежде всего, в опти-мизации и автоматизации оперативного управления процессом бурения сква-жин и в совершенствовании организации работ.
Внедрение данной системы автоматизированного управления позволит, прежде всего, повысить эффективность технологического процесса бурения. Система своевременно оповещения о критическом положении бура, или других механизмов позволит, уменьшить затраты на замену оборудования, вызванную поломкой, улучшить качество технологического процесса. Улучшение условий труда и техники безопасности, поскольку в результате автоматизации буровой персонал может быть удален на безопасное расстояние от движущихся и вра-щающихся частей, и создание комфортабельных условий работы.
Автоматизированное управление процессом бурения позволяет успешно изменять практически одновременно два-три параметра с недоступной челове-ку частотой. Следовательно, источником эффективности автоматизированного управления является, по крайней мере, уменьшение промежутка времени, поиск оптимального режима, быстрая перестройка с одного режима на другой в связи с изменившимися условиями, а также практически полное исключение наруше-ний процесса, приводящих к аварийным ситуациям.
Наибольший эффект от применения роботизированных буровых устано-вок может быть получен при эксплуатации в составе автоматизированной про-изводственной системы (АПС). Основное назначение АПС - создание замкну-той информационной системы, элементы которой являются источниками ин-формации и ее потребителями. Система АПС должна обеспечить: получение качественной информации геологического, технологического и производствен-ного характера, быструю передачу информации и автоматизированную ее об-работку с целью принятия решений, передачу решений производственным звеньям для исполнения.