RU2745308C1 - Monitoring system of technological parameters of the drilling process on the basis of a self-propelled drilling rig - Google Patents

Monitoring system of technological parameters of the drilling process on the basis of a self-propelled drilling rig Download PDF

Info

Publication number
RU2745308C1
RU2745308C1 RU2020118771A RU2020118771A RU2745308C1 RU 2745308 C1 RU2745308 C1 RU 2745308C1 RU 2020118771 A RU2020118771 A RU 2020118771A RU 2020118771 A RU2020118771 A RU 2020118771A RU 2745308 C1 RU2745308 C1 RU 2745308C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
drilling
module
parameters
data
data collection
Prior art date
Application number
RU2020118771A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Викторович Бунаков
Роман Александрович Кондратьев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Завод Буровых Технологий"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Завод Буровых Технологий" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Завод Буровых Технологий"
Priority to RU2020118771A priority Critical patent/RU2745308C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2745308C1 publication Critical patent/RU2745308C1/en

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B44/00Automatic control systems specially adapted for drilling operations, i.e. self-operating systems which function to carry out or modify a drilling operation without intervention of a human operator, e.g. computer-controlled drilling systems; Systems specially adapted for monitoring a plurality of drilling variables or conditions

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

FIELD: drilling engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of drilling engineering and exploration wells, in particular to systems for monitoring technological parameters of the drilling process, namely to a system for monitoring technological parameters of the drilling process based on a self-propelled drilling rig, and is intended to control, register, display, record, store and transfer current parameters of the drilling process via communication means to control the drilling process. The system for monitoring technological parameters of the drilling process based on a self-propelled drilling rig includes sensors for measuring parameters and a data collection device. To ensure the possibility of an operative assessment of the state of the technological process while drilling wells, the data acquisition device contains a data collection module, a data recording and storage module and a data transmission module, while the data collection module contains one controller or two interconnected CAN bus controllers, and an analog-digital the converter is equipped with a CAN bus connection port for reading the operating parameters of the chassis internal combustion engine from the electronic engine control unit, the data collection module is configured to calculate the monitored parameters and has a two-way connection to the screen for displaying the monitored parameters in real time, to the data collection module through the appropriate ports connected to a rotator motor speed sensor, a pressure sensor of the working fluid of the pressure line of the rotator hydraulic motor, speed sensors of the crown block of the traveling system, pressure sensors of the working fluid of the hydraulic cylinder lowering/lifting the rotator, hydraulic fluid level sensor, hydraulic fluid temperature sensor, data acquisition module is connected by a two-way CAN communication line to the data recording and storage module, the data recording and storage module is two-way connected to the data transmission module equipped with a port for connecting external communication channels.
EFFECT: increased efficiency of drilling parameters monitoring.
5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области бурения инженерных и геологоразведочных скважин, в частности к системам мониторинга технологических параметров процесса бурения, а именно к системе мониторинга технологических параметров процесса бурения на базе самоходной буровой установки, и предназначено для контроля, регистрации, отображения, учета, хранения и передачи текущих параметров процесса бурения по средствам связи для управления процессом бурения.The invention relates to the field of drilling engineering and exploration wells, in particular to systems for monitoring technological parameters of the drilling process, namely to a system for monitoring technological parameters of the drilling process based on a self-propelled drilling rig, and is intended to control, register, display, record, store and transfer current parameters of the drilling process via communication means to control the drilling process.

Известно устройство для контроля процесса бурения, содержащее приспособления для измерения веса бурового инструмента, для измерения нагрузки на забой, для измерения давления промывочной жидкости, для измерения крутящего момента на роторе, для измерения усилий на ключе, для измерения плотности бурового раствора и для измерения расхода бурового раствора, блок питания, блок обработки сигналов и блок наблюдений (RU, заявка №94011511, Е21В 44/00, Опубл. 27.01.1996 г.). Каждое приспособление для измерения соответствующего параметра имеет первичный преобразователь. Блок обработки сигналов имеет промежуточные электронные нормирующие преобразователи. Каждый промежуточный нормирующий преобразователь электрически соединен с соответствующим первичным преобразователем. Блок наблюдения электрически соединен с блоком обработки сигналов. Блок наблюдения выполнен в виде аналого-цифровых преобразователей и табло. На табло расположены вертикально на одном уровне семь линейных шкал для отображения информации о соответствующем измеряемом параметре. Вдоль каждой из линейных шкал с равным интервалом расположены светодиоды. Светодиоды электрически соединены с блоком питания и с соответствующим аналого-цифровым преобразователем.A device for monitoring the drilling process is known, containing devices for measuring the weight of a drilling tool, for measuring the load on the bottomhole, for measuring the pressure of the drilling fluid, for measuring the torque on the rotor, for measuring the forces on the key, for measuring the density of the drilling fluid and for measuring the flow rate of the drilling solution, power supply unit, signal processing unit and observation unit (RU, application No. 94011511, Е21В 44/00, Publ. 27.01.1996). Each device for measuring the corresponding parameter has a primary transducer. The signal processing unit has intermediate electronic normalizing converters. Each intermediate normalizing converter is electrically connected to the corresponding primary converter. The observation unit is electrically connected to the signal processing unit. The observation unit is made in the form of analog-to-digital converters and a display. Seven linear scales are located vertically at the same level on the display to display information about the corresponding measured parameter. Equally spaced along each linear scale are LEDs. The LEDs are electrically connected to the power supply and to a corresponding analog-to-digital converter.

Недостатком такого устройства для контроля процесса бурения является отсутствие возможности дистанционного контроля параметров процесса бурения, оперативного переноса устройства на другую буровую установку, создания архива данных и анализа процесса бурения во времени, передачи данных по внешним каналам связи.The disadvantage of such a device for monitoring the drilling process is the lack of the possibility of remote monitoring of the parameters of the drilling process, operational transfer of the device to another drilling rig, creating a data archive and analyzing the drilling process in time, and transmitting data via external communication channels.

Известна система мониторинга процесса бурения, содержащая группу объектовых компьютеров, установленных на буровых, соединенных через каналы связи с центральным компьютером, в которую дополнительно введены сетевой маршрутизатор и группа объектовых маршрутизаторов, первые входы-выходы каждого из которых соединены с соответствующим объектовым блоком, вторые входы-выходы объектовых маршрутизаторов через каналы связи и сетевой маршрутизатор соединены с центральным компьютером, скважинный прибор, подключенный к передающему устройству, которое, в свою очередь, подключено к частям обсадной или бурильной колонны, разделенной электрическим разделителем, по меньшей мере, одну приемную антенну, подключенную к приемному устройству, в состав которого входит приемник GPS, встроенный в скважинный прибор, имеющий возможность получать сигналы не менее чем с трех спутников (RU, заявка №2006133698, Е21В 47/00, Опубл. 27.03.2008). Объектовый маршрутизатор содержит модуль создания виртуальной частной сети связи, выполняющий связь через канал связи с сетевым маршрутизатором, а также аутентификацию пользователей сети. Сетевой маршрутизатор содержит модуль создания виртуальной частной сети связи, выполняющий связь через каналы связи с объектовыми маршрутизаторами и аутентификацию пользователей сети, а также модуль сетевого экрана для защиты пульта наблюдения от несанкционированного доступа со стороны канала связи. Объектовый маршрутизатор может содержать более чем один контроллер связи, которые выполняют сопряжение объектового маршрутизатора с соответствующими каналами связи. Сетевой маршрутизатор может содержать более чем один контроллер связи, которые выполняют сопряжение сетевого маршрутизатора с каналами связи.A known system for monitoring the drilling process contains a group of object computers installed on the drilling rigs, connected through communication channels with a central computer, into which a network router and a group of object routers are additionally introduced, the first inputs and outputs of each of which are connected to the corresponding object block, the second inputs - the outputs of the object routers through communication channels and the network router are connected to the central computer, the downhole tool connected to the transmitting device, which, in turn, is connected to parts of the casing or drill string, separated by an electric divider, at least one receiving antenna connected to a receiving device, which includes a GPS receiver built into a downhole tool that can receive signals from at least three satellites (RU, application No. 2006133698, Е21В 47/00, Publ. 03/27/2008). The object router contains a module for creating a virtual private communication network that performs communication through a communication channel with a network router, as well as authentication of network users. The network router contains a module for creating a virtual private communication network that performs communication through communication channels with object routers and authenticates network users, as well as a firewall module for protecting the monitoring station from unauthorized access from the communication channel. An entity router can contain more than one link controller that couples the object router to associated links. A network router can contain more than one link controller that interfaces the network router to links.

Недостаток такой системы мониторинга процесса бурения заключается в невозможности определения в режиме реального времени комплекса контролируемых технологических параметров, необходимых и достаточных для оценки состояний технологических процессов при бурении скважин.The disadvantage of such a monitoring system for the drilling process is the impossibility of real-time determination of the complex of controlled technological parameters necessary and sufficient to assess the state of technological processes during well drilling.

Известна система информационного обеспечения геологического сопровождения бурения сложнопостроенных скважин, включающая блок загрузки данных по поверхностям скважины, блок ввода информации, блок сопоставления информации, блок контроля загружаемой информации, блок индикации, блок загрузки статичной информации по скважине, блок загрузки каротажных исследований по скважине, блок взаимодействия с источниками данных, блок хранения данных по поверхностям, блок хранения плановых показателей бурения, блок хранений данных по каротажным исследованиям, блок хранения оперативных данных телеметрии, внутреннее хранилище данных по настройкам, блок администрирования, блок прогнозирования аварийной ситуации, блок визуализации данных, блок сбора телеметрических данных с буровых установок, причем блок загрузки статичной информации по скважине односторонней связью соединен с блоком ввода информации, блок загрузки данных по поверхностям скважины односторонней связью соединен с блоком ввода информации, блок загрузки каротажных исследований по скважине односторонней связью соединен с блоком ввода информации, блок индикации двусторонними связями соединен с блоком ввода информации, блоком взаимодействия с источниками данных, блоком администрирования, блоком визуализации данных, блоком прогнозирования аварийной ситуации, блок взаимодействия с источниками данных двусторонними связями соединен с блоком хранения данных по поверхностям, блоком хранения плановых показателей бурения, блоком хранений данных по каротажным исследованиям, блоком хранения оперативных данных телеметрии, блок взаимодействия с источниками данных односторонней связью соединен с блоком сопоставления информации, блок сопоставления информации односторонней связью соединен с блоком контроля загружаемой информации, блок контроля загружаемой информации односторонней связью соединен с блоком визуализации данных, внутреннее хранилище данных по настройкам двусторонней связью соединено с блоком администрирования, блок сбора телеметрических данных с буровых установок односторонней связью соединен с блоком хранения оперативных данных телеметрии (RU, патент №149833, G06F 17/40, Е21В 47/26, Опубл. 20.01.2015, Бюл. №2).A known system of information support for geological support for drilling complex wells, including a block for loading data on well surfaces, an information input block, an information comparison block, a control unit for loaded information, an indication unit, a block for loading static information on a well, a block for loading well logging studies, an interaction block with data sources, surface data storage unit, drilling target data storage unit, well logging data storage unit, telemetry operational data storage unit, internal settings data storage, administration unit, emergency forecasting unit, data visualization unit, telemetry collection unit data from drilling rigs, and the block for loading static information on the well is connected by one-way connection to the information input block, the block for downloading data on the well surfaces is connected by one-way connection to the information input block, the block loading of well logging studies by one-way communication is connected to the information input unit, the display unit is connected by two-way connections to the information input unit, the data source interaction unit, the administration unit, the data visualization unit, the emergency prediction unit, the data source interaction unit by the two-way connections is connected to surface data storage unit, drilling target data storage unit, well logging data storage unit, telemetry operational data storage unit, the data source interaction unit is connected by one-way communication with the information comparison unit, the information comparison unit is connected by one-way communication with the loaded information control unit, the unit for controlling the downloaded information is connected by one-way communication with the data visualization unit, the internal data storage for settings is connected by two-way communication with the administration unit, the unit for collecting a telemeter data from drilling rigs by one-way communication is connected to the unit for storing operational telemetry data (RU, patent No. 149833, G06F 17/40, E21B 47/26, Publ. 01/20/2015, Bul. No. 2).

К недостатку такой системы информационного обеспечения геологического сопровождения бурения сложнопостроенных скважин следует отнести ее сложность, заключающуюся в большом количестве соединенных между собой различными связями блоков, что ограничивает возможность ее оперативного переноса с одной буровой установки на другую, ограничивая тем самым ее мобильность.The disadvantage of such a system of information support for geological support for drilling complex wells should be attributed to its complexity, which consists in a large number of blocks interconnected by various connections, which limits the possibility of its operational transfer from one drilling rig to another, thereby limiting its mobility.

Наиболее близкой к заявленной системе является мобильная станция контроля параметров бурения, содержащая датчики для измерения веса бурового инструмента, давления рабочей жидкости, расхода бурового раствора, аналого-цифровые преобразователи (АЦП), блок питания, процессор с управляющей программой, выполненный с возможностью создания архива данных, поступающих с датчиков, и передачи указанных данных в диспетчерские центры и на съемные носители, блок памяти, таймер, порт USB, порт подключения внешних каналов связи, датчик положения талевого блока, модуль связи, при этом процессор с управляющей программой, блок памяти, таймер, порты USB, подключения внешних каналов связи и АЦП компактно размещены в одном устройстве сбора данных, обеспечивающем сбор, обработку, хранение, обновление и передачу данных через заданные промежутки времени от указанных датчиков, подачу аварийного сигнала по заданному алгоритму управляющей программы через порты USB или внешних каналов связи, причем блок памяти выполнен энергонезависимым (RU, патент №2380533, Е21В 44/00, Опубл. 27.01.2010, Бюл. №3).The closest to the claimed system is a mobile station for monitoring drilling parameters, containing sensors for measuring the weight of a drilling tool, working fluid pressure, drilling fluid flow rate, analog-to-digital converters (ADC), a power supply, a processor with a control program, made with the ability to create a data archive , coming from sensors, and transfer of the specified data to dispatch centers and to removable media, memory unit, timer, USB port, port for connecting external communication channels, travel block position sensor, communication module, with a processor with a control program, memory unit, timer , USB ports, connections for external communication channels and ADCs are compactly placed in one data acquisition device that provides collection, processing, storage, updating and transmission of data at specified intervals from the specified sensors, giving an alarm according to a specified algorithm of the control program via USB ports or external communication channels, and the memory block is made non-volatile (RU, patent No. 2380533, E21B 44/00, Publ. 27.01.2010, Bul. No. 3).

Недостаток такой мобильной станции контроля параметров бурения заключается в недостатке числа контролируемых параметров, что приводит к информационному дефициту и невозможности качественно оценить состояние технологических процессов при бурении, а, следовательно, определить направление и интенсивность последующих управляющих воздействий.The disadvantage of such a mobile station for monitoring drilling parameters is the lack of a number of controlled parameters, which leads to a lack of information and the impossibility of qualitatively assessing the state of technological processes during drilling, and, consequently, to determine the direction and intensity of subsequent control actions.

К недостатку такой мобильной станции следует также отнести то, что несмотря на возможность использования наземных датчиков накладным способом для измерения веса бурового инструмента, давления рабочей жидкости, расхода бурового раствора, положения талевого блока без дополнительных врезок и изменений в имеющейся конструкции буровой установки, монтаж такой мобильной станции на каждой буровой установке для контроля параметров бурения и последующий ее демонтаж после произведенных измерений связаны с необходимостью осуществления целого ряда дополнительных операций, требующих как временных затрат, так и некоторых дополнительных усилий.The disadvantage of such a mobile station should also include the fact that, despite the possibility of using surface sensors in an overhead method to measure the weight of a drilling tool, pressure of a working fluid, flow rate of drilling mud, position of a traveling block without additional inserts and changes in the existing design of a drilling rig, the installation of such a mobile stations on each drilling rig for monitoring the drilling parameters and its subsequent dismantling after the measurements are made are associated with the need to carry out a number of additional operations that require both time expenditures and some additional efforts.

Недостатком данной мобильной станции является также невозможность получения информации о географических координатах точек скважин, в которых проводились измерения параметров бурения, что не позволяет с достаточной точностью и с минимальными усилиями выполнить построение трехмерной модели рудного тела. В противном случае для этих целей требуется привлечение геолого-технической службы.The disadvantage of this mobile station is also the impossibility of obtaining information about the geographic coordinates of the points of the wells in which the drilling parameters were measured, which does not allow with sufficient accuracy and with minimal effort to build a three-dimensional model of the ore body. Otherwise, for these purposes, the involvement of a geological and technical service is required.

В основу изобретения положена техническая проблема, заключающаяся в создании системы мониторинга технологических параметров процесса бурения на базе самоходной буровой установки, характеризующейся возможностью определения в режиме реального времени комплекса контролируемых параметров, необходимых и достаточных для оценки состояния технологического процесса при бурении скважин, возможностью регистрации, отображения, учета, хранения и передачи текущих параметров процесса бурения по средствам связи для последующего управления процессом бурения, а также возможностью получения точной информации о географических координатах точек скважин, в которых проводились измерения параметров бурения.The invention is based on a technical problem, which consists in creating a monitoring system for technological parameters of the drilling process based on a self-propelled drilling rig, characterized by the ability to determine in real time a set of monitored parameters necessary and sufficient to assess the state of the technological process while drilling wells, the ability to record, display, accounting, storage and transmission of the current parameters of the drilling process by means of communication for subsequent control of the drilling process, as well as the ability to obtain accurate information about the geographic coordinates of the points of the wells in which the drilling parameters were measured.

При этом техническим результатом является возможность оперативной оценки состояния технологического процесса при бурении скважин.At the same time, the technical result is the ability to quickly assess the state of the technological process while drilling wells.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в системе мониторинга технологических параметров процесса бурения на базе самоходной буровой установки, включающей датчики измерения параметров и устройство сбора данных, устройство сбора данных содержит модуль сбора данных, модуль записи и хранения данных и модуль передачи данных, при этом модуль сбора данных содержит один контроллер или два соединенных между собой CAN шиной контроллера, и аналого-цифровой преобразователь, снабжен портом подключения CAN шины для считывания параметров работы двигателя внутреннего сгорания шасси от электронного блока управления двигателем, модуль сбора данных выполнен с возможностью расчета контролируемых параметров и двусторонней связью соединен с дисплеем для отображения контролируемых параметров в режиме реального времени, к модулю сбора данных через соответствующие порты подключены датчик числа оборотов гидромотора вращателя, датчик давления рабочей жидкости напорной линии гидромотора вращателя, датчики числа оборотов крон-блока талевой системы, датчики давления рабочей жидкости гидроцилиндра спуска/подъема вращателя, датчик уровня рабочей жидкости в гидросистеме, датчик температуры рабочей жидкости в гидросистеме, модуль сбора данных соединен двусторонней линией связи CAN с модулем записи и хранения данных, модуль записи и хранения данных двусторонней связью соединен с модулем передачи данных, снабженным портом подключения внешних каналов связи.Achievement of the above technical result is ensured by the fact that in the monitoring system of technological parameters of the drilling process based on a self-propelled drilling rig, including sensors for measuring parameters and a data collection device, the data collection device contains a data collection module, a data recording and storage module and a data transmission module, while the data collection module contains one controller or two interconnected CAN bus controllers, and an analog-to-digital converter, is equipped with a CAN bus connection port for reading the operating parameters of the chassis internal combustion engine from the electronic engine control unit, the data collection module is configured to calculate the monitored parameters and two-way communication is connected to the display for displaying the monitored parameters in real time, to the data collection module through the corresponding ports are connected the speed sensor of the hydraulic motor of the rotator, the pressure sensor of the working fluid of the pressure line guide rotator rotor, rpm sensors of the tackle system crown block, hydraulic pressure sensors of the hydraulic cylinder for lowering / lifting of the rotator, hydraulic fluid level sensor, hydraulic fluid temperature sensor, data acquisition module is connected by a two-way CAN communication line with the data recording and storage module , the data recording and storage module is two-way connected to the data transmission module equipped with a port for connecting external communication channels.

Устройство сбора данных может дополнительно содержать модуль спутниковой системы радионавигации (GPS), при этом модуль спутниковой системы радионавигации (GPS) соединен с модулем записи и хранения данных.The data acquisition device may further comprise a satellite radio navigation system (GPS) module, wherein the satellite radio navigation system (GPS) module is connected to the data recording and storage module.

Модуль записи и хранения данных может быть выполнен энергонезависимым.The data recording and storage module can be made non-volatile.

В качестве дисплея может быть использован сенсорный дисплей.A touchscreen display can be used as a display.

Дисплей может быть снабжен устройством ввода данных.The display can be equipped with a data input device.

Выполнение в системе мониторинга технологических параметров процесса бурения на базе самоходной буровой установки устройства сбора данных в виде модуля сбора данных, модуля записи и хранения данных и модуля передачи данных и при этом выполнение модуля сбора данных в виде одного контроллера или двух соединенных между собой CAN шиной контроллеров, и аналого-цифрового преобразователя, наличие в нем порта подключения CAN шины для считывания параметров работы двигателя внутреннего сгорания шасси от электронного блока управления двигателем, выполнение модуля сбора данных с возможностью расчета контролируемых параметров и соединение его двусторонней связью с дисплеем для отображения контролируемых параметров в режиме реального времени, подключение к модулю сбора данных через соответствующие порты датчика числа оборотов гидромотора вращателя, датчика давления рабочей жидкости напорной линии гидромотора вращателя, датчиков числа оборотов крон-блока талевой системы, датчики давления рабочей жидкости гидроцилиндра спуска/подъема вращателя, датчика уровня рабочей жидкости в гидросистеме, датчика температуры рабочей жидкости в гидросистеме, соединение модуля сбора данных двусторонней линией связи CAN с модулем записи и хранения данных, соединение модуля записи и хранения данных двусторонней связью с модулем передачи данных, снабженным портом подключения внешних каналов связи, обеспечивает возможность определения в режиме реального времени комплекса контролируемых параметров, необходимых и достаточных для оценки состояния технологического процесса при бурении скважин, возможность регистрации, отображения, учета, хранения и передачи текущих параметров процесса бурения по средствам связи для последующего управления процессом бурения.Implementation in the monitoring system of technological parameters of the drilling process based on a self-propelled drilling rig of a data collection device in the form of a data collection module, a data recording and storage module and a data transmission module, and at the same time, the implementation of a data collection module in the form of one controller or two interconnected CAN bus controllers , and an analog-to-digital converter, the presence of a CAN bus connection port in it for reading the operating parameters of the chassis internal combustion engine from the electronic engine control unit, the implementation of the data collection module with the ability to calculate the monitored parameters and its two-way communication with the display to display the monitored parameters in the mode real-time connection to the data collection module through the corresponding ports of the rotator motor speed sensor, the pressure sensor of the working fluid of the pressure line of the rotator hydraulic motor, the speed sensors of the crown block of the traveling system, pressure sensors of the working fluid spindle of the hydraulic cylinder lowering / raising of the rotator, the level sensor of the working fluid in the hydraulic system, the temperature sensor of the working fluid in the hydraulic system, connection of the data collection module with a two-way CAN communication line with the data recording and storage module, connection of the data recording and storage module with two-way communication with the data transmission module equipped with port for connecting external communication channels, provides the ability to determine in real time a set of monitored parameters necessary and sufficient to assess the state of the technological process when drilling wells, the ability to register, display, record, store and transfer the current parameters of the drilling process via communication means for subsequent process control drilling.

Это позволяет оперативно оценить состояние технологического процесса при бурении скважин.This allows you to quickly assess the state of the technological process while drilling wells.

Выполнение в системе мониторинга технологических параметров процесса бурения на базе самоходной буровой установки устройства сбора данных в виде модуля сбора данных, модуля записи и хранения данных и модуля передачи данных обеспечивает возможность регистрации, отображения, учета, хранения и передачи текущих контролируемых параметров процесса бурения для последующего управления процессом бурения.Implementation of a data collection device in the monitoring system of technological parameters of the drilling process based on a self-propelled drilling rig in the form of a data collection module, a data recording and storage module and a data transmission module provides the ability to register, display, record, store and transfer the current monitored parameters of the drilling process for subsequent control drilling process.

При этом модуль сбора данных, выполненный в виде одного или двух соединенных между собой CAN шиной контроллеров и аналого-цифрового преобразователя, во-первых, обеспечивает прием и обработку поступивших от датчиков сигналов, преобразуя аналоговые, частотные и дискретные сигналы от датчиков в цифровой вид. В модуль сбора данных поступают сигналы от следующих подключенных через соответствующие порты датчиков: датчика числа оборотов гидромотора вращателя, датчика давления рабочей жидкости напорной линии гидромотора вращателя, датчиков числа оборотов крон-блока талевой системы, датчики давления рабочей жидкости гидроцилиндра спуска/подъема вращателя, датчика уровня рабочей жидкости в гидросистеме, датчика температуры рабочей жидкости в гидросистеме. Во-вторых, выполнение модуля сбора данных с возможностью расчета контролируемых параметров обеспечивает вычисление контролируемых параметров процесса бурения по встроенному математическому алгоритму, используя при этом измеренные датчиками параметры. В-третьих, модуль сбора данных обеспечивает передачу обработанной информации о контролируемых параметрах процесса бурения в модуль записи и хранения данных. При этом обеспечивается считывание параметров работы двигателя внутреннего сгорания шасси от электронного блока управления двигателем благодаря наличию в модуле сбора данных порта подключения CAN шины.At the same time, the data collection module, made in the form of one or two interconnected CAN bus controllers and an analog-to-digital converter, firstly, provides reception and processing of the signals received from the sensors, converting the analog, frequency and discrete signals from the sensors into digital form. The data collection module receives signals from the following sensors connected through the corresponding ports: a rotator motor speed sensor, a pressure sensor for the pressure line of the rotator motor, speed sensors for the crown block of the traveling system, pressure sensors for the working fluid of the hydraulic cylinder lowering / raising the rotator, level sensor working fluid in the hydraulic system, the temperature sensor of the working fluid in the hydraulic system. Secondly, the implementation of the data collection module with the ability to calculate the monitored parameters provides the calculation of the monitored parameters of the drilling process according to the built-in mathematical algorithm, using the parameters measured by the sensors. Thirdly, the data collection module provides the transfer of processed information about the monitored parameters of the drilling process to the data recording and storage module. At the same time, it is possible to read the operating parameters of the chassis internal combustion engine from the electronic engine control unit due to the presence of a CAN bus connection port in the data acquisition module.

Благодаря соединению модуля сбора данных с дисплеем обеспечивается отображение контролируемых параметров в режиме реального времени.Due to the connection of the data acquisition module with the display, the monitored parameters are displayed in real time.

Модуль записи и хранения данных обеспечивает регистрацию, шифрование и хранение обработанной информации о контролируемых параметрах процесса бурения, полученной от модуля сбора данных.The data recording and storage module provides registration, encryption and storage of processed information about the monitored parameters of the drilling process, received from the data collection module.

Модуль передачи данных предназначен для оперативной передачи полученных от модуля записи и хранения данных, зашифрованных данных о контролируемых параметрах процесса бурения через внешние каналы связи благодаря наличию соответствующего порта подключения.The data transmission module is designed for the prompt transmission of encrypted data about the monitored parameters of the drilling process received from the data recording and storage module through external communication channels due to the presence of a corresponding connection port.

При этом использование двусторонних связей между соответствующими модулями обеспечивает обмен информацией между ними.At the same time, the use of two-way connections between the corresponding modules ensures the exchange of information between them.

Наличие модуля спутниковой системы радионавигации (GPS) в устройстве сбора данных обеспечивает возможность получения точной информации о географических координатах точек скважин, в которых проводились измерения параметров бурения, для выполнения проектного задания, условиями которого является максимально точное соблюдение указанных географических координат сетки скважин. Это позволяет с достаточной точностью и с минимальными усилиями выполнить построение трехмерной модели рудного тела. В противном случае для этих целей требуется привлечение геолого-технической службы.The presence of a satellite radio navigation system (GPS) module in the data collection device provides the ability to obtain accurate information about the geographic coordinates of the points of the wells in which the drilling parameters were measured in order to fulfill the design task, the conditions of which are the most accurate observance of the specified geographic coordinates of the well grid. This makes it possible to build a three-dimensional model of the ore body with sufficient accuracy and with minimal effort. Otherwise, for these purposes, the involvement of a geological and technical service is required.

Соединение модуля спутниковой системы радионавигации (GPS) с модулем записи и хранения данных обеспечивает запись и хранение информации о географических координатах точек скважин, в которых проводились измерения параметров бурения.The connection of the satellite radio navigation system (GPS) module with the data recording and storage module provides the recording and storage of information on the geographic coordinates of the borehole points in which the drilling parameters were measured.

Выполнение модуля записи и хранения данных энергонезависимым обеспечивает возможность сохранения информации в течении заданного промежутка времени в случае возможных сбоев электропитания.The implementation of the module for recording and storing data non-volatile provides the ability to save information for a specified period of time in the event of possible power failures.

Использование сенсорного дисплея или дисплея с устройством ввода данных позволяет как отображать контролируемые параметры процесса бурения в режиме реального времени, так и вводить данные такие, как например номер скважины, номер бригады, тип бурения, а также параметры, необходимые для расчета контролируемых параметров процесса бурения.The use of a touch screen or a display with a data input device allows both displaying the monitored parameters of the drilling process in real time, and entering data such as, for example, the number of the well, the crew number, the type of drilling, as well as the parameters necessary for calculating the monitored parameters of the drilling process.

Сущность изобретения поясняется следующими чертежами. На фиг. 1 изображена самоходная буровая установка с системой мониторинга технологических параметров процесса бурения, общий вид; на фиг. 2 представлена блок-схема системы мониторинга технологических параметров процесса бурения.The essence of the invention is illustrated by the following drawings. FIG. 1 shows a self-propelled drilling rig with a system for monitoring technological parameters of the drilling process, general view; in fig. 2 shows a block diagram of a system for monitoring technological parameters of the drilling process.

Система мониторинга технологических параметров процесса бурения установлена на самоходной буровой установке.The system for monitoring technological parameters of the drilling process is installed on a self-propelled drilling rig.

Буровая установка включает буровой породоразрушающий элемент 1, бурильную колонну 2, мобильное шасси 3, платформу буровой установки 4, подвижную мачту фермовой конструкции 5, талевую систему 6, кронблок 7, подвижный вращатель 8, гидроцилиндр спуска/подъема бурового инструмента 9, пульт управления оператора процессом бурения 10, гидросистему буровой установки 11.The drilling rig includes a rock cutting element 1, a drill string 2, a mobile chassis 3, a drilling rig platform 4, a movable mast of a truss structure 5, a traveling system 6, a crown block 7, a movable rotator 8, a hydraulic cylinder for lowering / lifting of a drilling tool 9, a process operator control panel drilling 10, drilling rig hydraulic system 11.

Система мониторинга технологических параметров процесса бурения на базе самоходной буровой установки включает устройство сбора данных 12 и датчики измерения параметров, в качестве которых использованы датчик 13 числа оборотов гидромотора вращателя, датчик 14 давления рабочей жидкости напорной линии гидромотора вращателя, датчики 15 числа оборотов крон-блока талевой системы, датчики 16 давления рабочей жидкости гидроцилиндра спуска/подъема вращателя, датчик 17 уровня рабочей жидкости в гидросистеме, датчик 18 температуры рабочей жидкости в гидросистеме.The system for monitoring technological parameters of the drilling process based on a self-propelled drilling rig includes a data collection device 12 and sensors for measuring parameters, which are used as a sensor 13 for the number of revolutions of the rotator hydraulic motor, sensor 14 for the pressure of the working fluid of the pressure line of the hydraulic motor of the rotator, sensors 15 for the number of revolutions of the crown block. systems, pressure sensors 16 of the working fluid of the hydraulic cylinder lowering / raising the rotator, the sensor 17 of the level of the working fluid in the hydraulic system, the sensor 18 of the temperature of the working fluid in the hydraulic system.

Устройство сбора данных 12 содержит модуль сбора данных 19, модуль записи и хранения данных 20 и модуль передачи данных 21.The data collection device 12 contains a data collection module 19, a data recording and storage module 20 and a data transmission module 21.

Модуль сбора данных 19 содержит один контроллер или два соединенных между собой CAN шиной контроллера, и аналого-цифровой преобразователь (не показаны).The data acquisition module 19 contains one controller or two interconnected CAN bus controllers, and an analog-to-digital converter (not shown).

Модуль сбора данных 19 снабжен портом 22 подключения CAN шины для считывания параметров работы двигателя внутреннего сгорания шасси от электронного блока управления двигателем. В качестве CAN шины используется, в частности, CAN шина J1939.The data acquisition module 19 is equipped with a CAN bus connection port 22 for reading the operating parameters of the chassis internal combustion engine from the electronic engine control unit. The CAN bus is, in particular, the J1939 CAN bus.

Модуль сбора данных 19 выполнен с возможностью расчета контролируемых параметров и двусторонней связью соединен с дисплеем 23 для отображения контролируемых параметров в режиме реального времени.The data collection module 19 is configured to calculate the monitored parameters and is two-way connected to the display 23 to display the monitored parameters in real time.

В качестве дисплея 23 может быть использован сенсорный дисплей, позволяющий как отображать контролируемые параметры процесса бурения в режиме реального времени, так и вводить данные такие, как например номер скважины, номер бригады, тип бурения, а также параметры, необходимые для расчета контролируемых параметров процесса бурения. Возможно также использование дисплея с устройством ввода данных (не показано), что также позволяет как отображать контролируемые параметры процесса бурения в режиме реального времени, так и вводить данные такие, как например номер скважины, номер бригады, тип бурения, а также параметры, необходимые для расчета контролируемых параметров процесса бурения.As a display 23, a touchscreen display can be used, which allows both displaying the monitored parameters of the drilling process in real time, and entering data such as, for example, the number of the well, the number of the crew, the type of drilling, as well as the parameters necessary for calculating the monitored parameters of the drilling process. ... It is also possible to use a display with a data input device (not shown), which also allows both displaying the monitored parameters of the drilling process in real time, and entering data such as, for example, the number of the well, the crew number, the type of drilling, as well as the parameters required for calculation of the controlled parameters of the drilling process.

К модулю сбора данных 19 через соответствующие порты подключены датчик 13 числа оборотов гидромотора вращателя, датчик 14 давления рабочей жидкости напорной линии гидромотора вращателя, датчики 15 числа оборотов крон-блока талевой системы, датчики 16 давления рабочей жидкости гидроцилиндра спуска/подъема вращателя, датчик 17 уровня рабочей жидкости в гидросистеме, датчик 18 температуры рабочей жидкости в гидросистеме.The sensor 13 of the number of revolutions of the rotator hydraulic motor, the sensor 14 of the pressure of the working fluid of the pressure line of the hydraulic motor of the rotator, sensors 15 of the number of revolutions of the crown block of the traveling system, sensors 16 of the pressure of the working fluid of the hydraulic cylinder of the lowering / raising of the rotator, the sensor 17 of the level working fluid in the hydraulic system, sensor 18 temperature of the working fluid in the hydraulic system.

Модуль сбора данных 19 соединен двусторонней линией связи CAN с модулем записи и хранения данных 20.The data collection module 19 is connected by a two-way CAN communication line with the data recording and storage module 20.

Модуль записи и хранения данных 20 двусторонней связью соединен с модулем передачи данных 21, снабженным портом подключения внешних каналов связи 24.The data recording and storage module 20 is two-way connected to the data transmission module 21 equipped with a port for connecting external communication channels 24.

Устройство сбора данных 12 дополнительно содержит модуль спутниковой системы радионавигации (GPS) 25. При этом модуль спутниковой системы радионавигации (GPS) 25 соединен с модулем записи и хранения данных 20.The data collection device 12 additionally contains a satellite radio navigation system (GPS) module 25. In this case, the satellite radio navigation system (GPS) module 25 is connected to the data recording and storage module 20.

Модуль записи и хранения данных 20 выполнен энергонезависимым.The data recording and storage module 20 is non-volatile.

Для электропитания системы мониторинга технологических параметров процесса бурения использована система электропитания самоходной буровой установки.To power the system for monitoring the technological parameters of the drilling process, the power supply system of the self-propelled drilling rig was used.

Система мониторинга технологических параметров процесса бурения на базе самоходной буровой установки работает следующим образом.The system for monitoring technological parameters of the drilling process based on a self-propelled drilling rig works as follows.

Согласно утвержденного плана буровых работ, бригада прибывает на место бурения в составе самоходной буровой установки с установленной на ней системой мониторинга технологических параметров процесса бурения. Производится развертывание буровой установки из походного положения в рабочее. Выполняются подготовительные операции перед непосредственным процессом бурения, в том числе задаются начальные параметры, такие как: номер скважины, номер бригады, тип бурения. Далее осуществляется непосредственно бурение скважины с мониторингом технологических параметров процесса бурения.According to the approved drilling plan, the crew arrives at the drilling site as part of a self-propelled drilling rig with a system for monitoring technological parameters of the drilling process installed on it. The drilling rig is being deployed from the stowed position to the working one. Preparatory operations are carried out before the actual drilling process, including the initial parameters, such as the number of the well, the number of the crew, the type of drilling. Further, the well is drilled directly with monitoring of the technological parameters of the drilling process.

Благодаря наличию системы мониторинга технологических параметров процесса бурения на самоходной буровой установке исключается необходимость монтажа такой системы при бурении каждой скважины для контроля параметров процесса бурения и последующего ее демонтажа после произведенных измерений. Это исключает осуществление целого ряда дополнительных операций, требующих как временных затрат, так и некоторых дополнительных усилий, и дает возможность оперативной оценки состояний технологических процессов при бурении скважин по определенному в режиме реального времени комплексу контролируемых параметров, необходимых и достаточных для оценки состояний технологических процессов при бурении скважин.Due to the presence of a system for monitoring technological parameters of the drilling process on a self-propelled drilling rig, the need to install such a system when drilling each well to control the parameters of the drilling process and its subsequent dismantling after the measurements is eliminated. This eliminates the implementation of a number of additional operations that require both time costs and some additional efforts, and makes it possible to quickly assess the state of technological processes when drilling wells according to a set of controlled parameters determined in real time, which are necessary and sufficient for assessing the states of technological processes during drilling. wells.

Измерение параметров производится установленными на буровой установке и подключенными к модулю сбора данных 19 устройства сбора данных 12 через соответствующие порты следующими датчиками: датчик 13 числа оборотов гидромотора вращателя, датчик 14 давления рабочей жидкости напорной линии гидромотора вращателя, датчики 15 числа оборотов крон-блока талевой системы, датчики 16 давления рабочей жидкости гидроцилиндра спуска/подъема вращателя, датчик 17 уровня рабочей жидкости в гидросистеме, датчик 18 температуры рабочей жидкости в гидросистеме.The parameters are measured by the following sensors installed on the drilling rig and connected to the data collection module 19 of the data collection device 12 through the corresponding ports: sensor 13 of the number of revolutions of the hydraulic motor of the rotator, sensor 14 of the pressure of the working fluid of the pressure line of the hydraulic motor of the rotator, sensors 15 of the number of revolutions of the crown block of the traveling system , pressure sensors 16 of the working fluid of the hydraulic cylinder lowering / raising the rotator, the sensor 17 of the level of the working fluid in the hydraulic system, the sensor 18 of the temperature of the working fluid in the hydraulic system.

При этом измеряются следующие параметры процесса бурения:The following parameters of the drilling process are measured:

- число оборотов гидромотора вращателя;- the number of revolutions of the hydraulic motor of the rotator;

- давление рабочей жидкости вращателя;- pressure of the working fluid of the rotator;

- число оборотов крон-блока талевой системы;- the number of revolutions of the crown block of the traveling system;

- давление рабочей жидкости в поршневой и штоковой полости гидроцилиндра спуска/подъема вращателя;- pressure of the working fluid in the piston and rod cavity of the hydraulic cylinder of the lowering / lifting of the rotator;

- уровень рабочей жидкости в гидросистеме;- the level of the working fluid in the hydraulic system;

- температура рабочей жидкости при работе буровой установки.- the temperature of the working fluid during the operation of the drilling rig.

Для определения числа оборотов гидромотора вращателя применяется индуктивный датчик 13, который монтируется в корпус фланца крепления гидромотора к корпусу вращателя. На валу гидромотора установлена зубчатая шайба. Датчик 13 считывает зубья в момент вращения вала гидромотора за счет изменения амплитуды колебания магнитных волн при нахождении в активной зоне датчика 13 выступающей части головки зуба зубчатой шайбы.To determine the number of revolutions of the rotator hydraulic motor, an inductive sensor 13 is used, which is mounted in the housing of the flange of the hydraulic motor attachment to the rotator housing. A toothed washer is installed on the hydraulic motor shaft. The sensor 13 reads the teeth at the moment of rotation of the hydraulic motor shaft due to the change in the amplitude of the oscillation of the magnetic waves when the protruding part of the tooth head of the toothed washer is in the active zone of the sensor 13.

Для измерения давления рабочей жидкости вращателя применяется датчик 14 аналогового типа. Диапазон измерения давления от 0 до 400 бар. Цилиндрический корпус датчика обеспечивает его установку в любом доступном месте соединения трубопроводов.An analog sensor 14 is used to measure the pressure of the working fluid of the rotator. Pressure measuring range from 0 to 400 bar. The cylindrical body of the sensor allows its installation in any accessible place of the pipeline connection.

Для определения числа оборотов крон-блока талевой системы применяются два индуктивных датчика 15 числа оборотов, установленных на крон-блок буровой установки. Они расположены относительно друг друга под углом 45 град. Шкив крон-блока имеет в своем конструктивном исполнении выступающие ребра жесткости. При его вращении ребра попадают в активную зону датчиков. Разница во времени получения сигнала между двумя датчиками позволяет определить скорость вращения шкива.To determine the number of revolutions of the crown block of the traveling system, two inductive sensors 15 of the number of revolutions are used, installed on the crown block of the drilling rig. They are located relative to each other at an angle of 45 degrees. The crown block pulley has protruding stiffeners in its design. When it rotates, the ribs fall into the active zone of the sensors. The time difference between the two sensors is used to determine the speed of the pulley.

Для измерения давления рабочей жидкости в поршневой и штоковой полости гидроцилиндра спуска/подъема вращателя применяются два датчика 16 давления рабочей жидкости аналогового типа, один из которых встроен в поршневую полость гидроцилиндра спуска/подъема вращателя, другой в штоковую полость. В зависимости от перемещения штока гидроцилиндра вверх или вниз, рабочее давление определяется соответствующим датчиком. Диапазон измерения давления от 0-400 бар.To measure the pressure of the working fluid in the piston and rod cavity of the hydraulic cylinder lowering / lifting the rotator, two analog-type working fluid pressure sensors 16 are used, one of which is built into the piston cavity of the hydraulic cylinder lowering / raising the rotator, the other into the rod cavity. Depending on the movement of the hydraulic cylinder rod up or down, the working pressure is determined by the corresponding sensor. Pressure measurement range from 0-400 bar.

Уровень рабочей жидкости в гидросистеме определяют поплавковым датчиком 17 дискретного типа. Его устанавливают в масляный бак гидросистемы. Датчик 17 обеспечивает переключение контактов геркона при уровне жидкости ниже или равному контролируемому уровню.The level of the working fluid in the hydraulic system is determined by a discrete type float sensor 17. It is installed in the hydraulic oil tank. Sensor 17 provides switching of the reed switch contacts when the liquid level is below or equal to the monitored level.

Температура рабочей жидкости при работе буровой установки контролируется датчиком 18 температуры масла аналогового типа. Он обеспечивает точное измерение температуры и передачу сигнала на модуль ввода данных. Датчик 18 монтируется на боковой стенке масляного бака гидросистемы.The temperature of the working fluid during the operation of the drilling rig is monitored by an analog type oil temperature sensor 18. It provides accurate temperature measurement and signal transmission to the data input module. Sensor 18 is mounted on the side wall of the hydraulic oil tank.

Благодаря наличию порта 22 подключения CAN шины для считывания параметров работы двигателя внутреннего сгорания шасси от электронного блока управления двигателем контролируют следующие параметры:Due to the presence of the port 22 for connecting the CAN bus for reading the operating parameters of the internal combustion engine of the chassis from the electronic engine control unit, the following parameters are monitored:

- обороты двигателя внутреннего сгорания шасси,- the speed of the chassis internal combustion engine,

- температуру охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания шасси,- the temperature of the cooling liquid of the chassis internal combustion engine,

- давление масла двигателя внутреннего сгорания шасси,- oil pressure of the chassis internal combustion engine,

- напряжение аккумуляторной батареи,- battery voltage,

- уровень топлива в баке.- fuel level in the tank.

При этом в качестве CAN шины используется, в частности, CAN шина J1939.In this case, the CAN bus is used, in particular, the CAN bus J1939.

Аналоговые, частотные и дискретные сигналы от датчиков поступают в модуль сбора данных 19, содержащий один контроллер или два соединенных между собой CAN шиной контроллера, и аналого-цифровой преобразователь.Analog, frequency and discrete signals from the sensors enter the data collection module 19, which contains one controller or two interconnected CAN bus controllers, and an analog-to-digital converter.

Обработка поступающих сигналов от датчиков осуществляется аналого-цифровым преобразователем, который принимает указанные аналоговые, частотные и дискретные сигналы от датчиков и преобразует их в цифровой вид.The processing of the incoming signals from the sensors is carried out by an analog-to-digital converter, which receives the indicated analog, frequency and discrete signals from the sensors and converts them into digital form.

Благодаря наличию в модуле сбора данных 19 одного или двух соединенных между собой CAN шиной контроллеров рассчитываются контролируемые параметры процесса бурения по встроенному математическому алгоритму, используя измеренные датчиками параметры, а также вводимые с сенсорного дисплея.Due to the presence in the data acquisition module 19 of one or two controllers interconnected by the CAN bus, the monitored parameters of the drilling process are calculated according to the built-in mathematical algorithm, using the parameters measured by the sensors, as well as entered from the touch screen.

При этом рассчитываются следующие контролируемые параметры процесса бурения:In this case, the following controlled parameters of the drilling process are calculated:

- число оборотов шпинделя вращателя,- the number of revolutions of the spindle of the rotator,

- крутящий момент шпинделя вращателя,- torque of the rotator spindle,

- усилие подачи бурового снаряда на забой скважины,- the effort to feed the drill to the bottom of the well,

- усилие на крюке при подъеме бурового снаряда,- effort on the hook when lifting the drill,

- скорость подачи бурового снаряда,- the feed rate of the drill,

- глубина бурения скважины.- well drilling depth.

Число оборотов шпинделя вращателя определяется по формуле:The number of revolutions of the spindle of the rotator is determined by the formula:

V=Vг⋅ip, об/минV = V g ⋅i p , rpm

где Vг - обороты выходного вала гидромотора, об/мин;where V g is the speed of the output shaft of the hydraulic motor, rpm;

ip - передаточное число механической передачи вращателя (параметр, задаваемый вручную с сенсорного дисплея в зависимости от установленной механической передачи на вращателе).i p is the gear ratio of the mechanical transmission of the rotator (parameter set manually from the touch display, depending on the installed mechanical transmission on the rotator).

Крутящий момент шпинделя вращателя определяется по формуле:The torque of the rotator spindle is determined by the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где qг - рабочий объем гидромотора, см3/об (параметр, задаваемый вручную с сенсорного дисплея в зависимости от установленного объема гидромотора);where q g is the working volume of the hydraulic motor, cm 3 / rev (parameter set manually from the touch screen depending on the set volume of the hydraulic motor);

Δp - перепад давлений, кгс/см3 (параметр, задаваемый вручную с сенсорного дисплея в зависимости от настроенного давления гидросистемы);Δ p - pressure drop, kgf / cm 3 (parameter set manually from the touch screen depending on the set pressure of the hydraulic system);

η - гидромеханический кпд гидромотора (постоянная величина, соответствующая установленному гидромотору и задаваемая вручную с сенсорного дисплея).η - hydromechanical efficiency of the hydraulic motor (constant value corresponding to the installed hydraulic motor and set manually from the touch screen).

Усилие подачи бурового снаряда на забой скважины определяется по формуле:The effort to feed the drill to the bottom of the well is determined by the formula:

Figure 00000002
Figure 00000002

где Δр - перепад давлений, кгс/см3 (параметр, задаваемый вручную с сенсорного дисплея в зависимости от настроенного давления гидросистемы);where Δ p is the pressure drop, kgf / cm 3 (parameter set manually from the touch screen depending on the set pressure of the hydraulic system);

d2 - наружный диаметр поршня гидроцилиндра, см (параметр, задаваемый вручную с сенсорного дисплея);d 2 - outer diameter of the hydraulic cylinder piston, cm (parameter set manually from the touch screen);

π - постоянная величина, задаваемая вручную с сенсорного дисплея.π - constant value set manually from the touch screen.

Усилие на крюке при подъеме бурового снаряда определяется по формуле:The effort on the hook when lifting the drill is determined by the formula:

Figure 00000003
Figure 00000003

где Δр - перепад давлений, кгс/см3 (параметр, задаваемый вручную с сенсорного дисплея в зависимости от настроенного давления гидросистемы);where Δ p is the pressure drop, kgf / cm 3 (parameter set manually from the touch screen depending on the set pressure of the hydraulic system);

Figure 00000004
- наружный диаметр штоковой полости гидроцилиндра, см (параметр, задаваемый вручную с сенсорного дисплея);
Figure 00000004
- outer diameter of the rod cavity of the hydraulic cylinder, cm (parameter set manually from the touch screen);

Figure 00000005
- внутренний диаметр штоковой полости гидроцилиндра, см (параметр, задаваемый вручную с сенсорного дисплея).
Figure 00000005
- inner diameter of the rod cavity of the hydraulic cylinder, cm (parameter set manually from the touch screen).

Скорость подачи бурового снаряда определяется по формуле:The feed rate of the drill is determined by the formula:

Figure 00000006
Figure 00000006

где

Figure 00000007
- перемещение каретки вращателя при повороте крон-блока на угол 45°, см (параметр, задаваемый вручную с сенсорного дисплея);Where
Figure 00000007
- movement of the rotator carriage when the crown block is rotated at an angle of 45 °, cm (parameter set manually from the touch screen);

Δt - временной интервал между срабатыванием датчиков положения крон-блока, сек.Δt is the time interval between the actuation of the crown block position sensors, sec.

Глубина бурения вычисляется путем прибавления (сложения) заданной величины

Figure 00000007
каждый раз при срабатывании индуктивного датчика в процессе бурения.Drilling depth is calculated by adding (adding) a given value
Figure 00000007
every time an inductive sensor is triggered while drilling.

Далее обработанная информация о контролируемых параметров процесса бурения передается по двусторонней линии связи CAN от модуля сбора данных 19 модулю записи и хранения данных 20 для ее регистрации, шифрования и хранения. Выполнение модуля записи и хранения данных 20 энергонезависимым обеспечивает возможность сохранения информации в течении заданного промежутка времени в случае возможных сбоев электропитания.Further, the processed information about the monitored parameters of the drilling process is transmitted via a two-way CAN communication line from the data collection module 19 to the data recording and storage module 20 for its registration, encryption and storage. The implementation of the module for recording and storing data 20 non-volatile provides the ability to save information for a specified period of time in the event of possible power failures.

Благодаря использованию двусторонней линии связи CAN обеспечивается, с одной стороны, передача обработанной информации о контролируемых параметров процесса бурения от модуля сбора данных 19 модулю записи и хранения данных 20 для ее регистрации, шифрования и хранения, а, с другой стороны, модуль записи и хранения данных 20 служит связующим звеном между модулем передачи данных 21, снабженным портом подключения внешних каналов связи 24, и модулем сбора данных 19. Благодаря этому обеспечивается возможность дистанционного конфигурирования и настройки пределов измерения датчиков в случае их замены или калибровки.Thanks to the use of a two-way CAN communication line, on the one hand, the processed information about the monitored parameters of the drilling process is transmitted from the data acquisition module 19 to the data recording and storage module 20 for its registration, encryption and storage, and, on the other hand, the data recording and storage module 20 serves as a link between the data transmission module 21, equipped with a port for connecting external communication channels 24, and the data collection module 19. This provides the ability to remotely configure and set the measurement limits of sensors in the event of replacement or calibration.

Обработанная модулем сбора данных 19 информация о контролируемых параметров процесса бурения также отображается в режиме реального времени на дисплее 23, благодаря его соединению с модулем сбора данных 19 двусторонней связью. При этом использование двусторонней связи и использование сенсорного дисплея или дисплея с устройством ввода данных обеспечивает как возможность отображения контролируемых параметров процесса бурения в режиме реального времени, так и возможность ввода необходимых данных в модуль сбора данных 19.The information about the monitored parameters of the drilling process processed by the data collection module 19 is also displayed in real time on the display 23, due to its connection with the data collection module 19 by two-way communication. At the same time, the use of two-way communication and the use of a touch screen or a display with a data input device provides both the ability to display the monitored parameters of the drilling process in real time and the ability to enter the necessary data into the data collection module 19.

Зашифрованные данные о контролируемых параметров процесса бурения от модуля записи и хранения данных 20 передаются модулю передачи данных 21, снабженному портом подключения внешних каналов связи 24, таких как Интернет, GSM, радиолинии, спутниковую связь, кабельные линии связи и их комбинации. Далее указанные данные передаются на сервер, доступ к которому имеют руководящие специалисты, начальники участков буровых и иные задействованные при бурении специалисты. При этом благодаря использованию двусторонней связи обеспечивается возможность дистанционного конфигурирования и настройки пределов измерения датчиков в случае их замены или калибровки.The encrypted data on the monitored parameters of the drilling process from the data recording and storage module 20 are transmitted to the data transmission module 21, equipped with a port for connecting external communication channels 24, such as the Internet, GSM, radio lines, satellite communications, cable communication lines and their combinations. Further, the specified data is transmitted to the server, which has access to executives, heads of drilling sites and other specialists involved in drilling. At the same time, thanks to the use of two-way communication, it is possible to remotely configure and set the measurement limits of sensors in the event of their replacement or calibration.

Необходимым условием выполнения проектного задания, в частности, является максимально точное соблюдение указанных географических координат сетки скважин. Возможность получения такой информации о географических координатах точек скважин, в которых проводились измерения параметров бурения, обеспечивается благодаря наличию модуля спутниковой системы радионавигации (GPS) 25 в устройстве сбора данных 12. Это позволяет с достаточной точность и с минимальными усилиями выполнить построение трехмерной модели рудного тела. В этом случае для этих целей не требуется привлечения геолого-технической службы. При этом соединение модуля спутниковой системы радионавигации (GPS) 25 с модулем записи и хранения данных 20 обеспечивает запись и хранение информации о географических координатах точек скважин, в которых проводились измерения параметров бурения.A prerequisite for the fulfillment of the design assignment, in particular, is the most accurate observance of the specified geographic coordinates of the well grid. The possibility of obtaining such information about the geographic coordinates of the borehole points in which the drilling parameters were measured is provided by the presence of a satellite radio navigation system (GPS) 25 module in the data collection device 12. This makes it possible to construct a three-dimensional model of the ore body with sufficient accuracy and with minimal effort. In this case, for these purposes, the involvement of a geological and technical service is not required. At the same time, the connection of the satellite radio navigation system (GPS) module 25 with the data recording and storage module 20 provides the recording and storage of information on the geographic coordinates of the borehole points in which the drilling parameters were measured.

Таким образом, система мониторинга технологических параметров процесса бурения на базе самоходной буровой установки дает возможность оперативной оценки состояний технологических процессов при бурении скважин по определенному в режиме реального времени комплексу контролируемых параметров, необходимых и достаточных для оценки состояний технологических процессов при бурении скважин и для последующего управления процессом бурения.Thus, the system for monitoring technological parameters of the drilling process based on a self-propelled drilling rig makes it possible to quickly assess the state of technological processes when drilling wells according to a set of controlled parameters determined in real time, which are necessary and sufficient to assess the states of technological processes when drilling wells and for subsequent process control. drilling.

Claims (5)

1. Система мониторинга технологических параметров процесса бурения на базе самоходной буровой установки, включающая датчики измерения параметров и устройство сбора данных, отличающаяся тем, что устройство сбора данных содержит модуль сбора данных, модуль записи и хранения данных и модуль передачи данных, при этом модуль сбора данных содержит один контроллер или два соединенных между собой CAN шиной контроллера, и аналого-цифровой преобразователь снабжен портом подключения CAN шины для считывания параметров работы двигателя внутреннего сгорания шасси от электронного блока управления двигателем, модуль сбора данных выполнен с возможностью расчета контролируемых параметров и двусторонней связью соединен с дисплеем для отображения контролируемых параметров в режиме реального времени, к модулю сбора данных через соответствующие порты подключены датчик числа оборотов гидромотора вращателя, датчик давления рабочей жидкости напорной линии гидромотора вращателя, датчики числа оборотов крон-блока талевой системы, датчики давления рабочей жидкости гидроцилиндра спуска/подъема вращателя, датчик уровня рабочей жидкости в гидросистеме, датчик температуры рабочей жидкости в гидросистеме, модуль сбора данных соединен двусторонней линией связи CAN с модулем записи и хранения данных, модуль записи и хранения данных двусторонней связью соединен с модулем передачи данных, снабженным портом подключения внешних каналов связи.1. A system for monitoring technological parameters of the drilling process based on a self-propelled drilling rig, including sensors for measuring parameters and a data collection device, characterized in that the data collection device contains a data collection module, a data recording and storage module and a data transmission module, while the data collection module contains one controller or two interconnected CAN bus controllers, and the analog-to-digital converter is equipped with a CAN bus connection port for reading the operating parameters of the chassis internal combustion engine from the electronic engine control unit, the data collection module is configured to calculate the monitored parameters and is two-way connected to a display for displaying the monitored parameters in real time, a sensor for the speed of the rotator hydraulic motor, a pressure sensor of the working fluid of the pressure line of the hydraulic motor of the rotator, speed sensors of the crown block are connected to the data collection module through the corresponding ports a hoist system, pressure sensors of the working fluid of the hydraulic cylinder lowering / raising the rotator, the level sensor of the working fluid in the hydraulic system, the temperature sensor of the working fluid in the hydraulic system, the data collection module is connected by a two-way CAN communication line with the data recording and storage module, the data recording and storage module is two-way communication connected to a data transmission module equipped with a port for connecting external communication channels. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что устройство сбора данных дополнительно содержит модуль спутниковой системы радионавигации (GPS), при этом модуль спутниковой системы радионавигации (GPS) соединен с модулем записи и хранения технологических параметров.2. The system of claim. 1, characterized in that the data collection device additionally contains a satellite radio navigation system (GPS) module, while the satellite radio navigation system (GPS) module is connected to the module for recording and storing technological parameters. 3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что модуль записи и хранения данных выполнен энергонезависимым.3. The system according to claim 1, characterized in that the data recording and storage module is non-volatile. 4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве дисплея использован сенсорный дисплей.4. The system according to claim 1, characterized in that a touchscreen display is used as a display. 5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что дисплей снабжен устройством ввода данных.5. The system of claim. 1, characterized in that the display is equipped with a data input device.
RU2020118771A 2020-05-29 2020-05-29 Monitoring system of technological parameters of the drilling process on the basis of a self-propelled drilling rig RU2745308C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020118771A RU2745308C1 (en) 2020-05-29 2020-05-29 Monitoring system of technological parameters of the drilling process on the basis of a self-propelled drilling rig

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020118771A RU2745308C1 (en) 2020-05-29 2020-05-29 Monitoring system of technological parameters of the drilling process on the basis of a self-propelled drilling rig

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2745308C1 true RU2745308C1 (en) 2021-03-23

Family

ID=75159177

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020118771A RU2745308C1 (en) 2020-05-29 2020-05-29 Monitoring system of technological parameters of the drilling process on the basis of a self-propelled drilling rig

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2745308C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114165224A (en) * 2021-12-20 2022-03-11 中煤地一七三勘探队涿州有限责任公司 Drilling information monitoring system
RU2772455C1 (en) * 2021-04-30 2022-05-20 Общество с ограниченной ответственностью "РУСИНТЕХ СЕРВИС" System and method for controlling drilling operations
WO2022231459A1 (en) * 2021-04-30 2022-11-03 Общество с ограниченной ответственностью "РУСИНТЕХ СЕРВИС" System and method for managing drilling operations

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070056727A1 (en) * 2005-09-13 2007-03-15 Key Energy Services, Inc. Method and system for evaluating task completion times to data
RU2380533C1 (en) * 2008-07-11 2010-01-27 Сергей Николаевич Волковинский Boring parametres control mobile station
US20130144529A1 (en) * 2011-12-06 2013-06-06 Jean Seydoux System and Method for Producing Look-Ahead Profile Measurements in a Drilling Operation
RU2626865C2 (en) * 2015-12-21 2017-08-02 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Геотек" (ООО "НПП "Геотек") Device for measuring drilling parameters
RU2697988C1 (en) * 2019-01-29 2019-08-21 Общество с ограниченной ответственностью "ВНИИБТ-Буровой инструмент" (ООО "ВНИИБТ-Буровой инструмент") Method and system for automated control of well drilling

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070056727A1 (en) * 2005-09-13 2007-03-15 Key Energy Services, Inc. Method and system for evaluating task completion times to data
RU2380533C1 (en) * 2008-07-11 2010-01-27 Сергей Николаевич Волковинский Boring parametres control mobile station
US20130144529A1 (en) * 2011-12-06 2013-06-06 Jean Seydoux System and Method for Producing Look-Ahead Profile Measurements in a Drilling Operation
RU2626865C2 (en) * 2015-12-21 2017-08-02 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Геотек" (ООО "НПП "Геотек") Device for measuring drilling parameters
RU2697988C1 (en) * 2019-01-29 2019-08-21 Общество с ограниченной ответственностью "ВНИИБТ-Буровой инструмент" (ООО "ВНИИБТ-Буровой инструмент") Method and system for automated control of well drilling

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2772455C1 (en) * 2021-04-30 2022-05-20 Общество с ограниченной ответственностью "РУСИНТЕХ СЕРВИС" System and method for controlling drilling operations
WO2022231459A1 (en) * 2021-04-30 2022-11-03 Общество с ограниченной ответственностью "РУСИНТЕХ СЕРВИС" System and method for managing drilling operations
CN114165224A (en) * 2021-12-20 2022-03-11 中煤地一七三勘探队涿州有限责任公司 Drilling information monitoring system
CN114165224B (en) * 2021-12-20 2023-11-07 中煤地一七三勘探队涿州有限责任公司 Drilling information monitoring system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11572779B2 (en) Well construction management and decision support system
RU2745308C1 (en) Monitoring system of technological parameters of the drilling process on the basis of a self-propelled drilling rig
CA2995453C (en) Borehole testing device
US11156080B2 (en) Monitoring system with an instrumented surface top sub
US20180371901A1 (en) Control of drilling system operations based on drill bit mechanics
US4507735A (en) Method and apparatus for monitoring and controlling well drilling parameters
CN105339579B (en) Arrangement for controlling percussive drilling process
US10690805B2 (en) Borehold testing device
US20150134258A1 (en) Well Pressure Control Event Detection and Prediction Method
CA2948321C (en) Employing a target risk attribute predictor while drilling
CN105008662A (en) Back up directional and inclination sensors and method of operating same
CA3040336A1 (en) Surface real-time processing of downhole data
CA2879806C (en) Down-hole monitoring and survey system
CN102788568A (en) Height measuring system for oil rig rotary hook as well as calibrating and measuring method
RU2341647C1 (en) Method of dataware and control of fluid withdrawal from oil wells and facility for implementation of this method
US20190078405A1 (en) Method and apparatus for wellbore pressure control
RU2208154C1 (en) Information-technological geonavigation complex
RU2702305C2 (en) Control system of drilling process while installation of ground screws
RU23914U1 (en) DRILLING GEOGRAPHIC COMPLEX
JP7206985B2 (en) Damage estimation device and machine learning device
US20190032468A1 (en) Methods and devices to perform offset surveys
Musin DRILLING RIG INFORMATION SYSTEMS
CN115298412A (en) Drilling rig control system and method
WO2021097572A1 (en) Systems, apparatuses, and methods for determining rock mass properties based on blasthole drill performance data including compensated blastability index (cbi)
Boone TRU VU rig instrumentation