RU2772455C1 - System and method for controlling drilling operations - Google Patents
System and method for controlling drilling operations Download PDFInfo
- Publication number
- RU2772455C1 RU2772455C1 RU2021112801A RU2021112801A RU2772455C1 RU 2772455 C1 RU2772455 C1 RU 2772455C1 RU 2021112801 A RU2021112801 A RU 2021112801A RU 2021112801 A RU2021112801 A RU 2021112801A RU 2772455 C1 RU2772455 C1 RU 2772455C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- drilling
- drilling rig
- command
- interface device
- sensors
- Prior art date
Links
- 238000005553 drilling Methods 0.000 title claims abstract description 239
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 title claims abstract description 15
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000000977 initiatory Effects 0.000 claims description 26
- 230000000051 modifying Effects 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 6
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 5
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 5
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 102100000672 SMPX Human genes 0.000 description 1
- 108060007673 SMPX Proteins 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
[1] Настоящее изобретение относится системам и способам управления буровыми работами, обеспечивающими автоматизированную работу буровых станков. Система обеспечивает точное автоматизированное передвижение буровых станков благодаря использованию высокоточного позиционирования, а также позволяет отслеживать процессы передвижения и работы буровых станков, получать данные с бортового компьютера и обрабатывать их для оптимизации логистики работы и для формирования отчетов, необходимых для построения рабочих процессов.[1] The present invention relates to systems and methods for controlling drilling operations that provide automated operation of drilling rigs. The system provides accurate automated movement of drilling rigs through the use of high-precision positioning, and also allows you to track the movement and operation of drilling rigs, receive data from the on-board computer and process them to optimize the logistics of work and generate reports necessary for building workflows.
Уровень техникиState of the art
[2] Системы управления буровыми работами зачастую включают в себя центральный вычислительный компьютер или сервер, датчики измерения параметров бурения, систему навигации и буровой станок. Центральный вычислительный компьютер или сервер получает данные с бортового компьютера, обрабатывает данные и передает команды на бортовой компьютер для оператора бурового станка. Датчики служат для различных целей. Например, в случае работы с буровыми скважинами для добычи полезных ископаемых используют датчики давления, которые предназначены для измерения давления бурового расхода на входе в скважину и в затрубном пространстве, датчики расхода бурового раствора, предназначенные для оценки расхода бурового раствора на входе и выходе из скважины, и многие другие. А в случае работы с буровыми установки, производящими бурение для последующих взрывных работ, используют датчики для определения момента вращения, определения давления на забой, для определения давления воздуха и т.д. Система навигации необходима для ориентирования среди скважин, а сам буровой станок для бурения и передвижения. В целях сделать систему автоматизированной зачастую добавляют устройства сопряжения с буровым станком и подключают к нему все органы управления, которые он берет под свой контроль. Устройства сопряжения являются программируемыми логическими контроллерами и служат для передачи соответствующих команд, полученных на бортовой компьютер от центрального вычислительного компьютера или сервера, буровому станку при помощи широтно-импульсной модуляции, токовых сигналов, дискретных – логических – сигналов, команд по CAN-протоколу и т.д.[2] Drilling control systems often include a central computer or server, drilling measurement sensors, a navigation system, and a drilling rig. The central computer or server receives data from the on-board computer, processes the data, and transmits commands to the on-board computer for the drilling rig operator. Sensors serve different purposes. For example, in the case of drilling wells for mining, pressure sensors are used that are designed to measure the pressure of the drilling flow at the entrance to the well and in the annulus, mud flow sensors are designed to estimate the flow of drilling fluid at the entrance and exit of the well, and many others. And in the case of working with drilling rigs that drill for subsequent blasting, sensors are used to determine the torque, determine the pressure on the bottomhole, to determine the air pressure, etc. The navigation system is necessary for orientation among the wells, and the drilling rig itself for drilling and movement. In order to make the system automated, interface devices are often added to the drilling rig and connect to it all the controls that it takes under its control. Interface devices are programmable logic controllers and serve to transfer the corresponding commands received to the on-board computer from the central computer or server to the drilling rig using pulse-width modulation, current signals, discrete - logical - signals, commands via the CAN protocol, etc. d.
[3] В патенте US9593567B2 (опубл. 14.03.2017; МПК: E21B 44/00; E21B 44/02) описывается система бурения, содержащая датчик параметров бурения, связанный с приложением датчика, которое генерирует обработанные данные из необработанных данных, полученных от датчика параметров бурения. Приложение процесса взаимодействует с приложением датчика и генерирует инструкцию на основе обработанных данных. Контроллер приоритета связан с приложением процесса и оценивает инструкцию для передачи контроллеру оборудования, который затем выдает команду одному или нескольким компонентам бурения. Одним из недостатком данной системы является отсутствие автоматизации передвижения буровой установки. Также в вышеописанной системе отсутствуют компоненты, обеспечивающие высокоточную навигацию. Более того, из-за отсутствия автоматизации передвижения буровой установки для каждой буровой установки требуется по крайней мере два оператора, один из которых будет находится внутри кабины буровой установки, а другой – вне ее. Это значительно повышает количество человек, необходимых в штате для ведения буровых работ. Еще одним недостатком системы отсутствие датчиков-инклинометров или других датчик, способных рассчитывать корректное положение платформы и угла наклона скважины перед бурением. Использование подобного рода датчиков значительно уменьшает возможные ошибки при ведении буровых работ. Третий недостаток данной системы заключается в отсутствии сторожевых модулей – модулей, отвечающих за безопасность. Подобные модули необходимы к установке на буровых станках, как с автоматическим, так и с ручным управлением. Сторожевые модули непрерывно контролируют оборудование и могут экстренно отключить систему при неполадках какого-либо из ее компонент. Также отсутствие систем высокоточного позиционирования является еще одним недостатком, т.к. использование методов позиционирования высокой точности значительно уменьшают количество ошибок в работе систем управления бурением и повышают ее эффективность.[3] US9593567B2 (publ. 03/14/2017; IPC: E21B 44/00; E21B 44/02) describes a drilling system containing a drilling parameters sensor associated with a sensor application that generates processed data from raw data received from the sensor drilling parameters. The process application interacts with the sensor application and generates an instruction based on the processed data. The priority controller is associated with the process application and evaluates the instruction to pass to the equipment controller, which then issues the command to one or more drilling components. One of the disadvantages of this system is the lack of automation of the movement of the drilling rig. Also, in the above system, there are no components that provide high-precision navigation. Moreover, due to the lack of rig movement automation, each rig requires at least two operators, one of whom will be inside the cab of the rig and the other outside. This significantly increases the number of people required in the state for drilling operations. Another disadvantage of the system is the lack of inclinometer sensors or other sensors capable of calculating the correct position of the platform and the angle of inclination of the well before drilling. The use of this kind of sensors significantly reduces possible errors in drilling operations. The third disadvantage of this system is the absence of watchdog modules - modules responsible for security. Such modules are required for installation on drilling rigs, both with automatic and manual control. The watchdog modules continuously monitor the equipment and can shut down the system in an emergency if any of its components fails. Also, the lack of high-precision positioning systems is another disadvantage, because. the use of high-precision positioning methods significantly reduce the number of errors in the operation of drilling control systems and increase its efficiency.
[4] В патенте US8131510B2 (опубл. 06.03.2012; МПК: G06F 19/00) раскрывается способ и структура для автоматизации диспетчерского управления буровой установкой, которая включает в себя репликацию и агрегирование панелей диспетчерского управления буровой установкой, механизм для управления параметрами панели диспетчерского управления с использованием одного или нескольких интеллектуальных алгоритмов, а также способ и технику для доступа к диспетчерскому управлению. панели управления из удаленного места. Система и способ дополнительно включают в себя запись, редактирование и воспроизведение последовательности параметров диспетчерского управления буровой установки во время любой типичной работы буровой установки. Такая последовательность включает запись всех действий, связанных с конкретной операцией оператора буровой установки. Эта последовательность сохраняется и может быть отредактирована для оптимизации последовательности и в дальнейшем воспроизведена на установке, с которой она была записана, или на любой другой установке в сети. Одним из недостатков данной системы является отсутствие использования методов высокоточного позиционирования при работе бурильного станка на автопилоте, т.к. его использование значительно уменьшает количество возможных ошибок при автоматической навигации и увеличивает эффективность работы бурового станка. Второй недостаток заключается в отсутствии независимого сторожевого модуля на борту бурового станка. Подобные модули необходимы к установке на буровых станках, как с автоматическим, так и с ручным управлением. Сторожевые модули непрерывно контролируют оборудование и могут экстренно отключить систему при неполадках какого-либо из ее компонент. Еще одним недостатком системы отсутствие датчиков-инклинометров или других датчиков, способных рассчитывать корректное положение платформы и угла наклона скважины перед бурением. Использование подобного рода датчиков значительно уменьшает возможные ошибки при ведении буровых работ и ускоряет проведение ряда операций.[4] Patent US8131510B2 (publ. 03/06/2012; IPC: G06F 19/00) discloses a method and structure for automating drilling rig supervisory control, which includes replication and aggregation of drilling rig supervisory control panels, a mechanism for managing control panel parameters control using one or more intelligent algorithms, as well as a method and technique for accessing supervisory control. control panels from a remote location. The system and method further includes recording, editing, and reproducing a sequence of rig supervisory parameters during any typical operation of the rig. Such a sequence includes a record of all activities associated with a particular operation of the drilling rig operator. This sequence is saved and can be edited to optimize the sequence and later played back on the setup it was recorded on or any other setup on the network. One of the disadvantages of this system is the lack of use of high-precision positioning methods when the drilling machine is operating on autopilot, because its use significantly reduces the number of possible errors in automatic navigation and increases the efficiency of the drilling rig. The second drawback is the lack of an independent watchdog module on board the drilling rig. Such modules are required for installation on drilling rigs, both with automatic and manual control. The watchdog modules continuously monitor the equipment and can shut down the system in an emergency if any of its components fails. Another disadvantage of the system is the lack of inclinometer sensors or other sensors capable of calculating the correct position of the platform and the angle of inclination of the well before drilling. The use of this kind of sensors significantly reduces possible errors in drilling operations and speeds up a number of operations.
[5] В патенте US9404356B2 (опубл. 02.08.2016; МПК: E21B 44/02; E21B 47/024) предложены система и способ бурения с управляемой поверхностью. В одном примере система принимает информацию обратной связи от буровой установки и вычисляет предполагаемое положение бурового долота в пласте на основе информации обратной связи. Система сравнивает расчетное положение с желаемым положением вдоль запланированной траектории ствола скважины. Система вычисляет несколько решений, если сравнение показывает, что расчетное положение выходит за пределы определенной погрешности относительно желаемого положения. Каждое решение определяет путь от предполагаемой позиции до запланированного пути. Система рассчитывает стоимость каждого решения и выбирает одно из решений, по крайней мере, частично на основе стоимости. Система выдает управляющую информацию, представляющую выбранное решение, и выдает управляющую информацию для буровой установки. Данная система служит в качестве помощи оператору при выставлении станка над скважиной с целью коррекции действий оператора, если он недостаточно точно выставил станок. Первым отличием является то, что в настоящем изобретении сначала рассчитывают, а затем выставляют буровой станок. И если после выполненных операций оказывается, что станок стоит неровно, автоматически отрабатывается субалгоритм корректировки положения. С помощью устройства сопряжения собирают информацию, в основном, с концевых датчиков, все остальные передают данные либо прямо на шину CAN, либо по сетевому протоколу. Одним из недостатков данной системы является отсутствие использования методов высокоточного позиционирования при работе бурильного станка на автопилоте, т.к. его использование значительно уменьшает количество возможных ошибок при автоматической навигации и увеличивает эффективность работы бурильного станка. Еще один недостаток заключается в отсутствии сторожевого модуля на борту бурильного станка. Подобные модули необходимы к установке на буровых станках, как с автоматическим, так и с ручным управлением. Сторожевые модули непрерывно контролируют оборудование и могут экстренно отключить систему при неполадках какого-либо из ее компонент.[5] Patent US9404356B2 (publ. 02.08.2016; IPC: E21B 44/02; E21B 47/024) proposes a system and method for surface controlled drilling. In one example, the system receives feedback information from a drilling rig and calculates an estimated position of the drill bit in the formation based on the feedback information. The system compares the calculated position with the desired position along the planned wellbore trajectory. The system calculates multiple solutions if the comparison shows that the calculated position is outside a certain error with respect to the desired position. Each decision defines a path from the intended position to the planned path. The system calculates the cost of each solution and chooses one of the solutions at least in part based on the cost. The system outputs control information representing the selected solution and outputs control information for the drilling rig. This system serves as an assistance to the operator when placing the machine over the well in order to correct the actions of the operator if he has not set the machine accurately enough. The first difference is that in the present invention, the drilling rig is first calculated and then exposed. And if after the performed operations it turns out that the machine is not level, the position correction subalgorithm is automatically worked out. With the help of an interface device, information is collected mainly from end sensors, all the rest transmit data either directly to the CAN bus or via a network protocol. One of the disadvantages of this system is the lack of use of high-precision positioning methods when the drilling machine is operating on autopilot, because its use significantly reduces the number of possible errors in automatic navigation and increases the efficiency of the drilling machine. Another drawback is the lack of a watchdog module on board the drill. Such modules are required for installation on drilling rigs, both with automatic and manual control. The watchdog modules continuously monitor the equipment and can shut down the system in an emergency if any of its components fails.
[6] В патенте RU2667545C1 (опубл. 21.09.2018; МПК: E21B 44/00; G05B 19/4184 G06F 19/00) описывается изобретение, относящееся к управлению буровой установкой. Техническим результатом является координация управления множеством подсистем буровой установки. Система содержит первый уровень, содержащий множество контроллеров подсистем, соединенных с множеством подсистем буровой установки, при этом множество контроллеров подсистем выполнены с возможностью управления рабочими параметрами множества подсистем буровой установки, второй уровень, выполненный с возможностью получения информации из первого уровня на основании функционирования множества подсистем буровой установки, и обеспечения управления множеством подсистем буровой установки, и третий уровень, выполненный с возможностью выполнения одного или нескольких технологических приложений и предоставления основанной на описании задач команды на второй уровень. Одним из недостатков данной системы является использование отдельных контроллеров для каждой подсистемы буровой установки. Использование различных контроллеров для каждой из подсистем буровой установки является дорогостоящим и требующим множество вычислительных ресурсов. Данная система предусмотрена для буровых станков, в которых управляющие контроллеры физически разнесены в пространстве. Устройство сопряжения в рамках настоящего изобретения выполнено в модульном виде, благодаря чему устройство сопряжения может легко подключаться как к буровым станкам, управляющие контроллеры которых физически разнесены в пространстве, так и к станкам, с единым управляющим контроллером. Также в составе буровой установки отсутствует сторожевой модуль на борту. Подобные модули необходимы к установке на буровых станках, как с автоматическим, так и с ручным управлением. Сторожевые модули непрерывно контролируют оборудование и могут экстренно отключить систему при неполадках какого-либо из ее компонент. Еще одним недостатком данной системы является отсутствие использования методов высокоточного позиционирования при работе бурильного станка на автопилоте, т.к. его использование значительно уменьшает количество возможных ошибок при автоматической навигации и увеличивает эффективность работы бурильного станка.[6] Patent RU2667545C1 (published on September 21, 2018; IPC: E21B 44/00; G05B 19/4184 G06F 19/00) describes an invention related to drilling rig control. EFFECT: technical result is coordination of control of multiple subsystems of the drilling rig. The system comprises a first level containing a plurality of subsystem controllers connected to a plurality of drilling rig subsystems, wherein the plurality of subsystem controllers are configured to control the operating parameters of the plurality of drilling rig subsystems, the second level is configured to obtain information from the first level based on the operation of the plurality of drilling rig subsystems. rig, and providing control of a plurality of rig subsystems, and a third layer configured to execute one or more process applications and provide a task-based command to the second layer. One disadvantage of this system is the use of separate controllers for each rig subsystem. The use of different controllers for each of the rig subsystems is expensive and requires a lot of computing resources. This system is designed for drilling rigs, in which the control controllers are physically separated in space. The interface device within the framework of the present invention is made in a modular form, due to which the interface device can be easily connected both to drilling rigs, the control controllers of which are physically separated in space, and to machines with a single control controller. Also, the drilling rig does not have a watchdog module on board. Such modules are required for installation on drilling rigs, both with automatic and manual control. The watchdog modules continuously monitor the equipment and can shut down the system in an emergency if any of its components fails. Another disadvantage of this system is the lack of use of high-precision positioning methods when the drilling machine is operating on autopilot, because its use significantly reduces the number of possible errors in automatic navigation and increases the efficiency of the drilling machine.
[7] Наиболее близким аналогом является RU2713072C2 (опубл. 03.02.2020; МПК: E21B 44/00; G05B 19/418; G06F 17/50), в которой описывается изобретение, относящееся к буровым установкам и, более конкретно, к единой системе управления для буровых установок. Техническим результатом является управление буровой установкой несколькими объектами. Способ включает прием в контроллере буровой установки данных от множества подсистем буровой установки, определение в контроллере буровой установки первой команды, основанной, по меньшей мере частично, на данных от множества подсистем буровой установки, причем первая команда относится к рабочему параметру первого устройства первой из множества подсистем буровой установки, и передачу первой команды первому контроллеру подсистемы первой из множества подсистем буровой установки, причем первый контроллер подсистемы выполнен с возможностью управления первым устройством и реализации указанной команды. Одним из недостатков данной системы является использование отдельных контроллеров для каждой подсистемы буровой установки. Использование различных контроллеров для каждой из подсистем буровой установки является дорогостоящим и требующим множество вычислительных ресурсов. Также в составе буровой установки отсутствует сторожевой модуль на борту. Подобные модули необходимы к установке на буровых станках, как с автоматическим, так и с ручным управлением. Сторожевые модули непрерывно контролируют оборудование и могут экстренно отключить систему при неполадках какого-либо из ее компонент. Еще одним недостатком данной системы является отсутствие использования методов высокоточного позиционирования при работе бурильного станка на автопилоте, т.к. его использование значительно уменьшает количество возможных ошибок при автоматической навигации и увеличивает эффективность работы бурильного станка.[7] The closest analogue is RU2713072C2 (publ. 02/03/2020; IPC: E21B 44/00; G05B 19/418; G06F 17/50), which describes the invention related to drilling rigs and, more specifically, to a single system controls for drilling rigs. The technical result is the control of the drilling rig by several objects. The method includes receiving, at the rig controller, data from a plurality of rig subsystems, determining, at the rig controller, a first command based at least in part on data from the plurality of rig subsystems, wherein the first command relates to an operating parameter of the first device of the first of the plurality of subsystems. the drilling rig, and transmitting the first command to the first subsystem controller of the first of the plurality of drilling rig subsystems, the first subsystem controller being configured to control the first device and implement said command. One disadvantage of this system is the use of separate controllers for each rig subsystem. The use of different controllers for each of the rig subsystems is expensive and requires a lot of computing resources. Also, the drilling rig does not have a watchdog module on board. Such modules are required for installation on drilling rigs, both with automatic and manual control. The watchdog modules continuously monitor the equipment and can shut down the system in an emergency if any of its components fails. Another disadvantage of this system is the lack of use of high-precision positioning methods when the drilling machine is operating on autopilot, because its use significantly reduces the number of possible errors in automatic navigation and increases the efficiency of the drilling machine.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
[8] Задачей настоящего изобретения является создание и разработка системы и способа управления буровыми работами, обеспечивающих эффективное и безопасное управление буровыми работами с высокоточной навигацией беспилотного бурового станка. [8] The object of the present invention is to provide and develop a system and method for controlling drilling operations that provide efficient and safe control of drilling operations with high-precision navigation of an unmanned drilling rig.
[9] Указанная задача достигается благодаря такому техническому результату, как безопасность и эффективность управления буровыми работами, точность навигации бурового станка и возможность беспилотного управления бурового станка, в том числе:[9] This task is achieved due to such a technical result as the safety and efficiency of drilling operations management, the accuracy of navigation of the drilling rig and the possibility of unmanned control of the drilling rig, including:
• обеспечение беспилотного управления буровым станком любого типа;• provision of unmanned control of a drilling rig of any type;
• обеспечение безопасности системы посредством мониторинга ее компонент и инициирования аварийной остановки системы, в случае выхода из строя по крайней мере одного из них;• ensuring the security of the system by monitoring its components and initiating an emergency shutdown of the system in case of failure of at least one of them;
• повышение точности определения местоположения бурового станка, а также его последующей навигации.• improving the accuracy of determining the location of the drilling rig, as well as its subsequent navigation.
[10] Технический результат достигается системой управления буровыми работами, включающей главный компьютер и по крайней мере один буровой станок, включающий устройство сопряжения, бортовой компьютер, по крайней мере одну систему связи, по крайней мере один датчик-инклинометра и сторожевой модуль, причем устройство сопряжения подключено к бортовому компьютеру и буровому станку и осуществляет управление буровым станком посредством генерации специальных сигналов, а сторожевой модуль выполнен с возможностью мониторинга по крайней мере одного из компонент бурового станка и инициации аварийной остановки системы.[10] The technical result is achieved by a drilling control system, including a main computer and at least one drilling rig, including an interface device, an on-board computer, at least one communication system, at least one inclinometer sensor and a watchdog module, and the interface device connected to the on-board computer and the drilling rig and controls the drilling rig by generating special signals, and the watchdog module is configured to monitor at least one of the components of the drilling rig and initiate an emergency shutdown of the system.
[11] При этом главный компьютер необходим для формирования команд для бурового станка и их отправки на буровой станок, а также для получения обратной связи от бурового станка. В обратную связь, получаемую от бурового станка, входит информация о состоянии техники, текущем статусе работ, координаты бурового станка и т.д. Буровой станок необходим для выполнения процесса бурения. Устройство сопряжения необходимо для управления буровым станком в беспилотном режиме. Оно предназначено для связи с каждым из компонент бурового станка и генерации сигналов с целью управления буровым станком. Бортовой компьютер необходим для получения команд от главного компьютера, передачи их на устройство сопряжения, а также для отправки обратной связи о статусе работ и информации о состоянии бурового станка. Система связи необходима для установления местоположения бурового станка в режиме реального времени, а также для установления связи между буровым станком и главным компьютером. Датчик-инклинометра необходим для расчета корректного положения платформы перед выполнением процесса бурения и расчета угла наклона скважины. Сторожевой модуль, подключенный к по крайней мере одному компоненту бурового станка, необходим для мониторинга состояния по крайней мере одного из компонент бурового станка, а также для инициации аварийной остановки, в случае выхода из строя по крайней мере одного из них. В частности, самыми важными компонентами бурового станка являются устройство сопряжения и бортовой компьютер, в случае выхода какого-либо из них в обязательном порядке инициируется аварийная остановка системы управления буровыми работами.[11] In this case, the main computer is needed to generate commands for the drilling rig and send them to the drilling rig, as well as to receive feedback from the drilling rig. The feedback received from the drilling rig includes information about the state of the equipment, the current status of work, the coordinates of the drilling rig, etc. A drilling machine is required to carry out the drilling process. An interface device is required to control the drilling rig in unmanned mode. It is designed to communicate with each of the components of the drilling rig and generate signals to control the drilling rig. The on-board computer is required to receive commands from the main computer, transmit them to the interface device, as well as to send feedback on the status of work and information on the state of the drilling rig. The communication system is necessary to establish the location of the drilling rig in real time, as well as to establish communication between the drilling rig and the host computer. An inclinometer sensor is required to calculate the correct position of the platform before performing the drilling process and to calculate the angle of inclination of the well. A watchdog module connected to at least one component of the drilling rig is needed to monitor the status of at least one of the components of the drilling rig, as well as to initiate an emergency stop if at least one of them fails. In particular, the most important components of the drilling rig are the interfacing device and the on-board computer, in the event of the exit of any of them, an emergency stop of the drilling control system is necessarily initiated.
[12] Причем, главный компьютер может дополнительно быть расположен удаленно для управления работой бурового станка на любых расстояниях, а также может являться сервером.[12] Moreover, the main computer can additionally be located remotely to control the operation of the drilling rig at any distance, and can also be a server.
[13] Возможность использования в качестве системы связи системы высокоточного позиционирования позволяет определять высокоточные координаты и значения азимута вектора движения в режиме реального времени. Причем, системы высокоточного позиционирования может включать в себя антенны и/или сети промышленного стандарта и/или резервный канал для определения всего ранее перечисленного.[13] The ability to use a high-precision positioning system as a communication system allows you to determine high-precision coordinates and values of the azimuth of the motion vector in real time. Moreover, high-precision positioning systems may include antennas and/or industrial standard networks and/or a backup channel for determining all of the above.
[14] То, что буровой станок может дополнительно включать систему видеонаблюдения, позволяет внедрить машинное зрение, обеспечивающее контроль перемещения, технологических операций, окружающего пространства, состояния бурового станка и его узлов и безопасности маневров.[14] The fact that the drilling rig can additionally include a video surveillance system makes it possible to implement machine vision that provides control of movement, technological operations, the surrounding space, the state of the drilling rig and its components, and the safety of maneuvers.
[15] То, что буровой станок может дополнительно включать систему предотвращения столкновений, включающую радары и/или сонары и/или лидары, позволяет своевременно оповестить бортовой компьютер о том, что буровой станок может столкнуться с препятствием, если не перестроит свой маршрут. При этом радары позволяют обнаружить объекты, а также определить их дальность, скорость и геометрические параметры, сонары позволяют обнаружить объекты при помощи акустического излучения, а лидары позволяют обнаружить удаленные объекты при помощи активной оптической системы, использующей явления поглощения и рассеяния света в оптически прозрачных средах, таких, как, например, воздух.[15] The fact that the drilling rig can additionally include a collision avoidance system, including radars and/or sonars and/or lidars, allows the on-board computer to be notified in a timely manner that the drilling rig may collide with an obstacle if it does not reroute itself. At the same time, radars make it possible to detect objects, as well as determine their range, speed and geometric parameters, sonars make it possible to detect objects using acoustic radiation, and lidars make it possible to detect distant objects using an active optical system that uses the phenomena of absorption and scattering of light in optically transparent media, such as air.
[16] Спутниковый ресивер, который может дополнительно включаться в бортовой компьютер, позволяет получать, обрабатывать и передавать спутниковые сигналы и сигналы поправок от базовой станции при необходимости.[16] The satellite receiver, which can optionally be included in the on-board computer, allows you to receive, process and transmit satellite signals and correction signals from the base station if necessary.
[17] Программный вычислительный модуль, который может дополнительно включаться в бортовой компьютер, позволяет рассчитывать маршрут, делить его на сегменты и формировать последовательность команд для устройства сопряжения. Вычислительный модуль также обладает навигационно-вычислительными функциями.[17] The software computing module, which can be additionally included in the on-board computer, allows you to calculate the route, divide it into segments and generate a sequence of commands for the interface device. The computing module also has navigation and computing functions.
[18] То, что устройство сопряжения может быть выполнено с возможностью генерации широтно-импульсной модуляции и/или токовых сигналов и/или дискретных сигналов и/или команд по CAN-протоколу, позволяет устройству сопряжения управлять любым известным буровым станком, а также отдельными его управляющими компонентами.[18] The fact that the interface device can be configured to generate pulse-width modulation and / or current signals and / or discrete signals and / or commands over the CAN protocol allows the interface device to control any known drilling rig, as well as its individual control components.
[19] Также заявленный технический результат достигается способом управления буровыми работами, по которому при помощи главного компьютера формируют команду для бурового станка и отправляют команду на буровой станок. После чего, при помощи бортового компьютера получают команду на буровой станок и отправляют команду на устройство сопряжения. Далее, при помощи устройства сопряжения получают команду, генерируют управляющий сигнал и отправляют сгенерированный управляющий сигнал на буровой станок. Затем исполняют команду посредством генерации управляющих сигналов устройством сопряжения на исполнительные механизмы бурового станка. При этом, при помощи сторожевого модуля в процессе работы мониторят по крайней мере один из компонент бурового станка и инициируют аварийную остановку при помощи сторожевого модуля.[19] Also, the claimed technical result is achieved by the method of controlling drilling operations, according to which, using the main computer, a command for the drilling rig is formed and the command is sent to the drilling rig. After that, using the on-board computer, they receive a command to the drilling rig and send the command to the interface device. Further, using the interface device, a command is received, a control signal is generated, and the generated control signal is sent to the drilling rig. Then the command is executed by generating control signals by the interface device to the actuators of the drilling rig. At the same time, at least one of the components of the drilling rig is monitored using the watchdog module during operation and an emergency stop is initiated using the watchdog module.
[20] Причем, этап формирования команды для бурового станка необходим для определения того, что должен сделать буровой станок для достижения поставленной цели. Этап отправки команды на буровой станок и получения команды буровым станком необходим для того, чтобы буровой станок получил сформированные команды. Этап отправки команды на устройство сопряжения и получения команды устройством сопряжения необходим для получения устройством сопряжения сформированных команд. Этап генерации управляющих сигналов устройством сопряжения необходим для трансформирования сформированных команд в управляющие сигналы, понятные исполнительным механизмам бурового станка. Этап исполнения команды при помощи устройства сопряжения необходим для достижения поставленной цели, заданной командой. Мониторинг сторожевым модулем по крайней мере одного из компонент бурового станка и инициирование аварийной установки, в случае выхода из строя по крайней мере одного из них, необходим для предотвращения аварий и обеспечения безопасности работы системы.[20] Moreover, the stage of generating a command for the drilling rig is necessary to determine what the drilling rig should do to achieve the goal. The step of sending a command to the drilling rig and receiving the command by the drilling rig is necessary for the drilling rig to receive the generated commands. The step of sending a command to the interface device and receiving the command by the interface device is necessary for the interface device to receive the generated commands. The stage of generating control signals by the interface device is necessary to transform the generated commands into control signals that are understandable to the actuators of the drilling rig. The stage of executing the command using the interface device is necessary to achieve the goal set by the command. Monitoring by the watchdog of at least one of the components of the drilling rig and initiating an emergency installation, in the event of failure of at least one of them, is necessary to prevent accidents and ensure the safety of the system.
[21] То, что командами, отправляемыми на буровой станок, могут являться команды на передвижение и/или на бурение позволяет главному компьютеру отправлять команды на передвижение бурового станка по маршруту и/или на бурение буровым станком скважины.[21] That the commands sent to the drilling rig may be travel and/or drill commands allows the host computer to send commands to move the drilling rig along a route and/or drill the drill rig into a well.
[22] То, что на этапе получения команды на передвижение могут сначала определять маршрут при помощи вычислительного модуля, позволяет вычислять оптимальный маршрут до цели. То, что после этапа определения маршрута могут делить маршрут на отдельные сегменты прохода и формировать последовательность команд для устройства сопряжения при помощи вычислительного модуля, позволяет определить и сформировать набор команд типа «проехать»/«повернуть», необходимых для проезда буровым станком определенного маршрута. То, что после этапа формирования последовательности команд для устройства сопряжения могут отправлять сформированные команды на устройство сопряжения, позволяет устройству сопряжения получить сформированные команды для последующего их исполнения посредством генерации управляющих сигналов для исполнительных механизмов бурового станка.[22] The fact that, at the stage of receiving the movement command, the route can first be determined using the computing module, allows the calculation of the optimal route to the destination. The fact that after the stage of determining the route, they can divide the route into separate passage segments and generate a sequence of commands for the interface device using a computing module, allows you to determine and generate a set of commands such as "drive" / "turn" necessary for the drilling rig to travel a certain route. The fact that, after the step of generating a sequence of commands for the interface device, the generated commands can be sent to the interface device, allows the interface device to receive the generated commands for their subsequent execution by generating control signals for the actuators of the drilling rig.
[23] То, что одновременно с этапом определения маршрута, делением его, формированием последовательности команд и отправкой сформированных команд могут непрерывно рассчитывать текущее положение бурового станка в реальном времени при помощи антенн и данных о поправках от базовой станции, позволяет дополнительно вносить корректировки в маршрут в ходе движения бурового станка. То, что после расчета текущего положения бурового станка в реальном времени могут делать поправки в последовательности команд при помощи вычислительного модуля, позволяет вносить поправки в маршрут бурового станка в режиме реального времени, в случае если заранее заданный маршрут оказался недостаточно точным и эффективным. Эффективность сравнивается по расчётному времени прохода вычисленного маршрута с тем, который был задан при создании задания.[23] The fact that simultaneously with the stage of determining the route, dividing it, generating a sequence of commands and sending the generated commands can continuously calculate the current position of the drilling rig in real time using antennas and correction data from the base station, allows additional corrections to be made to the route in during the movement of the drilling rig. The fact that, after calculating the current position of the drilling rig in real time, corrections can be made to the sequence of commands using the computing module, it makes it possible to make corrections to the route of the drilling rig in real time, if the predetermined route was not sufficiently accurate and effective. Efficiency is compared by the estimated travel time of the calculated route with the one that was set when the task was created.
[24] То, что перед этапом инициирования команды на передвижение бурового станка при помощи устройства сопряжения могут опрашивать антенны высокоточной навигации, датчики-инклинометры, систему предотвращения столкновений и вычислительный модуль, причем вычислительный модуль опрашивают о параметрах маршрута, позволяет системе управления буровыми работами сформировать наиболее точный и безопасный маршрут, такой, что на пути бурового станка не будет препятствий.[24] The fact that, before the step of initiating commands to move the drilling rig, the interface device can interrogate high-precision navigation antennas, inclinometer sensors, a collision avoidance system and a computing module, and the computing module is interrogated about the route parameters, allows the drilling control system to form the most accurate and safe route, such that there will be no obstacles in the way of the drilling rig.
[25] То, что перед этапом инициирования команды на передвижение бурового станка при помощи устройства сопряжения могут опрашивать антенны высокоточной навигации и использовать данные поправок от базовой станции, датчики-инклинометры, систему предотвращения столкновений и вычислительный модуль, причем вычислительный модуль опрашивают о параметрах скважины, позволяет системе управления буровыми работами наиболее точно навестись на скважину так, что буровой станок впоследствии будет бурить более эффективно.[25] The fact that before the step of initiating the command to move the drilling rig, using the interface device, high-precision navigation antennas can be interrogated and correction data from the base station, inclinometer sensors, a collision avoidance system and a computing module can be interrogated, and the computing module is interrogated about the parameters of the well, allows the drilling control system to most accurately slew the hole so that the drill rig will subsequently drill more efficiently.
[26] То, что перед этапом инициирования команды на передвижение бурового станка при помощи устройства сопряжения могут опрашивать датчики-инклинометры, позволяет системе управления буровыми работами наиболее точно расположить буровой станок горизонтально скважине так, что буровой станок впоследствии будет бурить более эффективно.[26] The fact that before the step of initiating commands to move the drilling rig using the interface device can interrogate the sensors-inclinometers, allows the drilling control system to most accurately position the drilling rig horizontally to the well so that the drilling rig will subsequently drill more efficiently.
[27] То, что перед этапом инициирования команды на бурение скважины буровым станком при помощи устройства сопряжения могут опрашивать датчики-инклинометра, датчики давления, концевые датчики, импульсные датчики и датчики двигателя, позволяет эффективно и безопасно для бурового станка и бурового инструмента бурить скважину.[27] The fact that inclinometer sensors, pressure sensors, end sensors, pulse sensors and motor sensors can be interrogated by the interface device before the step of initiating a command to drill a well by a drilling rig allows drilling a well in an efficient and safe way for the drilling rig and drilling tool.
[28] То, что в качестве датчиков двигателя могут использоваться датчики давления масла и/или датчики оборотов, позволяет контролировать работу двигателя бурового станка и мониторить его эффективность и работоспособность в режиме реального времени с возможностью внесения правок параметров работы в автоматическом режиме по заданному алгоритму либо оператором дистанционно, а также автоматически останавливать работу станка в случае выхода значений датчиков за пределы допустимых значений[28] The fact that oil pressure sensors and / or speed sensors can be used as engine sensors makes it possible to control the operation of the drilling rig engine and monitor its efficiency and performance in real time with the possibility of making changes to the operation parameters in automatic mode according to a given algorithm, or by the operator remotely, as well as automatically stop the operation of the machine in the event that the sensor values go beyond the allowable values
[29] То, что перед этапом инициирования команды на бурение скважины буровым станком при помощи устройства сопряжения могут опрашивать датчики давления, концевые датчики, импульсные датчики и датчики двигателя, позволяет безопасно для бурового станка и бурового инструмента удлинять буровой став для инициации процесса бурения с соблюдением и поддержанием оптимальных параметров без превышения допустимых значений.[29] The fact that pressure sensors, end sensors, pulse sensors and motor sensors can be interrogated by the interface device before the step of initiating a command to drill a well by a drilling rig allows the drill string to be safely extended for the drilling rig and drilling tool to initiate the drilling process in compliance with and maintaining optimal parameters without exceeding the allowable values.
Описание чертежейDescription of drawings
[30] На Фиг. 1А изображена схема системы управления буровыми работами согласно настоящему изобретению.[30] FIG. 1A is a diagram of a drilling control system according to the present invention.
[31] На Фиг. 1Б изображена схема системы управления буровыми работами с дополнительными элементами согласно настоящему изобретению.[31] FIG. 1B is a diagram of a drilling control system with additional elements according to the present invention.
[32] На Фиг. 2 изображена блок-схема, иллюстрирующая способ управления буровыми работами согласно настоящему изобретению.[32] FIG. 2 is a block diagram illustrating the method of controlling drilling operations according to the present invention.
[33] На Фиг. 3А изображена блок-схема, иллюстрирующая последовательность формирования команды на передвижение согласно настоящему изобретению.[33] FIG. 3A is a flowchart illustrating the sequence of generating a move command according to the present invention.
[34] На Фиг. 3Б изображена блок-схема, иллюстрирующая дополнительные этапы, производящиеся одновременно с последовательностью формирования команды на передвижение согласно настоящему изобретению.[34] FIG. 3B is a flowchart illustrating additional steps occurring concurrently with the move command generation sequence of the present invention.
[35] На Фиг. 4А изображена блок-схема, иллюстрирующая дополнительные этапы, предварительные инициированию команды перемещения.[35] FIG. 4A is a block diagram illustrating additional steps prior to initiating a move command.
[36] На Фиг. 4Б изображена блок-схема, иллюстрирующая дополнительные этапы, предварительные инициированию команды наведения.[36] FIG. 4B is a flowchart illustrating additional steps prior to initiating a pointing command.
[37] На Фиг. 4В изображена блок-схема, иллюстрирующая дополнительные этапы, предварительные инициированию команды горизонтирования.[37] FIG. 4B is a block diagram illustrating additional steps prior to initiating a leveling command.
[38] На Фиг. 4Г изображена блок-схема, иллюстрирующая дополнительные этапы, предварительные инициированию команды бурения.[38] FIG. 4D is a block diagram illustrating additional steps prior to initiating a drilling command.
[39] На Фиг. 4Д изображена блок-схема, иллюстрирующая дополнительные этапы, предварительные инициированию команды наращивания и/или разбора.[39] FIG. 4D is a block diagram illustrating additional steps prior to initiating the grow and/or parse command.
Подробное описаниеDetailed description
[40] В приведенном ниже подробном описании реализации изобретения приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящего изобретения. Однако, квалифицированному в предметной области специалисту очевидно, каким образом можно использовать настоящее изобретение, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях, хорошо известные методы, процедуры и компоненты не описаны подробно, чтобы не затруднять излишнее понимание особенностей настоящего изобретения.[40] In the following detailed description of the implementation of the invention, numerous implementation details are provided to provide a clear understanding of the present invention. However, it will be obvious to one skilled in the art how the present invention can be used, both with and without these implementation details. In other cases, well-known methods, procedures and components are not described in detail so as not to obscure the features of the present invention.
[41] Кроме того, из приведенного изложения ясно, что изобретение не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящего изобретения, очевидны для квалифицированных в предметной области специалистов.[41] In addition, from the foregoing it is clear that the invention is not limited to the above implementation. Numerous possible modifications, alterations, variations, and substitutions that retain the spirit and form of the present invention will be apparent to those skilled in the art.
[42] На Фиг. 1А изображена система управления буровыми работами. Система управления буровыми работами включает главный компьютер 100 и буровой станок 200. Буровой станок, в свою очередь, включает бортовой компьютер 201, устройство сопряжения 202, сторожевой модуль 203, по крайней мере одну систему связи 204, исполнительные механизмы 205 бурового станка 200 и по крайней мере один датчик-инклинометра 206. При этом, главный компьютер 100 подключен к бортовому компьютеру 201, а бортовой компьютер 201 подключен к устройству сопряжения 202 и системе связи 204. Устройство сопряжения 202 подключено к системе связи 204, исполнительным механизмам 205 бурового станка 200 и к датчикам-инклинометрам 206. Сторожевой модуль 203подклается к по крайней мере одному из компонент бурового станка 200. На Фиг. 1А сторожевой модуль 203 подключен к бортовому компьютеру 201 и устройству сопряжения 202.[42] In FIG. 1A shows a drilling control system. The drilling control system includes a
[43] Система управления буровыми работами, показанная на Фиг. 1А, работает следующим образом. Главный компьютер 100 формирует команды для бурового станка 200 и отправляет их на бортовой компьютер 201 бурового станка 200. Бортовой компьютер 201 опрашивает систему связи 204, формирует команду для устройства сопряжения 202 и отправляет команду на устройство сопряжения 202. Устройство сопряжения 202, в свою очередь, опрашивает по крайней мере один из компонентов бурового станка 200, а затем переводит команду в управляющий сигнал и отправляет управляющий сигнал на исполнительные механизмы 205 бурового станка 200.[43] The drilling control system shown in FIG. 1A works as follows. The
[44] Главный компьютер 100 может дополнительно быть расположен удаленно, например, быть выполнен в виде сервера. [44] The
[45] Устройство сопряжения 202 может быть выполнено с возможностью генерации широтно-импульсной модуляции и/или токовых сигналов и/или дискретных сигналов и/или команд по CAN-протоколу. Т.к. разные исполнительные механизмы 205 принимают разные типы сигналов в качестве команд, устройству сопряжения 202 необходимо преобразовывать полученные команды в подходящие для определенного исполнительного механизма 205 сигналы. Таким образом, данное устройство сопряжения 202 может отдавать команды всем исполнительным механизмам 205 бурового станка 200, а также получать от них обратную связь. [45]
[46] Как показано на Фиг. 1Б, система управления буровыми работами может включать в себя дополнительные модули, некоторые из которых реализованы программно. Ниже описаны дополнительные компоненты системы управления буровыми работами согласно настоящему изобретению.[46] As shown in FIG. 1B, the drilling management system may include additional modules, some of which are implemented in software. Additional components of the drilling control system according to the present invention are described below.
[47] В качестве системы связи 204 может быть использована система высокоточного позиционирования, включающая антенны высокоточного позиционирования 2041, сети промышленного стандарта 2042 и резервный канал 2043. Компоненты системы высокоточного позиционирования предназначены для определения высокоточных координат и значений азимута угла вектора движения. Эти данные они отправляют на бортовой компьютер 201 и устройство сопряжения 202 для обработки.[47] The communication system 204 can be a high-precision positioning system including high-
[48] Система управления буровыми работами может дополнительно включать систему видеонаблюдения 207, которая подключена к бортовому компьютеру 201 для внедрения машинного зрения, обеспечивающего контроль перемещения, технологических операций, окружающего пространства, состояния бурового станка и его узлов и безопасности маневров. Бортовой компьютер 201 может учитывать данные, собранные от системы видеонаблюдения 207 при формировании команд для устройства сопряжения 202. Система видеонаблюдения 207 также может подключаться к системе связи 204 для передачи ей необходимых данных. [48] The drilling management system may additionally include a video surveillance system207which is connected to the onboard computer201 for the introduction of machine vision, which provides control of movement, technological operations, the surrounding space, the state of the drilling rig and its components and the safety of maneuvers. On-board computer201 can take into account the data collected from the video surveillance system207 when generating commands for the interface device202. Video surveillance system207also can connect to the communication system204 to send it the necessary data.
[49] Система управления буровыми работами также может дополнительно включать систему предотвращения столкновений 208, включающую радары 2081 и/или сонары 2082 и/или лидары 2083. Система предотвращения столкновений 208 подключается к бортовому компьютеру 201 и устройству сопряжения 202 для корректировки маршрута бурового станка 200 с целью предотвращения столкновений. При этом, радары 2081 используются для радиообнаружения объектов, мешающих маршруту, а также для определения их дальности, скорости и геометрических параметров. Сонары 2082 используются для звукового обнаружения подводных объектов с помощью акустического излучения, а лидары 2083 базируются на технологии получения и обработки информации об удаленных объектах с помощью активных оптических систем, использующих явления поглощения и рассеяния света в оптических прозрачных средах таких, как, например, воздух. Таким образом, бортовой компьютер 201 при построении маршрута бурового станка 200 и его корректировки может связываться с системой предотвращения столкновений 208 и получать от нее данные об объектах-препятствиях, найденных радарами 2081 и/или сонарами 2082 и/или лидарами 2083. К системе предотвращения столкновений 208 подключается система видеонаблюдения 207 для осуществления передачи необходимых данных.[49] The drilling control system may also further include a collision avoidance system 208 including
[50] Бортовой компьютер 201 может дополнительно включать спутниковый ресивер 2011 для получения данных на буровой станок 200 путем спутниковой связи. Например, антенны высокоточного позиционирования 2041 передают сигнал о своем местоположении на бортовой компьютер 201, который получает их благодаря спутниковому ресиверу 2011. Спутниковый ресивер 2011 также может принимать сигналы поправок от базовой станции.[50] The on-
[51] Также бортовой компьютер 201 может включать вычислительный модуль 2012, реализованный программно и обладающий функциями навигации. Вычислительный модуль 2012 отвечает за построение оптимального маршрута бурового станка 200 и корректировки этого маршрута в ходе движения. Также вычислительный модуль 2012 определяет эффективные параметры бурения, в случае поступления на бортовой компьютер 201 команды на бурение.[51] Also, the on-
[52] Каждый из компонент бурового станка 200 может быть подключен к сторожевому модулю 203, который может осуществлять не только мониторинг их состояния, но также имеет возможность контроля их параметров. Например, к сторожевому модулю 203 можно подключить антенный высокоточной навигации 2041, в частности, можно выполнить это подключение на одной шине. В этом случае, сторожевой модуль 203 не только мониторит состояние антенн высокоточной навигации 2041, но и осуществляет контроль их параметров.[52] Each of the components of the drilling rig 200 can be connected to the
[53] На Фиг. 2 показана блок-схема, иллюстрирующая способ управления буровыми работами согласно настоящему изобретению. На первом этапе формируют команду для бурового станка 200 при помощи главного компьютера 100. Далее, посредством беспроводной сети отправляют команду на буровой станок 200 при помощи главного компьютера 100. Бортовой компьютер 201, включающийся в буровой станок 200, получает команду и отправляет ее на устройство сопряжения 202. После получения устройством сопряжения 202 команды от бортового компьютера 201, устройство сопряжения 202 генерирует управляющий сигнал и отправляет сгенерированный управляющий сигнал на буровой станок 200, в частности на его исполнительные механизмы 205. После чего команда исполняется. При этом, в процессе работы бурового станка 200 сторожевой модуль 203 мониторит по крайней мере один из его компонент и инициирует аварийную остановку, в случае выхода из строя по крайней мере одного из них. В первую очередь, сторожевой модуль 203 мониторит бортовой компьютер 201 и устройство сопряжения 202, но также имеет возможность мониторить каждый компонент бурового станка 200.[53] In FIG. 2 is a flowchart illustrating the drilling control method according to the present invention. In the first step, a command is generated for the drilling rig 200 by the host computer 100 '. Next, a command is sent via a wireless network to the drilling rig 200 by the host computer 100 '. An
[54] Командами для бурового станка 200, получаемые от главного компьютера 100, могут являться команды на передвижение и/или на бурение. [54] The commands for the drilling rig 200 received from the
[55] На Фиг. 3А изображена блок-схема, иллюстрирующая процесс, происходящий при получении бортовым компьютером 201 команды на передвижение. При поступлении команды на передвижение к конкретной точке вычислительный модуль 2012 бортового компьютера 201 сначала определяет маршрут движения с конечным положением бурового станка 200, затем делит этот маршрут на отдельные сегменты прохода и формирует последовательность команд на устройство сопряжения 202, а затем передаёт эти команды на устройство сопряжения 202. [55] In FIG. 3A is a flowchart illustrating the process that occurs when the on-
[56] На Фиг. 3Б изображена блок-схема, иллюстрирующая дополнительные этапы, производящиеся одновременно с последовательностью формирования команды на передвижение согласно настоящему изобретению. Одновременно с определением маршрута, делением маршрута, формированием последовательности команд и отправкой сформированных команд непрерывно рассчитывают текущее положение бурового станка 200 в реальном времени при помощи антенн высокоточной навигации 2041, получают данные с антенн высокоточной навигации 2041 на спутниковый ресивер 2011 и делают поправки в последовательности команд при помощи вычислительного модуля 2012. Также поправки в последовательности команд вносят при помощи вычислительного модуля 2012 на основании данных, полученных от радаров 2081 и/или сонаров 2082 и/или лидаров 2083 системы предотвращения столкновений 208, и данных, полученных от системы видеонаблюдения 207. Например, если камеры системы видеонаблюдения 207 фиксируют препятствие на пути движения, происходит перерасчёт маршрута до намеченной точки и выполняется субалгоритм с последующим возвратом к основному алгоритму движения.[56] FIG. 3B is a flowchart illustrating additional steps occurring concurrently with the move command generation sequence of the present invention. Simultaneously with determining the route, dividing the route, generating a sequence of commands and sending the generated commands, the current position of the drilling rig 200 is continuously calculated in real time using the high-
[57] В качестве команды на передвижение главным компьютером 100 может даваться команда на «перемещение» и/или «наведение» и/или «горизонтирование» бурового станка 200. [57] As a move command, the
[58] На Фиг. 4А изображена блок-схема, иллюстрирующая дополнительные этапы, предварительные инициированию команды «перемещения». Под командой «перемещение» понимается передвижение бурового станка 200 от текущего положения к целевому, например, к следующей скважине. Перед инициированием команды «перемещения» устройство сопряжения 202 опрашивает антенны высокоточной навигации 2041, датчики-инклинометры 206, систему предотвращения столкновений 208 и вычислительный модуль 2012. Вычислительный модуль 2012 в этом случае опрашивается о параметрах маршрута.[58] FIG. 4A is a block diagram illustrating additional steps prior to initiating a "move" command. By "move" is meant the movement of the drilling rig 200 from its current position to a target position, such as the next well. Before initiating the "move" command, the
[59] На Фиг. 4Б изображена блок-схема, иллюстрирующая дополнительные этапы, предварительные инициированию команды «наведение». После достижения координат скважины необходимо корректно расположить буровой станок 200 над ней под правильным углом, азимутом, заранее рассчитав положение бурового става после горизонтирования. Перед инициированием команды «наведение» устройство сопряжения 202 опрашивает антенны высокоточной навигации 2041, датчики-инклинометры 206, систему предотвращения столкновений 208 и вычислительный модуль 2012. Вычислительный модуль 2012 в этом случае опрашивается о параметрах скважины.[59] FIG. 4B is a flowchart illustrating the additional steps prior to initiating the hover command. After reaching the coordinates of the well, it is necessary to correctly position the drilling rig 200 above it at the correct angle, azimuth, having previously calculated the position of the drilling string after leveling. Before initiating the pointing command,
[60] На Фиг. 4В изображена блок-схема, иллюстрирующая дополнительные этапы, предварительные инициированию команды «горизонтирование». Под командой «горизонтирование» понимается поднятие платформы на домкратах с целью выравнивания относительно горизонта для устойчивого положения бурового станка 200 при бурении. Перед инициированием команды «горизонтирование» устройство сопряжения 202 опрашивает датчики-инклинометры 206. [60] FIG. 4B is a block diagram illustrating additional steps prior to initiating the "level" command. Under the command "leveling" refers to raising the platform on jacks in order to align with the horizon for a stable position of the drilling rig 200 during drilling. Before initiating the level command,
[61] В качестве команды на бурение главным компьютером 100 может даваться команда на «бурение» и/или «наращивание» и/или «разбор». [61] As a command to drill, the
[62] На Фиг. 4Г изображена блок-схема, иллюстрирующая дополнительные этапы, предварительные инициированию команды «бурение». Под командой «бурение» понимается непосредственное заглубление бурового инструмента на заданную глубину путём вращения, продувки скважины воздухом или водой и давлением на забой, т.е. опускание вращателя с усилием. Перед инициированием команды «бурение» устройство сопряжения 202 опрашивает датчики-инклинометры 206, датчики давления, концевые датчики, импульсные датчики и датчики двигателя. Датчики двигателя входят в систему контроля двигателя, которая является штатной системой компьютерного двигателя. В качестве датчиков двигателя могут присутствовать датчики давления масла и/или датчики оборота и т.д. [62] In FIG. 4D is a block diagram illustrating the additional steps prior to initiating the "drill" command. The “drilling” command is understood as the direct deepening of the drilling tool to a predetermined depth by rotation, blowing the well with air or water and pressure on the bottom, i.e. lowering the rotator with force. Before initiating the "drill" command,
[63] На Фиг. 4Д изображена блок-схема, иллюстрирующая дополнительные этапы, предварительные инициированию команды «наращивание» и/или «разбор». В случае, если после завершения команды «бурение» оказывается, что скважина нужна более глубокая, посылаются команды «наращивание» и «разбор». «Наращивание» – операция удлинения бурового става путём раскручивания вращателя и первой штанги после фиксации последней ключом страгивания, поднятия вращателя наверх, накручивания второй, третьей и т.д. штанги из барабана карусели на вращатель и затем на первую штангу, после чего бурение продолжается дальше. Может случиться такое, что вторая штанга забуривается не на всю длину, а на некоторых скважинах и вовсе не требуется. Это может быть связано либо с особенностями залегания пород, либо с уклоном самого блока. «Разбор» – обратная операция, когда нижняя штанга, т.е. вторая от вращателя, также фиксируется, откручивается верхняя и устанавливается обратно в барабан карусели. Если штанг было больше 2, то операция повторяется, пока в ключе страгивания не останется самая первая штанга, на которую накручена шарошка либо долото. Она не разбирается, а остаётся на вращателе. Перед инициированием команды «наращивание» и/или «разбор» устройство сопряжения 202 опрашивает датчики давления, концевые датчики, импульсные датчики и датчики двигателя. [63] FIG. 4D is a block diagram illustrating the additional steps prior to initiating the grow and/or parse command. In the event that after the completion of the “drilling” command it turns out that a deeper well is needed, the “build-up” and “parsing” commands are sent. “Build-up” is the operation of extending the drill string by unwinding the rotator and the first rod after fixing the latter with the breakaway key, lifting the rotator up, winding the second, third, etc. rods from the carousel drum to the rotator and then to the first rod, after which drilling continues further. It may happen that the second rod is not drilled to its full length, and in some wells it is not required at all. This may be due either to the peculiarities of the occurrence of rocks, or to the slope of the block itself. "Parse" is the reverse operation, when the lower rod, i.e. the second one from the rotator is also fixed, the top one is unscrewed and installed back into the carousel drum. If there were more than 2 rods, then the operation is repeated until the very first rod remains in the breaking key, on which the cone or chisel is wound. She does not understand, but remains on the rotator. Before initiating the "growth" and/or "dismantling" command,
[64] В настоящих материалах заявки представлено предпочтительное раскрытие осуществления заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки запрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов в соответствующей области техники. Предлагаемое изобретение может быть изготовлено на существующем оборудовании из известных материалов. [64] The present application materials provide a preferred disclosure of the implementation of the claimed technical solution, which should not be used as limiting other, private embodiments of its implementation that do not go beyond the requested scope of legal protection and are obvious to specialists in the relevant field of technology. The present invention can be made on existing equipment from known materials.
Claims (51)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/RU2021/000300 WO2022231459A1 (en) | 2021-04-30 | 2021-07-14 | System and method for managing drilling operations |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2772455C1 true RU2772455C1 (en) | 2022-05-20 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9593567B2 (en) * | 2011-12-01 | 2017-03-14 | National Oilwell Varco, L.P. | Automated drilling system |
EP2785969B1 (en) * | 2011-12-01 | 2017-06-21 | National Oilwell Varco, L.P. | Automated drilling system |
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 |
RU2713072C2 (en) * | 2015-01-30 | 2020-02-03 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Integrated control system for drilling rigs |
EP3143244B1 (en) * | 2014-05-16 | 2020-02-26 | Baker Hughes, a GE company, LLC | Automated conflict resolution management |
RU2745308C1 (en) * | 2020-05-29 | 2021-03-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Завод Буровых Технологий" | Monitoring system of technological parameters of the drilling process on the basis of a self-propelled drilling rig |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9593567B2 (en) * | 2011-12-01 | 2017-03-14 | National Oilwell Varco, L.P. | Automated drilling system |
EP2785969B1 (en) * | 2011-12-01 | 2017-06-21 | National Oilwell Varco, L.P. | Automated drilling system |
EP3143244B1 (en) * | 2014-05-16 | 2020-02-26 | Baker Hughes, a GE company, LLC | Automated conflict resolution management |
RU2713072C2 (en) * | 2015-01-30 | 2020-02-03 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Integrated control system for drilling rigs |
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 |
RU2745308C1 (en) * | 2020-05-29 | 2021-03-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Завод Буровых Технологий" | Monitoring system of technological parameters of the drilling process on the basis of a self-propelled drilling rig |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9540920B2 (en) | Dynamic phase machine automation of oil and gas processes | |
AU2010237608B2 (en) | Drill hole planning | |
US20210324711A1 (en) | Method of generating a drill hole sequence plan and drill hole sequence planning equipment | |
CA2882298A1 (en) | Downlink path finding for controlling the trajectory while drilling a well | |
RU2772455C1 (en) | System and method for controlling drilling operations | |
WO2022231459A1 (en) | System and method for managing drilling operations | |
EA042370B1 (en) | SYSTEM AND METHOD FOR CONTROL OF DRILLING OPERATIONS | |
WO2014186822A1 (en) | A method of controlling a mine vehicle and a mine vehicle control system | |
US11767714B2 (en) | Boundary line generation for controlling drilling operations | |
CA3185305A1 (en) | Anti-stall automated track steer propulsion | |
CA3090965C (en) | Drill bit subsystem for automatically updating drill trajectory | |
US11808132B2 (en) | Integrated end-to-end well construction automation system | |
US20230383638A1 (en) | Autonomous steering for directional drilling with collision avoidance | |
CN117873076A (en) | Intelligent scraper auxiliary driving system and method | |
Carpenter | Fully Automated Directional Drilling Used on the Norwegian Continental Shelf |