WO2022231459A1 - Система и способ управления буровыми работами - Google Patents

Система и способ управления буровыми работами Download PDF

Info

Publication number
WO2022231459A1
WO2022231459A1 PCT/RU2021/000300 RU2021000300W WO2022231459A1 WO 2022231459 A1 WO2022231459 A1 WO 2022231459A1 RU 2021000300 W RU2021000300 W RU 2021000300W WO 2022231459 A1 WO2022231459 A1 WO 2022231459A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
drilling
drilling rig
interface device
command
sensors
Prior art date
Application number
PCT/RU2021/000300
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Илья Сергеевич ЯКУШЕВ
Олег Евгеньевич СТАБРОВСКИЙ
Виталий Витальевич КАПУСТЕНКО
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "РУСИНТЕХ СЕРВИС"
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
Priority claimed from RU2021112801A external-priority patent/RU2772455C1/ru
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "РУСИНТЕХ СЕРВИС" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "РУСИНТЕХ СЕРВИС"
Publication of WO2022231459A1 publication Critical patent/WO2022231459A1/ru

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B44/00—Automatic 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
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B15/00—Systems controlled by a computer

Definitions

  • 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 work logistics and generate reports necessary for building workflows.
  • 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, they use sensors to determine the moment of rotation, 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.
  • 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.
  • US9593567B2 (publ. 03/14/2017; IPC: E21B 44/00; E21B 44/02) describes a drilling system comprising 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.
  • each drilling rig requires at least two operators, one of whom will be located inside the drilling rig cabin, and the other - outside it. 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.
  • 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.
  • 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 panels, a mechanism for managing parameters of the supervisory control panel of a drilling rig, control using one or more intelligent algorithms; and a method and technique for accessing control panel supervisory control from a remote location.
  • the system and method further includes recording, editing and reproducing a sequence of rig supervisory parameters during any typical rig operation. 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.
  • US9404356B2 (published Aug. 2, 2016; IPC: E21B 44/02; E21B 47/024) proposes a system and method for controlled surface drilling.
  • 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.
  • Patent RU2667545C1 (publ. 09/21/2018; IPC: E21B 44/00; G05B 19/4184 G06F 19/00) describes an invention related to the control of a drilling rig.
  • 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.
  • 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.
  • the closest analogue is RU2713072C2 (publ. 02/03/2020; IPC: E21B 44/00;
  • 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.
  • the specified 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:
  • 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.
  • 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 required to monitor the status of at least one of the components of the drilling rig, as well as to initiate an emergency stop, in the event of failure of at least one of them.
  • the most important components of a drilling rig are the interface and on-board computer, in the event of any of them exiting, an emergency stop of the drilling control system is necessarily initiated.
  • 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.
  • high-precision positioning systems may include antennas and/or industrial standard networks and/or a backup channel for determining all of the above.
  • the drilling rig can additionally include a video surveillance system allows the introduction of 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.
  • 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.
  • a collision avoidance system including radars and/or sonars and/or lidars
  • radars allow you to detect objects, as well as determine their range, speed and geometric parameters
  • sonars allow you to detect objects using acoustic radiation
  • lidars allow you 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.
  • the satellite receiver which may 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.
  • a software computing module which may optionally be 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.
  • 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.
  • 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 execute the command 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.
  • the step 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.
  • 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.
  • the route can first be determined using the computing module, allows the calculation of the optimal route to the target.
  • they can divide the route into separate segments of the passage 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 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.
  • inclinometer sensors can be interrogated by the interface device before the step of initiating commands to move the drilling rig, 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.
  • inclinometer sensors, pressure sensors, end sensors, impulse 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.
  • 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
  • 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.
  • FIG. 1A is a diagram of a drilling control system according to the present invention.
  • FIG. 1B is a diagram of a drilling control system with additional elements according to the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating the method of controlling drilling operations according to the present invention.
  • FIG. 3A is a flowchart illustrating the sequence of generating a move command according to the present invention.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating additional steps that occur concurrently with the move command generation sequence according to the present invention.
  • FIG. 4A is a block diagram illustrating additional steps prior to initiating a move command.
  • FIG. 4B is a flowchart illustrating additional steps prior to initiating a pointing command.
  • FIG. 4B is a block diagram illustrating additional steps prior to initiating a leveling command.
  • FIG. 4D is a block diagram illustrating additional steps prior to initiating a drill command.
  • FIG. 4D is a block diagram illustrating additional steps prior to initiating the grow and/or parse command.
  • FIG. 1A shows a drilling control system.
  • the drilling control system includes a host computer 100 and a drilling rig 200.
  • the drilling rig in turn includes an on-board computer 201, an interface device 202, a watchdog module 203, at least one communication system 204, actuators 205 of the drilling rig 200, and at least at least one inclinometer sensor 206.
  • the main computer 100 is connected to the on-board computer 201
  • the on-board computer 201 is connected to the interface device 202 and the communication system 204.
  • the interface device 202 is connected to the communication system 204, to the actuators 205 of the drilling rig 200, and to the inclinometer sensors 206.
  • the watchdog module 203 attaches to at least one of the components of the drilling rig 200.
  • watchdog module 203 is connected to on-board computer 201 and interface device 202.
  • the drilling control system shown in FIG. 1A works as follows.
  • the host computer 100 generates commands for the drilling rig 200 and sends them to the on-board computer 201 of the drilling rig 200.
  • the on-board computer 201 interrogates the communication system 204, generates a command for the interface device 202 and sends the command to the interface device 202.
  • the interface device 202 in turn, interrogates the communication system 204 and inclinometer sensors 206, and then translates the command into a control signal and sends the control signal to the actuators 205 of the drilling rig 200.
  • the host computer 100 may further be located remotely, for example, be configured as a server.
  • Interface device 202 may be configured to generate pulse width modulation and/or current signals and/or discrete signals and/or commands over the CAN protocol. Because different actuators 205 receive different types of signals as commands, the interface device 202 needs to convert the received commands into signals appropriate for the particular actuator 205. Thus, this interface device 202 can issue commands to all actuators 205 of the drilling rig 200, as well as receive feedback from them.
  • 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.
  • the communication system 204 may be a high-precision positioning system, including high-precision positioning antennas 2041, industry standard networks 2042, and a backup channel 2043.
  • the high-precision positioning system components are designed to determine high-precision coordinates and azimuth values of the motion vector angle. They send this data to the on-board computer 201 and interface device 202 for processing.
  • the drilling management system may further include a video surveillance system 207, which is connected to the on-board computer 201 for the implementation 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.
  • the on-board computer 201 can take into account the data collected from the video surveillance system 207 when generating commands for the interface device 202.
  • the video surveillance system 207 can also connect to the communication system 204 to transmit the necessary data to it.
  • the drilling control system may also optionally include a collision avoidance system 208 including radars 2081 and/or sonars 2082 and/or lidars 2083.
  • Collision avoidance system 208 connects to on-board computer 201 and interface device 202 to correct the route of the drilling rig 200 s for the purpose of avoiding collisions.
  • radars 2081 are used for radio detection of objects that interfere with the route, as well as to determine their range, speed and geometric parameters.
  • Sonars 2082 are used for sound detection of underwater objects using acoustic radiation, and lidars 2083 are based on the technology of obtaining and processing information about distant objects using active optical systems that use the phenomena of absorption and scattering of light in optical transparent media such as, for example, air.
  • the on-board computer 201 when building the route of the drilling rig 200 and its correction, can communicate with the collision avoidance system 208 and receive data from it about obstacle objects found by radars 2081 and/or sonars 2082 and/or lidars 2083.
  • the collision avoidance system 208 connects the video surveillance system 207 to transfer the necessary data.
  • the on-board computer 201 may further include a satellite receiver 2011 to receive data to the drilling rig 200 via satellite.
  • the high-precision positioning antennas 2041 transmit their position to the on-board computer 201, which receives them from the satellite receiver 2011.
  • the satellite receiver 2011 can also receive correction signals from the base station.
  • the on-board computer 201 may include a computing module 2012 implemented in software and having navigation functions.
  • the computing module 2012 is responsible for constructing the optimal route for the drilling rig 200 and adjusting this route as it travels. Also, the computing module 2012 determines the effective drilling parameters, in the event that the on-board computer 201 receives a command to drill.
  • Each of the components of the drilling rig 200 can be connected to the watchdog module
  • a high-precision navigation antenna 2041 can be connected to the watchdog module 203, in particular, this connection can be made on the same bus.
  • the watchdog module 203 not only monitors the state of the high-precision navigation antennas 2041, but also monitors their parameters.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating the drilling control method according to the present invention.
  • a command is generated for the drilling rig 200 using the host computer 100.
  • the command is sent via a wireless network to the drilling rig 200 using the host computer 100.
  • the on-board computer 201 included in the drilling rig 200 receives the command and sends it to the interface device 202.
  • the interface device 202 After the interface device 202 receives a command from the on-board computer 201, the interface device 202 generates a control signal and sends the generated control signal to the drilling rig 200, in particular to its actuators 205. After that, the command is executed.
  • the watchdog module 203 monitors at least one of its components and initiates an emergency stop if at least one of them fails.
  • the watchdog module 203 monitors the on-board computer 201 and interface device 202, but also has the ability to monitor each component of the drilling rig 200.
  • the commands for the drilling rig 200 received from the host computer 100 may be travel and/or drilling commands.
  • FIG. FOR shows a flowchart illustrating the process that occurs when the on-board computer 201 receives a command to move.
  • the computing module 2012 of the on-board computer 201 first determines the route of movement with the final position of the drilling rig 200, then divides this route into separate passage segments and generates a sequence of commands to the interface device 202, and then transmits these commands to the interface device 202.
  • the ST is a flowchart illustrating additional steps that occur concurrently with the move command generation sequence according to the present invention.
  • the current position of the drilling rig 200 is continuously calculated in real time using the high-precision navigation antennas 2041, data is received from the high-precision navigation antennas 2041 to the satellite receiver 2011, and corrections are made to the sequence of commands when using the computing module 2012.
  • corrections in the sequence of commands are made using the computing module 2012 based on data received from radars 2081 and/or sonars 2082 and/or lidars 2083 of the collision avoidance system 208, and data received from the video surveillance system 207. For example, if the cameras of the video surveillance system 207 detect an obstacle in the way of movement, the route is recalculated to the intended point and a subalgorithm is executed, followed by a return to the main movement algorithm.
  • the host computer 100 may command to "move” and/or "point” and/or “level” the drilling rig 200.
  • FIG. 4A is a block diagram illustrating additional steps prior to initiating a "move” command.
  • mov is meant the movement of the drilling rig 200 from its current position to a target position, such as the next well.
  • the interface device 202 polls the high-precision navigation antennas 2041, the inclinometer sensors 206, the collision avoidance system 208, and the computer module 2012.
  • the computer module 2012 in this case is polled about the route parameters.
  • FIG. 4B is a flowchart illustrating the additional steps prior to initiating the hover command.
  • interface device 202 interrogates high-precision navigation antennas 2041, inclinometer sensors 206, collision avoidance system 208, and computer module 2012.
  • the computer module 2012 in this case is interrogated about the parameters of the well.
  • FIG. 4B is a block diagram illustrating additional steps prior to initiating the "level” 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.
  • interface 202 interrogates inclinometer sensors 206.
  • the host computer 100 may command to
  • 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 rotating, blowing the well with air or water and pressure on the bottom, i.e. lowering the rotator with force.
  • the interface device 202 interrogates the inclinometer sensors 206, pressure sensors, end sensors, pulse sensors, and motor sensors.
  • Engine sensors are part of the engine control system, which is a regular computer engine system. Oil pressure sensors and/or RPM sensors, etc. may be present as engine sensors.
  • FIG. 4D is a block diagram illustrating the additional steps prior to initiating the grow and/or parse command.
  • the “build-up” and “parsing” commands are sent. "Build-up” - the operation of lengthening the drill string by unwinding the rotator and the first rod after fixing the latter with a breakaway key, raising 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.
  • 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, which 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.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

Изобретение относится к системам и способам управления буровыми работами. Система управления буровыми работами включает главный компьютер и по крайней мере один буровой станок, который включает устройство сопряжения, бортовой компьютер, по крайней мере одну систему связи, по крайней мере один датчик-инклинометра и сторожевой модуль. Устройство сопряжения выполнено с возможностью подключения к каждому из компонент бурового станка, а также управлению исполнительными механизмами бурового станка. Сторожевой модуль подключается к компоненту бурового станка для мониторинга его состояния и обеспечения безопасности системы. При помощи главного компьютера формируют команду и отправляют ее на буровой станок, бортовой компьютер получает команду и отправляет ее на устройство сопряжения, устройство сопряжения генерирует управляющий сигнал и отправляет его на буровой станок. Затем команды исполняется при помощи устройства сопряжения. Наряду с вышеописанными этапами сторожевой модуль мониторит по крайней мере один из компонент бурового станка в процессе работы. В случае выхода из строя компонента бурового станка, сторожевой модуль инициирует аварийную остановку системы.

Description

СИСТЕМА И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ БУРОВЫМИ РАБОТАМИ
Область техники
[0001] 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.
Уровень техники
[0002] 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.
[0003] В патенте US9593567B2 (опубл. 14.03.2017; МПК: Е21В 44/00; Е21В 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.
[0004] 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 датчик, 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. [0005] В патенте US9404356B2 (опубл. 02.08.2016; МПК: Е21В 44/02; Е21В 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.
[0006] В патенте RU2667545C1 (опубл. 21.09.2018; МПК: Е21В 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.
[0007] Наиболее близким аналогом является RU2713072C2 (опубл. 03.02.2020; МПК: Е21В 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. Сущность изобретения
[0008] 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.
[0009] 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:
• обеспечение беспилотного управления буровым станком любого типа;
• обеспечение безопасности системы посредством мониторинга ее компонент и инициирования аварийной остановки системы, в случае выхода из строя по крайней мере одного из них;
• повышение точности определения местоположения бурового станка, а также его последующей навигации.
[0010] 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.
[ООН] 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.
[0012] Причем, главный компьютер может дополнительно быть расположен удаленно для управления работой бурового станка на любых расстояниях, а также может являться сервером.
[0013] 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.
[0014] 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.
[0015] 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.
[0016] Спутниковый ресивер, который может дополнительно включаться в бортовой компьютер, позволяет получать, обрабатывать и передавать спутниковые сигналы и сигналы поправок от базовой станции при необходимости.
[0017] 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 .
[0018] 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.
[0019] 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.
[0020] 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.
[0021] 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.
[0022] 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.
[0023] 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.
[0024] 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.
[0025] 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.
[0026] 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.
[0027] 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.
[0028] 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
[0029] 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.
Описание чертежей
[0030] На Фиг. 1А изображена схема системы управления буровыми работами согласно настоящему изобретению. [0031] На Фиг. 1Б изображена схема системы управления буровыми работами с дополнительными элементами согласно настоящему изобретению.
[0032] На Фиг. 2 изображена блок-схема, иллюстрирующая способ управления буровыми работами согласно настоящему изобретению.
[0033] На Фиг. ЗА изображена блок-схема, иллюстрирующая последовательность формирования команды на передвижение согласно настоящему изобретению.
[0034] На Фиг. ЗБ изображена блок-схема, иллюстрирующая дополнительные этапы, производящиеся одновременно с последовательностью формирования команды на передвижение согласно настоящему изобретению.
[0035] На Фиг. 4А изображена блок-схема, иллюстрирующая дополнительные этапы, предварительные инициированию команды перемещения.
[0036] На Фиг. 4Б изображена блок-схема, иллюстрирующая дополнительные этапы, предварительные инициированию команды наведения.
[0037] На Фиг. 4В изображена блок-схема, иллюстрирующая дополнительные этапы, предварительные инициированию команды горизонтирования.
[0038] На Фиг. 4Г изображена блок-схема, иллюстрирующая дополнительные этапы, предварительные инициированию команды бурения.
[0039] На Фиг. 4Д изображена блок-схема, иллюстрирующая дополнительные этапы, предварительные инициированию команды наращивания и/или разбора.
Подробное описание
[0040] 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.
[0041] 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.
[0042] 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.
[0043] 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 систему связи 204 и датчики-инклинометры 206, а затем переводит команду в управляющий сигнал и отправляет управляющий сигнал на исполнительные механизмы 205 бурового станка 200.
[0044] Главный компьютер 100 может дополнительно быть расположен удаленно, например, быть выполнен в виде сервера.
[0045] 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.
[0046] Как показано на Фиг. 1 Б, 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.
[0047] 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.
[0048] 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. [0049] 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.
[0050] 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.
[0051] 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.
[0052] 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.
[0053] 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.
[0054] Командами для бурового станка 200, получаемые от главного компьютера 100, могут являться команды на передвижение и/или на бурение.
[0055] На Фиг. ЗА 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.
[0056] На Фиг. ЗБ 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.
[0057] В качестве команды на передвижение главным компьютером 100 может даваться команда на «перемещение» и/или «наведение» и/или «горизонтирование» бурового станка 200.
[0058] 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.
[0059] 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.
[0060] 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.
[0061] В качестве команды на бурение главным компьютером 100 может даваться команда на
«бурение» и/или «наращивание» и/или «разбор».
[0062] 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.
[0063] 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 опрашивает датчики-инклинометры 206, датчики давления, концевые датчики, импульсные датчики и датчики двигателя.
[0064] 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.

Claims

Формула изобретения
1. Система управления буровыми работами, включающая 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.
2. Система управления буровыми работами по п. 1, отличающаяся тем, что главный компьютер расположен удаленно.
3. Система управления буровыми работами по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве системы связи используется система высокоточного позиционирования, включающая антенны, и/или сети промышленного стандарта и/или резервный канал.
4. Система управления буровыми работами по п. 1, отличающаяся тем, что буровой станок дополнительно включает систему видеонаблюдения.
5. Система управления буровыми работами по п. 1, отличающаяся тем, что буровой станок дополнительно включает систему предотвращения столкновений, включающую радары и/или сонары и/или лидары.
6. Система управления буровзрывными работами по п .1, отличающаяся тем, что бортовой компьютер дополнительно включает спутниковый ресивер.
7. Система управления буровзрывными работами по п. 1, отличающаяся тем, что бортовой компьютер дополнительно включает вычислительный модуль.
8. Система управления буровыми работами по п. 1, отличающаяся тем, что устройство сопряжения выполнено с возможностью генерации широтно-импульсной модуляции и/или токовых сигналов и/или дискретных сигналов и/или команд по CAN-протоколу.
9. Способ управления буровыми работами, по которому:
• формируют команду для бурового станка при помощи главного компьютера;
• отправляют команду на буровой станок при помощи главного компьютера;
• получают команду на буровой станок при помощи бортового компьютера;
• отправляют команду на устройство сопряжения при помощи бортового компьютера;
• получают команду на устройство сопряжения;
• генерируют управляющий сигнал при помощи устройства сопряжения;
• отправляют сгенерированный управляющий сигнал на буровой станок при помощи устройства сопряжения;
• исполняют команду при помощи устройства сопряжения; 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.
10. Способ управления буровыми работами по п. 9, отличающийся тем, что для бурового станка отправляют команду на передвижение и/или на бурение.
11. Способ управления буровыми работами по п. 9 и п. 10, отличающийся тем, что при получении команды на передвижение:
• определяют маршрут при помощи вычислительного модуля;
• делят маршрут на отдельные сегменты прохода при помощи вычислительного модуля;
• формируют последовательность команд для устройства сопряжения при помощи вычислительного модуля;
• отправляют сформированные команды на устройство сопряжения при помощи бортового компьютера.
12. Способ управления буровыми работами по пп. 9-11, отличающийся тем, что одновременно с определением маршрута, делением маршрута, формированием последовательности команд и отправкой сформированных команд:
• непрерывно рассчитывают текущее положение бурового станка в реальном времени при помощи антенн, включающихся в систему высокоточного позиционирования;
• делают поправки в последовательности команд при помощи вычислительного модуля.
13. Способ управления буровыми работами по п. 9, отличающийся тем, что при инициировании команды на передвижение при помощи устройства сопряжения предварительно :
• опрашивают антенны высокоточной навигации;
• опрашивают датчики-инклинометры;
• опрашивают систему предотвращения столкновений;
• опрашивают вычислительный модуль о параметрах маршрута.
14. Способ управления буровыми работами по п. 9, отличающийся тем, что при инициировании команды на передвижение при помощи устройства сопряжения предварительно :
• опрашивают антенны высокоточной навигации;
• опрашивают датчики-инклинометры;
• опрашивают систему предотвращения столкновений;
• опрашивают вычислительный модуль о параметрах скважины.
15. Способ управления буровыми работами по п. 9, отличающийся тем, что при инициировании команды на передвижение при помощи устройства сопряжения предварительно:
• опрашивают датчики-инклинометры.
16. Способ управления буровзрывными работами по п. 9, отличающийся тем, что при инициировании команды на бурение при помощи устройства сопряжения предварительно:
• опрашивают датчики-инклинометры;
• опрашивают датчики давления;
• опрашивают концевые датчики;
• опрашивают импульсные датчики;
• опрашивают датчики двигателя.
17. Способ управления буровыми работами по п. 16, отличающийся тем, что датчики двигателя являются датчиками давления масла и/или датчиками оборотов.
18. Способ управления буровыми работами по п. 9, отличающийся тем, что при инициировании команды на бурение при помощи устройства сопряжения предварительно:
• опрашивают датчики давления;
• опрашивают концевые датчики;
• опрашивают импульсные датчики; опрашивают датчики двигателя.
PCT/RU2021/000300 2021-04-30 2021-07-14 Система и способ управления буровыми работами WO2022231459A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021112801 2021-04-30
RU2021112801A RU2772455C1 (ru) 2021-04-30 Система и способ управления буровыми работами

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022231459A1 true WO2022231459A1 (ru) 2022-11-03

Family

ID=83848435

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2021/000300 WO2022231459A1 (ru) 2021-04-30 2021-07-14 Система и способ управления буровыми работами

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2022231459A1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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 (ru) * 2019-01-29 2019-08-21 Общество с ограниченной ответственностью "ВНИИБТ-Буровой инструмент" (ООО "ВНИИБТ-Буровой инструмент") Способ и система для автоматизированного управления бурением скважины
EP3143244B1 (en) * 2014-05-16 2020-02-26 Baker Hughes, a GE company, LLC Automated conflict resolution management
RU2745308C1 (ru) * 2020-05-29 2021-03-23 Общество с ограниченной ответственностью "Завод Буровых Технологий" Система мониторинга технологических параметров процесса бурения на базе самоходной буровой установки

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
RU2697988C1 (ru) * 2019-01-29 2019-08-21 Общество с ограниченной ответственностью "ВНИИБТ-Буровой инструмент" (ООО "ВНИИБТ-Буровой инструмент") Способ и система для автоматизированного управления бурением скважины
RU2745308C1 (ru) * 2020-05-29 2021-03-23 Общество с ограниченной ответственностью "Завод Буровых Технологий" Система мониторинга технологических параметров процесса бурения на базе самоходной буровой установки

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9540920B2 (en) Dynamic phase machine automation of oil and gas processes
AU2010237608B2 (en) Drill hole planning
CN112187930A (zh) 一种随钻作业远程管理与操控的系统
AU2021203890A1 (en) A system for, and a method of, controlling operation of a vehicle in a defined area
US20210324711A1 (en) Method of generating a drill hole sequence plan and drill hole sequence planning equipment
RU2772455C1 (ru) Система и способ управления буровыми работами
WO2022231459A1 (ru) Система и способ управления буровыми работами
EA042370B1 (ru) Система и способ управления буровыми работами
US11767714B2 (en) Boundary line generation for controlling drilling operations
WO2014186822A1 (en) A method of controlling a mine vehicle and a mine vehicle control system
CA3185305A1 (en) Anti-stall automated track steer propulsion
CA3090965C (en) Drill bit subsystem for automatically updating drill trajectory
US20230383638A1 (en) Autonomous steering for directional drilling with collision avoidance
US11808132B2 (en) Integrated end-to-end well construction automation system
Carpenter Fully Automated Directional Drilling Used on the Norwegian Continental Shelf
CN117873076A (zh) 一种智能化铲运车辅助驾驶系统及方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21939488

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21939488

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1