ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ КОМПЛЕКСА УПРАВЛЯЕМОГО РОТОРНОГО БУРЕНИЯ НА БАЗЕ ТИПОРЯДА ОТЕЧЕСТВЕННЫХ РОТОРНЫХ УПРАВЛЯЕМЫХ СИСТЕМ Я. И. Биндер, А. Л. Гутников, Р. Д. Зимин, В. А. Смирнов, Д. А. Соколов, В. Г. Розенцвейн (все – АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор» , Санкт-Петербург) В. М. Григорьев (ООО «НПФ «Горизонт» , г. Октябрьский, Башкортостан)
План мероприятий по импортозамещению в отрасли нефтегазового машиностроения Российской Федерации Приказ Министра промышленности и торговли РФ от 31. 03… 2015 г. № 645 Технологическое направление: Техника и технология бурения наклонно-направленных, горизонтальных и многозабойных скважин Мероприятие 05 НГМ 7: Буровое оборудование, роторно-управляемые системы, навигационное оборудование определения положения бурового инструмента, оборудование по управлению буровым инструментом 2
Обеспечение управляемого роторного бурения: Верхний силовой привод (TOP DRIVE) Высокотехнологичный комплекс телеметрии и геофизического каротажа (M/LWD-система), Роторная управляемая система (РУС) 3
Верхний силовой привод Верхний электрический привод ВЭП-320 Ведущий отечественный разработчик и производитель – АО «Электромеханика» (Санкт-Петербург) 4
Основные производители M/LWD–систем, применяемых на российском рынке: С гидравлическим каналом связи: APS Technology, Tolteq, Compass, GE Tenzor, Baker Hughes (все – США) С электромагнитным каналом связи: НПФ «Горизонт» , НПФ «ВНИИГИС-ЗТК» (все – Октябрьский, Башкостостан), НПФ «Луч» (Новосибирск), «Самарские горизонты» , «Битас» (все – Самара), «Технологическая компания Шлюмберже» (Томский филиал) Проблемы формирования отечественного комплекса УРБ – необходимость стыковки РУС с M/LWD-системами различных производителей 5
Наддолотный модуль Обороты Зенитный угол Гаммакаротаж Гидростатическое давление Контроллер Осевая нагрузка Передающее устройство Блок питания Химический источник энергии Блок включения Ограничения для применения в составе комплекса УРБ приближение измерительных систем к долоту понижает интенсивность набора кривизны 6
Прототип роторной управляемой системы РУС 220 Основные технические характеристики Технология управления долотом – Push-the-bit Компоновка отклоняющего блока – геостационарная Диаметры долот – 220, 7 – 269. 9 мм (8, 75 – 10, 625 ”) Скорость вращения вала – до 250 об/мин Рабочее давление – до 140 МПа Момент на долоте – до 40000 Нм Скорость набор кривизны – до 0, 26 угл. град/м 3 7
Первое публичное представление первой российской РУС - опытный образец РУС типоразмера 220 мм на выставке «MARINTEC-2014» Первый спуск в скважину опытного образца РУС типоразмера 220 мм (опытно-промыш-ленные испытания на Вынгапуровском место-рождении, п-ов Ямал, 06. 09. 2015 г. ) 4 8
Функциональная схема РУС 9
Составные части РУС Исполнительным механизмом РУС является линейный привод Блок датчиков ориентации расположен в невращающейся части РУС и вырабатывает первичные параметры ориентации. Система 0 Xo. Yo. Zo – система координат, связанная с корпусом РУС. 10
Гидравлическая схема РУС Обозначения на схеме: ВТ – Гидровытеснитель, А 1…А 3 – Линейные приводы, Цб – поршни отклоняющих башмаков, М 1…М 3 – мотор-редукторы, КД 1…КД 3 – Механические клапаны давления. 11
Нисходящий канал управления В основе метода лежит бинарное представление возмущений в виде наличия/отсутствия вращения буровой колонны с временным разделением, без использования дополнительного оборудования. Позволяет реализовать до 43 команд управления с временем передачи от 4: 00 до 7: 20 минут в зависимости от набора служебных команд и дискретности задания TF. Служебные команды включают: • Два дополнительных режима работы (транспортное положение, центрирование). • Пять режимов управления усилием прижатия (от 40% до 100%) от максимального. Дискретность задания TF Служебных команд Число команд Время передачи от Время передачи до 45° 4 12 4, 00 6, 00 22, 5° 4 20 4, 00 6, 40 15° 7 30 4, 00 7, 20 10° 7 42 4, 00 7, 20 12
Нисходящий канал управления Пример передачи команды 13
«Короткий» акустический канал связи Восходящий акустический канал связи предназначен для обмена информацией между геостационарным отклоняющим блоком РУС и M/LWD системой • Расстояние эффективного приёма информационного сигнала достигает 12 м от излучателя; • Скорость передачи 64 бит/с. ; • Рабочая частота 18 к. Гц; • Кодирование информации производится многопозиционной (32 позиции) частотной манипуляцией. По восходящему каналу связи передаются следующие параметры: • Параметры ориентации (Зенит, Азимут) • Режим работы (направление бурения по TF, усилие прижатия в процентах от максимального) • Статус устройства (температура, статус батарей) • Статус ошибок (отказы приводов, отклонение модулей и векторов магнитного и гравитационного полей) 14
«Короткий» акустический канал связи Пьезокерамический преобразователь акустического канала связи Плата передатчика акустического канала связи 42× 90× 20 Ø 19× 42 Размещение излучателя и управляющей платы в корпусе отклоняющего блока РУС 15
«Короткий» акустический канал связи Отладка 8 -ой версии ПО Переводник с приёмником акустического канала связи 16
Алгоритмы встроенного ПО РУС Основной задачей встроенного ПО является: Поддержание заданного направления TF: • Расчёт параметров ориентации • Выработка управляющих воздействий Диагностика РУС: • Реализовано программно-аппаратное решение контроля работоспособности исполнительных механизмов РУС Выбор оптимального алгоритма работы: • Реализован алгоритм работы с наличием отказов исполнительных механизмов РУС, позволяющий оптимизировать функцию управления для сохранения эффективного прижатия; • Реализован алгоритм демпфирования при срыве отклоняющего блока во вращение вместе с буровой колонной. Обеспечение связи: • • Реализован помехоустойчивый способ кодирования и алгоритм передачи данных команд управления Поддержка работы акустического канала связи 17
Основные результаты ОПИ прототипа РУС-220 Время проведения ОПИ Сент. 2015 Июнь 2016 Ноябрь 2016 Куст / Мех. Диапазон скважина Пробу- скорость ЗУ, град. Вынгарено, м проходки пуровское (средняя), местом/ч рождение 40/6033 187/2688 417/4309 216 5 274 28 2 49 38 -42 15 -16 3 -5 Разбуривание оснастки обсадной колонны нет да Команд управл. принято 2 3 5 Причина завершения испытаний Разрушение крепления редуктора одного из линейных приводов РУК 8, 75 БС Выход из строя буровой установки (ВСП) Разгерметизация контура компенсации давления РУК-8, 75 БС вследствие многократного превышения предела допустимых виброударных воздействий при разбуривании клапана обратного давления 18
Результаты модернизации изделия РУС 220 по результатам ОПИ прототипа В части конструкции: - Заменена на усиленную винтовая пара линейного привода; - В силу этого увеличено в 2 раза усилие отталкивания отклоняющих башмаков; - Использовано новое конструктивное решение для крепления редуктора линейного привода; - Изменен материал сепараторных колец подшипникового узла РУС, для уменьшения трения, и, как следствие, остаточного вращения геостационарной части; - Изменено формообразование (технология производства, материал, форма) отклоняющих башмаков, для исключения возможности их заклинивания и сколов; - В силу этого отклоняющие башмаки перешли в разряд расходных позиций. В части программного обеспечения: - Увеличено время эффективного поддержания заданного направления бурения путём реализации алгоритмов работы учитывающих возможные отказы исполнительных механизмов, а так же алгоритм выхода из состояния срыва изделия во вращение; - Реализовано программно-аппаратное решение контроля работоспособности исполнительных механизмов РУС; - Увеличена информационная ёмкость нисходящего канала связи с целью увеличения набора допустимых команд и уменьшения времени передачи; - Усовершенствована функция фиксации сверхнормативных нагрузок; - Введен контроль остаточной емкости батарей. 19
Роторная управляемая система РУС-160 Основные технические характеристики Технология управления долотом Компоновка отклоняющего блока Диаметры долот Скорость вращения вала Рабочее давление Момент на долоте Скорость набор кривизны – Push-the-bit – геостационарная – 155, 6 – 165, 1 мм (6, 125 – 6, 5”) – до 250 об/мин – до 140 МПа – до 12000 Нм – до 0, 26 угл. град/м 20
Роторная управляемая система РУС-160 ДНИЯ. 614448. 002 Оригинальные конструктивные решения Прототип РУС 220 РУС 160 Единый Ø 120 мм, расположен соосно главному валу 3 независимых Ø 22 мм , расположены параллельно линейному приводу Крепление линейного привода в отклоняющем блоке Консольное В упор, с дополнительным поджатием Винтовая пара в линейном приводе шариковая Роликовая Система фильтрации перед гидровытеснителем нет да Гидровытеснитель 21
Первочередные задачи создания типоряда РУС в обеспечение комплекса УРБ Модификация роторных управляемых систем РУС 220 и РУС 160 с расширением ряда применяемых долот в диапазоне 155, 6 … 269, 9 мм и интегрированием функций НДМ и передатчиков коротких каналов связи. Разработка унифицированных технических решений для комплексирования типоряда РУС с применяемыми на российском рынке бурения M/LWD-системами, в т. ч. : - разработка унифицированного передатчика акустического короткого канала связи, - разработка комплексного модуля приемников коротких каналов связи, - унифицированного алгоритмического и программного обеспечения информационного обмена «РУС-M/LWD-система» . 22
Развитие типоряда роторных управляемых систем АО"Концерн"ЦНИИ"Электроприбор" 23
Комплексирование РУС с применяемыми в буровом сервисе M/LWD телесистемами Модуль Пульсатор телеметрии Батарейные модули Модуль инклинометрии и гамма каротажа M/LWD РУС Контактный блок Приёмо-передатчик акустического короткого КС Комплексный приемопередатчик коротких КС Интегрированный в тело главного вала РУС блок наддолотных первичных датчиков с передатчиком короткого электромагнитного КС 24
Схема комплексного приемо-передатчика коротких каналов связи (акустического и электромагнитного) M/LWD ТС Центраторы Место размещения плат электроники, батарей питания и пьезопреобразователя КПП ККС Буровая колонна Изоляторы Контактное устройство Защитный кожух Уплотнение Диполь Устройство механической и электрической стыковки (5 линий при механическом соединении модулей) 1. Переменное контактное устройство для стыковки с различными телесистемами (3 -5 типоразмеров). Входит в состав КПП ККС. 2. Конструкция КПП ККС обеспечивает прямую акустическую линию между РУС и M/LWD телесистемой и внешний диполь для короткого электромагнитного канала связи. 25
Спасибо за внимание
Скачать презентацию ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ КОМПЛЕКСА УПРАВЛЯЕМОГО РОТОРНОГО БУРЕНИЯ НА БАЗЕ
44531c6d06ba5dffc9d64ed7e2d66cf5.ppt