Пути механизации и автоматизации в геологоразведочном бурении

В совершенствовании техники и технологических процессов имеется два этапа – механизация и автоматизация. Механизация предусматривает замену ручного физического труда рабочего механизмами – при этом рабочий управляет механизмами кнопками или рычагами, т.е. без рабочего механизм не работает. Автоматизация это полная замена человека механизмами или приборами - оборудование, станок и.т.п. работают по заданной программе без участия рабочего.

В бурении геологоразведочных скважин при работе с тяжелыми бурильными трубами и другим буровым инструментом, к сожалению, еще много тяжелого физического труда и задачи механизации, несмотря на многие достижения пока еще полностью не решены. Для окончательной замены ручного труда в бурении, задачи механизации соединяются с задачами автоматизации путем создания полностью автоматизированных буровых установок. По литературным данным такие установки почти созданы, а в недалеком будущем будут созданы наверняка (например, наш буровой агрегат РБК-4).

Основные направления автоматизации в бурении скважин:

1. Полная механизация и последующая автоматизация спуско-подъемных операций.

2. Автоматизация отдельных действий бурового станка. У нас было разработано и внедрено замечательное решение - автоматическое перекрепление зажимных патронов без остановки бурения на шпиндельных станках серии СКБ - «Автоперехват»

3. Автоматизация управления процессом бурения.

Началом автоматизации управления процессом бурения можно считать применение прибора ОМ-40 («измеритель и автоматический ограничитель крутящего момента»). Этот обычный простой электроизмерительный прибор измеряет величину крутящего момента, передаваемого на буровой снаряд, путем деления измеряемой мощности на частоту вращения - М_кр= . В приборе имеются два дополнительных реостата, подключенных к ваттметру с установками соответственно «сигнализация» и «ограничение». В начале бурения определяется рабочее, нормальное значение крутящего момента. С определенным запасом значения крутящего момента, устанавливается реостат «сигнализация», со следующим шагом запаса устанавливается реостат «ограничение» Например, если рабочее значение Мкр. = 500 Нм - сигнализация ставится на 750 Нм, а ограничение ставится на 1000 Нм. В процессе бурении, если на забое возникают негативные явления (зашламование, самозаклинивание и т.п.) и Мкр. возрастает до 750Нм прибор подает сигнал. Если на сигнал не реагируют, а момент растет, то при достижении Мкр значения ограничения (в данном примере 1000 Нм) прибор сам автоматически поставит гидравлику в положение «шпиндель вверх», поднимет снаряд над забоем и затем остановит двигатель станка. То есть, прибор автоматически предотвратит аварийную ситуацию. В современных станках подобное решение может быть легко реализовано с использованием компьютерных технологий

Примером комплексной механизации и автоматизации практически всех основных, включающих автоматизацию управления, и большинства вспомогательных операций по бурению скважин является «Буровая установка нового поколения» - РБК-4.

Системы автоматического управления с использованием компьютерных технологий применяются в современных станках ведущих зарубежных фирм.

Для того чтобы полностью оптимизировать управление процессом бурения нужно:

1. Выбрать рабочие локальные критерии оптимизации.

2. Выбрать методику управления процессом бурения.

3. Обеспечить получение необходимой информации, в том числе с забоя скважины телеметрией, или хотя бы косвенно.

Выбор методики управления относится к алмазному бурению в твердых породах. Здесь есть два варианта методики управления – по осевой нагрузке на коронку и по задаваемой углубке за оборот. В разделе особенности технологии алмазного бурения подробно анализировались достоинства управления по углубке за оборот. К этим достоинствам можно добавить то, что эта методика значительно лучше подходит для автоматизации управления процессом бурения. Можно автоматически определять и поддерживать оптимальную углубку за оборот, используя в качестве контрольного параметра величину осевой нагрузки. Значение величины осевой нагрузки легко преобразовать в электрический сигнал, применяя манометр с электросигналом. Аспирантами кафедры разведочного бурения РГГРУ был создан простейший автомат с электрической схемой, который с помощью электроманометра и сельсинной передачи на регулятор потока в гидравлической схеме бурового станка, позволял автоматически находить и поддерживать оптимальное значение углубки за оборот.