Устройство для моделирования автоматизированной буровой установки

 

Изобретение относится к моделированию технологического процесса бурения скважин и позволяет расширить функциональные возможности устройства. Для этого устройство снабжено блоком 1 задания управляемых параметров, блоком 2 вычисления времени моделирования, а также блоками моделирования пластовых условий 6, износа опор долота 12 и случайных возмущений 13. Сигналы с выхода блока 1 подаются на вход блока 3 и на первый вход блока 4, который позволяет имитировать инерционность реальных систем регулирования управляемых параметров. На второй вход блока 4 поступает сигнал с выхода блока 2, что позволяет изменять масштаб времени протекания моделируемого процесса. Сигналы с выходов блоков 2, 3 и 4 поступают помимо блоков 6, 12 и 13 и на входы блоков моделирования промывки 5, веса на крюке и нагрузки на долото 7, проходки 8, износа сооружения 10, крутящего момента 11 и блока 9 вычисления механической скорости. Блок 13 предназначен для внесения случайных составляющих в моделируемые параметры. Введение блоков 5 и 6 моделирования позволяет имитировать процессы, происходящие в системе скважина-пласт. Блоки 7 - 13 устройства позволяют получить представление в процессе моделирования о реальном изменении механических параметров бурения. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК р

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ KOMNTET

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (я>s Е 21 В 44/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 4714906/03 (22) 06.07.89 (46) 30.07.91. Бюл, ¹ 28 (71) Специальное проектно-конструкторское бюро автоматизации глубокого разведочного бурения (72) Н.В. Акимов, Н.Ф. Виноградов, В.И.

Дмитриев, Н.И. Каплун, В,Н. Патрышев и

Л.Г. Шраго (53) 622.24 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 899877, кл. Е 21 В 44/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР

¹ 615499, кл. G 06 G 7/48, 1977. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ БУРОВОЙ УСТАНОВКИ (57) Изобретение относится к моделированию технологического процесса бурения скважин и позволяет расширить функциональные воэможности устройства. Для этого устройство снабжено блоком 1 задания управляемых параметров, блоком 2 вычисления времени моделирования. а также блоИзобретение относится к устройствам для моделирования (имитации) промышленных процессов и работы технологического оборудования, а именно к устройствам для моделирования технологического процесса бурения нефтяных и газовых скважин и работы комплекса бурового оборудования, и может быть использовано в качестве тренажера, предназначенного для обучения современным методам контроля, управления и оптимизации процесса бурения, а также при разработке систем автоматического. Ж 1666684 А1 ками моделирования пластовых условий 6, износа опор долота 12 и случайных возмущений 13. Сигналы с выхода блока 1 подаются на вход блока 3 и на первый вход блока

4, который позволяет имитировать инерционность реальных систем регулирования управляемых параметров. На второй вход блока 4 поступает сигнал с выхода блока 2,что позволяет изменять масштаб времени протекания моделируемого процесса. Сигналы с выходов блоков 2, 3 и 4 поступают помимо блоков 6, 12 и 13 и на входы блоков моделирования промывки 5, веса на крюке и нагрузки на долото 7, проходки 8, износа сооружения 10,-крутящего момента 11 и блока 9 вычисления механической скорости.

Блок 13 предназначен для внесения случайных составляющих в моделируемые параметры. Введение блоков 5 и 6 моделирования позволяет имитировать процессы, происходящие в системе скважина-пласт. Блоки 7 — 13 устройства позволяют получить представление в процессе моделирования о реальном изменении механических параметров бурения. 1 ил. контроля и оптимизации бурения, для отладки оптимизационных задач, Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, На чертеже представлена структурная схема устройства для моделирования автоматизированной буровой установки.

Устройство содержит блок 1 задания управляемых параметров, блок 2 вычисления времени моделирования, блок 3 задания аварийных ситуаций, блок 4 моделирования

1666684 динамики систем автоматического регулирования (САР), блок 5 моделирования промывки скважины. блок 6 моделирования

ollBcToBbIx условий, блок 7 моделирования веса на кр,оке и нагрузки на долото, блок 8 моделирования проходки, блок 9 вычисления механической скорости, блок l0 моделирования износа вооружения долота, блок

11 моделирования крутящего момента. блок

12 моделирования износа опор долота, блок

13 моделирования случайных возмущений.

В устройстве выходы блоков моделирования динамики САР 4 и задания аварийных ситуаций 3 соединены соответственно с первыми и вторыми входами блоков 7 моделирования веса на крюке и нагрузки на до1 лого, крутящего момента 11 и промывки скважины 5, выход которого соединен с вторым входогл блока 9 ьычисления механической скорости, первый вход которого и первый вход блока 10 глоделирования износа вооружения соединены с выходом блока

4 моделирования динамики САР.

Выход блока 1 задания управляемых IIaра1летрОв сосди цен с Входом блока 3 задания аварийных ситуаций и первыми входами блока 4 моделирования динамики

САР, выход которого подключен к пеовым входам блоков 13 моделирования случайных возмуще ий, износа опор долота 12 и пластовых условий 6. Выход последнего соединен с вторым входом блока 13 моделирования случайных возмущений и третьим входом блока 5 моделирования BpoMblBKM, Выход последнего соединен с четвертым входом блока 13 моделирования случайных возмущений, с пятым входом блока моделирования износа опор долота и с четвертыми входами блоков моделирования пластовых условий 6, крутящего момента 11, износа вооружения долота 10, выход которого соединен с пятым входом блока 9 вычисления механической скорости, подключенного выходом к четвер гому входу блока 7 моделирования веса на кр, оке и нагрузки на доло го, Выход блока 7 соединен с. третьим ьходом блока 13 моделирования случайных возмущений, третьими входами блоков моделирования износа вооружения долота 10 и крутящего момента 11 и с четвертыми входами блока 9 вычисления механи еской скоpoclM 4 блока 12 моделирования износа опор долота, выход которого соединен с пятым входом блока 11 моделирования крутящего момента, подключенного выходом к и.естому входу блока 13 моделирования случаии н ых. возмущен ий.

Пятый вход блока 13 соединен с выходом блока 8 моделирования проходки, связ:;;Illîãî вторым входом с выходом блока 2 вычисления времени моделирования, соединенного с вторыми входами блоков моделирования динамики САР 4 проходки 8 и износа вооружения долота 10, а также с

5 третьими входами блоков моделирования пластовых условий 6, веса на крюке и нагрузки на долото 7 и износа опор долота 12.

Выход блока 3 задания аварийных ситуаций соединен также с вторыми зходами блока 6 0 моделирования пластовых условлй, блока

12 моделирования износа опор долота и третьим входом блока 9 вычисления механической скорости, а выходы блока 13 моделирования случайных возмущений соединены

15 с внешними устройствами (устройство сопряжения с ЭВМ, показывающие приборы и т.п.).

Блок 1 задания управляемых параметров соедржит регулируемые источники на20 пряжения (потенциометры, калиброванные в величинах управляемых параметров), предназначенные для задания управляемых параметров: скорости подачи инструмента VI>, часто.гы вращения ротора Кр, 25 числа двойных ходов насоса пх, плотности бурового раствора,, диаметра проходного отверстия штуцера на выходе из скважины

D„, способа бурения Ягуг, и длины инструмента! и.

30 Блок 2 вычисления времени моделирования (имитации) представляет собой таймер и многопозиционныи переключатель, позволяющий изменять масштаб времени протекания моделируемого процесса (уско35 ренн ы и — реал ьн ы и — замедленный).

Блок 3 задания аварийных ситуаций содержит набор резисторов и многопозиционный переключатель аварилных ситуаций (количество положений которого равно чис40 лу имитируемых аварийных ситуаций плюс нейтральное положение). Кроме того, блок содержит генератор случайных чисел, два множительных устройства и сумматоров для введения дополнительных помех при ими45 тации сальника и заклинки опор долота.

В устройстве могут задаваться следующие аварийнь е ситуации: обрыв бурильной колонны, промьвз элементов бурильной колонны, сальник на долоте, заклинка опор

50 долота, проявление, поглощение промывочной жидкости, затяжка инструмента, неисправность насоса.

Блок 4 лоделирования динамики систем автоматического регулирования (CAP) со55 держит набор конденсаторов, позволяющих имитировать инерционность реальных систем регулирования скорости подачи VII, частоты вращения ротора Np, числа двойных ходов насоса пх, плотности бурового раство1666684

50 ра рн, диаметра проходного отверстия штуцера D> с помощью динамических звеньев, время переходного процесса которых задается определенным положением переключателя, Блок 5 моделирования промывки скважины предназначен для формирования напряжений пропорциональных параметров промывки — давлению нагнетания Рв и расходу раствора Он. Блок состоит из последовательно соединенных пропорционального преобразователя числа двойных ходов насоса и> в расход раствора, функционального преобразователя и сумматора для формирования сигнала давления, пропорционального плотности раствора рн, расходу раствора

Он и давлению на штуцерг Рш.

Блок 6 моделирования пластовых условий предназначен для формирования напряжений, пропорциональных уровню раствора в приемных емкостях 13,, измене нию расхода ЛС4 и плотности раствора ре на выходе из скважины, давлению на штуцере Рш, Блок состоит из двух элементов памяти, запоминающих уровни сигналов плотности раствора р и давления на штуцере Р„,, двух интеграторов, формирующих сигналы, пропорциональные плотности раствора на выходе и уровню раствора в приемных емкостях, функционального преобразователя и сумматора, формирующих сигнал, пропорциональный расходу на выходе QE, функционального преобразователя, формирующего сигнал давления на штуцере Рш, дифференцирующего устройства, формирующего сигнал, пропорциональный изменению расхода на выходе

Ж)е, Блок 7 моделирования веса на крюке и нагрузки на долото формирует напряжение, пропорциональное весу на крюке и нагрузке на долото. Блок содержит последовательно соединенные интегратор, формирующий сигнал, пропорциональный нагрузке на долото, пропорциональный преобразователь, формирующий полный вес бурильной колонны, и элемент вычитания, формирующий сигнал, пропорциональный весу на крюке.

Блок 8 моделирования проходки формирует напряжение, пропорциональное величине перемещения .верхнего конца бурильной колонны, представляет собой интегратор.

Блок 9 вычисления механической скорости предназначен для формирования сигнала, пропорционального скорости перемещения нижнего конца бурильной колонны. Блок состоит из реле и двух функциональных преобразователей, фор-.

40 мирующих сигналы, пропорциональные механической скорости для роторного и турбинного способов бурения.

Блок 10 моделирования износа вооружения долота предназначен для формирования сигнала, пропорционального величине износа вооружения долота. Блок состоит из реле, двух функциональных преобразователей, формирующих сигнал, пропорциональный величине экспоненты падения механической скорости для роторного и турбинного способов бурения и функциональный преобразователь, формирующий сигнал, пропорциональный величине износа вооружения долота 4р.

Блок 11 моделирования крутящего момента формирует напряжение, пропорциональное величине крутящего момента на роторе. Блок состоит из множительного устройства, функционального преобразователя реле и сумматора 13.

Блок 12 моделирования износа опор долота формирует сигнал, пропорциональный величине момента, затрачиваемого на вращение долота Мд. Блок состоит из реле, двух . функциональных преобразователей, формирующих сигнал, пропорциональный величине ресурса опор долота Коп для роторного и турбинного способов бурения, и функциональный преобразователь формирующий сигнал, пропорциональный величи-. не момента на долоте Мд.

Блок 13 моделирования случайных возмущений предназначен для внесения случайных составляющих в цепях моделируемых параметров. Блок содержит. двенадцать переключателей для задания уровня помехи, генератор случайных чисел, два множительных устройства и сумматор. Сигналы с выхода блока 13 подаются на внешнее устройство, Устройство работает следующим образом.

Перед включением в блоке 1 потенциометры, регулирующие скорость подачи Vn, частоту вращения ротора Np, числодвойных ходов насоса пх, плотность раствора Q, устанавливаются в нулевое положение, регулятор диаметра штуцера D — в максимальное (открытое) положение. Затем выбираются и устанавливаются переключателями блока 1 способ бурения S6yp (роторный, турбинный) и длина инструмента 41, Переключатель масштаба времени в блоке 2 и задания аварийной ситуации в блоке 3 устанавливают в нейтральное положение, Выбираются и устанавливаются переключателями времени переходных процессов по параметрам Чд, Йр, пх. Рн, Ош в блоке 4

1666684 моделирования динамики САР, Переключателями блока 13 задаются уровни шума по расходу,на входе в скважину Q<, давлению нагнетания Рн, частоте вращения ротора Np, числу двойных ходов насоса пк, плотности раствора на входе р, и выходе из скважины ре, моменту на роторе Мр, давлению на штуцере Рщ, изменению расхода на выходе из скважины AQj, уровню раствора в приемных емкостях 0е, проходке h, весу на крюке

6к.

После включения устройства на вход блока 4 поступают управляющие сигналы по

V„, Йр, n„,, Ощ и сигнал..: способа бурения гбур, Уровень 0 (от 0 до 0,45 S) сигнала

S6yp соотве-,ствует роторному способу бурения, уровень "1" (от 2,4 до 4,5 В) сигнала S»i-, — турбинному способу бурения. Иа вход блока 3 задания аварийных ситуаций подается сигнал длины инструмента ли.

Блок 2 начинает формировать время моделирования:

Т=-T+ AT

AT =- Л Т* Кги, (1) где Т вЂ” имитируемое время;

AT — интервал времени с учетом масштаба, ЛТ* — реальный интервал времени;

Кти - коэффициент масштабирования времени, задается переключателем масштаба времени.

Блок 3 задания аварийных ситуаций при нейтральном положении переключателя выдает нормальные по уровню сигналы Lv, Рпп, Кра, КОн, Кмб, КБ

В соответствии с нормальным ходом технологического процесса бурения включается промывка скважины. Для этого в блоке 1 задаются плотность раствора р, и число двойных ходов насоса пк, которые поступают на вход блока 4, моделирующего изменение управляемого параметра по следующему закону: — Cj Tj

Pi = Pi,ст+ Pi у(1 е ), (3)

A р „= pi „— p; „,, (4) где Pi — текущее значение управляемого параметра;

Р|,ст — значение управляемого параметра на начало переходного процесса;

Piy — заданное конечное значение управляемого параметра;

С вЂ” постоянная переходного процесса для Р (задается переключателем);

Т вЂ” время с начала переходного процесса по параметру Рь

Полученные сигналы пк и р» поступают на первый вход блока 13 моделирования случайных возмущений, где на них накладывается нормально распределенная помеха:

Pi = Pj (1 + P j,ñë 0,01 S), (4) где р сп — уровень случайной составляющей

5 (задается переключателем для каждого параметра), ;

S — псевдослучайная нормально распределенная величина с систематическим ожиданием Мз= О и среднеквадратическим

10 отклонением оз = 1, Кроме того, сигналы р„и и> с выхода блока 4 поступают на первый вход блока 5 моделирования промывки скважины, где последовательно формируются сигналы

15 расхода раствора и давления Рн на входе в скважину

0 =Knr, пх, (5)

Ри =- Крс,он Ое Lp+ Рщ, (6)

2 где Кдм — коэффициент наполнения насоса, поступает с выхода блока 3 задания аварийных ситуаций;

Кра -- коэффициент гидравлических сосопротивлений в скважине;

L, — длина инструмента;

p, — давление на штуцере.

Сигналы Кдм, Кра и Lln поступают на второй вход блока 5 с выхода блока 3 задания аварийных ситуаций. Сигнал Рщ=0 (при открытом штуцере) поступает на третий вход с выхода блока 6.

Сигналы Р и Ол выхода блока 5 подаются на четвертьjjj вход блока l3 моделирования случайных возмущений, где на них накладывается помеха(4) и далее — на внешнее устройство (показывающие приборы, блок сопряжения с ЭВМ).

Сигнал расхода С1л поступает на четвертый вход блока 6 моделирования пластовых условий, на первый вход которого подаются сигналы плотности раствора р„на входе в скважину и диаметра штуцера D с блока 4, на второй вход — сигналы длины инструмента Lg и пластового давления Рпп с блока 3, а на третий вход — сигнал времени моделирования AT с блока 2.

Блок 6 формирует последовательно сигналы плотности раствора на выходе ре, изменения расхода на выходе ЛС1е, уровня раствора в приемной емкости 0е, давления на штуцере Рщ.

Плотность раствора на выходе из скважины определяется соотношением:

QH AT

0е =-/ е + фн /Ое) (7)

Кйе -и где Кне — коэффициент пропорциональности.

Изменение расхода на выходе определяется как производная по времени расхода на выходе из скважины.

1666684

Мпт = l(Qe Рн . 6д). (17) Же = (8)

Расход раствора на выходе из скважины определяется соотношением:

Qe = 0н + Qnn, (9) где Qïï — расход поступающего в скважину флюида или поглощаемого скважиной раствора.

Величина Qnn определяется соотношением:

Опп = КОп (Рпл Рзаб), (10) где Pnn — пластовое давление;

Кп коэффициент фильтрации;

Рзаб забойное Давление.

Рэаб = г (/Ъ, Он, Рш), (11)

Уровень раствора в приемной емкости определяется соотношением

Ue = K eå } (Qe Он) d Т, (12) где K« — коэффициент пропорциональности.

Давление на штуцере определяется соотношением:

Рш = Kpe P Qe /0ш, (13) где Кр, — коэффициент пропорциональности.

Сигналы ре, ЛQе, Ue, Рш с выхода блока

6 подаются на второй вход блока 13 моделирования случайных возмущений, где на них накладывается помеха (4), далее они подаются на внешнее устройство, Кроме того, сигнал Рш подается на третий вход блока 5 моделирования промывки, Далее в соответствии с технологией бурения включается вращение ротора. Для этого в блоке 1 задается частота вращения ротра Np, которая поступает на вход блока

4, где моделируется переходный процесс по

Np (2). Затем сигнал поступает на первый вход блока 13 моделирования случайных возмущений и на первый вход блока 11 моделирования крутящего момента, где формируется сигнал момента на роторе Мр, для роторного бурения (S6yp=0):

Мр = Mxx + Мд, (14) для турбинного бурения (гбур=1):

Мр = Mxx+ Мпт+ Мд, (15) где M» — момент холостого вращения бурильной колонны;

Мд — момент на долоте;

tvl» — момент трения в пяте турбобура.

Величина М» определяется как:

М» = КМй Np 1-и, (16) где Кмм — коэффициент пропорциональности.

Величина Мпт зависит от расхода QH u плотности р раствора и осевой нагрузки на долото бд.

30 т

h= fVndT. (18) о

Сигнал h подается на пятый вход блока

13 и далее — на внешнее устройство.

Блок 7 моделирует последовательно два сигнала нагрузки на долото 6д и веса на крюке 6 . Кроме сигнала скорости подачи блок 7 получает на второй вход сигнал длины инструмента L с выхода блока 3. на

40 третий вход — сигнал времени ЛТ с выхода блока 2, на четвертый вход — сигнал механической скорости бурения с выхода блока 9.

Величина бд определяется рекурентным соотношением; (19) 45 6д=6д+ >О, у» -и где Ky» — коэффициент упругости бурильной колонны;

Ь вЂ” длина инструмента;

Vn — скорость подачи;

V — механическая скорость, Вес на крюке G» определяется соотношением

G»=KGB. L 6д, (20) где KgL — вес погонного метра бурильной колонны.

Сигнал, пропорциональный G», подается на третий вход блока 13, где после наложения случайной составляющей (4) представляет показания датчика веса на

Сигналы Sgyp, р . Np приходят в блок 11 моделирования крутящего момента на первый вход с выхода блока 4, сигнал 4 — на второй вход с выхода блока 3, сигнал G — на

5 третий вход с выхода 7, сигнал QH — на четвертый вход с выхода блока 5, сигнал Мд— на пятый вход с выхода блока 12.

Сформированный в блоке 11 сигнал момента на роторе поступает на шестой вход

10 блока 13, где на него накладывается случайная помеха (4) и далее подается на внешнее устройство, После включения промывки скважины и вращения ротора приступают собственно к

15 бурению скважины. Для этого создается нагрузка на долото бд, регулирование которой производится путем изменения скорости подачи Ч верхнего конца бурильного инструмента в блоке 1 задания управляемых

20 параметров, Сигнал поступает на первый вход блока

4 моделирования динамики САР, где имитируется переходный процесс по Vn, далее— на первые входы блока 7 моделирования

25 веса на крюке и нагрузки на долото и блока

8 моделирования проходки.

Блок 8 моделирования проходки имитирует показания датчика подачи инструмента:

1666684 крюке, который подается на внешнее устройство, Кроме того, сигнал Сд подается на входы блоков 9 — 12, На выходе блока 10 формируется сигнал величины износа вооружения: ! р= е т (21) где p — экспонента падения механической скорости бурения вследствие износа воору жения долота.

Величина зависит от осевой нагрузки на . долото и частоты вращения долота, которая равна частоте вращения ротора при роторном бурении или пропорциональна расходу . раствора при турбинном бурении. Таким образом, величина р определяется функциональными соотношениями: при роторном бурении (гбур.=-О):

lP= f(Gn Np) (22) при турбинном бурении (гбур=-1): !

p= f (бд, О><). (23)

Сигнал l«p с блока подается на пятый вход блока 9 моделирования механической скорости бурения. Кроме перечисленных сигналов бд, l«p ня первый вход блока 9

ПОДЯ ются сигнал ы N р, /зц и гбур с выхОДЯ блока 4, на третий вход — сигнал коэффици, ента буримости Кб с выхода блока 3, на вто, рой вход — сигнал расхода раствора О, с выхода блока 5. Блок 9 формирует сигнал механической скорости, при ро1орном спо, собе (гбур=.-О):

Чм = Мб !ор f (бд, Мр, Он), (24), при турбинном способе (гбур==1):

V = !"б !вр f (Gp, Он,/Ъ ) (25)

Сигнал V с выхода блока 9 подается на четвертый вход блока 7, где участвует в формировании нагрузки на долото Сд и веса на крюке <".к. Сигнал Ск через блок 13, где на него накладывается случайная помеха, подается па внешнее устройство.

На входы блока 12 моделирования износа опор долота, кроме сигнала нагрузки на долото (д (на четвертый вход) подаю гся сигналы времени ЛТ (ня третий вход), частоты вращения Np и плотности раствора р«(на первый вход), расхода раствора Он (на пятый вход), коэффициента Кмд (на второй вход).

На выходе блока 12 получается сигнал, моделирующий момент на долоте Mä, величина которого возрастает во времени по мере износа опор долота:

Мл = Кма G e — —, (26)

Тб

Л где KMc — коэффициент пропорциональности;

Kon — ресурс опор долота.

Ресурс опор зависит от режимных параметров бурения для роторного способа:

Ко<< — (4 л, А р} (27) для турблнного способа:

Koii f(Gp, Q< p<). (28)

Сигнал Мл с выхода блока 12 подается

5 ня пятый вход блока 11, где моделируется крутящий моме <т на роторе Мр, и через блок

l3 MoQefIl1poI3BIIvI$I случайных возмущений, гДЕ На НЕГО II 3 KЛаДЫ ВЯЕтСЯ СЛУЧай На Я ПОМЕха, — на внешнее устройство.

10 Моделирование аварийных ситуаций и ослохкнений осуществляется следующим образом.

Обрыв колонны характеризуется уменьшением веса на крюке 6к, давления нагне15 тания Рн, крутящего момента на роторе M р и падением до нуля механической скорости, Эти явленля мсделиру<отся п блоке 3 задания аварийных ситуаций, выдающегоуменьшенные сигналы 1;, ня входы блоков 5, 7, 11

20 и нулевые сигналы Кб на вход блока 9, КМ<; на вход блока 12.

В результаге блок 7 формирует уменьшенный сигнал веса на крюке G<, блок 9— нулевой си< нал механической скорости, что

25 при сохранении прежней скорости подачи

Vo дает в блоке 7 дополнительное падение веса на ксиоке, Кроме того, в блоке 12 формируется нулевой сигнал мoiaeII

30 совокупности с формируемым в блоке 11 слгналом Мх> дает уменьшенный сигнал моме<па ня роторе Мр на выходе блока 11. В блоке 5 формируется уменьшенный сигнал давлен<ля нагнетания Р,<. Полученные сигна35 лы 6,, и, Мр, Рн поступают через блок 13 (где на них накладывается случайная оомеха) на внешнее устройство.

Flp, I«,!I< бурильной колонны характеризуется уменьшенлем давления нагнетания

40 Р«, а также уменьшением механи;еской скорости V> и уьеличением крутящего момента

Мр зя счет ухудшения очистки забоя от выбуренной породы.

45 При этом блок 3 формирует уменьшенные сигналы Крг< на входе блока 5 и Кб на входе блока 9 и увеличенный сигнал KMI-. на входе блока 12.

В результате блок 5 формирует умень50 шенный сигнал давления нагнетания Рн, блок 9 — уменьшенный сигнал механической скорости V <, а блок 12 — увеличенный сигнал момента на долоте Мд. Полученные сигналы

Р, h, Mip подаются на блок 13, зашумля ются

>5 и далее поступают на внешнее устройство.

Ситуация сальник на долоте характеризуется увеличением давления нагнетания Р„и крутящего момента ня роторе Мр и колебаний момента на роторе.

1666684

15

25

Эти явления имитируются блоком 3 путем повышения коэффициентов KpQ подаваемого на вход блока 5, и Кцы, подаваемого на вход блока 11, на сигнал Куи накладывается случайная составляющая по закону (4).

При этом блок 5 формирует увеличенный сигнал давления нагнетания Рн, блок 11— увеличенный и зашумленный сигнал момента на роторе Мр, которые затем поступают на входы блока 13, зашумляются и далее— на внешнее устройство, Износ опор шарошечных долот приводит к увеличению люфтов и, в конечном итоге — к заклинке шарошек. При этом возрастает величина крутящего момента на роторе Мр и, кроме этого, возрастают колебания момента на роторе, Эти явления моделируются блоком 3 путем. повышения сигнала KMg, кроме того на величину сигнала накладывается случайная составляющая по закону (4). Сигнал Кма подается на второй вход блока 12, где формируется увеличенный и зашумленный сигнал момента на . долоте Мд, который подается на пятый вход блока 11 моделирования крутящего момента М>, далее через блок 13 — на внешнее устройство.

Неисправность (промыв) насоса приводит к уменьшению расхода на входе в скважину 0н при неизменном числе двойных ходов насоса. Эта ситуация моделируется путем уменьшения сигнала Ках, подаваемого на второй вход блока 5, где формируется уменьшенный сигнал Ол, который подается на входы блоков 6 и 9 — 13. В блоке 13 на сигнал Q накладывается случайная помеха, Далее сигнал подается на внешнее устройство.

Проявление (поступление в скважину пластовых флюидов) или поглощение бурового раствора вызывает рост или падение сигнала изменения расхода на выходе ЛС4 из скважины и уровня раствора U< в приемной емкости. Эти ситуации моделируются путем увеличения или уменьшения сигнала пластового давления Рлп, подаваемого на вход блока 6, что приводит к изменению величины Qnn которое влечет изменение расхода на выходе из скважины Л Qe u уровня раствора в приемной емкости Ue, что свидетельствует о поглощении или проявлении. Сигналы Л С4 и Ue через блок 13, где на них накладывается случайная помеха, подаются на внешнее устройство.

Имитатор позволяет моделировать ликвидацию выброса путем закрытия скважины (уменьшения диаметра штуцера 0Ш), изменением расхода 0 и плотности р раствора на входе в скважину с целью восстановления равновесия между пластовым Рпл и забойным Р„е давлением.

При уменьшении диаметра штуцера в блоке 6 моделируется увеличение давления на штуцере Рш, забойногодавления Р„е, что приводит к балансу пластового Рпп и забойного давления и уменьшению величины расхода поступающего в скважину флюида Оп .

Далее имитируется процесс вымывания флюида и утяжеления раствора. Для этого увеличивается плотность раствора на входе в скважину,о„(задается в блоке 1), которое ведет к увеличению плотности раствора на выходе из скважины рв (моделируется в блоке 6) и увеличению забойного давления, что так же ведет к восстановлению равновесия между пластовым Рпп и забойным давлением Рзае, в конечном итоге к стабилизации расхода раствора на выходе

AQ+ и уровня раствора в приемной емкости

U, сигналы которых через блок 13, где на них накладывается помеха, подаются на внешнее устройство.

Таким образом, устройство позволяет моделировать износ опор долота — важный технологический процесс с точки зрения оптимальной и безаварийной отработки долот, имитировать сложные процессы происходящие в системе скважина-пласт, дающие воэможность имитировать проявления и поглощения, ликвидацию выброса, а также демонстрировать развитие процессов so времени, причем масштаб может быть как ускоренным, так и замедленным.

Формула изобретения

Устройство для моделирования автоматизированной буровой установки, содержащее блок моделирования динамики систем автоматического регулирования, выход которого соединен с первыми входами блока вычисления механической скорости, а также блоков моделирования крутящего момента, износа вооружения долота, веса на крюке и нагрузки на долото и промывки скважины, выход которого подключен к второму входу блока вычисления механической скорости, блок мбделирования проходки и блок задания аварийных ситуаций, выход которого соединен с вторыми входами блоков моделирования крутящего момента, веса на крюке и нагрузки на долото и промывки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей, оно снабжено блоком задания управляемых параметров, блоком вычисления времени моделирования, блоком моделирования износа опор долота, блоком моделирования пластовых условий и блоком

1666684

16 „1

Ы.

Составитель В.Шилов

Техред M.Ìîðãåнтал

Редль:ор ll.Народная

Корректор Э.Лончакова

Лак . 51)5 Тиprl>l(,367 Подписное й1-111И1 !И 3 Осударственного коми1е)а rlo изобретениям и открытиям при ГК1-П СССР

1131335, Лосква, K-35, Раушская наб„4/5, 011зводс).в, н 10-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина. 101

:.1: д;..:1 .ровг:1нл случайных возмущений, .1ри этом !1,lxO/3, блока задания уп()авллемых

E1й 3;)ме г130в соединен с входом б 10ка зада

1ИЯ «ЯаРИйНЫХ СИгУаЦИй И С ПЕРВЫМ ВХОДОМ блока I";OäàëèpOI);)íllÿ динамики систем ав- 5 том; тического регулировя; ия, выход которогс г)0дк)11очен K первым входам блоков моделирования пластовых условий, проход,l1, I!0l Ося опор долота и случайных возмущ811ий, выход блока ЭЯДЯния ЯвариЙных l0 ситуаций соединен с вторыми входами блоков Iÿîäàëèðîâàl!èë плясговых условий и износа ÎIIÎp долота, а также с. третьим входом блока вычис11е11и)1; еханической скорости, выход блока вычи-,ления времени модели- 15 ровния соедин0110 BIOpb!MLI входами блоков модел1 ров r! L я „ II 11ямики систем автомати"ег:кoEO рагули1)ования. I pOходки Ll износа в00ру» е,,и:1,доло)а, 3 гякжо с Tpåòüll! Iè входами блоков моделирования износа опор 20 долспа, веса на крюке и11ягрузки на долото

> и пл;cIO L;Ix условий. выход которого подклю ..:-:н .: вгорому входу блока моделирован :1:.;Ny la&I!E.Ix E o!.1yLELeI-III и к ) РетьемУ яхО) .: OJI Ov!) 1 10дел и рован ив г)ром ы нки, г)ри- 25

1.:к1 . .Клод блока моделирования веса на крюке и нагрузки на долото соединен с третьими входами блоков моделирования случайных возмущений, износа вооружения долота и крутящего момента, а также к четвертым входам блока моделирования износа опор долота и блока вычисления механической скорости, выход которого подключен к четвертому входу блока моделирования веса на крюке и нагрузки на долото, выход блока моделирования промывки соединен с четвертыми входами блоков моделирования случайных возмущений, пластовых условий, износа вооружения долота и крутящего момента, а также с пятым входом блока моделирования износа опор долота, выход которого подключен к пятому входу блока моделирования крутящего момента, при этом выходы блоков моделирования проходки и крутящего момента соединены, соответственно с пятым и шестым входами блока моделирования случайнывх возмущений, а выход блока моделирования износа вооружения долота подключен к пятому входу блока вычисления механической скорости.