На неделе закончили интересный проект - цифровой двойник буровой установки УРАЛМАШ БУ 5000/320ЭУК-Я, которая предназначена для бурения глубоких и сверхглубоких скважин на нефть и газ, с условной глубиной бурения 5000 метров...
Вот о такой буровой идет речь. Будет много букв, но для тех кто не любит читать сразу приведу видеоролик с несколькими темами:
Ну и сразу пример математической модели разрушения породы:
Теперь коротко цели и задачи создания такого симулятора. Начнем с проблемы. Опять таки импортозамещение, и существующие ограничения. На сегодняшний день тренажеры по обучению бурения представлены в основной массе зарубежными (США, Англия) компаниями. Кроме того, данные тренажеры бурения имеют в своей основе зарубежные буровые установки, зарубежные правила (сценарии), "свои" схемы компоновки оборудования , не учитывают "наши" погодные условия, обучают только бурильщиков (а на буровой трудятся еще помощники бурильщика, механики, мастера и многие другие профессии) и т.д.
Таким образом было принято решения о создании отечественного аналога зарубежных тренажеров с расширенным функционалом.
За основу был принят станок БУ 5000/320ЭУК-Я, включающие математические модели и 3D-объектамы следующего оборудования:
Буровой насос УНБТ-950А
Вертлюг УВ-320МА
Талевая система 5х6
Вышка ВМА-45-320
Ротор Р-700
Лебедка ЛБУ-37-1100
Кронблок – УКБА-6-400
Крюкоблок – УТБК-5-320
Талевый блок– УТБА-5-320
Лебедка: электродвигатель 4ПС-450-1000-УХЛ2
Буровой насос: электродвигатель 4ПС-450-1000-УХЛ2
Циркуляционная система ЦС5000ЭР(Вибросито, Ситогидроциклонный сепаратор, Пескоотделитель, Илоотделитель, Центрифуга, Дегазатор, Гидросмеситель, Емкость приготовления, Емкость сливная, Емкость забора, Стояк)
Верхний привод TD-350-HT (Bentec)
Пульт бурильщика
Трубные ключи и т.д.
Подземная часть представлена математическими и 3D-объектами следующего оборудования и объектов:
Скважина
Бурильная труба
Утяжеленные бурильные трубы (УБТ)
Толстостенные бурильные трубы (ТБТ)
Ведущие бурильные трубы
Породоразрушающий инструмент
Забойные двигатели
Перепускной (переливной) клапан
Переводник
Шламометаллоуловитель (ШМУ)
Клапаны обратные
Механизм искривления
Калибраторы и центраторы
Стабилизаторы
Расширители
Ясс
Роторные отклонители
Забойные телеметрические системы (MWD), системы каротажа в процессе бурения (LWD) и роторные управляемые системы (РУС)
В результате нам удалось полностью воссоздать всю 3D и математическую модель буровой установки при помощи аналитических формул, метода решёточных уравнений Больцмана (LBM) и метода непараметрики при восстановлении функций.
Дополнительно были реализованы:
Программно-аппаратная реализация с точной копией управления кабины бурильщика (рабочее место обучаемого – бурильщика) + ноутбуки (рабочие места обучаемых – помощников бурильщиков) + ноутбук (рабочее место инструктора) + сервер.
Программно-аппаратная реализация с точной копией управления кабины бурильщика на базе системы формирования виртуальной реальности (VR) (рабочее место обучаемого – бурильщика) + ноутбуки с системой формирования виртуальной реальности (VR) (рабочие места обучаемых – помощников бурильщиков) + ноутбук (рабочее место инструктора)
В результате получился вот такой распределенный тренажер, полностью отечественный и про отечественное оборудование, функционал которого позволил реализовать:
Приобретение практических навыков безопасного ведения работ при строительстве скважин на нефть и газ.
Обучение и приобретение практических навыков выполнения работ по предупреждению, локализации и ликвидации газонефтеводопроявлений и открытых фонтанов при строительстве скважин на нефть и газ.
Непрерывный и периодический контроль и тестирование уровня знаний и навыков ведения технологического процесса и локализации аварийных ситуаций.
Повышение качества подготовки рабочих и инженерно-технических работников, занятых ведением технологического процесса и эксплуатацией оборудования.
Снижение вероятности аварийных ситуаций, возникающих вследствие проявления человеческого фактора.
Сценарии:
Базовые сценарии тренажера:
Изучение конструкции буровой установки
Изучение конструкции скважины и бурильной колонны
Спускоподъёмные операции
Замена поршней/втулок на насосе
Выявление неисправностей и замена клапанов насоса
Проходка (бурение) верхним приводом
Спуск обсадной колонны и цементирование
Правила безопасности (выявление нарушений при бурении)
Правила безопасности (выявление нарушений при производстве работ на высоте)
Правила безопасности (выявление нарушений при производстве грузоподъемных работ)
Дополнительные сценарии:
Закрытие скважины
Глушение методом бурильщика
Глушение объемным методом
Заполнение листа глушения
Действия персонала при выполнении ПЛАС:
Проверка в начале работы смены
ГНВП во время бурения (промывки) скважины
ГНВП при СПО
ГНВП при спуске обсадной колонны
ГНВП при отсутствии бурильных (обсадных) труб в скважине и ГФР
ГНВП, открытый фонтан
Глушение после ГНВП
Дополнительные сценарии – выполнение типовых операций:
Проходка (бурение) роторное
Проходка (бурение) роторное + забойный двигатель (ВЗД)
Замена долота и компоновки бурильной колонны (определение износа, замена)
Промывка скважины
Ремонтные/ловильные работы
Вышкомонтажные работы
Дополнительные сценарии – для помощников бурильщика и механиков :
Замена поршней/втулок на насосе
Выявление неисправностей и смена сеток в виброситах
Выявление неисправностей и замена элементов песко/ило отделителей
Замена каната
Текущее обслуживание и ремонт система БУ
Дополнительные сценарии – для геофизических работ:
Геофизические исследования скважины в процессе бурения
Отбор керна
Таким образом нам удалось создать тренажер бурения, полностью заменяющий импортные аналоги, имеющий большую адекватность и универсальность математической модели, более точное и реалистичное 3D/VR и главное - имитирующий отечественное буровое оборудование.
