Цифровой двойник буровой установки УРАЛМАШ БУ 5000/320ЭУК-Я
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.
Ссылка на продукт – https://lcontent.ru/product/burovaya-ustanovka-5000-320-er-euk/
Ссылка на Хабр – https://habr.com/ru/articles/766662/
