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:

1. Изучение конструкции буровой установки
2. Изучение конструкции скважины и бурильной колонны
3. Спускоподъёмные операции
4. Замена поршней/втулок на насосе
5. Выявление неисправностей и замена клапанов насоса
6. Проходка (бурение) верхним приводом
7. Спуск обсадной колонны и цементирование
8. Правила безопасности (выявление нарушений при бурении)
9. Правила безопасности (выявление нарушений при производстве работ на высоте)
10. Правила безопасности (выявление нарушений при производстве грузоподъемных работ)

Дополнительные сценарии:

1. Закрытие скважины
2. Глушение методом бурильщика
3. Глушение объемным методом
4. 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/