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.