Назначение
Системы автоматизированного управления бурением САУБ (далее - системы) предназначены для измерений силы натяжения неподвижного конца талевого каната буровой установки, температуры, уровня и давления бурового раствора, концентрации газов воздушной среды.
Описание
Принцип действия систем основан на измерении входных аналоговых сигналов от первичных измерительных преобразователей (далее - ПИП), преобразовании их в цифровой код для дальнейшей обработки и получения значений технологических параметров. Полученные значения технологических параметров по каналам связи (через интерфейс Ethernet, RS-485) передаются на пульт управления для отображения в виде числовых значений, графиков, диаграмм и таблиц, регистрации и хранения, а также используются для обеспечения автоматизированного управления процессом бурения скважины, автоматизации спускоподъемных операций, управления системой верхнего привода и буровыми насосами, с помощью дополнительных модулей системы. Кроме того, на пульте управления отображается информация о положении талевого блока, скорости спускоподъёмных операций, числа ходов насоса в единицу времени, частоты вращения ротора, частоты вращения и момента на валу системы верхнего привода, расхода бурового раствора на входе и выходе из скважины.
Системы представляют собой трехуровневую структуру с функциями измерения, отображения, регистрации, хранения полученной информации и функциями управления.
Конструктивно системы являются проектно-компонуемыми. В зависимости от проекта количество и состав измерительных каналов (далее ИК) может изменятся.
Первый уровень систем состоит из ПИП:
Таблица 1 - перечень измерительных каналов и первичных преобразователей системы.
| Наименование ПИП | Регистрационный номер в ФИФ |
| ИК силы |
| Датчики силы ИВЭ-50-2 | 76189-19 |
| ИК температуры |
| Термопреобразователи ИВЭ-50-6 | 71170-18 |
| ИК давления |
| Датчики давления ИВЭ-50-3 Датчики давления МИДА-13П | 53140-13 17636-17 |
| ИК уровня |
| Датчики уровня ИВЭ-50-5 | 68178-17 |
| ИК концентрации газов |
| Газоанализаторы ИВЭ-50-4 | 78482-20 |
Второй уровень представляют шкафы серии САУБ.
Шкаф САУБ-ШУ предназначен для приема входных аналоговых сигналов от ПИП и сторонних систем, преобразования их в цифровой код, обработку и передачу полученных значений технологических параметров к другим шкафам (модулям) системы САУБ, обеспечивающим согласование и выдачу сигналов управления буровой лебедкой, системой верхнего привода (далее СВП), буровыми насосами и другим оборудованием буровой установки. Технологические параметры по сети Ethernet передаются от шкафа САУБ-ШУ на пульт управления САУБ-ПУ, который служит для отображения измеренной информации в виде числовых значений, графиков, диаграмм и таблиц, регистрации и хранения данных.
САУБ-УВВ - предназначен для приема технологических параметров от САУБ-ШУ по интерфейсу RS-485, обработку полученных значений согласно заданному алгоритму, выработку, управляющих сигналов на систему управления буровой лебедки.
Шкаф САУБ-Spin Master - предназначен для приема технологических параметров от САУБ-ШУ по сети Ethernet, обработку полученных значений согласно заданному алгоритму, выработку, управляющих сигналов на СВП для управления процессом осцилляции и демпфирования колонны бурильных труб. Согласование сигналов управления СВП и гальваническая развязка осуществляется шкафом САУБ-ВСП.
Шкаф САУБ-ВСП - предназначен для согласования и гальванической развязки сигналов управления от шкафа САУБ-Spin Master и обеспечения подключения к системе управления СВП.
САУБ-Pump Master - предназначен для приема технологических параметров от САУБ-ШУ по сети Ethernet, обработку полученных значений согласно заданному алгоритму, выработку, сигналов управления буровыми насосами.
САУБ-Tank Master - предназначен для приема технологических параметров от САУБ-ШУ по сети Ethernet, обработку полученных значений согласно заданному алгоритму, выработку, управляющих сигналов для управления подсистемой контроля уровня бурового раствора в ёмкостях.
САУБ-БО - предназначен для приема технологических параметров от САУБ-ШУ по сети Ethernet, обработку полученных значений согласно заданному алгоритму, выработку, управляющих сигналов и подключения к смежному буровому оборудованию.
САУБ-ША - предназначен для приема технологических параметров от САУБ-ШУ по сети Ethernet, обработку полученных значений согласно заданному алгоритму выполнения сторонних функций автоматизации.
САУБ-СМБО - предназначен для приема технологических параметров от САУБ-ШУ по сети Ethernet, обработку полученных значений согласно заданному алгоритму и согласования с системой мониторинга бурового оборудования.
Третий уровень представляет пульт управления САУБ-ПУ.
САУБ-ПУ - предназначен для отображения измеренной информации, получаемой от САУБ-ШУ по сети Ethernet, в виде числовых значений, графиков, диаграмм и таблиц, регистрации и хранения данных.
Системы изготавливаются в следующих исполнениях:
САУБ-ШУ-СМ-ПМ-ТМ-СМБО-БО-УВВ.А-ВСП.В-ПУ-МС-ША, где:
САУБ - сокращенное обозначение системы автоматизированного управления бурением;
ШУ - шкаф управления системы САУБ;
СМ - наличие в комплектации системы шкафа управления Spin Master;
ПМ - наличие в комплектации системы шкафа управления Pump Master;
ТМ - наличие в системе шкафа управления Tank Master;
БО - наличие в системе шкафа подключения к буровому оборудованию;
УВВ.А - наличие в комплектации системы шкафа УВВ, где А - условное наименование типа шкафа УВВ:
• 1 - тип шкафа 1 согласно КД;
• 2 - тип шкафа 2 согласно КД;
ВСП.В - наличие в комплектации системы шкафа ВСП, где В - условное наименование типа шкафа ВСП:
• 1 - тип шкафа 1 согласно КД;
• 2 - тип шкафа 2 согласно КД;
П У - наличие в комплектации системы пульта управления ПУ;
М С - наличие в комплектации системы модуля связи;
ША - наличие в комплектации шкафа автоматики.
Заводской номер системы состоящий из арабских цифр наносится шильдик прикрепленный к двери САУБ-ШУ методом лазерной гравировки, заводские номера остальных шкафов, входящих в состав системы, состоящие из арабских цифр, наносятся на шильдики методом лазерной гравировки и прикрепляются к дверям корпусов.
Заводские номера каждого ПИП, идентифицирующий каждый экземпляр средства измерений, входящего в состав системы, в виде цифрового и (или) цифробуквенного обозначения, наносятся на корпус каждого ПИП согласно его описанию типа.
Знак поверки наносится на свидетельство о поверке в соответствии с действующим законодательством. Пломбирование системы осуществляется согласно рисунку 4.
Структурная схема системы приведена на рисунке 1, общий вид шкафов и пульта управления приведен на рисунке 2.
1 - объект применения; 2 - СИ первого уровня;
3 - система САУБ; 4 -АЦП; 5 - САУБ-ШУ; 6 - САУБ-SpinMaster, САУБ-PumpMaster, САУБ-TankMaster, САУБ-СМБО, САУБ-УВВ, САУБ-ВСП, САУБ-БО, САУБ-ША, САУБ-МС;
7 - САУБ-ПУ; 8 - исполнительные устройства.
Рисунок 1 - Структурная схема системы САУБ
1
2
Рисунок 2 - Общий вид шкафов САУБ-ШУ, САУБ-Spin Master, САУБ-Tank Master, САУБ-Pump Master, САУБ-СМБО, САУБ-БО, САУБ-ША (1), и пульта управления САУБ-ПУ(2)
Место нанесения заводского номера _______________)
Рисунок 3 место нанесения заводского номера
Рисунок 4 - Места пломбировки
Программное обеспечение
Системы САУБ имеют программное обеспечение (далее - ПО) устанавливаемое в микроконтроллеры, расположенные в шкафах и выполняющее вычислительные операции в соответствии с назначением измерительного канала и влияющее на метрологические характеристики. ПО микроконтроллеров устанавливается на заводе-изготовителе и является метрологически значимым и не может быть считано, изменено без специального средства программной разработки. Для защиты метрологических характеристик от несанкционированных изменений предусмотрен многоуровневый доступ: механический замок на шкаф, для блокирования физического доступа к оборудованию, система паролей для доступа к настройкам параметров, дополнительные программные средства.
ПО микроконтроллеров имеет защиту от преднамеренных изменений и соответствует уровню «высокий» по Р 50.2.077-2014.
ПО пульта управления обеспечивает прием и передачу данных, визуализацию значений технологических параметров, построение графиков, диаграмм и таблиц, регистрацию и хранение информации. Доступ к составляющим частям ПО пульта управления закрыт пользовательскими паролями и имеет защиту от преднамеренных изменений уровня «высокий» по Р 50.2.077-2014.
Для идентификации ПО микроконтроллеров и ПО пульта управления на экране ПУ имеется окно с отображением текущих версий ПО.
Идентификационные данные ПО приведены в таблице 2. Нормирование метрологических характеристик системы проведено с учётом влияния ПО.
Таблица 2 - идентификационные данные ПО
| Идентификационные данные (признаки) | Значение |
| Идентификационное наименование ПО | Программный комплекс «САУБ» |
| Номер версии встроенное (идентификационный номер) ПО | не ниже v4.00001.001 |
| Номер версии внешнего (идентификационный номер) ПО | не ниже v3.00000001.0001 |
Технические характеристики
Таблица 3 - Метрологические характеристики
| Наименование параметра | Значение параметра |
| ИК силы натяжения неподвижного конца талевого каната |
| Минимальные значение силы натяжения неподвижного конца талевого каната, кН | 9,8; 19,6; 29,4 |
| Номинальное значение силы натяжения неподвижного конца талевого каната, кН | 98; 196; 294 |
| Пределы допускаемой приведённой от номинальной силы натяжения (Рном) погрешности измерения силы натяжения, % | ±2,5 |
| ИК давления |
| Диапазон измерений давления, МПа | от 0 до 40 |
| Пределы допускаемой приведённой к верхнему пределу измерений (ВПИ) погрешности измерения давления, % - при использовании МИДА-13П - при использовании ИВЭ-50-3 | ±0,5 ±1,0 |
| ИК уровня |
| Диапазон измерений уровня, м | от 0,3 до 5 |
| Пределы допускаемой приведённой погрешности измерения уровня, % | ±1 |
| ИК температуры |
| Диапазон измерений температуры, оС | от -50 до +100 |
| Пределы допускаемой приведенной к верхнему пределу измерений (ВПИ) погрешности измерения температуры, % | ±0,5 |
Окончание таблицы 3
| ИК концентрации газов |
| Определяемый компонент | Диапазон измерений концентрации компонента | Пределы допускаемой основной погрешности | Пределы допускаемой дополнительной приведенной (к верхнему пределу измерений) погрешности измерений, вызванной изменением температуры окружающей среды на каждые 10°С от нормальных условий измерений в пределах рабочих условий измерений, % |
| Приведенной к верхнему пределу измерений (ВПИ),% | Абсолютной, г/мЗ |
| % НКПР (% Об.) | Млн-1 |
| Оптический инфракрасный сенсор |
| Метан СН43) | от 0 до 100 от 0 до 4,4 | - | ±5 | - | ±0,5 |
| - | от 0 до 7000 | - | ±(0,07+0,05Сх) | ±0,5 |
| Сумма углеводородов ЯС2-Н10) | - | от 0 до 3000 | - | ±0,03+0,15Сх) | ±0,5 |
| Примечания: 1)Сх - массовая концентрация определяемого компонента на входе газоанализатора, г/мЗ; 2) 1(С2-Н10)- суммарное содержание предельных углеводородов: этан (С2Н6), пропан (С3Н8), бутан (С4Н10), пентан (С5Н12), гексан (СбН14), гептан (С7Н16), октан (C8H18), нонан (С9Н20), декан (С10Н22); 3) Диапазон измерений выбирается в зависимости от заказа |
Таблица 4 - Основные технические характеристики
| Наименование характеристики | Значение |
| Габаритные размеры шкафов и модулей управления (ВхШхГ), мм, не более | 2000х1000х600 |
| Масса шкафов и модулей управления, кг, не более | 100 |
| Параметры электрического питания: - напряжение переменного тока, В - потребляемая мощность, Вт | 220/380 3520 |
| Условия эксплуатации: - температура окружающей среды, °С - относительная влажность, %, не более | от -30 до +40 98 |
| Средняя наработка на отказ, ч | 30 000 |
| Срок службы, лет, не менее | 3 |
| Диапазон показаний положения талевого блока, м | 0-60 |
| Диапазон показаний скорости спускоподъёмных операций, м/с | 0-2 |
| Диапазон показаний частоты вращения ротора, об/мин | 0-200 |
| Диапазон показаний частоты вращения вала системы верхнего привода, об/мин | 0-200 |
| Диапазон показаний момента на валу системы верхнего привода, кН.м | 0-100 |
| Показания расхода бурового раствора на входе и выходе из скважины, м3/ч | 0-360 |
Комплектность
Таблица 5 - Комплектность средства измерений
| Наименование | Обозначение | Количество |
| Система автоматизированного управления бурением | САУБ | 1 шт. |
| Руководство по эксплуатации | - | 1 экз. |
| Формуляр | - | 1 экз. |
Знак утверждения типа
наносится на титульный лист руководства по эксплуатации типографским способом.
Сведения о методах измерений
приведены в разделе 1.1 Система автоматизированного управления бурением САУБ. Руководство по эксплуатации.
Нормативные документы
ГОСТ Р 8.596-2002 ГСИ. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Основные положения;
Приказ Росстандарта от 22 октября 2019 г. № 2498 «Об утверждении государственной поверочной схемы для средств измерений силы»;
Приказ Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 20 октября 2022 г. № 2653 «Об утверждении государственной поверочной схемы для средств измерений избыточного давления до 4000 МПа»;
Приказ Росстандарта от 30 декабря 2019 г. № 3459 «Об утверждении Государственной поверочной схемы для средств измерений уровня жидкости и сыпучих материалов»;
Приказ Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 23 декабря 2022 г. № 3253 «Об утверждении Государственной поверочной схемы для средств измерений температуры»;
Приказ Росстандарта от 31 декабря 2020 г. № 2315 «Об утверждении Государственной поверочной схемы для средств измерений содержания компонентов в газовых и газоконденсатных средах»;
Приказ Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 1 октября 2018 г. № 2091 «Государственная поверочная схема для средств измерений силы постоянного электрического тока в диапазоне от 1-10-16 до 100 А»;
ТУ 28.99.39-001-23251383-2018 Система автоматизированного управления бурением САУБ. Технические условия.
