Тюменский индустриальный

УСТИНОВ С.О., ХАСАНОВ Р.М., ГЕЙМУР В.О.
 
ПРОГРАММНАЯ СИМУЛЯЦИЯ РАБОТЫ БУРОВОЙ ЛЕБЕДКИ 
 
В СОСТАВЕ БУРОВОЙ УСТАНОВКИ 
Устинов С.О., бакалавр, [e-mail] 
Хасанов Р.М., бакалавр, [e-mail] 
Геймур В.О., бакалавр, [e-mail] 
г. Тюмень, Тюменский индустриальный университет 
 
Аннотация. 
Строительство нефтяных и газовых скважин характеризуется 
исключительной сложностью, поскольку объект управления является многомерной 
системой. При расчете и проектировании бурового комплекса необходимо учитывать 
характер технологического процесса, в особенности - влияние систем автоматического 
управления и регулирования на динамические характеристики оборудования. Принятие 
эффективных управленческих решений со стороны буровой бригады при нештатных 
аварийных ситуациях затрудняется, из-за многообразия видов динамических процессов, 
протекающих в системе, которые содержат контролируемые и неконтролируемые 
параметры бурения, например, неконтролируемый выброс флюида из скважины. 
Переход к современным буровым установкам, ставит необходимость обучения 
обслуживающей буровой бригады. Одним из подходов к проектированию и 
модернизации является внедрение в рамках штатного интерфейса АРМ обучающего 
режима для спускоподъемных операций. Такой режим позволяет развить необходимые 
компетенции оперативного персонала, а также приобрести навыки и умения, 
необходимые для эффективного реагирования на нештатные ситуации при длительных и 
трудоемких операциях СПО в условиях повышенного стресса. 
Ключевые слова:
Буровая лебедка, модель, симулятор. 
Для сохранения прежних, а также увеличения объемов добычи 
углеводородов к 2020 году необходимо увеличивать разбуриваемость 
старых эксплуатационных скважин на 13%, а количество разведочных 
скважин наращивать в 2,5 – 3 раза. Еще неисследуемые потенциальные 
скважины содержат ряд других полезных ископаемых и для их 
строительства и эксплуатации нужен сложный комплексный подход [1]. 
Обеспечение эффективного и безопасного бурения в таких условиях 
становится все более актуальной задачей. Исследованием проблем бурения 
и процессами оптимизации в разное время занимались такие 
исследователи как Р.М.Эйгелес 
, Р.В. Стрекалова, М.Г.Бингхем, Ю.Ф. 
Алексеев, Л.А. Шрайнер, В.В. Козлов, В.М. Спасибов и др. [2]. 
Повышение технико-экономических показателей этого процесса 
обеспечивается улучшением использования календарного времени 
строительства скважин, увеличением скорости бурения и уменьшением 
материальных затрат, т.е., в конечном счете, повышением 
производительности труда и снижением стоимости метра проходки. При 
66 

---

создании буровых установок для глубокого и сверхглубокого бурения 
особое внимание уделяется повышению эффективности спускоподъемного 
агрегата и снижению затрат на СПО, наиболее длительные и трудоемкие в 
процессе проводки скважины [3].
Переход к микропроцессорным (цифровым) автоматизированным 
системам управления основными агрегатами буровой установки, в том 
числе к интеллектуальным системам последнего поколения с гибкими 
процедурами принятия решения, открывает новые возможности в 
управлении процессами бурения и СПО, но при этом требует изменения 
подходов к проектированию, включая модернизацию методов построения, 
моделирования и расчета [2].
В ближайшие годы намечается тенденция автоматизации 
производств, с применением интеллектуальных систем управления. В силу 
этого научные специалисты обращают все большее внимание на проблему 
выбора наиболее оптимальных режимов управления процессом углубления 
скважин. Однако обзор научных трудов выявляет фрагментарный характер 
имеющихся исследований. Присутствующие в них в виде программных и 
технических 
средств 
решения 
являются 
конфиденциальной 
собственностью ведущих зарубежных нефтедобывающих компаний [2]. 
Поэтому возникает необходимость в создании общедоступных средств, 
для моделирования процессов СПО, применяемых в строительстве 
скважин. Успешное решение данных задач возможно путем организации 
автоматического или автоматизированного управления подсистем 
идентификации, оптимизации и адаптации, а также при выявлении 
закономерностей в процессе бурения на основе уточнения его моделей. 
Вариантом применения таких моделей может быть обучающая программа 
для буровой бригады, симулирующая процесс СПО и учитывающая 
взаимосвязанные процессы в различных частях бурового комплекса [2]. 
Обучающая программа позволяет симулировать процесс СПО и 
отрабатывать планы ликвидации аварий (ПЛА). Все способы управления 
направлены на работу с регулируемым частотным приводом, что 
предопределяет необходимость применения уточненных методик расчета 
модели для оптимального функционирования оборудования. Одним из 
основных путей повышения производительности работ по спуску и 
подъему 
бурового 
инструмента 
является 
использование 
высокопроизводительных подъемных систем, конструктивные схемы и 
параметры которых выбираются с учетом особенностей силового привода. 
Привод буровой лебедки относится к главным приводам буровой 
установки, от производительности и экономичности привода буровой 
лебедки зависит производительность и экономичность всей буровой 
установки в целом, поэтому особенно важно построить наиболее точную 
математическую модель для симулятора спускоподъемных операций [4]. 
67 

---

В настоящее время намечена тенденция существенного изменения 
подходов к выбору кинематических схем спускоподъемных агрегатов, а 
также функций приводных электродвигателей, тормозных устройств, 
поэтому за основу модели берется современная модернизированная 
буровая лебедка Bentec DW-E-1500-AC-1-3/8 (Рис. 1).
Рис. 1. Модель буровой лебедки 
В состав модели входит электрическое силовое и механическое 
оборудование. Электрическое силовое оборудование предназначеное для 
работы электропривода включает в себя: 
– 
ввод электропитания буровых лебедок через 12 пульсные мостовые 
выпрямители и сетевые дроссели; 
– 
силовые выключатели и управляемые силовые блоки частотно-
регулируемого привода на основе инверторных мостов на биполярных 
транзисторах с изолированным затвором; 
– 
блок тормозных прерывателей; 
– 
два приводных двигателя с системой охлаждения; 
– 
один аварийный электродвигатель;
– 
вспомогательные электродвигатели маслонасосов редуктора; 
– 
индукционный тормоз. 
Механическое оборудование включает в себя: 
– 
редуктор; 
– 
барабан каната; 
– 
механический тормоз; 
– 
талевая система [5]. 
68 

---

Буровая лебедка в таком исполнении позволяет реализовать 
несколько контуров автоматического регулирования: внешний контур 
регулирования скорости и внутренний контур регулирования тока 
(момента) [6].
В современной литературе представлены различные виды 
математических моделей для каждого элемента системы, позволяющих 
учесть все многообразие видов динамических процессов: переходных, 
колебательных, безынерционных, инерционных, с запаздыванием, 
стационырных, 
монотонных, 
экстремальных, 
знакопеременных, 
непрерывных, дискретных [7]. Дальнейшим исследованием является поиск 
математической модели для каждого элемента, в удобном для применения 
виде для симулятора буровой лебедки и других подсистем входящих в 
сложный комплекс СПО.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 
1. 
Юрий Шафраник: Настоящее и будущее нефтегазовой отрасли 
[Электронный 
ресурс] 
// 
Наукарус. 
– 
Режим 
доступа: 
http://naukarus.com/nastoyaschee-i-buduschee-neftegazovoy-otrasli. 
2. 
Геймур, В. О. Програмная симуляция работы буровой установки / 
В. О. Геймур, С. О. Устинов, Р. М. Хасанов // Новые технологии – 
нефтегазовому региону: материалы международной научно-практической 
конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. – Тюмень, 2018. – 
Т. 2, С. 165-167. 
3. 
Балденко, Ф. Д. Расчеты бурового оборудования: учебное пособие 
для вузов / Ф. Д. Балденко. – Москва : РГУ нефти и газа им. Губкина, 2012. 
– 
428 с. 
4. 
Дмитриев, А. Ю. Основы технологии бурения скважин: учебное 
пособие для вузов / А. Ю. Дмитриев. – Томск : Издательство ТПУ, 2008. – 
216 с. 
5. 
Буровая лебедка с редуктором [Электронный ресурс] // Бентек 
ГМБХ Дриллинг энд Оилфилд системс. – Режим доступа: 
https://www.bentec.com/ru/equipment-2/mechanical-products/drawworks/. 
6. 
Симаков, Г. М. Автоматизированный электропривод в 
современных технологиях: учебное пособие для вузов / Г. М. Симаков – 
Новосибирск : Издательство НГТУ, 2014. – 103 с. 
7. 
Ковчин, С. А. Теория электропривода: учебное пособие для ВУЗов 
/ 
С. А. Ковчин, Ю. А. Сабинин. – Москва: Энергоатомиздат, 1992. – 496 с. 
69 

---

УДК 004.942