Первая автоматизированная

- Куда автобус?

- На "Автомат".

Дверь захлопнулась, и маленький автобус покатил из города Речицы, что неподалеку от Гомеля, на экспериментальную буровую "Уралмаш-125А". Час езды, и показалась буровая вышка.

Первое впечатление: все знакомо и уже видено раньше. Однако чуть позже даже мой малоопытный взгляд стал замечать некоторые отличия. Внешний облик основных механизмов, вспомогательного оборудования, силовых установок неуловимо изменился. В общем, они напоминали обычные - стандартные, но в деталях отличались от них. Так начинающий автолюбитель, осматривая новую модель машины, замечает в ней то, чего не было в прежней модели.

Пожалуй, наиболее ярким признаком идейной новизны, своего рода восклицательным знаком моего осмотра, стал неприметный вагончик, расположенный метрах в пятидесяти от буровой вышки. Между ними было протянуто, наверное, не меньше 20-25 толстых черных кабелей, которые являли собой высоковольтную линию электропередач в миниатюре. Кабели выходили из стены вагончика, ложились на стальные опоры высотой в человеческий рост и так от опоры к опоре доходили до буровой. Здесь они разбегались в разные стороны и уже скрытно шли ко всем ее механизмам.

В вагончике установлен пульт управления. За ним сидел оператор - буровой мастер. Кто хоть раз видел буровиков, пусть в кино, тот вспомнит, что на работе одеты они в спецовку и сапоги, на голове обязательно каска. И они не сидят за пультом, а стоят на мостках за рычагами управления. Обычно кинокадры о работающих буровиках очень динамичны: люди все время в движении, что-то закручивают или откручивают, что-то поднимают, орудуют метровыми рычагами управления.

На этой буровой мастер сидит в мягком кресле - чем он отличается от оператора на химическом заводе или от оператора электростанции? Только вид из окна может доказать, что перед зрителем буровик.

Он еще не привык к новому положению, держится напряженно: мастер учится работать по-новому! Как, впрочем, учится и его единственный помощник, рабочее место которого на буровой. Вот он похож на прежнего буровика. Но только похож, потому что, по существу, его работа также принципиально изменилась. Почти никаких ручных операций. Никаких манипуляций с рычагами. Ничего не надо поднимать или завинчивать изо всех сил. Лишь в редких случаях приходится присоединять исполнительный орган к какому-либо буровому инструменту, что не требует ни больших усилий, ни много времени.

Главная же обязанность помощника бурильщика-оператора (эти названия не официальные, таковых еще нет) - следить за работой буровых механизмов непосредственно, это еще одни глаза и уши буровой. Третий член бригады - дежурный электрик. Связь между всеми осуществляется по селектору.

Картина, нарисованная мною,- это будущее автоматизированной установки "Уралмаш-125А". Сейчас же около нее крутится несколько десятков человек: сотрудники двух лабораторий Всесоюзного научно-исследовательского института методики и техники разведки, который находится в Ленинграде, и инженеры, техники и рабочие Днепровской нефтеразведочной экспедиции глубокого бурения автоматизированными установками, которая находится в пятнадцати километрах от буровой, в Речице, и там, на базе в Речице, на буровой, уже не первый год трудится несколько сотен командированных ленинградки и местных специалистов. Несколько сотен людей ударно работают ради того, чтобы скважины смогли бурить не четыре человека, как прежде, а только двое! Бурить постоянно с высокой производительностью, независимо от условий в недрах. Это приведет к радикальным переменам в отрасли глубокого бурения, возможно, во всем буровом деле, это обещает серьезные преобразования в разведочной геологии.

Идея автоматизированной буровой установки зародилась в лаборатории автоматизации и механизации бурения ленинградского института. Главное уже сделано: идея автоматизации бурения получила признание. Пройден тот перевальный этап, когда приходилось доказывать ее значение, выбивать средства и согласие организаций различного уровня. Впереди трудная, но прямая дорога, во всяком случае, виден ее конец: установка работоспособна, нужно ее отладить. В ближайшие годы "Уралмашзавод" выпустит первую партию таких установок. Начнется их внедрение в нефтеразведочное производство.

Стремление автоматизировать бурение зародилось в лаборатории не в связи с модой на автоматизацию. Буровое дело не принадлежало к числу наиболее прогрессивных отраслей. Люди, занятые им, привыкли стоять рядом со станками и управлять ими с помощью рычагов и рукояток. Они привыкли слышать и видеть работу моторов, лебедок, инструмента в скважине. Им казалось невероятным отойти от станка и руководить им на расстоянии.

Буровикам ближе и привычней технологические усовершенствования, на этот счет от них всегда поступало большое количество заявок: поднимите стойкость долот, крепость труб, усовершенствуйте ключи и т. д. Станкостроители почти не имели заказов на принципиально новое буровое оборудование, и сами не могли вести каких-либо принципиальных работ в этой области - они ее не знали.

Нет, заказ на автоматизацию не шел из недр буровой отрасли. К ней привела логика развития бурового дела в будущем, другого пути не было. Идея автоматизации обозначилась как просвет в чащобе, как единственно возможный выход из намечавшегося тупика.

В ближайшие годы длина всех нефтеразведочных скважин достигнет десятков миллионов метров. Чтобы проложить в земной коре такое количество разведочных ходов, понадобится несколько тысяч буровых установок. Обслуживать их будут более 100 тысяч буровиков. Учтем все вспомогательные работы: глубокому бурению потребуется вдвое больше людей. Через пять лет потребуется на 30 тысяч человек больше. Таких людских ресурсов у бурения просто нет.

В лаборатории прекрасно понимали, что из грядущей ситуации возможны два выхода. Первый: создание новых технических средств и методов, которые помогли бы провести разведку недр, не увеличивая число буровых установок и тем самым число рабочих. Но в этом случае придется поднять производительность каждой установки глубокого бурения не меньше чем вдвое.

Стали смотреть, за счет чего можно этого добиться? При бурении глубоких скважин много времени уходит на ремонт, различного рода осложнения, вынужденные простои. Ликвидируем простои и в 2 раза сократим время на ремонт - поднимем производительность на 26%. Улучшим вдвое проходку на одно долото - это позволит бригаде, опустив стойкое долото в скважину на забой, дырявить им землю в 2 раза дольше, чем прежде. В результате в 2 раза реже придется поднимать на поверхность всю буровую колонну для смены забойного инструмента. А ведь на спуск - подъем колонны металлических труб длиной несколько километров уходит четвертая часть производительного времени.

В итоге - производительность возрастает на 58,5%. Огрублений - всего в полтора раза! Мы говорим "всего", потому что требуется двойное увеличение, только в этом случае нефтеразведочные задачи будут выполнены. К тому же пока не известны технические и организационные решения, которые дадут хотя бы полуторный скачок в предстоящие 5-10 лет, не говоря уже о двойном.

Другой путь: сократить численность буровых бригад, сохранив при этом достигнутый уровень производительности. Освободившиеся буровики станут к новым установкам. Если, сократив бригаду, поднять ее производительность...

Первое предложение по достижению этой цели: максимально механизировать процессы бурения. Сейчас они требуют участия всех или почти всех членов бригады. Вот, например, основные операции: сборка утяжеленных бурильных труб, которые создают нагрузку на забой, спуск бурильной колонны, бурение, наращивание колонны, ее подъем, разборка. В каждой из операций принимают участие не менее трех-четырех человек, по существу вся вахта. При такой вспомогательной операции, как спуск в скважину обсадных труб, на буровой появляется еще одна вахта, всего же участвует восемь человек. Если механизировать большую часть операций, то их могут выполнять только два человека.

Механизировали... Два буровика теперь выполняют то, что раньше делали четыре. В их распоряжении много новых механизмов, которые избавили их от ручного труда. Достаточно двух пар рук, чтобы управлять этими механизмами и вести проходку скважины. Радостная картина, но только не для планового отдела. В конце квартала, нет, раньше - в конце месяца - плановики увидят, что производительность новой, такой дорогой, такой современной, мощной буровой ниже обычных.

Сотрудники лаборатории сумели предугадать такой поворот событий при механизации буровых работ. Бурение - процесс многооперационный. Буровики, окруженные шеренгой новых устройств, будут ходить от одного к другому и поочередно выполнять операцию за операцией. Смогут ли они проводить их с такой быстротой, на какую рассчитывали авторы новых устройств? Смогут ли совмещать операции, как это частично удавалось вахте из четырех человек?

Ответ дали специальные исследования... Имеются установки со скоростью подъема буровой колонны два-три метра в секунду, но их возможности почти не используются. Буровик не может так быстро работать без риска аварии: не может плавно включать лебедку на подъем, в течение 8-10 секунд следить за величиной скорости навивки каната, плавно затормозить движение, доведя колонну до заданного положения, включить тормоз в течение трех-четырех секунд. Бурильщик не выдерживает такого темпа и снижает скорость подъема, снижая теми самым коэффициент использования мощности установки. Те же выводы относительно других процессов бурения, подтвержденные анализом проходки 100 скважин глубиной 2400-3200 метров.

Получалось так, что буровики выигрывали только в области физических нагрузок и ничего во времени - слишком много его уходило на процессы управления.

Преграда движению по второму пути в самом человеке - к такому выводу привели исследования. Подтверждение - средние показатели буровых организаций страны; они различаются в 8-9 раз. Еще больше разброс между отдельными буровыми бригадами, которые могут работать по соседству в одних и тех же условиях.

Передовые бурильщики - это люди, скорые на руку, обладающие отличными психофизиологическими данными для бурения. Один из авторов новой установки Р. Ю. Ревич-Щерба осветил этот вопрос так: "Есть шофера, не получающие замечаний от милиции в течение десятков лет, и есть такие, которые ежегодно делают по аварии".

Сотрудники лаборатории обратились к психологам. Те ответили: на восприятие и обработку информации о сделанной машиной операции уходит 0,3-0,8 секунды (в зависимости от человека), на принятие простейшего решения: выбрать из двух - 0,2-0,5; на движение руки к рукоятке или кнопке - 0,1-0,2; на включение - 0,5-1; на включение или выключение, сопровождающееся поворотом головы, - 0,7-1,6. Так оценили психологи этапы каждой операции. В сумме получается: каждая операция управления требует от 2,4 до 5,3 секунды.

При подъеме из скважины одной свечи (как правило, две свинченные бурильные трубы) бурильщик производит около 25 операций управления. Простое умножение показывает, что мастер своего дела потратит на это 84 секунды, а другие - в два раза больше. Время на управление - это простойное время для механизмов. Оно растет по мере углубления скважины - люди устают.

Вывод: человек является причиной неполного использования бурового оборудования. Производительность труда можно поднять, не ускоряя операции, которые делают машины, а ускоряя операции управления, осуществляемые буровиками.

Не так давно на испытательном полигоне под Ленинградом произошел необычный случай. Авторитетная приемочная комиссия попросила отойти подальше хозяев полигона. Начинались приемочные испытания буровой установки "Ленинградец", и комиссия хотела посмотреть, как будет работать на ней вахта из двух человек. Авторы "Ленинградца" должны были отойти в сторонку, чтобы комиссия убедилась: буровики могут работать без подсказки научных сотрудников.

Приемочные испытания "Ленинградца", предназначенного для бурения неглубоких нефтеразведочных скважин - до 2000 метров, прошли успешно. Первый блин вышел не комом - первая автоматизированная установка на нефть и газ подтвердила свою жизнеспособность и правильность выбранного пути. На ней были "обкатаны" основополагающие идеи, которые позже воплотились в более мощной установке "Уралмаш-125А", способной бурить скважины глубиной до 4000 метров. Устранение человека из процесса управления позволило добиться такой быстроты, точности, качества работы, которые были выше, чем у самой идеальной бригады, идеальной по сработанности и психофизиологическим данным. Более того комплексная автоматизация открыла новые горизонты: позволила значительно увеличить скорость проведения скважины. Причем качество работы не зависит ни от времени суток, ни от погоды, и главное - ни от глубины скважины.

Для человека же "эффект глубины" трудно преодолим. С углублением скважины растет риск аварии и стоимость на ее ликвидацию. У буровиков возникает состояние "подавленности ответственностью", что ведет либо к нерешительным действиям, либо к чересчур смелым поступкам. И в том и в другом случае вероятность аварии увеличивается. Автоматы снимают с буровика психологические нагрузки, он превращается в оператора, полностью доверяющего приборам на пульте управления.

Вахты из двух человек пробурили с помощью "Ленинградца" скважину глубиной 1929 метров. Буровой автомат блестяще продемонстрировал свои возможности. Он неоспоримо доказал, что буровую бригаду можно сократить вдвое и при этом добиться более высокой производительности каждой буровой установки!

Этот "навар", как сказал Р. Ю. Ревич-Щерба, получается за счет экономии на операциях управления и благодаря ускорению всех процессов бурения. Но, кроме этих источников, обнаружился еще один, пожалуй, наиболее обильный: перестройка процессов - их совмещение. На автоматизированной буровой они из последовательных становятся параллельными.

Преимущества автоматизации, выявленные работой "Ленинградца", еще более существенны на установке "Уралмаш-125А". Самые скромные расчеты обещают ей повышение производительности в полтора раза по сравнению с наиболее совершенной установкой того же класса. Авторы "Уралмаша" предсказывают двойное повышение.

Во время моего пребывания в Речице "Автомат", как говорят о буровой рабочие, переоснащался. Летнее масло в гидроцилиндрах меняли на зимнее, кое-что переделывалось, менялось. В вагончике управления были настежь распахнуты шкафы с радиоэлектронной начинкой: я увидел "нервную систему" буровой. Посидел за пультом. Это П-образный стол с несколькими десятками рычажков и кнопок. Чтобы оглядеть его, надо покрутиться в кресле. Перед пультом на стене - светящиеся символы буровой: вышка, основные механизмы, инструмент. Все, что происходит на вышке и в скважине, отображается на сверкающей мнемосхеме.

Оператор-бурильщик, сидя за пультом, получает информацию от 40 различных датчиков, установленных в ключевых точках. К нему теперь поступает такое количество сведений, которое он не мог получить, находясь непосредственно на буровой. Покинув ее, он оказался более осведомленным о происходящем в недрах. Путь в земную глубину - в геокосмос, всегда таящий угрозы, стал для него менее опасным.

Далось это нелегко. Чтобы нажатием кнопки приводить в движение десяток механизмов, чтобы автоматически поддерживать режим бурения, чтобы следить за параметрами промывочного раствора, одним словом, чтобы позволить бурильщику сесть в кресло, пришлось все усовершенствовать, многое радикально переделать и целый ряд узлов заново изобрести. "Уралмаш-125А" - рекордсмен по количеству авторских свидетельств на изобретения, их более 20. Обычно новая буровая получает одно-два свидетельства.

Теоретик бурового автомата Л. Г. Шраго рассказал мне о двух докладах, представленных лабораторией на международные математические (!) конгрессы. Вот на каком уровне шла разработка новой установки.

Сотрудникам лаборатории пришлось преодолевать силу инерции, сначала, наверное, в самих себе, а потом и среди коллег по отрасли. Им возражали, например, что в бурении очень много неопределенностей, которые трудно учесть и потому трудно весь процесс автоматизировать. Скажем, когда буровую трубу вытаскивают на поверхность, ее нужно остановить в строго определенном месте - на уровне труборазворота. Он захватит поднятую трубу и отвинтит ее от идущей следом. На буровой в Речице стоят стандартные трубы, но останавливаются они там, где требуется. Это делает особого рода индуктивный датчик. В виде докторской диссертации предстали возражения по поводу автоматизации буровой лебедки, которая поднимает и опускает буровой инструмент в скважину. Ее нельзя автоматизировать, надо заменять подъем лебедкой гидроподъемом. На "Уралмаше-125А" я своими глазами видел автоматизированную лебедку: вместо обычных ленточных тормозов на ней стояли колодочные, что и принесло успех. Подобные истории, наверное, скрываются за многими узлами буровой.

Буровая-автомат несет серьезные преобразования в сложное буровое хозяйство. Судите сами. Трест располагает, предположим, 20 буровыми установками, разбросанными окрест. Бурильщик - глава вахты - оторван от своих товарищей, инженеров и технологов треста, он предоставлен самому себе. В свою очередь, руководство треста не может контролировать процесс бурения на каждой буровой, не может вовремя подсказать бурильщику правильную тактику. Разве по телефону договоришься о тонкостях.

С автоматизированной буровой нужная информация может поступать непрерывно по каналам связи - не от буровой вахты, а прямо от датчиков. Она проследует в электронно-вычислительную машину, которая с присущей ей тщательностью проанализирует дела на всех буровых треста. Естественно, обратно по каналам связи проследуют рекомендации для поддержания оптимальных режимов проходки. Эти рекомендации будут очень точными, поскольку машина в состоянии учесть любое количество факторов, влияющих на бурение. В ее памяти будут храниться данные о каждой установке, о состоянии дел каждой бригады легко будет узнать в любой момент. Такая система может охватывать организации крупнее треста. Другое следствие автоматизации, пожалуй, не менее значительное, чем предыдущее: к геологоразведочному бурению вернется первоначальная цельность. Мне не раз приходилось слышать от буровиков упреки в адрес геологов: вот они требуют все время керн, как будто нельзя обойтись без него хотя бы на некоторых интервалах, тогда проходка пойдет быстрее, удастся перевыполнить план и т. д. Я не осмеливался возражать, что разведочные скважины проходят главным образом ради керна, который поведает о недрах лучше всех приборов, опущенных в скважину. Так и было когда-то... Позже буровики отодвинули геологические задачи на второй план, бурение стало для них самоцелью, способом углубиться в недра на плановое количество погонных метров. Между тем задачи у разведочного бурения, в том числе на нефть и газ, все те же.

Автоматизированные установки могут вернуть былое единство разведке недр. Информацию, поставляемую многочисленными датчиками "Уралмаша-125А" для оптимальной проходки скважины, нетрудно использовать и геологам, надо только научиться толковать ее с геологических позиций. Вот, к примеру, датчик, показывающий, как меняется скорость вращения буровой колонны. В более крепких породах она меньше, в тех, что послабее, растет. Скрыта тут информация для геолога? Разумеется, крепость горных пород - одна из главных характеристик. Если датчик показывает колебания скорости на какой-то глубине, то это означает, что там и породы переслаиваются. Еще одна важная характеристика земных слоев, вскрытых скважиной.

Датчик крутящего момента на роторе, который вращает всю колонну бурильных труб, также сигнализирует о сопротивлении пород, об их буримости. Колебания показаний датчика указывают на их неоднородность. Датчик дифференциального расхода промывочной жидкости следит за тем, сколько жидкости закачивается в скважину и сколько из нее возвращается на поверхность. Если разница невелика, то породы, в которых пролегла скважина, плотные, не трещиноватые. Разрыв растет - скважина вошла в трещиноватые слои. Чем больше расхождение, тем более раздроблены породы. Датчик удельного веса промывочного раствора предупреждает об его изменениях при выходе из скважины. Вырос удельный вес, значит, раствор что-то принес с собой, какие-то минералы на глубине растворились. Можно определить, какие именно...

Каждый датчик в отдельности не может сообщить исчерпывающих сведений, он даст только штрих общей картины. Но все вместе они способны обрисовать положение в недрах достаточно полно. Обобщить эту информацию предстоит ЭВМ.

Эпизод из недалекого будущего: геолог запрашивает ЭВМ и получает в ответ данные для построения геологического разреза. Перед ним наглядная картина устройства недр. Четко обозначены куполовидные структуры, среди них - перспективные на нефть и газ. Эта картина объективна, она нарисована машиной, а не людьми, которые, как известно, могут трактовать одни и те же данные несколькими способами. Так сольются в единое целое наука и производство: геология и буровое дело. Они снова обретут общую цель: эффективно разведывать недра.