Введение к работе
Актуальность проблемы. Технологический процесс (ТП) бурения нефтяных и газовых скважин является сложным, аварийно-опасным и дорогостоящим процессом. В связи с этим особое внимание уделяется повышению эффективности и безопасности строительства скважин, что возможно при переходе от бурения по оптимизированному проекту к бурению с помощью систем оперативного управления.
В настоящее время в РФ бурение скважин в основном, производится по режимно-технологическим картам (РТК). Выбор параметров режимов бурения в проекте и РТК обусловлен предыдущим опытом бурения, известной статистикой, нормами и правилами проводки скважин, которые не являются оптимальными для управления процессом. Кроме того, применение РТК не позволяет оперативно реагировать на изменение ситуации на забое и результаты бурения зависят только от производственного опыта бурильщика.
Отечественные информационно-измерительные системы (ИИС) контроля и управления процессом бурения ("Леуза 1,2", "Узбекистан 2", "Уралмаш 125А+САОБ", "Зоя 1,2" и др.) проводят оптимизацию процесса только по одному параметру – осевой нагрузке на долото для каждого интервала бурения из проекта, причём определяется не точное значение, а оптимальный интервал изменения осевой нагрузки.
Зарубежные ИИС (CDC, DAT и др.) рассчитывают по математической модели два оптимальных параметра – осевую нагрузку и скорость вращения ротора, смена породы учитывается в модели изменением параметрических коэффициентов модели для каждой проектной пачки пород,
т.е. оперативная адаптация модели к ситуации на забое не производится.
Применение на буровой автоматизированной системы оперативного управления с моделью бурения, непрерывно подстраивающейся к си-
туации на забое позволяет исключить эти и другие недостатки и сущест-
венно повысить экономическую эффективность и скорость строительства скважин.
Цель работы. Разработка адаптивной системы оперативного управления ТП бурения. Анализ и разработка математического описания процесса роторного бурения, использования критериев оптимизации в управлении процессом, алгоритмического и программного обеспечения системы.
Основные задачи исследования.
-
Разработка принципов оптимального управления на основе интегральных математических моделей ТП бурения и их адаптации к текущим условиям на забое в ходе процесса.
-
Разработка комплекса алгоритмов и программ управления основными подпроцессами бурения:
механического разрушения породы долотом;
гидравлической промывки скважины для очистки забоя и ствола скважины от выбуренной породы;
спуско-подъёмными операциями (СПО) для замены долота и проработки ствола скважины;
контроля технологических и технических ограничений для
предупреждения аварий и осложнений ТП бурения.
Научная концепция. Оперативная адаптация математической модели управления процессом бурения к условиям на забое постоянным перерасчётом параметрических коэффициентов модели по результатам текущей проходки.
Научная новизна заключается в разработке принципов адаптивного управления ТП бурения с помощью интегральных математических моделей, коэффициенты которых постоянно подстраиваются к забойным условиям. Режимные параметры управления рассчитываются по уточняющейся в ходе бурения модели согласно критерию "максимум механической ско-
рости проходки". При этом впервые для управления ТП бурения:
доработана математическая модель механической скорости проходки введением в неё (дополнительно к механическим) гидравлических параметров промывки скважины – давления и расхода бурового раствора;
оперативная адаптация (подстройка модели к условиям на забое) производится многократным решением обратной задачи бурения - расчёта параметрических коэффициентов модели по данным текущего бурения;
подстройка модели выполняется перерасчётом коэффициентов для трёх параметров управления – осевой нагрузки на долото, скорости вращения ротора и гидравлической мощности, приложенной к долоту;
Практическая ценность работы. Разработан принцип оперативного адаптивного управления в ходе процесса бурения на основе математических моделей интегрального вида. Доработана модель механической скорости бурения, учитывающая как механические, так и гидравлические параметры. Решена обратная задача бурения - определение коэффициентов модели управления по опытным данным бурения. Разработаны алгоритмическое и программное обеспечение основных задач ТП бурения. Комплекс программ реализован на языке высокого уровня С++.
Реализация научно-технических результатов работы. Работа выполнялась автором в рамках государственного контракта № 3919р/5988 ООО "Система-ВЦ" с Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (ФСРМФП в НТС) по проекту № 5988 от 29 декабря 2005 г. Наименование НИОКР: "Анализ технологического процесса роторного бурения и разработка его полного математического, алгоритмического и программного обеспечения". Подготовлено 4 промежуточных
и заключительный отчёты поэтапного выполнения НИОКР для Фонда СРМФП, о чём имеются акты внедрения. Все отчёты зарегистрированы во ВНТИЦ РФ под №01.02.006 09162 от 06.02.2006 г.
Результаты исследований использованы в работе ООО "БУРГАЗ", филиал "КубаньБУРГАЗ", о чём имеется соответствующий акт внедрения.
Апробация работы. Результаты выполненных исследований докладывались на 3-й межвузовской научной конференции "Электромеханические преобразователи энергии" (г. Краснодар, КВАИ, 2004 г.), на Междуна
родной конференции "Телекоммуникационные и информационные системы ", г. Санкт-Петербург, СбГПУ, 2007 г., на Пятой Южно-Российской научной конференции " Энерго- и ресурсосберегающие технологии", ЮРНК-07, Краснодар, 2007, на научных семинарах кафедры "Информатика" КубГТУ, г. Краснодар, 2005-2007 гг.
Публикации результатов работы. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, в том числе 1 статья в журнале, рекомендованном ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, постановки задачи, 4 глав, выводов по каждой главе объёмом 117 страниц основного текста, 17 иллюстраций, 12 таблиц, списка литературы из 62 наименования и 5 приложений (программы расчёта параметров режимов управления бурением, спуско-подъёмными операциями, контроля технологических и технических ограничений, расчёта параметрических коэффициентов модели бурения и др.), актов внедрения.
Похожие диссертации на Разработка системы адаптивного управления процессом роторного бурения нефтяных и газовых скважин
