Введение к работе
Актуальность проблемы. Принятый в начале 80-х годов курс на коренное перевооружение буровых работ реализуется по многим направлениям. Значительное повышение технико-экономических показателей в глубоком разведочном и эксплуатационном бурении на нефть и газ намечено достичь на основе наиболее полного использования достижений научно-технического прогресса.
Современный этап научно-технической революции отмечен бурным развитием информационной техники и повышением роли информациоЕно--измерительных систем в управлении производством. В связи с этим одним из главных направлений в области бурения является повышение уровня управления работами на базе внедрения современных информационно-измерительных систем, новейших способов машинной обработки первичной информации и автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТД) и производством (АСУОГ).
С ростом глубин бурения и соответствующим повышением стоимости строительства скважин, с усложнением условий бурения все большее значение приобретает обеспечение успешности и качества всех работ в цикле строительства скважины, повышается ответственность за правильность и обоснованность принимаемых решений при рассмотрении текущих задач, связанных с проходкой и строительством скважины, возрастают требования к полноте и качеству поступающей информации.
Специфика управления процессом бурения состоит в том, что оператор-бурильщик лишен возможности непосредственно контролировать явления, происходящие на забое, и в стволе скзанины, и в своей практической деятельности оперирует с информационной моделью объекта. Она формируется на основе данных, поступающих с - контрольно-измерительных приборов, сигнализаторов, индикаторов
и т.д.для контроля качества первичной информации и её обработки создаются информационно—измерительные системы (ИИС),оснащенные За'Л. Использование компьютера позволяет неизмеримо повысить оперативность обработки информации и сократить сроки принятия решений в выдачи управленческих директив.
Высокое быстродействие ИИС дает возможность по динамичной информационной модели тотчас отслеживать ход и раззитпе реального процесса и принимать своевременные решения.
' Несмотря на достижения во многих отраслях Еародного хозяйства по внедрению новейших ИИС и использованию 33.1 в управлении производством,в области бурения эффективность использования, поступающей информации остается еще очень низкой и не соответствует потребностям производства на современном этапе.Из-за отсутствия надлегащего методического обеспечения полученные первичные данные нередко не подвергаются обработке и,как правило,накопленная информация не используется в оперативном управлении процессом бурения.В этих условиях большую актуальность приобретает проблема создания научно обоснованной методики оперативной обработки в эффективного использования текущей информации для реализации резервов повышения производительности и технико-экономических'показателей буровых работ с внедрением новейших информационно-измерительных систем.
Цель работы состоит в'комплексном' исследовании бурового-про-цесса как сложной кибернетической системы с обратной связью в разработке метода оперативного упраяенвя процессом проходки скваквны с использованием адаптивной информационной модели,формируемой с помощью инфорілационно-измерительннх систем в рамках текущего момента.
Основные задачи исследования.Идя достижения поставленной целі рассмотрены и решены следующие основные задачи:
І.По-факторшй анализ процессов,протекаищих в стволе скважины при её углублении,и выделение и систематизация объектов управления, существущих мезду ними прямых и обратных связей и основных факторов управленческих воздействия.
2.Разработка классификации уровней информационного обеспечения в зависимости от сложности горно-геологических условий проводки сквааин,наличия накопленной, информации и уровня решаемых управленческих задач,
3.Анализ соотношения концептуальной и информационной моделей в существущих методиках выработки управленческих директив по первичным данным.
4.Разработка научно обоснованной методики оперативной обработки первичных данных и построения динамичной адаптивной информационной модели.Обоснование вида модели.достаточно универсальной и пригодной для описания процесса бурения при работе породо-разрушавдего инструмента различных типов.
5.Разработка уточненной методики оценки рабочего ресурса шарошечного долота по износу опоры .которая позволяет контролировать отработку опоры долота с привлечением статистических данных о работе долот данного типа по пробуренным, скваяинам.
6.Разработка новой методики решения оптимизационной задачи при оперативном управлении процессом бурения с использованием данных текущего контроля и информационно-измерительных систем.
7.Разработка методики прогнозирования показателей создаваемого породоразрушащего инструмента в сочетании с новым оборудованием.
Методы исследования.Для решения поставленных задач применялись современные методы проведения теоретического и системного анализа и обработка сактических производственных данных.
Использовались следующие методы:
j.' каучний РИііЛВ в обобщение результатов предшествующих ііі^ро'і'В'ї'іЛскх и производственно-экспериментальных исследований тооцроооі; глубокого бурения;
2) сигтсмшіі анализ объектов управления при бурении скважин;
3; машинная обработка фактических данных с использованием разработанных алгоритмов и программ;
ручная новизна.На основании теоретического обобщения и про-г.-^гккых автором исследований разработана научно обоснованная ме-аидкка оперативного управления процессом бурения по адаптивной 'шсюрцрпаонлой модели буримости с целью повышения темпов я тех-ктсо-зкошжческих показателен строительства глубоких сквааин.
Впервые получены следующие научные результаты:
- решена задача оперативної идентификации степенной модели
оурвмоста.вкепцей ^2 параметрических коэффициента, в конкретных
условиях по начальной скорости бурения и проходке за некоторый
*
яачгяышй промежуток времени,а также задача оперативной коррекция модели при возникновении существенного расхождения мезду расчетными в фактическими величинами текущей скорости проходки;
разработан новый алгоритм прогнозирования конечных показателей бурения за рейс по критерию минимума удельных эксплуатационных затрат на метр проходки,при этом для определения рациональной продолкнтелъности бурения в однородном и неоднородном рзэрэзах но принципу Лагранка получены расчетные уравнения;
обоснована новая методика оперативного решения оптимизационной задачи с использованием критерия ооластг существования этой задачи,получен вид критерия и алгоритм его вычисления;разработана методика вариационного расчета прогнозных показателей по данным ограниченного количества тестов с цельэ выделения наи-
более эффективного регама;
разработана методика оперативной обработки текущие даиш при бурения в неоднородном разрезе,позволяющая накапливать нормализованную информацию .т.е. приведенную к условиям бурения В ІСЛЗ дой отдельно взятой горной породе,для обоснования выбора "тана долота и уточнения резпма буреная с учетом неоднородности разреза;
аналитически обоснован метод рекуррентного определения из--начального вида модели- буримости по показателя:.; бурения долотом о изноаеннъг.; вооружение;.:;
по ;»'етоду системного анализа теоретически исследована зависимость показателей работы породоразругаащего инструмента л >и_о стоимости от удельных эксплуатационных затрат за I час проката буровой установкз;получекы аналитические выражения для прогнозирования необходимых показателей вновь создаваемого дородоразру -шащего инструмента. " -
Основные заастдазмые положения.
В представленной работе обоснован и описан вновь разрабетак-ный метод оперативной обработки текущей информации с целью оптимизации рекяма бурения з процессе цроходки екзаканы.ок реализовал а виде комплекса программ для оперативного решения оптимизационной задачи с понацыэ ЗЗ.'л.В результате проведенных исследований crocr.iy-лярованы в. зацищаэтея следующие положения:
на основании анализа и обобщения опубликованных катерна-тол разных авторов,а также результатов .собственных исследований предложен л разработан метод,позволяющий оптимизировать процесс бурения роторккм способом по данным текущего контроля,отличающийся высоко": оперативность^) благодаря использовании адаптационных структур в оригинальные способов приведения показателе Г; последовательных тестов к всходноглу состоянию вооружения долота;
в газззтпэ ггредстазлекпй об области существования опта-
зационно" задачи обоснован критерий её выделения и алгоритм расчета критерия по сактическим данным,что позволяет значительно ускорить поиск оптимального режима при роторном бурении за счет сокращения количества тестов и оперативно проводить его в начале рейса.Показано,что для правильной оценки результатов тестов ваяно контролировать не только текущую скорость црсходки,ко и гемп её падения со временем;
разработанная методика оперативного програ:.;:.:г;:овакЕЯ рационально!: отработки шарошечных долот по дакнкі« ададтпзной информационной модели буримости обеспечивает повыпекве показателе?, бурения в неоднородной разрезе и позволяет нанаплнватъ нормализованную информацию для обоснованного выбора типа долота с учетов неоднородности разреза.Установлено,что с особо:! тпательностьЕ необходимо анализировать породы,вскрываемые з начале ре:":са,ибо недоучет даке небольшого по мощности пропластка абразивных пород может привести к значительному снижении общих показателей бурзния за рейс;
разработан и теоретически обоснован аналитически!! метод обработки первичных данных по адаптивной модели для оперативной выработки управленческих решений с учетом износа долота и сиены горных пород на забое скважины.Показано.что с повышением рабочего ресурса долота роль критерия минимума удельных эксплуатационных затрат ослабевает в отработка инструмента далнна проводиться по принципу рационального использования его ресурса;
на качественном уровне решена задача классификации информационного обеспечения управления суровы:.: процессом, зыделекн необходимые комплексы контролируемых параметров и определены способы их измерения в зависимости от слссеноств горко—геологических условий строительства скважин,степени их изученности и сложности управленческих задач;
- созданы теоретические основы анализа системы "буровая установка-долото" , позволяющие регламентировать требования по повышении показателей псродоразрушаэдего инструмента в зависимости от параметров бурово:"! установки.
Достозесность основных научных полояени",результатов исследования и зквссоз обусловлена применением апробированных методов и принципов при -рсзедеяиЕ теоретического анализа и разработке научных основ методик,подтверждается результатам практических расчетов по производственным данным,неоднократным использованием методики при обработке первичных данных на ЭЗД.
Практическая ценность работы заключается в том,что в ней даны научЕО-^етодЕчзскЕе основы оперативного оптимизационного управления процессам бурения при эффективном использования поступающей информации,формируемой в результате непрерывной обработки данных текущего контроля с применением адаптивноЗ модели буримости.И в частности:
I.Создана методика,позволящая повысить эффективность использования первичных данных,поступающих от контрольно-измерительной аппаратуры,для оперативного управления процессом бурения с учетом износа породоразрушавдего инструмента и неоднородности геологического разреза.
2.Разработан алгоритм оперативного решения оптимизационной задачи в процессе проходки скванины и составлен пакет программ для проведения расчетов на ЭВМ.
3.Разработана методика обоснованного выбора типа породораз-руааадего инструмента для разреза,представленного неоднородными по бурвмости горными породам.
4.На основании проведенных исследований разработана "Временная методика сператизной. машинної! обработки информации при буре -низ"(аспект о-ггмззгцзя процесса углубления с:-зазнны),утвернден-
кал 14 октября 19SJ г. Первый замєстителем Министра нефтегазовой црошиленностй Б. А .Никитиным.
Апробация габоты.
Основные положения,теоретические и методические результаты чередований докладывались на Всесоюзном семинаре "Изучение керма,атагла и геолого-техкологические исследования при бурении нефтегазовых сквагшн" (НПО "Союзпромгеофвзвка",1986 г.),на сеыикаре-ід-:олє передового опыта "Состояние и пути дальнейшего совершенствования геолого-технологических исследований при бурении нефтегазовых скванвн" (ВШИГИК),ьо ВНИИКрнефіи (Дивноморск.1988 г.),а так--е на технических совещаниях з ПО "Оренбургбургаз". (IS85 г.),в СТ-3 "Геофизприбор" (IS56 г.),во ВНИИКрнефти (1987 г.),при проведении занятий в Институте повышения квалификации руководящих работ- а ников нефтяной и газовой промышленности.
Пуоликадии. Основные полояения а результаты исследований опубликованы в 29 статьях, одной брошюре и взлогены в монографии, выпу-ценкой издательством "Недра" в 1992 г.Составлена и утверждена в 1991 г. "Временная методика оперативной машинной обработки текущей информации при бурении" (аспект оптимизации процесса углубления скзаггшО.В 1965 г. было составлено и выпущено в СКБ !<їкгео СССР "Руководство по использованию контрольно-измерительной аппаратуры тлпов ИРЕ и ПКК при раззедочном бурении на уголь".
Объем и структура диссертации.
