Автоматизація процесу керування бурінням свердловин з регулюванням витрати бурового розчину

Abstract

Розроблено метод автоматизації процесу керування бурінням свердловин шляхом введення до блоку автоматизованого керування насосними агрегатами додаткового алгоритму оптимізації. Алгоритм реалізує можливість адаптивного керування у функції не тільки осьової сили на долоті та швидкості обертання, але й витрати бурового розчину, тобто дає змогу здійснити перехід до інтелектуальної системи керування нового покоління з гнучкими процедурами прийняття рішень, які дозволяють усунути вплив таких збурюючих впливів як обвали, осипання, зашламування затрубного простору свердловин, прихоплення та ін. З урахуванням того, що в перспективі очікується широке використання бурових установок з регульованою продуктивністю бурових насосів, розглянута задача оптимізації керування процесом буріння для цього випадку. Запропоновано механічну швидкість буріння подати як функцію, яка залежить від відносного зносу долота і об’ємної концентрації вибуреної породи в промивальній рідині, коли керувальні дії незмінні. З урахуванням передумови, що швидкість відносного зносу озброєння долота не залежить від ступеня очищення вибою, а також відсутня фільтрація бурового розчину через вибій і стінки свердловини, отримано додаткове рівняння механічної швидкості для математичної моделі процесу буріння. Визначено граничні умови і обмеження на процес. Задача оптимізації вирішена з використанням принципу максимуму Л.С.Понтрягина. Розроблена методика дає змогу визначати оптимальну програму поглиблення свердловини з урахуванням технологічних обмежень і можливостей бурового обладнання при регульованій продуктивності бурових насосів.

Разработан метод автоматизации процесса управления бурением скважин путем введения в блок автоматизированного управления насосными агрегатами дополнительного алгоритма оптимизации. Алгоритм реализует возможность адаптивного управления в функции не только осевой силы на долото и скорости вращения, но и расхода бурового раствора, т.е. позволяет осуществить переход к интеллектуальной системе управления нового поколения с гибкими процедурами принятия решений, которые позволяют устранить влияние таких возмущающих воздействий, как обвалы, осыпания, попадание шлама в затрубнoe пространствo скважин, прихваты и др. С учетом того, что в перспективе ожидается широкое использование буровых установок с регулируемой производительностью буровых насосов, рассмотрена задача оптимизации управления процессом бурения для этого случая. Предлагается механическую скорость бурения представить функцией, которая зависит от относительного износа долота и объемной концентрации выбуренной породы в промывочной жидкости, когда управляющие действия неизменны. С учетом предпосылки, что скорость относительного износа вооружения долота не зависит от степени очистки забоя, а также отсутствует фильтрация бурового раствора через забой и стенки скважины, получено дополнительное уравнение механической скорости для математической модели процесса бурения. Определены граничные условия и ограничения на процесс. Поставленная задача оптимизации решена с использованием принципа максимума Л.С.Понтрягина. Разработанная методика позволяет определять оптимальную программу углубления скважины с учетом технологических ограничений и возможностей бурового оборудования при регулируемой производительности буровых насосов.

The method of automating the process of drilling control based input in block units of automatic control of pumping additional optimization algorithm. The algorithm implements the possibility of adaptive control as a function of not only axial force on the bit and speed, but the cost of drilling mud, that allows you to make the transition to smart management of the new generation of flexible decision-making procedures that allow you to eliminate the influence of disturbing effects such as falls, shattering, getting sludge into the space between pipes wells, sticking and others. Given the fact that in the future expected use of drilling rigs with adjustable capacity mud pumps, consider the problem of optimizing the management of drilling in this case. Proposed ROP to provide a function that depends on the relative wear of the bit and the volume concentration of cuttings in the drilling fluid when the control action is not zmenimy. Given the assumption that the relative rate of wear of the bit arms does not depend on the degree of purification of the face, and there is no filtration of drilling fluid through the bottom and the borehole wall, received an additional equation for the mechanical speed of the mathematical model of the drilling process. The limiting conditions and restrictions on the process. The objective of optimization is solved using the Pontryagin maximum principle. The developed method allows to determine the optimal program of deepening wells, taking into account technological limitations and possibilities of drilling equipment for drilling performance adjustable beds.