2020-04-20
284
Неоднозначні особливості технологічного процесу буріння і випадковість зміни умов руйнування породи визначають актуальність розробки адаптивних систем оптимального управління.
Оптимізація режиму заглиблення свердловини зводиться, в першу чергу, до визначення осьового навантаження на долото,яке забезпечує екстремум критерія якості. Оперативне визначення оптимального режиму довбання спущеним у свердловину долотом,як на початку довбання, так і при проходженні границь пластів,використовує критерієм якості механічну швидкість.
Існуючі технічні засоби і системи автоматизаціі подачі долота, які використовуються на сучасних бурових установках, типу АРНД, АЕПД та їм подібні, служать для стабілізації параметрів режиму буріння, які задаються бурильником згідно з геолого-технічним нарядом і його досвідом.
Пристрій дає можливість автоматично визначити оптимальне значення осьового навантаження на долото в процесі руйнування породи по максимуму механічної швидкості при імпульсній подачі інструменту.
Встановлення оптимального режиму буріння.
При роторному бурінні, коли бурова установка не передбачає регулювання швидкості обертання долота, і бурінні турбобуром,коли навантаження на долото і швидкість обертання пов”язані його механічною характеристикою, встановлення раціонального режиму зводиться до визначення оптимального осьового навантаження на долото. Критерієм оптимізації є миттєва механічна швидкість буріння, яка може бути визначена з рівняння:
Vб=Vп-L/(ES)*dP/dt; де:
Vп-швидкість подачі верхнього кінця колони бурильних труб;
L -довжина колони бурильних труб;
E-модуль пружності матеріалу бурильної колони;
S-еквівалентний переріз;
P-осьове навантаження на долото.
Коли бурова лебідка заторможена, то швидкість подачі Vп=0 і
Vб=-kdP/dt;
k=L/(ES);
maxVбàmax(dP/dt) тобто, що при Vп=0 існує принципова можливість визначення екстремуму швидкості буріння по екстремуму похідної осьового навантаження на долото. Реалізувати цей спосіб можна як при проведенні активного експерименту, так і при імпульсній подачі бурильного інструменту, при якому долото навантажується максимально допустимим навантаженням, після чого барабан лебідки загальмовується (Vп= 0).
В процесі зменшення осьового навантаження на долото аналізується похідна dP/dt і запам’ятовується значення, при якому похідна досягає максимуму. Такий процес пошуку екстремуму забезпечує завадостійкість і, як наслідок, високу точність встановлення раціонального режиму буріння. Додаткова фільтрація можливих завад, зв’язаних з визначенням похідної в процесі розвантаження долота.
Представивши dP/dt в кінцевих приростах dP/dt=ΔP/Δt видно, що похідна буде пропорційна величині приросту осьового навантаження за фіксований інтервал часу Δt=const.
В свою чергу, величина приро ΔP в інтервалі часу Δt визначимо згідно рівняння:
Де ΔPcp -приріст середніх значень тиску на долото в сусідніх інтервалах часу.
Рівняння (1,3) вказує на можливість заміни процедури диференціювання осьового навантаження двох інтегралів.
Швидкодію такого методу визначення похідної dP/dt і механічної швидкості можна збільшити стискуванням обчислень двох сусідніхприростів по приведених нижче рівняннях:
Швидкість буріння при оптимальному навантаженні може бути визначена при відомому значенні коефіцієнта k=L/(EF); Тому що колона бурильних труб, як правило, складається з частин, що можуть відрізнятися геометричними розмірами і виготовлені з різних матеріалів, то коефіціент К цих частин буде різним.Для складного бурильного інструменту його можна представити еквівалентним значенням і визначити експерементально для зібраної і опущеної в свердловину колони.
З рівняння (1.1) маємо, що при Vб =0
Vп=k dP/dt; Vпdt=kdP;
Ліва частина рівняння представляє собою переміщення верхнього кінця колони (величину подачі бурильного інструменту) в інтервалі часу t2-t1. Права частина пропорційна зміні осьового навантаження на долото Р або ваги на гаку Gk за цей же інтервал часу.
; 
(1.4)
З рівняння (1.4) виходить, що еквівалентне значення коефіціенту пружності “К” визначається “посадкою” верхнього кінця колони, коли долото навантажується на вибої при нульовій швидкості його обертання, поділеною на відповідний їй приріст ваги на гаку.
Структурна схема оптимізатора турбінного буріння.
На основі викладеної методики в розд.1 розроблено структурну схему пристрою, рис.2.1.
Задатчиком режиму роботи ЗРР вручну встановлюється значення тиску на долото на рівні найменшого можливого навантаження, що може застосовуватись в даному довбанні, вище якого пристрій включається в режим пошуку. Крім цього, необхідною умовою є виконання опереції “ зважування інструменту “ потенціометром Р.Далі пристрій функціонує автоматично.
Під час встановлення бурильником заданого осьового ннавантаження на долото і в процесі його підтримання в заданих межах, можливі зміни цього режимного параметра. Ця особливість і використовується для пошуку оптимального значення в результаті проведення згаданого вище пасивного експерименту. Блоком БВОН з допомогою БУ здійснюється пошук оптимального навантаження на долото по критерію максимуму механічної швидкості.
VM max=-k(dP/dt)max
Це значення Ропт постійно виводиться для візуального спостереження на індикатор Нр.В результаті зміни умов буріння або режиму буріння,які можуть привести механічної швидкості при іншому значенні Рд,пристроєм завжди фіксується найбільше значення ΔР/Δt
При апріорно встановленому переході долота в іншу породу можливе ручне управління прристроєм,яке дозволить задати суб”єктивно новий цикл пошуку.
Одночасно з пошуком оптимальногго навантаження на долото блоком БВБН здійснюється визначення його біжучого значення,а також приведення контрольованого та оптимального значення параметрів до одного масштабу.
Вибір і остаточне встановлення оптимального осьового навантаження на долото проводиться бурильником з використанням даних цифрового індикатора Нр і найменшому відхиленню значень оптимального (рекомендованого),висвітленого на індикаторі Нр і біжучого – на індикаторі Нб.
