Принципы оптимального управления процессом бурения

В отличие от устройств подачи долота, поддерживающих на заданном уровне режим бурения, установленный бурильщиком в соответствии с геолого-техническим нарядом, регуляторы оптимального управления должны сами выбирать оптимальный режим бурения по установленному критерию в функции быстро изменяющихся условий бурения.

Под оптимизацией понимается процесс выбора наилучшего решения из множества допустимых вариантов в соответствии с количественным критерием.

Многие важнейшие вопросы оптимизации управления бурением скважин еще ждут своего решения

1. Не полностью исследованы вопросы помехоустойчивости измерения и преобразования измерительной информации в условиях работы буровой установки.

2. Не на должном уровне решены вопросы, моделирования процесса бурения и сбора технологической информации.

3. При измерении параметров бурения и обработке результатов измерения не корректируются методические погрешности, снижающие качество управления.

4. Алгоритмы поиска оптимальных режимов бурения разрабатываются вне связи с алгоритмами определения момента смены долота по его износу, а также без учета характера текущего взаимодействия долота с породой, т.е. не являются адаптивными.

5. Алгоритмы управления процессом бурения не изменяются по мере углубления скважины, тогда как ее углубление обусловливает применение различных критериев оптимальности.

Критерии оптимальности могут характеризовать:

1) мгновенные значения параметров процесса (мгновенная механическая скорость бурения, скорость износа породоразрушающего инструмента);

2) средние значения параметров процесса в течение одного рейса (средняя механическая скорость, рейсовая скорость бурения, продолжительность рейса, проходка за рейс, износ породоразрушающего инструмента);

3) средние значения параметров процесса в течение проходки всей скважины (коммерческая скорость бурения, техническая скорость бурения, время бурения скважины, стоимость 1 м бурения и т.д.).

Выбор соответствующего критерия для конкретных условий — сложная задача, поэтому в практике бурения применяется ограниченный набор критериев.

Установлено, что для достижения максимального темпа и снижения стоимости строительства скважины необходимо по мере ее углубления применять критерии оптимизации в следующем порядке:

а) максимум механической скорости;

б) максимум рейсовой скорости;

в) минимум стоимости 1 м проходки;

г) максимум проходки на долото.

Можно выделить три метода оптимизации работы долота.

1.Расчетный, основанный на предварительном расчете управляющих параметров, исходя из предполагаемых физико-механических свойств пород, а также из прочностных и конструктивных характеристик долот.

2.Прогнозирующий, основанный на предварительном исследовании обобщенных уравнений процесса бурения и расчете на этой основе значений управляющих параметров.

3. Оперативный, основанный на анализе оперативно поступающей обрабатываемой в реальном масштабе времени технологической информации и нахождении оптимальных значений управляющих параметров в ходе бурения.

Первые два метода оптимизации целесообразно объединить общим названием - методы неоперативной оптимизации, т.е. в данном случае задачи оптимизации решаются до начала рейса.

В отличие от расчетного и прогнозирующего оперативный метод не предусматривает предварительного выбора оптимальных значений параметров процесса бурения.

Значения этих параметров находятся в ходе самого рейса на основе оперативно поступающей и обрабатываемой технологической информации, отражающей существующее в каждый текущий момент времени взаимодействие долота с породой.

Принцип адаптации применительно к оперативному управлению процесса бурения заключается в том, что в связи с дрейфом характеристик объекта управления (увеличивающийся износ долота, рост температуры и сил сопротивления за счет углубления скважины, водопоглощение, зашламление забоя и т.п.) его математическую модель, а также параметры алгоритма поиска оптимального режима необходимо корректировать, используя оперативно поступающую информацию.