Разработка системы адаптивного управления процессом роторного бурения нефтяных и газовых скважин

• Автор: Цуприков, Леонид Александрович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 193 с. : ил.

Оглавление
Оглавление.
Введение

Глава I Математические модели процесса роторного бурения.

1.1 Анализ факторов, влияющих на механическую скорость проходки

1.2 Дифференциальные модели бурения

1.3 Интегральные модели бурения.

1.3.1 Модель механической скорости с учетом гидравлических параметров

1.3.2 Вывод формулы гм п, 1Чд методом наименьших квадратов

1.4 Модели времени работы долота

1.4.1 Модели времени работы опоры долота

1.4.2 Модели времени износа вооружения долота.
1.5 Полная математическая модель процесса механического бурения.
1.6 Критерии оптимизации
1.7 Постановка задачи на исследование
1.8 Выводы по главе 1.
Глава 2 Математические модели гидравлической промывки скважины, спускоподъмных операций, ограничений процесса бурения.
2.1 Модель гидравлической промывки скважины.
2.1.1 Методика расчта режима промывки скважины.
2.1.2 Полная модель промывки скважины.
2.2 Модель спуско1 юдъмных операций.
2.2.1 Методика расчта режимов СПО
2.3 Модель контроля ограничений процесса бурения
2.4 Выводы по главе 2.
Глава 3 Система оптимального управленияпроцсссом роторного бурения.
3.1 Выбор тина и требований к системе управления.
3.2 Требования к критериям функционирования САУ
3.3 Проектирование оптимальных режимов механического бурения.
3.4 Основные принципы работы САУ.
3.4.1 Поиск максимума функции
3.4.2 Методы поиска экстремума.
3.4.3 Метод градиентного спуска с постоянным шагом.
3.5 Выводы по главе 3
Глава 4 Алгоритмическое и программное обеспечение САУ
4.1 Алгоритм управления процессом буренияпромывки
4.2 Программа расчта оптимальных параметров
4.3 Алгоритм управления спускоподъмными операциями
4.4 Программа расчта оптимальных параметров
4.5 Алгоритм контроля технологических и технических ограничений.
4.6 Программа контроля технологических и технических ограничений
4.7 Расчт экономической эффективности САУ
4.8 Выводы по главе 4.
Выводы по диссертации
Список литературы


Его выводы подтверждены отечественной и зарубежной практикой [9, , ]. На рис. I - зона малых осевых нагрузок, в ней происходит поверхностное, незначительное разрушение породы, её истирание, поскольку контактное давление зубьев долота на породу меньше предела её прочности. В этой зоне нм пропорциональна в в первой степени. II - в ней увеличивается контактное давление зубьев долота на породу, что приводит к откалыванию кусочков и к заметному нелинейному росту пм. III - давление С превышает предел прочности породы, происходит интенсивное объёмное примерно по линейному закону, но с значительно большим, чем в зоне I наклоном. Рисунок 1. IV-происходит повторное перемалывание выбуренного шлама на забое, т. Величина им достигает своего максимума при осевой нагрузке См и уменьшается, как показано кривой 1а. Однако па практике достижение максимума ом в зоне IV реализуется редко, т. Поэтому реально достижимый максимум ом будет находиться в конце зоны III - начале зоны IV. На величину механической скорости влияют: конструкция и качество изготовления долота, физико-механические свойства породы, величина осевой нагрузки долота и частота его вращения, количество и физико-механические свойства прокачиваемой жидкости, скорость и направление струй, вытекающих из отверстий долота и омывающих забой и шарошки, а также многое другое. Наличие большого числа различных факторов, влияющих на механическую скорос ть бурения, наглядно показывает трудность их комплексного учета в одной формуле. Однако многолетние исследования позволили все же существенно упростить вид связи механической скорости с этими факторами, оставив из них следующие: осевую нагрузку на долото О, Н; частоту вращения долота п, об/мин; количество прокачиваемой жидкости О, л/с; физико-механические свойства промывочной жидкости и породы, а также особенность и состояние породоразрушающих элементов долота. Параметры элементов долота определяются в модели опытными коэффициентами, а свойства промывочной жидкости, в отличие от в, п и С? Q, или величина гидравлической мощности Ид, срабатываемой в отверстиях долота, в известных, опубликованных в отечественной и зарубежной литературе моделях углубления почти отсутствуют. В предложенных моделях количество промывочной жидкости обычно выбирается на основе опыта бурения и учитывается с помощью коэффициентов, а прогнозируемые показатели считаются справедливыми только для этого количества. Такой подход нельзя считать правильным, так как рассматриваемый фактор тесно связан с другими режимными параметрами и не может определяться вне связи с ними. Количество промывочной жидкости является одним из элементов единого механизма бурения и обязано учитываться во взаимосвязи с другими элементами. В этом плане заслуживают внимания работы [, ), в которых сделана попытка преодолеть существующий пробел и найти обоснованное комплексное решение задачи, включив и модель углубления количество промывочной жидкости Q, а в модель промывки ввести механические параметры - осевую нагрузку Fia долото G и скорость вращении ротора п. Модель Галле-Вудса-Лубинского [, ]. В этой математической модели механического бурения, получившей широкие распространение и признание, состояние процесса проходки для произвольного момента времени определяется текущими значениями им, степени износа зуба и опоры долота, т. Модель построена без учета ограничений на область управления при допущении, что в конечной точке долбления происходит полный износ зубьев и опоры, учитывает несовершенный вынос шлама с забоя, используется для расчета оптимальной осевой нагрузки и числа оборотов долота для достижения минимальной стоимости проходки. Ц(3) - функция осевой нагрузки. В работах [, ] приведена другая модель США, по которым ведется расчет оптимальных параметров бурения. В ней механическая скорость бурения также выражается в виде функции нагрузки на долото, скорости вращения и состояния опоры и вооружения долота, но принимается, что скорость проходки линейно зависит от нагрузки на долото и нелинейно от числа оборотов и состояния долота.