Повышение эффективности контроля технологического процесса разведочного бурения в трещиноватых горных породах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.15.14, кандидат технических наук Шаповал, Александр Андреевич

• Шаповал, Александр Андреевич
• кандидат технических наук
• 1984

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шаповал, Александр Андреевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР И АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ РАБОТ В ОБЛАСТИ КОНТРОЛЯ ПРИ ОПЕРАТИВНОМ УПРАВЛЕНИИ ПРОЦЕССОМ БУРЕНИЯ

В ТРЕЩИНОВАТЫХ ГОРНЫХ ПОРОДАХ.

I.I.Общая характеристика информационного обеспечения систем оперативного управления процессом бурения

1.2.Существующие критерии и методы оценки степени трещиноватости горных пород. •

1.3. Характеристик а электроприводов буровых установок как элементов системы оперативного управления технологическим процессом бурения

1.4.Анализ затрат мощности при бурении в трещиноватых породах ••••.•

1.5.Особенности оперативного управления процессом бурения в трещиноватых породах

1.6.Обоснование цели и постановка задач исследований

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА БУРЕНИЯ.

2.1.Аналитические исследования изменения параметров режимов работы электронривода в зависимости от трещиноватости разбуриваемых горных пород

2.2.Методика определения информативности технологических параметров процесса бурения.

2.3.Анализ погрешностей измерения вращающего момента двигателей электроприводов буровых установок

2.4.Исследование погрешностей измерения механической скорости проходки скважин.

2.5.Дискретизация процесса измерения технологических параметров при определении их показателей информативности.

2.6.Выводы по второе разделу.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА БУРЕНИН С ПРИМЕНЕНИЕМ РАЗРАБОТАННЫХ СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ.

3.1.Разработка системы автоматического контроля и регистрации технологических параметров для проведения экспериментальных исследований . . . • •

3.2. Определение вероятностных характеристик технологических параметров процесса бурения

3.3.Оценка влияния износа породоразрушающего инструмента на изменение механической скорости проходки

3.4. Оценка погрешностей измерения механической скорости проходки . ••.,.

3.5.Исследование информативности технологических параметров процесса бурения в трещиноватых породах

3.6.Выводы по третье^ разделу.

4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ ОПЕРАТИШОМ

УПРАВЛЕНИИ ПРОЦЕССОМ БУРЕНИЯ.

4.1.Обоснование требований к разработке технических средств контроля технологических параметров процесса бурения.

4.2.Способ и устройства контроля механической скорости проходки и условного износа породоразрушающего инструмента

4.3.Измерение вращающего момента электропривода буровой установки в процессе проходки скважины

4,4. Определение трещиноватости горных пород по реакции электропривода буровой установки.

4.5.Технико-экономические исследования разработанных средств контроля технологических параметров процесса бурения • • • •

4.5.1.Практическая реализация разработанных средств контроля для повышения эффективности процесса бурения разведочных скважин

4.5.2.Определение экономической эффективности использования средств контроля технологических параметров процесса бурения •

4.6.Выводы по четвертому разделу.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности контроля технологического процесса разведочного бурения в трещиноватых горных породах»

Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1981 - 1985 года и на период до 1990 года, принятыми ХХУ1 съездом КПСС, предусмотрено дальнейшее повышение эффективности геологоразведочных работ, применение высокоэффективного оборудования и аппаратуры с целью ускорения геологической разведки и увеличения добычи полезных ископаемых.

При разведке месторождений твердых и горючих полезных ископаемых одним из основных и наиболее трудоемких производственных процессов являются буровые работы.

С целью повышения производительности разведочных буровых работ требуется значительное увеличение скоростей проходки скважин, которое может быть достигнуто за счет интенсификации процесса бурения. Интенсификация поисков и разведки месторождений полезных ископаемых тесно связана с научно-техническим прогрессом в управлении производством геологоразведочных буровых работ, автоматизацией технологических процессов бурения скважин. Повышение эффективности этих процессов достигается путем использования современных методов управления, вычислительной техники и совершенной контрольно-измерительной аппаратуры.

Процесс проходки скважины непрерывно сопровождается как изменениями конкретных горно-технологических условий на забое, так и изменением технического состояния породоразрушаюшего инструмента.

Это обусловливает необходимость определения эффективных значений технологических параметров непосредственно в процессе проходки скважины. Это может быть осуществлено путем решения ряда задач информационного обеспечения и, в частности, определения достоверных оценок режимных параметров и показателей состояния горных пород в процессе проходки скважины.

В связи с этим в настоящее время уделяется большое внимание разработке новых технических средств оперативного контроля, позволяющих обеспечить рациональные режимы отработки породораз-рушающего инструмента и оперативное управление технологическим процессом бурения.

Следовательно, разработка методов и средств оперативного контроля технологических параметров, обеспечивающих решение задач информационного обеспечения процесса разведочного бурения, является весьма актуальной проблемой.

Исследования, представленные в настоящей работе, выполнены в рамках плана научно-исследовательских работ по отраслевой проблеме Мингео СССР Х1Х^88 "Разработка системы оптимального управления производством работ на геологоразведочном объекте".

Целью настоящей работы является разработка и совершенствование технических средств сбора и распознавания информации о состоянии горных пород по степени трешиноватости и режимах их разрушения при бурении разведочных скважин.

В диссертационной работе решаются следующие задачи:

1. Разработка методики определения информативности технологических параметров процесса бурения.

2. Исследования изменений параметров режима работы электропривода буровых установок в зависимости от трешиноватости разбуриваемых горных пород.

3. Анализ и экспериментальные исследования погрешностей измерения технологических параметров процесса бурения.

4. Определение вероятностно-статистических характеристик параметров технологического процесса бурения и показателей состояния горных пород по трешиноватости для оценки показателей их информативности.

5. Разработка методов и технических средств оперативного контроля технологических параметров процесса бурения и определения состояния горных пород по их трешиноватости.

6, Технико-экономические исследования разработанных технических средств контроля в производственных условиях.

При решении поставленных в работе задач использовались методы обобщения и анализа результатов теоретических и экспериментальных исследований технологических параметров процесса бурения. При исследованиях использовались аналитические методы оценки погрешностей, метод адаптивной дискретизации и регрессионно-дисперсионный анализ параметров процесса бурения. При оценке информативности технологических параметров с применением средств вычислительной техники использовались вероятностно-статистические методы, корреляционный анализ и методы теории информации.

Правильность основных теоретических положений, а также возможность практической реализации предложенных методов и средств контроля параметров процесса бурения проверялась экспериментально-производственными исследованиями. При определении эффективности использования разработанных методов и технических средств проведены технико-экономические исследования.

Научная новизна результатов проведенных исследований технологического процесса разведочного бурения в трещиноватых породах заключается в следующем:

- теоретически и экспериментально установлена функциональная связь между мощностью, затрачиваемой на разрушение горной породы при алмазном геологоразведочном бурении, и степенью её трешиноватости. Создана математическая модель для определения трешиноватости разбуриваемых пород по реакции электропривода установок геологоразведочного бурения;

- разработана методика определения количественных показателей информативности технологических параметров процесса бурения, основанная на положениях теории информации с использованием вероятностно-статистических оценок исследуемых параметров;

- даны оценки методических погрешностей измерения механической скорости проходки при дискретно-непрерывном характере перемещения бурильной колонны. Рекомендован оптимальный шаг дискретизации проходки при измерении усредненных значений механической скорости бурения, равный периоду времени между двумя очередными подачами бурильного инструмента, т.е. в точках регенерации дискретно-непрерывного процесса перемещения бурильной колонны;

- установлено, что трещиноватоеть горных пород в процессе проходки скважины представляет поток редких событий, распределение которого соответствует закону Цуассона. Это дало возможность количественно оценить показатели информативности исследуемых параметров.

Основные положения, защищаемые в работе:

1. Показатель трешиноватости горных пород функционально связан с величиной мощности, затрачиваемой электроприводом при алмазном геологоразведочном бурении. Разработана математическая модель, которая дает возможность разработки технических средств автоматизированного определения трешиноватости горных пород непосредственно в процессе проходки скважины по реакции электропривода установок геологоразведочного бурения.

2. Технологические параметры процесса бурения рекомендуется оценивать по их информативности статистическим методом по результатам оперативного контроля с учетом количества информации, которую несет соответствующий измерительный сигнал о параметре и его граничных значений, скорости его изменения, мощности сигнала, а также коэффициента чувствительности параметра к изменению целевой функции оптимизации процесса, который предложено определять как среднеквадратическое отклонение коэффициентов взаимной корреляции параметров от их нулевого значения.

3. При бурении разведочных скважин со свободной подачей бурильного инструмента на забой технологический процесс имеет дискретно-непрерывный характер и классифицируется как регенерирующий. В связи с этим возникают методические погрешности при измерении усредненных значений механической скорости проходки.

Для устранения указанных погрешностей процесс измерения рекомен-0 дуется производить в точках регенерации.

4. Устройства для измерения механической скорости проходки и условного износа породоразрушающего инструмента, в которых для устранения методических погрешностей реализован способ дискретизации проходки в точках регенерации. Устройства защищены авторскими свидетельствами на изобретения №746091 и ШЭ0432.

5. Устройства для измерения вращающего момента на вращателе буровой установки и на валу электробура по мощности, затрачиваемой электроприводом, повышенной точности, позволяющие учитывать изменение мощности холостого хода при изменении момента сопротивления горной породы разрушению породоразрушаюшим инструментом (авторские свидетельства на изобретения Л717573 и №924527).

6. Функциональная схема преобразующего устройства, которое дает возможность реализовать алгоритм определения показателей трешиноватости разрушаемой породы по реакции электропривода установок геологоразведочного бурения.

7. В результате проведенных теоретических и экспериментально-производственных исследований определены возможные принципиальные напрвления дальнейшего развития работ по совершенствованию существующих и разрабатываемых средств контроля состояния и свойств горных пород для обеспечения возможности их использования при автоматическом регулировании электропривода буровой установки с целью обеспечения рациональных режимов ведения технологического процесса проходки скважин.

Достоверность результатов теоретических исследований подтверждены данными экспериментов, выполненных в производственных условиях. При определении показателей информативности параметров процесса бурения использованы основные положения теории информации и статистические характеристики, полученные на основании фактических данных эксплуатации буровых установок. Оценка погрешностей измерения механической скорости проходки подтверждается дисперсионным анализом данных экспериментальных исследований. При определении вероятностно-статистических характеристик параметров процесса бурения использованы критерии согласия математической статистики. Разработанные средства контроля технологического процесса бурения защищены авторскими свидетельствами на изобретения.

Используя созданную математическую модель, разработано и изготовлено преобразующее устройство для определения трешиновато-сти горных пород по реакции электропривода буровой установки и внедрено в Алмалыкской 1РЭ ПГО "Ташкент геология" . В Надворнян-ском УБР ПО "Укрнефть" и Дрогобычском долотном заводе внедрены устройства для измерения проходки и механической скорости бурения. Информационно-измерительная система контроля параметров процесса бурения внедрена в Стрыйской разведочной экспедиции глубокого бурения и Бориславском УБР ПО "Укрнефть".

Использование разработанных устройств контроля в процессе бурения разведочных скважин позволили осуществить выбор более рациональных режимов, что дало возможность повысить производительность процесса на 10 - 15 %•

Основные положения диссертационной работы, научные и практические результаты обсуждались на П конференции молодых ученых и студентов нефтяных вузов (г. Москва, 1974 г.), Всесоюзной конференции по измерительным информационным системам "ИИС-75" (г. Кишинев, 1975 г.), Всесоюзном совещании "Повышение качества нефти и продуктов ее переработки" (г, Москва, 1976 г.), Всесоюзном научно-техническом совещании "Опыт разработки и внедрения АСУ буровыми работами" (г. Грозный, 1976 г.), 1У научно-техничен. . ской конференции молодых ученых и специалистов УкргипроНИИнефть (г. Киев, 1977 г.), конференции молодых ученых и студентов нефтяных вузов (г. Кисловодск, 1977 г.), Всесоюзной конференции по измерительным информационным системам "ИИС-77" (г. Баку, 1977 г.), научно-технических конференциях и семинарах Ивано-Франковского института нефти и газа ( 1976 - 1983 г.г.), технических совещаниях в Алмалыкской ГРЭ и ПГО "Ташкентгеология" ( 1980 - 1983 г.г.).

Основное содержание работы опубликовано в 16 печатных работах. Оригинальность предложенных в процессе исследований технических решений подтверждается 4 авторскими свидетельствами на изобретения. Материалы диссертации отражены также в 5 научно-исследовательских отчетах.

Исследования проводились на кафедрах автоматизации производственных процессов и электроснабжения и электрооборудования промышленных предприятий Ивано-Франковского института нефти и газа, в Алмалыкской и Восточно-Куроминской ГРЭ ПГО "Ташкентгеология", в Стрыйской разведочной экспедиции глубокого бурения, в Надворнянском и Борис лав ском УБР ПО "Укрнефть".

Выполнены исследования при творческом содружестве с сотрудниками отдела управления и экономики буровых и горно-разведочных работ ВИЭМСа, отдела внедрения ВНИИБТ, Ш НТ ПГО "Ташкентгеология", кафедры механизации и автоматизации МЕРИ.

Автор выражает благодарность кандидатам технических наук Абдумажитову А.А., Горбийчуку М.И., Замиховскому Л.М., инженерам Бестелесному А.Г., Бинштоку Т.Н., Гирныку Я.И., Закрытому В.Ф. за активное участие в проведении совместных экспериментально-Производственных исследований, к.т.н., доценту Семенцову Г.Н. за методическую помощь и консультации при работе над диссертацией, кандидатам технических наук, доцентам Гаврилюку Р.Б,, Костырко Я.-В.И., Романюку Ю.Ф. за ценные советы и критические замечания, высказанные при обсуждении результатов проведенных исследований, а также многим другим, оказавшим содействие и поддержку при работе над диссертацией.

Автор искренне благодарен научным руководителям, доктору технических наук, профессору Алексееву В.В. и доктору технических наук Питерскому В.М. за научно-методическое руководство при выполнении диссертационной работы.

I. ОБЗОР И АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ РАБОТ В ОБЛАСТИ

КОНТРОЛЯ ПРИ ОПЕРАТИВНОМ УПРАВЛЕНИИ ПРОЦЕССОМ БУРЕНИЯ

В ТРЕЩИНОВАТЫХ ГОРНЫХ ПОРОДАХ

I.I. Общая характеристика информационного обеспечения систем оперативного управления процессом бурения

Научные результаты исследований ученых-буровиков в последние годы позволили представить процесс разведочного бурения как сложную кибернетическую систему [34,103] .

Вопросы оптимизации технологического процесса колонкового бурения освещены в фундаментальных трудах профессора Козловского Е.А. [35] .

Значительный объем исследований, которые провели Башкатов Д.Н., Владиславлев B.C., Воздвиженский Б.И., Волков С.А., Гафиятуллин Р.Х. Калинин А.Г., Кардыш В.Г., Пономарев П.П., Оулакшин С.С., Царицын В.В. и др. [16,18,19,20,33,40,72,79,88,103,104,105,117,119,124] посвящен определению рациональных технологических параметров процесса бурения скважин. Ряд работ направлен на совершенствование методов и средств измерения и контроля технологических параметров и показателей бурения, среди которых работы Байдюка Б.В., Боброва В.Ф., Бройтмана П.М., Бражникова В.А., Кузнецова В.А., Куликовского Л.Ф., Леонтьева О.П., Леонова А.И., Мелик-Шахназарова A.M., Томуса Ю.Б., [4,8,10,12,22,38,41,42,45,68,109] пользуются всеобщим признанием.

В эти годы появились работы, посвященные моделированию различных производственных процессов бурения скважин для целей управления. Среди них работы Питерского В.М., Демихова В.И., Комарова М.А., Айзуппе Э.А., Габашвили В.В., Лиммуса Ю.Л., Михеева Н.Н., Семенцова Г.Н., Сергеева М.И., Ясашина A.M. и др. [22,34,48,53,

74,75,80,100,102,114,130,1361 .

Однако в приведенных работах не нашли своего отображения и достаточной научно-технической проработки вопросы информационного обеспечения для осуществления оптимального оперативного управления технологическим процессом бурения в реальном времени и автоматизации управления разведочным бурением.

Современный технический комплекс располагает высокопроизводительным буровым оборудованием и инструментом, позволяя эффективно вести процесс бурения на твердые полезные ископаемые.

Однако уровень управления технологическим процессом бурения значительно отстает от технической вооруженности геологоразведочных предприятий. Это приводит к повышенной аварийности, снижению качества буровых работ, снижает их геолого-экономическую эффективность.

Радикальным методом существенного улучшения управления процессом бурения является разработка и внедрение автоматизированных систем управления технологическим процессом бурения [34,113,1283 . Однако они базируются на серийной контрольно-измерительной аппаратуре, не отвечающей требованиям САУ. При этом возникает необходимость решения ряда задач информационного обеспечения АСУ ТП. Поэтому в настоящее время уделяется большое внимание разработке новых технических средств, позволяющих обеспечить оперативный контроль и эффективное управление буровыми работами. При этом одним из важных вопросов, подлежащих решению, является разработка информационных измерительных систем, использование которых позволит оптимизировать технологию бурения скважин при разработке определенного алгоритма функционирования системы управления.

Согласно проведенному обобщению » выделены два взаимосвязанных направления в разработке алгоритмов функционирования системы оперативного управления технологическим процессом бурения.

Первое направление связано с построением математических моделей на основе данных о физико-механических свойствах горных пород и статистических показателей бурения в различных условиях 16,34,45,48,78,95,114,119,124]. Они представлены статическими моделями, отражающими зависимость между входными и выходными параметрами процесса бурения, по которым устанавливаются рациональные параметры режима бурения без учета их изменения в течение рейса.

Статические модели представляют собой в основном зависимость критерия оптимизации от параметров режима бурения: c»/(F); С«ЯИ); C«#F,n); c.tfF,n,Q), a.i> где О - критерий оптимизации ( например механическая или рейсовая скорость проходки, стоимость I м проходки и др.), F- осевая нагрузка, |7 - частота вращения, Q - расход промывочного агента.

• Второе направление предусматривает разработку активных методов поиска экстремума на основе локальных математических моделей, получаемых в реальном масштабе времени [[13,32,74,75,131,136] .

Сложность и недостаточная изученность технологического процесса бурения при этом требует использования в качестве математической модели системы зависимостей, учитывающих наиболее полное количество факторов, определяющих эффективность управления. При этом представляются наиболее эффективными методы построения моделей на основе активного эксперимента и группового учета аргументов ( ША ) [I9,23,26,76,125j .

В качестве входных параметров модели, созданной по алгоритмам МГУА, использованы следующие : параметры режима бурения, проходка за рейс, глубина скважины, физико-механические свойства и трещиноватость горных пород, угол наклона трещины, выход керна, тип породоразрушающего инструмента и величина его износа к началу и в течение рейса. Критерием оптимизации принята себестоимость бурения.

В качестве ограничений выбраны верхний и нижний пределы изменения управляемых параметров,,затраты мощности на бурение, ресурс породоразрушающего инструмента, верхний и нижний пределы механической скорости проходки, ограничения на выход керна.

Технологический процесс разведочного бурения характеризуется большой степенью неопределенности вследствие сложного характера взаимодействия системы управления с горно-геологическими условиями проходйи скважин £58,92,95,111* 120] . Сложные взаимосвязи между входными и выходными переменными, распределенность во времени и пространстве, высокий уровень шумов, недостаточная априорная информация о закономерностях процесса и другие причины создают значительные трудности в создании адекватных моделей.

Как и большинство технологических процессов, бурение разведочных скважин представляет собой случайный процесс, характеризующийся ся нестационарностью и нелинейностью, многомерностью, наличием внутренних обратных связей, с неполной априорной информацией о степени взаимосвязи между параметрами в условиях эксплуатации, что значительно усложняет его адекватное математическое описание как объекта управления [[34,65,71,77] .

Необходимым требованием при моделировании является возможность измерения входных и выходных параметров, являющихся исходной информацией для идентификации технологического процесса бурения, При изучении технологических процессов бурения невозможно учесть влияние всех факторов, действующих на процесс, а также всех взаимосвязей, влияющих на его закономерности. Поэтому построение модели должно осуществляться по относительно небольшому количеству определяющих параметров, выбор которых обусловлен поставленной целью, наличием технических средств получения, передачи и обработки необходимой информации, уровнем теоретических исследований, разработанными алгоритмами и математическим обеспечением. Если модель несет в себе ограниченную информацию о процессе, то она не сможет обеспечить достижения цели, поставленной перед системой управления. В случаях, когда в модели содержится больше сведений о процессе, чем это требуется для целей управления, и часть этих сведений не используется, то для построения системы управления понадобятся излишние затраты.

Следовательно, на первом этапе исследований возникает задача ограничения количества входных переменных. Решение этой задачи во многом определяется априорной информацией о технологическом процессе бурения.

Для количественной оценки степени идентичности модели и реального технологического процесса используются характеристики, построенные на основе дисперсионных методов, а также базирующиеся на методах теории информации. Если применение дисперсионных методов анализа в настоящее время в научной литературе освещено достаточно полно, то информационное описание технологических процессов исследовано недостаточно [71,86] . Сравнительно мало исследованы также вопросы определения показателей информативности входных и выходных параметров технологических процессов как по априорной информации, так и непосредственно в процессе функционирования объектов. Поэтому исследование вопросов информационного описания процессов бурения является важной и весьма актуальной задачей.

При разработке систем контроля и оперативного управления процессом бурения скважин необходимо стремиться к отбору технологических параметров, обладающих наиболее высокой информативностью £34,65] . Такой подход сокращает требуемое число контролируемых параметров и ведет к упрощению процессов измерения без снижения достоверности данных, что повышает эффективность контроля.

В связи с этим возникает острая необходимость оперативного определения наиболее информативных параметров в процессе функционирования буровых установок, что позволит применять адекватную в данной технологической ситуации математическую модель процесса, а сам процесс оптимизировать по выбранному критерию. Это является одной из задач исследований настоящей работы.

Для определения информативных параметров и их количественной оценки необходимо проанализировать существующие критерии и методы оценки состояния разбуриваемых пород, а также выявить особенности оперативного управления процессом бурения в трещиноватых породах. Эти вопросы рассматриваются ниже.

Заключение диссертации по теме «Технология и техника геологоразведочных работ», Шаповал, Александр Андреевич

4.6. Выводы по четвертому разделу

1. Автором показано, что при разработке оптимальной модели устройств контроля технологических параметров процесса бурения целесообразно проводить параллельный анализ исходных структур с ограничением области их функционирования при последующей оптимизаций параметров модели в соответствии с выбранными критериями. При этом разработку рекомендуется производить на основе выбранного алгоритма с учетом целей функционирования разрабатываемого устройства.

2. На основании проведенных исследований, которые позволили выявить источники методических погрешностей и дать их оценку, предложены и разработаны устройства для измерения механической скорости проходки скважин и условного износа породоразрушающего инструмента, уменьшающие методические погрешности на 25 - 30 %.

3. Разработаны устройства для измерения врашашего момента бурильного вала, позволяющие уменьшить погрешности измерения за счет учета изменения мощности холостого хода электропривода при изменении нагрузки и частоты его вращения. Эти устройства позволяют вести оперативный контроль технологического процесса бурения и определять, показатели его эффективности. Оригинальность разработок подтверждается авторскими свидетельствами на изобретения № 717573 и № 924527.

4. На основании предложенного автором алгоритма разработано преобразующее устройство, которое может быть использовано в системе контроля и управления процессом бурения для определения трещиноватости горных пород при проходке скважины по реакции электропривода установок геологоразведочного бурения.

5. Приведена методика и определена экономическая эффективность использования средств контроля технологических параметров при оперативном управлении процессом бурения. I

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате аналитических, теоретических и экспериментально-производственных исследований, приведенных в диссертационной работе, сделаны следующие основные выводы и рекомендации:

1. Установлена функциональная связь между мощностью, затрачиваемой на разрушение горной породы при алмазном геологоразведочном бурении, и степенью её трещиноватости,на основании чего обоснована возможность автоматизированного контроля трещиноватости пород в процессе бурения.

2. Создана математическая модель определения трещиноватости горных пород по реакции электропривода бурового станка.

3. Разработана методика определения информативности параметров процесса бурения, основанная на положениях теории информации с использованием вероятностно-статистических оценок исследуемых параметров.

4. Даны оценки методических погрешностей измерения механической скорости проходки. Установлено, что при циклической дискретизации проходки погрешности достигают 25 - 30 %. Рекомендован оптимальный шаг дискретизации проходки, равный времени между двумя очередными подачами бурильного инструмента.

5. Разработано преобразующее устройство для определения трещиноватости горных пород в процессе проходки скважин по реакции электропривода бурового станка на основе предложенной математической модели и выбранного информативного признака, тока в цепи питания электропривода.

6. Предложены устройства контроля вращающего момента на бурильном валу посредством измерения мощности, затрачиваемой электроприводом, а также устройства контроля механической скорости проходки и условного износа породоразрушающего инструмента, позволяющие уменьшить погрешности измерения на 15 - 20 % и повысить производительность процесса бурения на 10 - 15 % .

7. Внедрение разработанных технических средств контроля на буровых предприятиях ПГО "Ташкентгеология", ПО "Укрнефть", Стрый-ской разведочной экспедиции глубокого бурения позволило достичь экономии приведенных затрат на I метр проходки в среднем 4,5 руб/м за счет выбора более рациональных режимов бурения. Экономический эффект от внедрения разработанных устройств контроля процесса бурения составляет 79,9 тыс. рублей.

8. Определены направления дальнейшего развития работ по совершенствованию существующих и разрабатываемых средств контроля состояния и свойств горных пород для их использования при автоматическом регулировании электропривода бурового станка.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шаповал, Александр Андреевич, 1984 год

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС. Политиздат, М.: 1981, 223 с.

2. Автоматизированная система управления буровыми работами. Афонин JI.A., Грачев Б.А., Дунаев Ю.М. и др. Выпуск 3. Грозный: 1976, 139 с.

3. Алексеев В.В., Гланц А.А., Алексеева Т.В. Энергоснабжение геологоразведочных организаций. М.; Недра, 1980.

4. Алиев Т.М., Мамиконов А.Г., Мелик-Шахназаров A.M. Информационные системы в нефтяной промышленности. М.: Недра, 1972, 240 с.

5. Аналитические и промысловые исследования износа вооружения породоразрушающего инструмента. Семенцов Г.Н., Горбийчук М .И., Зашховский JI.M., Шаповал А.А. Изв. Еузов. Нефть и газ. 1976,1. J& 10, с. 34-37.

6. Бабаев С.Г., Васильев Ю.А. Повышение надежности оборудования, применяемого для бурения на нефть и газ. М.: Машиностроение, 1972.

7. Багринцева К.И. Трещкноватость осадочных пород. М.*, Недра, 1982. 256 с.

8. БайдюкБ.В., ТолстоЕа К.И., Голик И.Г. Основы метафизического подхода к Еопросу об использовании геолого-геофизической информацш о геологическом разрезе скважин при оценке буримости горных пород. Труды ВНИИБТ, вып. 39. М.: 1977.

9. Бендат Дж., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов. М.: Мир, 1974, 464 с.

10. Бобров В.Ф. Определение частоты опроса при дискретном представлении информации в процессе бурения. НТС "Проблемы нефти и газа Тюмени", еып. 42, 1979.

11. Бонгард М.М. 0 понятии "полезная информация". В кн. Проблемы кибернетики. М.: 1963. № 3.

12. Бражников В.А., Кузнецое В.А. Информационные устройства для определения эффективности управления процессом бурения. М.; Недра. 1978, 108 с.

13. Бражников В.А., Милованоь В.П., Шугаев В.Г. К вопросу о статистических методах управления технологическими процессами. В кн. Опыт разработки и внедрения АСУ буровыми работами. М.: ЦНЙИТЭИ приборостроения, 1976.

14. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969. 576 с.

15. Видоеский А.Л. Аналитическое определение интервала усреднения при измерениях механической скорости бурения скважин. В кн. Автоматизация технологических процессов. Труды ВНИИКАнефтегаз. Вып. 3, М.; Недра, 1971.

16. ВладислаЕлев B.C. Разрушение пород при бурении скважин. М.: Гостоптехиздат, 1958, 242 с.

17. Внедрение устройства для измерения износа долот. Семенцов Г.Н., Шаповал А.А., Горбийчук М.И. и др. В кн. Реферативная информация о законченных научно-исследовательских работах в вузах УССР. Киев: Вища школа, 1977, вып. II.

18. Воздвиженский Б.И., Волкое С.А., Волкое А.С. Колонковое бурение. М.: Недра, 1982, 360 с.

19. Вопросы управления процессом бурени|. Ред. Вартыкян В.Г., Михеев Н.Н. Методика и техника разЕедки. Л.: ОНТИ, ВИТР, & 131, IS79.

20. Волкое С.А., Козловский Е.А., Питерский В.М. Эффективность бурения алмазными долотами и некоторые особенности искрнЕления скважин при их применении. Геология и разЕедка, 1974, II 4,с. 140-143.

21. Гутников B.C. Применение операционных усилителей в измерительной технике. Д.: Энергия, 1980.

22. Демихов В.И., Леонов А.И. Контрольно-измерительные приборы при бурении скважин. М.: Недра, 1980.

23. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Методы обработки данных. М., Мир, 1980.

24. Длин A.M. Математическая статистика. М., Наука, 1976.

25. Диспетчерское управление буровыми работами. Вопияков В.А., Колесников П.И., Афонин JI.A. и др. М., Недра, 1974, 216 с.

26. Дрейнер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. М.: Статистика, 1973, 392 с.

27. Жилинскас Р.-П.П. Измерители отношения и их применение в радиоизмерительной технике. М.: Сое. радио, 1975, 320 с.

28. Калинин А.Г. Расчет компоновок нижней части бурильной колонны. М.: Недра, 1977, 190 с.

29. КендэлМ. РангоЕые корреляции. М.: Статистика, 1975, 216 с.

30. Киблицкий В.А. Системы управления с бесконтактными логическими элементами. М.: Энергия, 1976.

31. Кияшко Д.А., Стрелевд Л.С. Обработка информации о процессе бурения методами математической статистики. В кн.: Бурение. Труды Куйбышев НИИ НП, вып. 41, 1969, с. 196-203.

32. Козловский Е.А., Гафиятуллин Р.Х. Автоматизация процесса геологоразведочного бурения. М.: Недра, 1977, 211 с.

33. Козловский Е.А., Питерский В.М., Комаров М.А. Кибернетика в бурении. М.: Недра, 1982.

34. Козлоеский Е.А. Оптимизация процесса разведочного бурения. М.: Недра, 1975, 303 с.

35. Козловский Е.А., Питерский В.М. Результаты научных исследований по оптимизации буровых работ. М. 1982, 60 с.

36. Контроль и регулирование процесса алмазного бурения по диаграммам затрат мощности. Шерстюк О.И., Михеев Н.Н., Разумоь Ю.С.и др. Л.: ОНТИ ВИТР, 1976, 41 с.

37. Контроль параметров процесса бурения. Айрапетов В.А., Андрианов В., Веремейкин Б.Я. и др. М.: Недра, 1973.

38. Кофлин Р., Дрискол Ф. Операционные усилители и линейные интегральные схемы. М.: Мир, 1979.

39. Кузьмин И.В. Оценка эффективности и оптимизация автоматических систем контроля и управления. М.: Сое. радио, 1971.

40. Куликовский Л.Ф. Основы информационной техники. М.: Высшая школа, 1977, 360 с.

41. Куликовский Л.Ф., Ушмаев В.И. Информационно-измерительные системы для управления процессом бурения. М.: Недра, 1972, 174 с.

42. Левицкий А.З. Теоретическое исследование факторов, приводящих к подклинке керна при его формировании. Изв. вузов. Геология и разведка. № 2, 1980.

43. Леонов А.И., Парфенов К.А. Контрольно-измерительные приборы и средства автоматизации процессов бурения. М.: ВШИОЭНГ, 1976, 56 с.

44. Леонтьев О.П., Бройтман П.М. Контроль и регулирование режима колонкового бурения. М.: Недра, 1972, 200 с.

45. Лившиц В.Н., АЕазмухамедоЕ Р.А. Исследование процесса алмазного бурения трещиноватых пород. Сер. техн. и технол. геол.-разЕед. работ; орг. производства. М.: ВИЭДС, 1980, еып. 7, С. 1-6.

46. Лимитоеский A.M. Электрооборудование и электроснабжение геологоразведочных работ. М.: Недра, 1977.

47. ЛокотошБ.Н., СеменцоЕ Г.Н. Автоматизация процесса бурения'глу-боких скважин. Льеов: Вища школа, 1977, 248 с.

48. Мавр С., Мицоьа В. Уменьшение числа величин при математическом моделировании промышленных объектов. Доклады Всесоюзного совещания по статистическим методам и теории управления. М., 1972,с. 170-176.

49. Мазур М. Качественная теория информации. М.: Мир, 1974, 239 с.

50. Мамиконов А.Г. Управление и информация. М.: Наука, 1975, 184 с.

51. Марамзин А.В., Блинов Г.А., Галиопа А.А. Технические средства для алмазного бурения. Л.: Недра, 1982, 335 с.

52. Математическое обеспечение системы оперативного управления процессом бурения "Узбекистан-2". Рахимов А.К., Айзуппе Э.А., Сергеев М.И., Чурляев Д.А. РНТС. Сер.: Автоматизация и телемеханизация нефтяной промышленности. ВНИИОЭНГ, 1982, № 2.

53. Методика изучения трещиноватости горных пород и трещинных коллекторов нефти и газа. Под ред. Смвхова Е.М. Л.: Недра, 1969.

54. Методика определения экономической эффективности внедрения новой техники и технологии бурения нефтяных и газовых скЕажин. М.: ВШИБТ, 1977.

55. Методика (основные положения) определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. М.: Экономика, 1977.

56. Методика оценки трещиноватости горных пород. Л.: БИТР, 1977.

57. Методические рекомендации по типизации геолого-технических условий бурения скважин и разработке типоеых технологических процессов. КомароЕ М.А., Питерский В.М., Кузьмичев С.С. и др. М.:1. ВИЖО, 1981, 49 с.

58. Методические указания по определению экономической эффективности использования новой техники, изобретений и рационализаторских предложений на геологоразведочных работах. М.: БИЕМС, 1979.

59. Мирзадаанзаде А.Х., Сидоров Н.А., Ширинзаде С.А. Анализ и проектирование показателей бурения. М.: Недра, 1976, 237 с.

60. Моцохейн Б.И. Ноьые буровые установки с электрическим приводом. М.: ВШИОЭНГ, 1972, 84 с.

61. Моцохейн Б.И., Свердлова Т.А. Применение управляющих вычислительных машин в электроприводах зарубежных буровых установок. М.: ВШИОЭНГ, 1977, 76 с.

62. Мэрфи Дж. Тиристорное управление деигателями переменного тока. М.: Энергия, 1979.

63. Нестеренко Б.К. Интегральные операционные усилители. М.: Энерго-издат, 1982, 128 с.

64. НиколаеЕ В.И. Информационная теория контроля и управления. Л.: Судостроение, 1973, 288 с.

65. Ноеицкий П.В. Осноеы информационной теории измерительных устройст: М.: Энергия, 1968.

66. Опыт разработки и внедрения АСУ буровыми работами. Информационный сборник. М.: ЦНИИТЭИ приборостроения, 1976, 52 с.

67. Орнатский П.П. Автоматические измерения и приборы. КиеЕ: Вища школа, 1980.

68. Орнатский П.П. Теоретические основы информационно-измерительной техники. М.: Вища школа, 1976, 432 с.

69. Осноеы упраЕления технологическими процессами. Под ред. Райбма-на Н.С. М.: Наука, 1978, 440 с.

70. Отраслевая методика по разработке технологии бурения на твердые полезные ископаемые. Васильев В.И., Пономарев П.П., Блинов Г.А. и др. Л.: ВИТР, 1980, 116 с.

71. Петров Б.И., ПетроЕ В.В., АгееЕ В.М. Общая информационная теория проектирования динамических систем измерения, управления и контроля. В кн.: Итоги науки и техники. Сер.: Техническая кибернетика М., 1976, том 7, с. 202-267.

72. Питерский В.М., Айвуппе Э.А., ЧурляеЕ Д.А. Моделирование процесса бурения на ЭЕЛ. М.: ВИЖ, 1982.

73. Питерский В.М. Контроль и управление процессом бурения скЕажин с помощью мини- и микро-ЭШ. Техн. и технол. геол.-разЕед. работ; орг. npo-Еа. Экспресс-информация. ВНИИ экон. минер, сырья и геол.-разЕ ед. работ. ВИЖ. М.: 1982, вып. 5, с. I-I9.

74. Питерский В.М. Научные осноеы оптимизации управления геологоразведочным бурением. Автореф. дисс. на соиск. уч. степени докт. техн. наук. М.; 1983.

75. Питерский В.М., Шаповал А.А. Информативность параметроЕ при оперативном управлении процессом бурения установками с электроприводом. Техн. и технол. геол.-развед. работ; орг. произЕодстЕа. ЭИ.М.: ВИЖ, 1981, с. 1-27.

76. Погарский А.А., Чефранов К.А., Шишкин О.П. Оптимизация процессов глубокого бурения. М.: Недра, 1981, 296 с.

77. Пономарев П.П. Техника и технология алмазного бурения скЕажин в трещиноЕатых породах. Обзор. М.: ВИЖ, 1978.

78. Применение методов математического программирования для оптимизации режимов бурения. Габапшили В.В., Кирия Г.А., Чачапшили А.Г. Тбилиси, 1971, 94 с.

79. Принципы построения плаЕнорегулируемого приЕОда для станкоЕ геологоразведочного бурения. Гафиятуллин Р.Х., Даев Б.Г., Питерский В.М. и др. Сер.: Техн. и технол. геол.-разЕед.работ; орг. производства. М.: ВИЖ, 1977, 39с.

80. Пустыльник Е.Н. Статистические методы анализа и обработки наблюдений. М.: Наука, 1968, 288 с.

81. Пути повышения эффективности колонкоеого алмазного бурения. Воздвиженский Б.И., Володченко К.Г., Воробьев Г.А. и др. М.: ВИсМС, 1980, 78 с.

82. ВабиноЕИч С.Г. Погрешности измерений. Л.: Энергия, 1978, 262 с.

83. Разработка устройства определения трещиноЕатости пород по мощности электропривода установок геологоразведочного бурения. Отчет по х/т № 214/80 Г ос. per. lb 80046564, инв. № 02830056449. Ивано-Франковск, 1983, 138 с.

84. Растригин Л.А. Современные принципы управления сложными объектами. М.: Сов. радио, 1980, 232 с.

85. РацМ.В., Чернышев С.Н. ТрещиноЕатость и свойства трещиноватых горных пород. М.: Недра, 1970.

86. РжвЕский В.В. Физико-технические параметры горных пород. М.: Наука, 1975, 212 с.

87. Розенвассер Е.Н., Юсупов Р.М. Чувствительность систем автоматического управления. Л.: Энергия, 1969, 208 с.

88. Семенцова А.А., Шапоьал А.А. Система автоматической подачи поро-доразрушающего инструмента для проводки направленных скважин электробуром. В кн.: Элементы АСУ в нефтяной промышленности. Киев: Техника, 1977, с. 17-21.

89. Семенцов Г.Н., Горбяйчук М.И., Шаповал А.А. Влияние износа долота на показатели роторного бурения. Изв. вузов. Геология и разЕедка, № 3, 1980, с. 136-139.

90. СеменцоЕ Г.Н., Шаповал А.А., Горбийчук М.И. Об одном алгоритме определения момента смены пласта. Изв. вузов. Горный журнал. Свердловск, 1978, № 5, с. 23-34.

91. СеменцоЕ Г.Н., ШапоЕал А.А., Горбийчук М .И. Устройство для измерения механической скорости проходки скважины. Авт. сеид.

92. J£ 746091. Ей .£ 25 от 07.07.80 г.

93. Семенцов Г.И., ШапоЕал А.А. Устройство для измерения крутящего момента на роторе буроЕой установки. Авт. свид. $ 717573, Ш $ 7 от 25.02.80 г.

94. СеменцоЕ Г.Н., ШапоЕал А.А. Устрой ство для измерения условного износа породоразрушающего инструмента. Ает. сеид. 590432,1 №4 от 30.01.78 г.

95. Скрыпник Ю.А. ПоЕышение точности измерительных устройств. Киев: Техника, 1976.

96. Современные линейные интегральные микросхемы, их применение. Под ред. Гальперина М.Б. М.: Энергия, 1980.

97. Современные методы я средстЕа управления производством геологоразведочных работ на объекте (сборник научных трудов). Под ред. проф. Е.А. Козловского. М.: ВИЖ, 1981.

98. Солодов А.В. Теория информации и ее применение к задачам автоматического управления и контроля. М.: Наука, 1967, 432 с.

99. Способ определения горных пород в процессе бурения сквашн. Беликов В.И., Блинов Г.А., Иванов О.В., Комаров З.В. Л.: ОНШ БИТР, 1979, № 131, с. 36-41.

100. Справочник инженера по геологоразведочному бурению. Козловский Е.А., Кардыт В.Г., Мурзаков Б.В., Блинов Г.А., Питерский В.М. М.: Недра, 1983, т. 1-2.

101. Сулакшин С.М. Практическое рукоЕодстьо по геологоразведочному бурению. М.: Недра, 1978.

102. Сулакшин С.С. Разрушение горных .пород при бурении скважин. Томск, 1979.

103. Сыромятников Е.С. К методике оценки экономической эффективности НОЕОЙ бурОЕОЙ техники. М.: ВНИИОЭГ, 1978.

104. Темников Ф.Е., Афонин В.А., Дмитриев В.И. Теоретические основы информационной техники. М.: Энергия, 1979.

105. Терехов Н.И. Автоматическое регулирование и управление режимами бурения. М.: Недра, 1982, 205 с.

106. Томус Ю.Б., Барычев А.В., Бабин В.А. Информационно-измерительная система в бурении как низшее зЕено АСУТП. Бурение. Тр. Гипро-ткменьнефтегаза, вып. 39, Ткмень, 1974, с. 122-131.

107. ПО. ТоролоЕ С.С., Бражников В.А., Кузнецое В.А. Об оптимальном интервале усреднения при измерении механической скорости бурения. Изв. вузов. Нефть и газ, В I, 1975, с. 94-96.

108. I; Туякбаев Н.Т., Федоров Б.В., Баймолдаев Б.К. О механизме разрушения керна при бурении в монолитных и трещиноватых породах. Изв. ЕузоЕ. Геология и разЕедка, № 5, 1980.

109. Управление процессом бурения по характеру записи расхода мощности. Бугае;р А.А., Лиешиц В.Н., Шерстюк О.И., Абашин Е.В. М.: ВИ5МС, 1978, 49 с.

110. Управляющие вычислительные машины е АСУ технологическими процессами. Под ред. Т. Харрисона. М.: Мир, 1976, 531 с.

111. Фингерит М.А. Технологические критерии оперативного управления работой долота. В кн.: Бурение. Труды Куйбышев НИИНП, вып.41, 1969, с. 82-109.

112. Фоменко Ф.Н. Бурение скважин электробуром. М.: Недра, 1974, 272с.

113. Химмельблау Д. Анализ процессов статистическими методами. М.: Мир, 1973.

114. Царицын В.В. Алмазное бурение.- М.: Недра, 1975. 104 с.

115. Цымбал В.П. Теория информации и кодирование.- Киев: Вища школа, 1977. 288 с.

116. Чефранов К.А. Регулирование процесса бурения.-М.: Недра, 1972.

117. Шаповал А.А., Биншток Т.И. ,3акрытный В.®. Особенности контроля и управления процессом бурения в трещиноватых горных породах.- Техн. и технол. геол.-развед. работ: орг. производства, вып. 8. Отеч. произв. опыт. ЭИ. М.: ВИЭМС, 1984.

118. Шаповал А.А. Влияние шага дискретизации проходки на погрешность измерения механической скорости бурения.- В кн.: Материалы всесоюзного совещания "Повышение качества нефти и продуктов её переработки" 20 22 декабря 1976 г.- М.: 1977, с. 243 - 245.

119. Шаповал А.А., Питерский В.М., Рахимов А.К. Устройство для измерения вращающего момента на валу электробура. Авт. свид.924527, Бй № 16 от 30.04.82 г.

120. Эйгелес P.M., Стрекалова Р.В. Расчет и оптимизация процессов бурения скважин.- М.: Недра, 1977, 200 с.

121. Эйкхофф П. Основы идентификации систем управления.- Под ред. Н.С.Райбмана. М.: Мир, 1975. 683 с.

122. Электрооборудование буровых установок/ Гришин В.Г., Новоселов Ю.Б., Оуд И.И., Цехнов А.Н. Сер.: Машины и нефтяное оборудование. М.: ВНИИОЭНГ, 1976. 80 с.

123. Электропривод новых буровых установок с применением тиристрр-ных преобразователей/ Ерохин В.И., Моцохейн Б.И.,, Парфенов К.А., Портной Т.З., Сахаров С.В. М.: ВНИИОШГ, 1972. 192 с.

124. Эффективность и надежность сложных систем. Плетнев М.Л., Райбе-за А.И., Сохолов Ю.А., Чалый-Прилуцкий В.А. М.: Машиностроение, 1977, 216 с.

125. ЯнкоЯ. Математике- статистические таблицы. М.: Госстатиздат, 1961, 243 с.

126. Ясашин A.M., Шешлло Ю.Н., Погарский А.А. Осноеы создания организационно-технической автоматизированной системы управления бурением (ОТАСУ бурением). Труды ВНИИ буровой техники, 1979, В 42,с. 23-38.

127. Computer-controlled drilling system / Ocean Ind. 1981, N8, p. 84 85.

128. Electronic supervisory control system for drilling wells/ Ray M. Kelseaux Tulsa, Harold J. Dobbs, Bartles ville, both of Okla, and frank D. Priebe.-Patent USA, Ж 3.785.202,cl 73-151.5, 1971.

129. Jean-Hubert Guignard, Sainte Mesne. Methods and apparatus for measuring the rate of penetration in well drilling.- Patent USA, П 3.777.560, cl 73-151.5, 1971.

130. John D. Bennett, Richardson and John W. Peret. Apparatus for and method of logging earth formationsi- Patent USA, n 3.420. 099, cl 73-151.5, 1968.

131. Juignard J. H. Procede et dispositif ppur mesurez la Vitesse d'avancement d*un forage.- Patent Republique Francaise,

132. N 2.119.862, cl E21b 45/00, 1972.

133. Lummus J. L. Drilling optimization.- J. Petrol Technol., 1970, 22, Nov., p. 1379 1388.

134. Real time data processing of measurements whill drilling.-Petrol inform., 1981, N 1559, p. 30-31, 33.