РОЗДІЛ 2
РОЗРОБКА ВИХІДНИХ ТЕОРЕТИЧНИХ ПОЛОЖЕНЬ СК ДЛЯ ЗАПОБІГАННЯ ПРИХОПЛЕНЬ БК
З приведеного, у попередньому розділі, огляду видно, що досі немає методів і СК, які дозволяли б одержувати інформацію про параметри і показники процесу буріння, з метою запобігання прихоплень БК в режимі реального часу.
Основна увага в цьому розділі приділена розробці теоретичних положень СК для запобігання прихоплень БК на базі використання нечіткої логіки. Мета досліджень полягає у введенні основних формалізмів, які необхідні для визначення матриці нечітких знань, тобто носія експертної інформації, які є базою розробки моделі і алгоритмів контролю для запобігання прихоплень БК в процесі буріння.
2.1. Загальна інформаційна модель об'єкта контролю - БК
Загальною функцією контролю для запобігання прихоплень БК при проводці вертикальних, похилих і горизонтальних ділянок стовбура свердловини є визначення стану об'єкта контролю і виявлення ознак прихоплення БК, що потребують керуючих впливів.
Стан БК в кожен момент часу t з певною вірогідністю і точністю, опираючись на постановку задачі контролю і розуміння природи процесу функціонування об'єкту, можна охарактеризувати набором таких величин де h(t) - переміщення БК, які будемо називати параметрами стану БК. При переході від одного миттєвого стану до іншого значення n, Vм, P, M, Q1, Q2 змінюються, тобто вони є функціями стану і часу t.
На БК впливає дуже багато різних зовнішніх впливів, але не всі вони суттєві. Із множини зовнішніх впливів можна відібрати лише такі, що в умовах розв'язку задачі контролю для запобігання прихоплень БК суттєво впливають на стан об'єкта і визначаються:
* геолого-технологічним нарядом (ГТН) (Рис 2.1);
* лабораторними вимірюваннями;
* вимірюваннями і реєстрацією безпосередньо в процесі буріння (Рис. 2.2).
Рис.2.1. Фрагмент ГТН
Геолого-технологічним нарядом визначають ймовірні реологічні властивості бурового розчину, а саме: тиск; густину; в'язкість; водовіддачу; статичну напругу зсуву (СНЗ); число рН, а також хімічні реагенти-добавки бурового розчину при проходженні промислових, продуктивних пластів. Всі реологічні і хімічні властивості бурового розчину визначають періодично в лабораторних умовах.
Параметри процесу буріння: Р, nд, рН, Q1, Q2, h, VМ,МР - вимірюється в реальному часі за допомогою існуючих технічних засобів (ТЗ), наприклад Б7, СКУБ-М2, БУР-САК і т.д.
Найважливішими впливами і параметрами контролю для запобігання прихоплень БК є:
* вхідні керуючі впливи Х(t) ={P(t), n(t), Q1 (t)}, вимірюються в реальному часі;
* параметри бурильної колони А= {k, dт, dц, l, ?аз, ?, dд, }, для кожного інтервалу буріння свердловини задається ГТН;
* стан долота по озброєнню і опорі А={Вд}, є контрольованим збуренням;
* фізико-механічні і абразивні властивості f порід, які є прогнозовані за ГТН (згідно стратиграфічного розрізу), але є неконтрольованими і не прогнозованими збуреннями.
Рис. 2.2. Схема контролю параметрів процесу буріння в режимі
реального часу
Тут:
k - параметри КНБК;
dт - діаметр бурильних труб;
dц - діаметр центратора;
l - довжина БК;
?аз - азимут,
? - зенітний кут;
dд - діаметр долота;
Таким чином, характеристики стану об'єкта Zi (t) пов'язані з вхідними величинами Х(t) і параметрами бурильної колони А і властивостями гірських порід f деякою залежністю
Zi(t) = Fi [x(t), A, f, t], i = 1,..,5.
Загальна модель "вхід - вихід" об'єкта контролю - БК, зображена на рис. 2.3
Рис.2.3. Загальна інформаційна модель об'єкта контролю для запобігання прихоплень БК
Вплив стану БК на показники процесу буріння характеризуються значеннями його вихідних змінних Y(t), які є ознаками прихоплень БК: відношення моменту на роторі МР(t) до номінального моменту Мном(t)
швидкість переміщення VМ(t) БК
VM(t) = 0,
відношення тиску БР р(t) до номінального значення рН(t)
w(t)=p(t)/pН(t) ?? 1,
відношення витрати БР на виході із свердловини Q2(t) до витрати БР Q1(t) на вході до неї
, або
Кожна з вихідних величин визначається через параметри стану Z(t) своєю залежністю
, j = 1,..,4
Для правильного вибору контрольованих величин визначимо клас задачі контролю для запобігання прихоплень БК. У зв'язку з тим, що процес буріння свердловин є нестаціонарним випадковим процесом, що розвивається в часі і між точками простору станів Z і простору спостережень Y немає однозначної відповідності, цей варіант контролю відповідає визначенню подій в умовах апріорної невизначеності [16,68].
Джерелами невизначеності є: властивості гірських порід, що розбурюються, параметри БР; азимут і зенітний кут свердловини; динаміка БК і талевої системи бурової установки; похибки вимірювання контрольованих величин, обумовлені зовнішніми перешкодами і похибками давачів; дискретність спостереження при періодичному контролі та інші.
Якщо невизначеність, що визначається переліченими та іншими джерелами позначити через ?(z, t), то тоді результат спостереження можна зобразити у вигляді схеми спостереження [71], рис. 2.4
Рис. 2.4. Схема спостереження за показниками контролю БК
Контроль параметрів з метою запобігання прихоплень БК в умовах невизначеності, яка має місце при проводці вертикальних, похилих і горизонтальних ділянок стовбура свердловини, має певні особливості, які зв'язані з вибором контрольованих величин і методів контролю.
2.2. Вибір контрольованих величин та визначення частоти опитування
давачів
На рис. 2.3, коли вивчалася структурна схема об'єкта контролю БК для запобігання її прихоплень, попередньо були вибрані найбільш суттєві параметри і величини ХК, що підлягають контролю. Цей попередньо призначений обсяг контролю перебільшений. Тому треба зробити уточнення призначеного обсягу контролю, побудувати модель об'єкта контролю, упорядкувати послідовність контрольованих величин ХК1(t), ХК1(t),..., ХКn(t) і спрогнозувати методичну вірогідність контролю як функцію кількості контрольованих величин.