Введение к работе
Актуальность темы. Благодаря интенсивному развитию информационной и вычислительной техники, а также широкому использованию информационно-измерительных систем (ИИС) в области бурения, значительно облегчается решение многих задач, направленных на повышение технико-экономических показателей строительства нефтяных и газовых скважин. Одной из важных задач применения ИИС является оптимизация процесса бурения с целью сокращения сроков строительства скважин. Особое значение эта цель приобретает в эксплуатационном бурении, где уже известна схема разработки месторождений, и эффект от экономии времени строительства добывающих скважин и, как следствие, материальных ресурсов при таком массовом бурении будет заметнее.
Как известно, наиболее важным показателем темпа бурения скважины является рейсовая скорость проходки ( Vp ). Создание и поддержание условий бурения, позволяющих достичь максимально возможной рейсовой скорости в каждом отдельном рейсе, ведет к уменьшению времени бу-.' рения всей скважины. В связи с этим оптимизация процесса бурения должна быть направлена на выбор таких значений факторов, влияющих на условия бурения, или иначе, режимных параметров бурения, которые позволяют реализовать критерий максимума рейсовой скорости ( Vp^max). к режимным параметрам относятся: осевая нагрузка на долото ( Р ), частота вращения долота ( П. ), расход промывочной жидкости ( Q ) и другие.
В существующих ИИС оптимизации процесса бурения выбор оптимальных режимных параметров осуществляется по максимальному значению другого выходного показателя -механической скорости.
Критерий максимума механической скорости ( V=mat.) не учитывает затараты времени на спуско-подъемные операции для замены долота, возрастающие с глубиной скважины, и не способствует ускорению темпов бурения.
Важными параметрами при поиске оптимального режима бурения являются интервал измерения ( ДІ ) выходных показателей процесса бурения и шаг дискретизации осевой нагрузки ( д Р ), до сих пор остающейся пока единственной регулируемой в процессе бурения величиной.
В существующих ИИС оптимизации процесса бурения значения величин at и дР устанавливаются эмпирически и остаются постоянными в течение всего рейса. В результате этого растет погрешность измерения выходных показателей в процессе рейса, снижается точность определения момента окончания рейса и повышается вероятность преждевременного выхода долота из строя.
Благодаря использованию в составе современных ИИС оптимизации процесса бурения ЭВМ, значительная роль отводится алгоритмическому обеспечению ИИС, которое базируется на методах оптимизации. Последние можно разделить на неоперативные, которые основаны на предварительном расчете режимных параметров, и оперативные,которые позволяют выбирать оптимальные значения режимных параметров в самом ходе бурения и, следовательно, позволяют учитывать фактические условия бурения и точнее реализовать цель оптимизации.
В связи с этим актуальной задачей является разработка и исследование оперативных методов и средств оптимизации процесса бурения, повышающих точность измерения его выходных показателей и позволяющих сократить сроки строительства скважины.
Целью настоящей работы является разработка и исследование оперативного метода оптимизации процесса бурения, обеспечивающего максимально возможные темпы бурения скважины и позволяющего повысить точность измерения рейсовой скорости, а также реализация этого метода в автоматизированной ИИС.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
проанализированы информационные потоки процесса бурения и свойства последнего, важнейшими из которых являются экономичность и эффективность;
проанализированы источники методических погреш-
ностей при оптимизации процесса бурения по критерию максимума механической скорости;
исследованы статистические характеристики рейсовой скорости по глубине скважины;
проведена сравнительная оценка методов оптимизации и обоснован метод оперативной оптимизации по рейсовой скорости;
впервые разработан метод и алгоритм оперативной оптимизации по одному выходному показателю от начала до конца рейса - по рейсовой скорости;
- предложен новый критерий быстрого поиска оптимального режима:
предложен метод определения интервала осреднения рейсовой скорости и шага дискретизации осевой нагрузки ;
разработан алгоритм функционировапния и структурная схема ИИС для оптимизации процесса бурения по рейсовой скорости;
осуществлен синтез ИИС и проанализированы методические погрешности ИИС;
проведены промысловые испытания ИИС и получены положительные их результаты.
Методы исследований основаны на использовании дифференциального и интегрального исчислений, статистических методов обработки результатов измерений, теории вероятности и теории измерений.
Научная новизна работы заключается в следующем:
впервые разработан оперативный метод оптимизации процесса бурения по рейсовой скорости;
предложен критерий быстрого поиска и поддержания оптимального режима бурения;
предложен и исследован новый метод определения интервала измерения рейсовой скорости и шага дискретизации осевой нагрузки;
разработан адаптивный алгоритм функционирования ИИС, позволяющий уменьшить погрешность измерения рейсовой скорости и повысить точность поиска и поддержания оптимального режима бурения;
разработана структурная схема ИИС.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
разработанный метод позволяет оптимизировать процесс бурения по одному выходному показателю от начала до конца рейса - по рейсовой скорэсти, характеризующей темпы бурения скважины;
предложен оригинальный метод оределения интервала измерения рейсовой скорости и шага дискретизации осевой нагрузки;
разработанный алгоритм функционирования ИИС позволяет снизить погрешность измерения рейсовой скорости и повысить точность поиска и поддержания оптимального режима бурения;
разработана и практически реализована автоматизированная ИИС оптимизации процесса бурения, позволяющая сократить срок строительства скважины.
Реализация и внедрение результатов работы.
Разработанный алгоритм функционирования автоматизированной ИИС оптимизации процесса бурения., а также сама ИИС испытаны в Методической экспедиции геолого-экономических исследований (МЭГЭИ), г. Ташкент и рекомендованы к дальнейшему использованию при разработке оперативных систем оптимизации процесса бурения глубоких скважин.
Акт и протокол испытаний алгоритма приложены к диссертационной работе .
Апробация работы. Основные положения, выводы и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
Всесоюзной научно-технической конференции "Информационно-измерительные системы" (г. Ульяновск, 1939 г.);
Региональной научно-технической конференции "Совершенствование методов поиска, разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений" ( г.Пермь, 1989г.)
Всесоюзной научно-технической конференции "Измерительные информационные системы" (г. Санкт-Петербург, 1991 г.) и трех областных научно-технических конференциях в 1987 и 1990 г.г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 2 авторских свидетельства на изобретения.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений, 41 рисунка и 10 таблиц, содержит 103 страницы машинописного текста, список литературы из 77 наименований на 8 страницах.