Доповідь/Технічні науки –
Автоматизовані системи управління на виробництві
Гутак О.В., Швець Л.І., Семенцов Г.Н.
Івано-Франківський
національний технічний університет нафти і газу
ВЗАЄМОЗВ’ЯЗКИ ПОКАЗНИКІВ
ПРОЦЕСУ БУРІННЯ СВЕРДЛОВИН ЕЛЕКТРОБУРОМ З ОСЬОВОЮ СИЛОЮ НА ДОЛОТО
Технологічний процес буріння нафтових і
газових свердловин як на воді так і на суходолі, як об’єкт керування
відноситься до класу погано визначених об’єктів, що мають нелінійні статичні і
динамічні характеристики. Процес буріння - це параметрично невизначений об’єкт
з нечітко відомими математичними моделями, що функціонує за умов невідомих
збурень [1]. Щодо параметрів і структури об’єкта проблема керування
ускладнюється тим , що тип не лінійності апріорі невідомий, а її характер може
змінюватися з часом і з глибиною свердловини [3,4]. У зв’язку з цим є
актуальним і доцільним аналіз взаємозв’язків показників процесу буріння
свердловин електробуром з осьовою силою на долото. Вони дозволяють уточнити
математичну модель процесу буріння у конкретному випадку і використати її для
задач ідентифікації і оптимального керування в автоматизованій системі
керування процесом буріння.
Проте, аналіз літературних джерел [1-4
та ін.] показує
недостатній об’єм проведених досліджень в контексті удосконалених математичних
моделей процесу буріння нафтових і газових свердловин електробуром.
Незважаючи на великий об’єм теоретичних
та експериментальних досліджень [1-4 та ін.], розв’язок
проблеми в цьому напрямку не можна визнати закінченим. Тому основною метою
даної роботи є аналіз взаємозв’язків показників технологічного процесу буріння
нафтових і газових свердловин електробуром Е240-8 з осьовою силою на долото, яка є
головною керувальною дією в процесі заглиблення свердловини. Показниками
процесу буріння вибрали активну потужність Р, струм навантаження двигуна
електробура І, механічну швидкість буріння vм, оцінку зношення долота 1/ vм, (рис. 1)
Рисунок 1- Структурна схема технологічного
процесу буріння свердловини електробуром
Вихідні
дані для аналізу отримані в результаті експериментальних досліджень проведених
на свердловині №814Д, яка була пробурена Прикарпатті з використанням електробура Е240-8, долота ЗУ 295, 3С на глибині 2049,2- 2060м
(табл.1) за умови, що Q=const і n=const.
Таблиця 1
Вихідні дані для аналізу
|
P, кВт |
I, A |
vm, м/год |
F, кН |
1/vm, год/м |
|
193.2 |
110.0 |
1.21 |
30.0 |
0.033 |
|
191.1 |
108.0 |
1.94 |
48.0 |
0.021 |
|
201.6 |
111.1 |
1.92 |
54.0 |
0.019 |
|
203.7 |
111.5 |
1.57 |
57.77 |
0.017 |
|
205.8 |
112.0 |
1.97 |
84.0 |
0.012 |
|
206.0 |
115.5 |
2.63 |
90.0 |
0.011 |
|
210.0 |
117.0 |
2.63 |
114.0 |
0.009 |
|
212.0 |
118.5 |
2.86 |
126.0 |
0.008 |
|
214.2 |
120.0 |
3.94 |
132.0 |
0.008 |
|
216.3 |
120.5 |
3.71 |
144.0 |
0.007 |
|
218.4 |
121.0 |
3.94 |
162.0 |
0.006 |
|
220.5 |
121.5 |
3.63 |
174.0 |
0.006 |
|
220.5 |
121.5 |
3.94 |
163.0 |
0.006 |
|
222.6 |
122.5 |
3.63 |
186.0 |
0.005 |
|
222.6 |
123.0 |
3.76 |
186.0 |
0.005 |
|
224.7 |
129.0 |
3.16 |
204.0 |
0.005 |
|
226.8 |
126.0 |
2.63 |
192.0 |
0.005 |
|
231.0 |
126.0 |
3.29 |
180.0 |
0.006 |
|
231.0 |
128.0 |
3.63 |
174.0 |
0.006 |
|
226.0 |
126.0 |
3.39 |
162.0 |
0.006 |
За
допомогою програми Curve Expert v 1.4 і вбудованого в ній майстра
автоматичного підбору побудуємо лінії регресії для даних табл.1[5]. Для першого випадку, тобто графіка залежності
механічної швидкості проходки від осьового зусилля на долото використаємо різні
моделі й наведемо при цьому їх середньоквадратичні похибки. Останній графік
виконано за допомогою команди Curve Finder. Дана команда автоматично
виконує підбір моделі тим самим одержує бажаний результат. Дану методику
використали й для інших випадків.
Отримані
математичні моделі наведені в табл. 2,3,4,5.
Графіки
залежностей vм=f(F), I=f(F),
P=f(F), 1/vм= f(F)
з найбільшим значенням кореляції та найменшими похибками апроксимації, наведені
на рис. 2,3,4,5.
Зведена
інформація про рівняння регресії, похибки апроксимації та коефіцієнтами
кореляції наведено в табл. 2.
Таблиця 2
Моделі, що описують зв’язок механічної швидкості
проходки з зусиллям на долото
|
№ |
Назва графіка |
Загальний
вигляд формули |
Формула |
Коефіцієнт
кореляції, r |
Похибка, S |
|
1 |
Linear
Fit |
|
|
0.828 |
0.497 |
|
2 |
2rd degree
Polynomial Fit |
|
|
0.897 |
0.403 |
|
3 |
Exponential Fit |
|
|
0.791 |
0.542 |
|
4 |
3rd degree
Polynomial Fit |
|
|
0.926 |
0.354 |
Таблиця 3
Моделі, що описують зв’язок струму навантаження
двигуна електробура з зусиллям на долото
|
№ |
Назва графіка |
Загальний
вигляд формули |
Формула |
Коефіцієнт
кореляції, r |
Похибка, S |
|
1 |
Linear Fit |
|
|
0.953 |
1.963 |
|
2 |
Quadratic Fit |
|
|
0.953 |
2.01 |
|
3 |
Logarithm Fit |
|
|
0.918 |
2.563 |
|
4 |
Modified Power |
|
|
0.953 |
1.955 |
Таблиця
4
Моделі, що описують зв’язок споживаної потужності
двигуна електробура з зусиллям на
долото
|
№ |
Назва графіка |
Загальний
вигляд формули |
Формула |
Коефіцієнт
кореляції, r |
Похибка, S |
|
1 |
Logarithm Fit |
|
|
0.936 |
4.237 |
|
2 |
Weibull Model |
|
|
0.948 |
4.056 |
|
3 |
Sinusoidal Fit |
|
|
0.905 |
3.905 |
|
4 |
Modified Power |
|
|
0.948 |
3.822 |
Таблиця 5
Моделі, що описують зв’язок коефіцієнту зносу долота з
зусиллям на долото
|
№ |
Назва графіка |
Загальний
вигляд формули |
Формула |
Коефіцієнт
кореляції, r |
Похибка, S |
|
1 |
4rd degree
Polynomial Fit |
|
|
0.998 |
0.0003 |
|
2 |
Linear Fit |
|
|
0.893 |
0.003 |
|
3 |
Sinusoidal Fit |
|
|
0.964 |
0.002 |
|
4 |
Reciprocal Quadratic |
|
|
0.999 |
0.0002 |
Рисунок 2-
Графік залежності механічної швидкості проходки від зусилля на долото
Рисунок 3- Графік залежністі струму
навантаження двигуна електробура від зусилля на долото
Рисунок 4- Графік залежністі споживаної
потужності двигуна електробура від зусилля на долото
Рисунок 5- Графік залежністі коефіцієнта
зносу долота від зусилля на долото
Висновок
У
результаті аналізу взаємозв’язків показників процесу буріння нафтових і газових
свердловин електробуром Е240-8 з осьовою силою на долото, проведеного з
використанням програмного продукту Curve Expert v 1.4, встановлено що:
·
зв’язок
механічної швидкості проходки з зусиллям на долото адекватно описується
математичною моделлю 3rd degree Polynomical Fit;
·
зв’язок стуму навантаження двигуна
електробура з зусиллям на долото адекватно описується математичною моделлю Quadratic Fit;
·
зв’язок
потужності двигуна електробура з осьовою силою на долото адекватно описується
математичною моделлю Sinusoidal Fit;
·
зв’язок
коефіцієнту зносу долота з осьовим зусиллям на долото адекватно описується
математичною моделлю Reciprical Quadratic.
Отримані
результати дають змогу удосконалити систему автоматизації керування процесом
буріння свердловини електробурами, яка має змінну структуру шляхом урахування встановлених зв’язків під
час переходу від керування за струмом навантаження двигуна до керування за
активною потужністю.
Література:
1.
Закиров Н.Н.
Влияние технологических параметров бурения скважин на механическую скорость и
проходку на долото/ Н.Н. Закиров // Бурение и нефть.- 2003.-№6.- С.16-18.
2.
Бунчак З.
Електробур. Парадокси і реальність / З.Бунчак, О.Дудар, О.Кенот, О. Турянський
// Електроінформ -2003- №4.- С.8-11.
3.
Роменко Ф.Н Бурение скважин электробуром / Ф.Н. Роменко. - М.: Недра.- 1974.-272с.
4.
Горбійчук М.І.
Оптимізація процесу буріння глибоких свердловин / М.І.Горбійчук, Г.Н.Семенцов.
- Івано- Франківськ: Факел, 2003. - 493с.
5.
Програмний
продукт Curve Expert. Режим доступу. -