Автоматизация процесса бурения

Страница 5

Процесс бурения является не только производственным процессом с точки зрения потребления материальных и трудовых ресурсов и производства продукта труда в виде сформированного (пробуренного) ствола скважины и полученного керна (за что, собственно, и производится оплата буровой бригаде), но также и научно-исследовательским процессом, если иметь в виду основную цель производства буровых работ - получение информации о строении земных недр.

Возникает парадокс: планируя, проектируя и нормируя процесс бурения, мы тем самым утверждаем, что знаем предмет труда - земные недра. Но скважины бурят, следовательно, мы не знаем предмета труда и стремимся получить новые знания о строении земных недр. Пока подготовляется процесс бурения, его проектирование мы рассматриваем как детерминированный процесс. После начала бурения и в ходе бурения этот производственный процесс приобретает характер стохастического, научно-исследовательского, информационного процесса. Противоречие между производственным и научно-исследовательским характером процесса бурения является его особенностью, которую необходимо учиты­вать при создании системы автоматизированного управления.

С точки зрения методики автоматического управления процесс буре­ния практически не исследован. Анализ диаграммы записи параметров режимов бурения, записанный с максимально допустимой частотой, показывает практически непрерывные изменения как параметров, так и показателей процесса бурения. С какой частотой нужно управлять процессом бурения, как зависит его эффективность от частоты управления? При ручном управлении эти вопросы не возникали. При автоматическом управлении эта задача является принципиальной.

Управляющие воздействия от системы управления к управляемому объекту должны поступать своевременно и в соответствии с изменившимися условиями бурения. От быстродействия управления во многом висят качество управления и конечный результат. А поскольку процесс бурения динамичен и требует частой корректировки управляющих воздействий, по крайней мере в сильно перемежающихся породах, то очевидно, что автоматизированная система управления обладает преимуществом перед человеком.

Сложные с технологической или эксплуатационной точки зрения процессы могут быть объектом автоматизации управления с применением ЭВМ. Технологическая сложность процесса бурения обусловлена большим количеством технологических переменных, значения которых в той или иной степени определяют эффективность этого процесса, и множеством взаимодействий между ними, что требует приложения не всегда очевидных управляющих воздействий. Это особенно проявляется в различных технологических ситуациях, от правильности распознавания которых зависят управляющие воздействия бурильщиков. Эксплуатационная сложность обусловлена технологической сложностью и характеризуется требованием ведения процесса бурения на оптимальном уровне, в пределах установленной системы ограничений. Это усугубляется и тем, что бурильщику для выбора правильного решения необходимо помнить и предысторию процесса бурения за сравнительно длительный период времени.

Ручное управление даже двумя-тремя параметрами процесса бурения на оптимальном уровне в условиях частоперемежающихся пород и глубокой скважины вряд ли возможно.

Автоматизированное управление процессом бурения позволяет успешно изменять практически одновременно два-три параметра с недоступной человеку частотой. Следовательно, источником эффективности автоматизированного управления является, по крайней мере, уменьшение промежутка времени, поиск оптимального режима, быстрая перестройка с одного режима на другой в связи с изменившимися условиями, а также практически полное исключение нарушений процесса, приводящих к аварийным ситуациям. Кроме того, стратегия управления процессом бурения может быть построена на учете вычисляемых показателей (например, углубка за оборот). Эти косвенные переменные рассчитываются управляющей ЭВМ, использующей информацию об основных параметрах процесса бурения, которые измеряются серийной контрольно-измерительной аппаратурой.

3.3. Основные источники эффективности разработки и внедрения систем автоматизированного управления процессом бурения

Один из основных источников экономической эффективности -повышение качества управления при его автоматизации.

Если управление процессом бурения рассматривать как поддержание параметров процесса (например, механической скорости и т. п.) возможно ближе к заданному режиму, который устанавливается бурильщику инженером-технологом на основе его знаний геолого-технических усло­вий бурения, то качеством управления будет то, насколько точно в течение длительного времени процесс бурения соответствует заданным режимам, установкам и т.д. Как показывает практика, обычно усилий бурильщика недостаточно, чтобы поддерживать процесс в пределах заданного режима или показателя. Это объясняется случайным ха­рактером факторов, влияющих на процесс бурения, и ограниченными возможностями человека.

Система автоматизированного управления обеспечивает повышение качества управления благодаря своей особенности быстро реагировать на возмущения и вырабатывать управляющие воздействия, в которых учитывается взаимное влияние параметров и показателей процесса. Кроме того, система гарантирует качество управления, что особенно важно.

Помимо описанного подхода к управлению, заключающегося в поддержании заданного состояния процесса (так называемое локальное регулирование), в системе должны быть реализованы перспективные методы управления, которые нельзя осуществить с помощью традиционного ручного управления. К ним можно отнести такие методы; реализуемые в процессе автоматизированного управления, как оперативная оптимизация, адаптивная настройка, регулирование по возмуще­нию, управление по вычисляемым косвенным переменным, которые не поддаются непосредственному измерению (например, достижение ми­нимального отношения мощности на бурение к механической скорости бурения), и т.д.

Другой источник эффективности систем автоматизированного уп­равления - увеличение производительности труда в результате роста механической скорости бурения, уменьшения количества аварий и ос­ложнений, увеличения производительного времени за счет объективного документированного контроля.

Очевидно, в ближайшем будущем не предвидится сокращение об­служивающего персонала буровой установки, так как, по крайней мере с точки зрения техники безопасности, буровая установка должна об­служиваться не менее, чем двумя рабочими. Но можно говорить об условном высвобождении численности при автоматизированном управлении даже в процессе бурения одной скважины. Поскольку система управления принимает на себя часть функций обслуживающего бурового персонала, то в высвободившееся время рабочие могут выполнять различные вспомогательные работы. Кроме того, за счет повышения скоростей бурения возможно сокращение количества буровых устано­вок, а следовательно, и численности рабочих.

Снижение себестоимости 1 м бурения скважины - следующий источ­ник эффективности систем автоматизированного управления процессом бурения. Это достигается с одной стороны, за счет роста производи­тельности труда, а с другой - за счет меньших удельных расходов истирающих материалов, инструмента, энергии, увеличения межремонтных сроков оборудования и т.д. Например, известная система Вектор-1. разработанная в Севукргеологии В. А. Флянтиковым и В. А. Бабишиным. обеспечила рост производительности труда на 46%, увеличение механической скорости и длины рейса на 30 и 43% соответственно, снижение затрат мощности при бурении 1 м расхода истирающих материалов и себестоимости буровых работ на 6,50 и 19,3% соответственно.

Такие результаты получены при бурении плановых геологоразведочных скважин общим объемом более 10 тыс. м. Следует учесть, что названная система вследствие жесткой, аппаратной, реализации алго­ритма управления обладает весьма ограниченными функциональными возможностями и по существу управляет лишь по одному пара­метру-нагрузке на породоразрушающий инструмент (долото).