Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Исходя из анализа математических моделей процесса и задач, решаемых в процессе строительства скважин, дадим описание информационных потоков и их преобразований, составляющих информационную модель буровой. Представим буровую в виде совокупности двух частей: управляемой части, называемой объ­ектом управления, и управляющей части, называемой управляю­щим устройством или оператором [9, 118].

На рис. 1.3 приведена структурная схема движения главных потоков информации, циркулирующих между оператором-бу- рилыциком и управляемой частью буровой, где введены следую­щие обозначения: БУ — буровая установка; О — оператор; РИТС, УБР — районная инженерно-технологическая служба, управле­ние буровых работ; x(t) — вектор возмущающих воздействий; Zc(0 — вектор состояния буровой; Zy(t) — вектор управляю­щих воздействий со стороны оператора на органы управления буровой; Zo(t) ~ отчетная информация о процессе строитель­ства скважины; Zu(t) zr информация о цели управления. Изме­нения внешней среды x(t) действуют так, что вызывают измене­ния характера протекания процесса, что в свою очередь препят­ствует выполнению объектом его целевого назначения. С целью управления объектом оператор получает информацию о внеш­них условиях^об изменении вектора состояния Zc(t), о цели управления Zy(t) Для коррекции управляющих воздействий Zy(t) на объект управления.

Информация zc(0 передается оператору с помощью кон­трольно-измерительных приборов. Передача информации из первого контура управления во второй в настоящее время осуществляется посредством различных документов, форми­руемых на буровой. К ним относятся: суточный рапорт бу­рового мастера, карточки отработки долот, сводка буриль­щика, документы о работе бурового оборудования, диаграм­ма приборов-регистраторов, описание керна, результаты за-

Z'(t) Z. (■()

Рис. 1.3. Схема формирования и движения информации о параметрах процесса бурения

мера параметров промывочной жидкости и т. п. На основе анализа этих документов по ряду бурящихся скважин в про­изводственно-техническом (ТО), геологическом (ГО) и пла­ново-экономическом (ПЭО) отделах УБР составляется ГТН (геолого-технологический наряд) и производится оценка дея­тельности буровых бригад по основным технико-экономи — ческим показателям.

Для конкретной буровой информация о цели управления мо­жет поступать не только в виде ГТН и других руководящих доку­ментов, но и в виде распоряжений и команд от представителей УБР и РИТС на местах (геолог, технолог) о необходимости не­предусмотренного отбора керна, испытании объекта в процессе бурения, дополнительных геофизических работах, изменении режимов бурения и свойств промывочной жидкости и т. п., если фактическое состояние объекта резко отличается от предусмот­ренного ГТН. Поэтому в случае применения на буровой ИИС геолого-технологического контроля последняя должна брать на себя ряд задач верхнего уровня управления, перенося их на ниж­ний уровень управления.

Оперативную информацию, используемую непосредственно оператором_ддя ведения процесса бурения, обозначим X, тогда изменение во времени будет характеризовать собой вектор состояния буровой и, следовательно, можно записать:

*,(/) У(0 у „(О

х{*|, …, х„} У{Уі> У „У

(1.20)

где ■ х, у — соответственно множества входных и выход­ных параметров.

Выражение (1.20) представляет собой математическую модель объекта управления.

К входным параметрам относятся режимные технологические показатели: осевая нагрузка на долото Сд, частота вращения до­лота п, расход промывочной жидкости (2, давление насосов Рн, плотность р и вязкость ц промывочной жидкости, тип бурового

РГвJ

*„ГБ]

У, й…АЗ

Б

yJ

ЦВРи -1

PfrWfa] У[б]

щ	иф, х	*%[А, ■■■/(»}’	PeiS Pi
	ч 1

ЬСБ]

Рис. 1.4. Информационная модель процесса бурения

станка, компоновка низа бурильной колонны и т. д. К выходным параметрам, характеризующим эффективность процесса бурения, относятся технико-экономические показатели: проходка на до­лото Яд, механическая скорость бурения Ум, рейсовая скорость Кр и т. п. (рис. 1.1).

В работе [163] подчеркивается особенно важная роль учета информации о затратах времени на операции, не связанные непосредственно с процессом углубления скважины. Особен­но это актуально для условий Западной Сибири, где суммар­ные затраты времени Г0, составляют до 70% общего цикла строи­тельства скважин. Таким образом, на нижнем уровне управле­ния (рис. 1.3) должна также формироваться дополнительная информация о виде и продолжительности проводимых на бу­ровой операций.

Анализ движения информационных потоков на буровой по­зволяет построить информационную модель процесса бурения (рис. 1.4), которая представляет собой модификацию математи­ческой модели, т. е. описывает объект логико-математическими средствами [9, 63].

Принятые обозначения:

Б — буровая установка;

U — т[х, у] — математическая модель буровой;

/,[А.,, …, А.,,] — потоки информации о характери­стиках ЦБ];

— оператор изменения значения ха­рактеристик

РкієРа — оператор вычисления значения ха­рактеристики Х, єА.;

1[х, У — поток информации об исследуемом объекте, поступающей непосредствен­но в устройство, формирующее реше­ние ДБ];

Р[?і*[Б], ф[х,^]] — оператор формирования, суждения или решения;

/г,[Б],Л2[Б],Л3[Б] — команды, формируемые на основе выработанного суждения (решения) для управления объектом Б, моде­лью и и процедурой оценивания [Б].

Данная модель позволяет выделить ИИС геолого-технологиче — ского контроля как подсистему системы более высокого иерархи­ческого уровня. В этом случае описание ИИС и структуры обоб­щенного показателя качества необходимо производить с учетом внешних связей и целей функционирования всей системы в це­лом, в которую данная ИИС входит. Вопросы синтеза ИИС тесно связаны с развитием методов измерения статистических характе­ристик случайных процессов. Это обусловлено тем, что объект управления характеризуется параметрами, случайно изменяющи­мися во времени, вследствие чего случайный (в общем случае многомерный) процесс оказывается более адекватной моделью объекта, чем детерминированный. Это обстоятельство требует включения в информационную модель ИИС оператора оценки текущих статистических характеристик объекта— Р[х(0]. На рис. 1.5 изображена модель измерительной части многоканальной ИИС, где Р1 — оператор преобразования входных потоков ин­формации /,[Х|, …, X,,] в выходной поток /|[Х|, …, А.„] ; Р2 — опера­тор оценки текущих статистических характеристик объекта Б; РЗ — оператор представления информации; /?,, Л2, Л3 — потоки управ­ляющих команд; ЦБ] — обобщенная характеристика объекта. Со­отношения, лежащие в основе количественных оценок результа­тов измерения, приводят к характеристикам, зависящим не толь­ко от глубины, но и от текущего времени. Следовательно, реали­зация получения этих характеристик вызывает необходимость по­строения адаптивной системы. При этом происходит трансфор­мация информационной модели ИИС: появляется дополнитель­ный канал управления оператором Р2.

Особенностью ИИС является тот факт, что часть информа­ции (см. рис. 1.3) замыкается на операторе, другая — выходит за

пределы ее структуры как элемента информационной модели. Обратная связь (верхний уровень управления) осуществляется на основе не текущих, оперативных, а накопленных данных. В этом случае обработка и анализ результатов измерения произво­дятся не в реальном масштабе времени, а выполняются лишь после процесса измерения и регистрации с помощью набора раз­личных средств обработки и представления информации. При этом другой важной особенностью И НС являются большие по­токи информации, затрудняющие ее восприятие, анализ челове­ком и обработку средствами вычислительной техники. Следова­тельно, одной из функций ИИС должно стать сокращение избы­точной информации с сохранением ее достоверности. На рис. 1.6 изображена структурная модель ИИС, где П1, П2— соответст­венно преобразователи электрических сигналов и количествен­ных данных в числовые характеристики; устройства ПЗ и БПИ-

1, БПИ-2— блоки представления информации реализуют опе­ратор РЗ; Я, Я’2 — потоки управляющих команд.

Блоки представления информации БПИ-1 и БПИ-2 отлича­ются друг от друга тем, что в БПИ-1 информация представляет­ся в функции времени, а в БПИ-2 — в функции действующих глубин. Такое решение позволяет реализовать целый ряд геоло­гических задач, оперативно сравнивать полученную информа­цию с промыслово-геофизическими данными и вводить коррек­тивы в управление процессом с учетом геологических особенно­стей разреза скважины.

Информационная и структурная модели (см. рис. 1.5 и 1.6) позволяют выделить основные составные части ИИС, устано­вить характер их взаимодействия и взаимосвязи. При этом изме­рительная система должна обладать целым рядом специфиче­ских признаков, основные из которых: многофункциональность, многоканальность, сложный характер взаимодействия составных частей, представление информации как в функции времени, так и в функции глубин, наличие блоков, обладающих всеми при­знаками самостоятельного измерительного устройства.

Установление взаимосвязи измерительных систем ИИС, на­личие информационной модели, построенной на основе анализа информационных потоков, обеспечивают возможность создания специализированной ИИС геолого-технологических исследова­ний и управления процессом строительства скважины на базе формализованного представления исходных данных, унифици­рованных технических решений и первичных измерительных пре­образователей.

Рис. 1.5. Информационная модель измерительной части ИИС

я;

П2

пз

іг[ЛіЛ^

Б ПИ ИХ

РЗ

П1

и

Л*ц’ оператор

РИТС, У6Р

Рис. 1.6. Структурная модель ИИС

Комментарии запрещены.