Рис. 4. Загальна структурна схема алгоритма обробки інформації і управління трьома режимно-технологічними параметрами в багатопараметричній іформа-ційній моделі АСУ бурінням.
На основі розроблених алгоритмів багатопараметричної інформаційної моделі була створена система автоматизованого управління процесом буріння, яка здатна виконувати оптимальне управління даним процесом за критерієм ,,Мінімальна вартість одного метра буріння” трьома режимно-технологічними параметрами, результати дослідження якої викладені в наступному розділі.
В п'ятому розділі дисертації наведені результати розробки технічних засобів системи автоматизованого управління процесом буріння (САУОПБ).
В склад розроблених технічних засобів САУОПБ ввійшли:
- система контроля, управління, відображення, обробки і накопичення технологічної інформації термінала обчислюваного зв'язку з об'єктом;
- підсистема ТП-Д регулювання частоти обертання бурильної колони, яка замінила ступінчастий регулятор з асинхронним приводом, що дозволило
стабілізувати і плавно регулювати оберти ПРІ і автоматизувати управління
даним параметром;
- підсистема ТП-Д регулювання навантаженням на ПРІ, яка замінила ручне управління даним параметром, що дозволило стабілізувати і плавно регулювати навантаження на ПРІ і автоматизувати процес управління ним;
- підсистема ТП-Д регулювання витратами промивальної рідини, яка замінила нерегульований асинхронний привод, що дозволило плавно регулювати витрати промивальної рідини на вибої і автоматизувати процес управління даним параметром.
Дослідження роботи системи автоматизованого управління процесу буріння на основі багатопараметричної інформаційної моделі були проведені методами експериментальних випробовувань САУОПБ при бурінні свердловин.
Всі результати експериментальних досліджень приведені в додатках А-М.
ВИСНОВКИ
1. Розроблені дві інформаційні моделі геологічного середовища, які визначають інформацію про енергоємність гірських порід з точністю 93%. Моделі відрізняються від відомих застосуванням неруйнівного метода аналізу пружних фізико-механічних параметрів суцільних середовищ на етапі сейсморозвідки, що дозволило розширити систему підготовки даних в АСУ бурінням геофізичною інформацією і розробити інформаційну модель процесу породоруйнування.
2. Розроблена інформаційна модель процесу породоруйнування, в якій визначається інформація про проходку на породоруйнівний інструмент і яка відрізняється від відомих: застосуванням інформації про енергетичні параметри гірської породи і алмазного різця, про три режимно-технологічні параметри процесу буріння; математичною моделлю взаємодії різця і породи, представленою у вигляді інтеграла типа ,,згортка”, яка враховує нагрів різця; моделлю об'єкта управління, що дозволило розробити інформаційну модель оптимального управління процесом буріння.
3. Розроблена інформаційна модель оптимального управління процесом буріння, яка відрізняється від аналогічних: а) інформаційно-пошуковим методом вибору законів управління трьома режимно-технологічними параметрами; б) коректним розв'язанням задачі оптимізації даного процесу за комплексним критерієм ,,Мінімальна вартість одного метра буріння протягом рейсу”; в) використанням інформації про енергетичні параметри процесу породоруйнування, що дозволило розробити багатопараметричну інформаційну модель АСУ бурінням.
4. Розроблена багатопараметрична інформаційна модель АСУ бурінням, яка відрізняється від відомих: а) розширеною системою підготовки даних; б) методами розв'язання задач оптимального управління даним технологічним процесом трьома режимно-технологічними параметрами, що дозволяє підвищити ефективність застосування АСУ бурінням глибоких свердловин.
5. Розроблено АСУ бурінням, яка відрізняється від відомих: а) багатопараметричною інформаційною моделлю оптимізації процесу буріння;
б) трьома плавнорегульованими режимно-технологічними параметрами, що дало можливість замінити ручне і автоматизоване управління бурінням протягом рейсу на автоматичне.
6. Проведені експериментальні дослідження САУОПБ показали адекватність
інформаційних моделей фізичним процесам породоруйнування: а) інформаційно-пошукова модель визначення інформації про максимальну механічну швидкість буріння справедлива на 95% для варіації параметрів процесу буріння у межах  від оптимальних їх значень, б) алгоритм адаптивного управління навантаженням на ПРІ забезпечує стабілізацію заданого значення навантаження з точністю до  , в) інформаційна модель визначення проходки на ПРІ справедлива на 92%, г) модель пошука оптимального навантаження на ПРІ скорочує час обробки інформації з 45 хв до 5 хв, д) технологічна ефективність процесу буріння підвищується за рахунок рішення задачі оптимізації на 35%, економічна при  вартість буріння знижується на 10-12% , що для свердловини глибиною 1500м складає 20 тис.ум.од., при оптимізації буріння за критеріями  - тільки на 3-4 %; е) механічна швидкість буріння підвищена на 20%, а споживання електричної енергії знижено на 35-50%; ж) витрати ПРІ зменшуються в 1,5-1,8 рази.
Таким чином, підтверджена підвищена ефективність запропонованої організації АСУ бурінням на основі багатопараметричної інформаційної моделі оптимального управління процесом буріння.
ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ У ПРАЦЯХ:
1. Мишин В.Ю., Карпенко В.Н. Автоматизация буровых установок колонкового бурения // Оптимизация технологии разведочного бурения (стратегия, теория, практика): Сб. науч. тр. -М: ИГП ,,Геоинформмарк”, -1991. - С. 123-132.
2. Карпенко В.М. Математична модель системи автоматичного управління і оптимізації процесу буріння//Моделювання та інформаційні технології: Зб. наук. пр. ІПМЕ НАН України: Зб. наук. пр. - К. Випуск 6. -2000. - С. 160-169.
3. Дудля М. А., Карпенко В. М. Автоматизований буровий верстат 7-го класу//Науковий вісник: Зб. наук. пр. Національної гірничої академії №3. - Дніпропетровськ. : -2000. – С. 88-90.
4. Дудля М. А., Карпенко В. М. Алгоритм адаптивної стабілізації наванта-ження на долото//Науковий вісник: Зб. наук. пр. Національної гірничої академії №4.– Дніпропетровськ. : -2000. – С. 79-81.
5. Карпенко В. М., Політучий О. І. Оцінка ресурса доліт по енергетичних витратах на руйнування гірських порід при спорудженні свердловин на нафту і газ. Зб. наук. пр. ІФДНГА. - Івано-Франківськ. - 2000.
6. Карпенко В.М. Фундаментальні закони енергетичного метаморфізму// Науковий вісник: Зб. наук. пр. Національної гірничої академії №5. - Дніпропетровськ. : -2000. – С.74-75.
7. Карпенко В.Н. Многопараметрическая информационная модель автоматизированного управления процессом бурения//Материалы международной научно-технической конференции. Украинский дом экономических и научно-технических знаний. - Киев. - 2001. - С. 49-50.
8. Карпенко В.М. Фундаментальні закони енергетичного метаморфізму в суцільних середовищах з пружними властивостями//Зб. наук. пр.: Матеріали 6-ої Міжнародної науково-практичної конференції ,,Нафта і газ України - 2000”. -Івано-Франківськ. Факел. - Том 2. -2000. - С. 290-292.
9. Політучий О.І., Карпенко В.М.. Методика розрахунку проходки породо-руйнівного інструменту при бурінні свердловин//Нафта і газ України/ Зб. наук. пр. Матеріали 6-ї Міжнародної науково-практичної конференції ,,Нафта і газ України” . -Івано-Франківськ. - Факел.- Том2. -2000. - С. 18-20.
10. Карпенко В.М., Політучий О.І. Автоматизація процесу буріння -Сб.: Нафта і газ України. Матеріали науково-практичної конференції (Київ, 17-19 травня 1994 р.), у 2-х томах. -Львів: УНГА. -1995. Том 2-й, -16 С.
11. Політучий О.І., Голєв А.О., Карпенко В.М. Математична модель спрацювання породоруйнівного інструменту при бурінні свердловин. -Сб.: Нафта і газ України. Матеріали науково-практичної конференції (Київ, 17-19 травня 1994 р.), у 2-х томах.-Львів: УНГА. -1995. Том 2-й, -17 С.
12. ZIEBA A., DUDLA N., POLITUCZIJ A., KARPENKO V. Ulad аutomatiycz- nego sсerowania і optymalizacji wiercenia glebokich otworow//7-th internatinal scientific and technical conference. “New Methods and Technologiest in Petrole-um Geology, Drilling and Reservoir Engineering”. - Cracov, 20-21 June 1996.
13. Карпенко В. М., Політучий О. І. Моделювання процесу породоруйнування в системі колона – різець – порода// Технологія будівництва нафтових і газових свердловин та автоматизація виробничих процесів: Зб. наук. пр. –К.: ,,Наукова думка”. -1999. – С. 153-160.
14. Винахід. Система контролю та вимірювання технологічних параметрів процесу буріння /Політучий О.І., Карпенко В.М., Миргородський М.М., Нагорний А.П., Ткачов М.І., Іващенко Р.О./ №99052627; Заявл. 12.05.1999.
Особистий внесок автора в роботи, які публікувалися в співавторстві полягають у наступному: [1,3,10] - викладені конструктивні параметри автоматизованого бурового верстата 7-го класу і досвід ефективності його роботи, сформульована математична задача оптимального управління процесом буріння в рейсі за варіаційним принципом ії розв'язання; [4] - розроблено алгоритм роботи адаптивної системи стабілізації навантаження на породоруйнівний інструмент; [5] - на основі моделей енергетичного метаморфізму в суцільних середовищах з пружними властивостями розроблений метод оцінки ресурса роботи доліт за енергетичними витратами зруйнованого об'єму порід при бурінні глибоких свердловин; [9] - розроблено метод оцінки проходки на породоруйнівний інструмент, який враховує температурний фактор і енергоємність гірських порід; [11] - введена температурна функція і дана передаточна функція спрацювання ПРІ, як об'єкта управління; [13] - розроблена математична модель системи колона-різець-порода в режимі вибурки; [14] - до цифрової модульної системи контролю за технологічними параметрами процесу буріння додані функції виводу аналогових сигналів для управління режимно-технологічними параметрами.
АНОТАЦІЯ
Карпенко В. М. Організація системи автоматизованого управління процесом буріння на основі багатопараметричної інформаційної моделі. – Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеню кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 – Системи автоматизованого управління і прогресивні інформаційні технології. Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є.Пухова Національної академії наук України, Київ, 2001.
Дисертацію присвячено питанням організації і дослідженню АСУ бурінням при спорудженні глибоких свердловин на основі багатопараметричної інформаційної моделі. Система реалізована на прикладі модернізованого бурового верстата з вільною подачею бурильного інструменту на вибій. Верстат оснащений системами стабілізації трьох режимно-технологічних параметрів: витрат промивальної рідини, частоти обертання бурильної колони, навантаження на породоруйнівний інструмент. Всі три параметра контролюються і плавно регулюються управляючою електронною обчислювальною машиною. Основою інформаційної моделі є дані про
енергоємність гірських порід, які визначаються за даними сейсморозвідки.
Запропонована АСУ бурінням суттєво поліпшує ергономічні, економічні, технологічні, екологічні експлуатаційні параметри автоматизованих бурових верстатів, які мають дискретні закони управління режимно-технологічними параметрами в АСУ бурінням, в якій не враховується інформація про пружні властивості гірських порід.
Ключові слова: багатопараметрична інформаційна модель, алгоритми обробки інформації, система автоматизованого управління, оптимізація процесу буріння, режимно-технологічні параметри.
ANNOTATION
Karpenko V. N. Arrangement of the automated control system for drilling process as based on multi-parameter information model. – Monuscript.
Thesis for a candidate's degree in speciality 05.13.06 - Automated control systems and advanced information technologies. The Pukhov Institute of Simulation in Power Engineering with the National Academy of Science of Ukraine, - Kyiv, 2001.
The Thesis deals with problems of investigation and arrangement of the automated control systems (ACS) applied in drilling of deep wells and based on multi-parameter information model. The system hes been implemented into an upgraded drilling rig with free drill feed to the bottomhole. The rig was equipped with the system of stabilisation of three operational parameters: mud loss, drill pipe rotation speed, bit weight. All three parameters were controlled and had an option to be gradually adjusted by control computer. The information model was based on the data of rock energy intensity, which had been defined from seismic surveys.
The proposed ACS for well drilling essentially improves ergonomic, economic, technological, environmental and operational parameters of automated drilling rigs that contain discrete laws of control over operational parameters used for drilling ACS, which do not account on information on rock flexibility.
Key words: multi-parameter informаtіоn model, algorithm of processing of informаtіоn, automated control system, optimisation of the drilling process, operational parameters.
АННОТАЦИЯ
Карпенко В.Н. Организация системы автоматизированного управления процессом бурения на основе многопараметрической информационной модели. – Рукопись.
Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 – Системы автоматизированного управления и прогрессивные информационные технологии. Институт проблем моделирования в энергетике им. Г.Е. Пухова Национальной академии наук Украины, Киев, 2001.
Диссертация посвящена вопросам организации и исследованию АСУ бурением при строительстве глубоких скважин на основе многопараметри-ческой информационной модели. Система реализована на примере модерни-зированной буровой установки со свободной подачей бурильного инструмента на забой. Установка оснащена системами стабилизации трёх режимно-технологических параметров: расхода промывочной жидкости, частоты вращения бурильной колонны, нагрузки на породоразрушающий инструмент. Все три параметра контролируются и плавно регулируются управляющей электронной вычислительной машиной.
Автоматизация бурового станка заключалась в:
- замене дискретного электропривода переменного тока ротора на бессту-пенчатый электропривод постоянного тока системы ТП-Д;
- разработке и установке механизма плавной подачи породоразрушающего инструмента (ПРИ) на забой, представляющего собой двухчервячный редуктор, соединяющийся с валом лебёдки;
- разработке и установке электропривода постоянного тока системы ТП-Д
к механизму плавной подачи ПРИ на забой;
- замене электропривода переменного тока бурового насоса на электропривод постоянного тока системы ТП-Д;
- разработке состава технических средств системы автоматизированного
контроля, обработки, регистрации, отображения и управления тремя режимно-технологическими параметрами типа ТВСО-1, который размещён в автономном передвижном вагончике типа ПДО-4;
- разработке и установке систем стабилизации энергообеспечения и температуры для ТВСО-1 в ПДО-4, а также средств технической связи с датчиками и системами управления ТП-Д, размещёнными на буровой.
Разработанная многопараметрическая информационная модель для АСУ бурением решает задачи автоматизированного управления и оптимизации процесса бурения по критерию – минимальная стоимость одного метра бурения тремя режимно-технологическими параметрами в течении всего рейса. В основу модели положена информация о прочностных свойствах горных пород, которая определяется по данным сейсморазведки. На основе этой информации разработаны информационные модели: процесса породоразрушения, в которой определяется проходка на ПРИ; оптимального управления процессом бурения при изменениях физико-механических свойств разбуриваемых горных пород.
Опыт строительства скважин глубиной до 2000м с использованием разработанной АСУ бурением показал, что использование предложенной многопараметрической информационной модели оптимального управления процессом бурения позволяет: снижать стоимость 1м бурения на 12%; повышать производительность на 35%, механическую скорость бурения на 20%.
Предложенная АСУ бурением существенно улучшает эргономические, технические, экологические, эксплуатационные параметры автоматизированного бурового станка, имеющего дискретные законы управления режимно-технологическими параметрами в АСУ бурением, не использующей информа-цию о прочностных свойствах горных пород.
Ключевые слова: многопараметрическая информационная модель, алгоритмы обработки информации, система автоматизированного управления, оптимизация процесса бурения, режимно-технологические параметры.
| 
