Реферат на тему:


Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск






Загрузка...
НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ

ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МОДЕЛИРОВАНИЯ В ЭНЕРГЕТИКЕ

ИМ. Е. ПУХОВАЯ

Карпенко Василий Николаевич

УДК 681.51 / 54; 622.242

ОРГАНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ

бурения НА ОСНОВЕ Многопараметрические ИНФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ

Специальность 05.13.06 - Автоматизированные системы управления

и прогрессивные информационные технологии

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Киев - 2001

Актуальность темы

Работа выполнена в Институте проблем моделирования в энергетике им. Е. Пухова НАН Украины, г.. Киев, и в Полтавском отделении Украинского государственного геологоразведочного института (ПВ УкрГГРИ) Министерства экологии и природных ресурсов Украины, м. Полтава

Научный руководитель - доктор технических наук

Мохор Владимир Владимирович

зав. отделом Института проблем моделирования в энергетике им. Е. Пухова НАН Украины (ИПМЭ НАНУ), м. Киев.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Стасюк Александр Ионович

зав. кафедрой Киевского института железнодорожного транспорта Министерства транспорта Украины, г.Киев;

- кандидат технических наук, доцент

Труш Александр Иванович

доцент Национальный авиационный института Министерства образования и науки Украины, г.Киев

Ведущая организация: Киевский национальный университет строительства и архитек-туры Министерства просвещения и науки Украины, кафедра систем автоматизации проектирования и управления

Защита состоится 26.06.2001 г.. В 14 часов на заседании совета К26.185.02 Института проблем моделирования в энергетике им. Е. Пуховая Национальной академии наук Украины (г.. Киив) по адресу: 03680, г.. Киев 164, ул. Генерала Наумова, 15.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института проблем моделирования в энергетикеим. Е. Пуховая Национальной академии наук Украины (г.. Киив)

Автореферат разослан 26.05.2001 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук Е.П. Семагина

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Автоматизированное и автоматическое управление процессами сооружения и бурения глубоких скважин является наиболее экономичным управлением которое, по опыту мировых фирм, уменьшает все виды расходов данного производства на 40-50%.

Передовой международный научно-технический уровень строительства глубоких скважин характеризуется применением буровых станков, руководствуются автоматизированными системами, выполняют контроль режимно-технологических параметров процесса бурения; обработку технико-экономической информации; оптимизацию процесса бурения; передачу необходимую информацию приборы регистрации, отображения и теле-радиосвязи, которые имеют плавнорегульовани режимно-технологические параметры: оборота бурильной колонны, подачи бурильного инструмента на забой, расходы промывочной жидкости.

Для буровых станков глубокого бурения в наше время не существует системы автоматизированного управления с решением задачи оптимизации процесса бурения тремя режимно-технологическими параметрами по комплексному критерию: ,, Минимальная стоимость одного метра бурения в течение рейса & rdquo ;, так как информация о физико механические параметры геологической среды и износа породоразрушающего инструмента на забое не известна, что снижает эффективность использования существующих АСУ бурением. Поэтому, задача повышения эффективности использования АСУ бурением актуальна.

Связь работы с научными программами, планами, темами. Работа связана с выполнением следующих ведомственных тематических планов за счет государственного бюджета ГДР НАН Украины (тема: ,, Барьер & rdquo; №0100V004705), НИОКР Государственного геологического комитета Украины (темы: ,, Разработка экспресс-метода для определения стоимости строительства глубоких скважин на нефть и газ на стадииих проектирования и оценки эффективности технологического процесса бурения & rdquo; № 0198V001958; ,, Разработка технических средств контроля и оптимизации технологического процесса колонкового бурения & rdquo; №0196V012506; ,, Разработка и изготовление модулей усовершенствованной системе контроля основных режимно-технологических параметров процесса бурения & rdquo; №0197V006044; ,, Автоматизация процесса бурения с помощью станков плавнорегульованого электропривода 7 и 8 классов & rdquo ;; ,, Автоматизация процесса бурения с помощью станков плавно регулируемого электропривода и вычислительного терминала & rdquo; II и III этапы; ) В Институте проблем моделирования в энергетике им Е. Пухова НАН Украины, г.. Киев, Полтавском отделении Украинского государственного геологоразведочного института, м. Полтава, Государственном геологическом предприятии ,, Донбассгеология & rdquo ;, м. Артемовск.

Цель и задачи исследования. Целью данной диссертационной работы является повышение

эффективности бурения путем усовершенствованной организации АСУ бурением глубоких скважин на основе многопараметрической информационной модели, которая отличается от известных: использованием геофизической информации для оптимального управления процессом бурения тремя выходными режимно-технологическими параметрами по комплексному критерию.

Цель достигается путем решения следующих задач:

1. Установить зависимости технико-экономических показателей бурения от геологических и технологических факторов, которые отличаются от известных использованием информации о энергетические параметры горных пород, что позволит разработать информационные модели процесса бурения.

2. Разработать информационные модели систем объектов и бурения, которые отличаются от существующих, использованием информации о разрушительных параметры горных пород, что позволит разработать законы оптимального управления процессом бурения.

3. Разработать многопараметрическую информационную модель системы автомати-ного управления и оптимизации процесса бурения глубоких скважин тремя режимно-технологическими параметрами, которая отличается от известных: а) использованием данных сейсморазведки; б) решением задач оптимального управления процессом бурения; в) методами управления тремя режимно-технологическими параметрами, что позволит строить модели АСУ бурением с повышенной эффективностью их использования в данном технологическом процессе.

4. Разработать АСУ бурением, которая отличается от известных: а) багатопара-метрической информационной моделью обработки технологической информации при оптимизации управления процессом бурения; б) системами управления тремя режимно-технологическими параметрами, что позволит заменить ручное и автоматизированное управление бурением в течение рейса на автоматическое.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы: теории автоматического управления, математической теории планирования эксперимента, вариационного исчисления, решение интегральных уравнений, математической физики. Достоверность научных результатов подтверждена результатами моделирования и экспериментальными данными.

Научная новизна полученных результатов.

1. Разработана методика формирования значений параметров процесса породоруйнування для функционирования системы автоматизированного управления процессом бурения, которая отличается от известной предложенной информационной модели обработки данных сейсморазведки, что позволяет определять информацию о физико-механические параметры геологических систем

необходимую для управления данным технологическим процессом.

2. Разработана методика организации системы автоматизированного управления

процессом бурения, которая отличается от известной многопараметрической

информационной моделью, позволяющей осуществлять оптимальное управление процессом бурения тремя режимно-технологическими параметрами по комплексному критерию: ,, Минимальная стоимость одного метра бурения в течение рейса & rdquo;.

3. Предложено использовать в системе автоматизированного управления процессом бурения,подсистемы плавного регулирования и стабилизации трех режимно-технологических параметров, позволяет повысить эффективность управления процессом бурения.

Практическое значение полученных результатов.

1. Разработанный алгоритм подготовки исходных данных, который отличается от известных учетом результатов сейсморазведки и функциональной схеме их обработки, позволяет визначеты разрушительные параметры геологической среды с целью расширения системы априорных данных АСУ бурением.

2. Разработаны алгоритм и программа обработки информации при управлении процессом бурения, которые отличаются от существующих комплексным учетом технических, технологических, экономических и геофизических данных, что позволяет решать задачу оптимального управления тремя режимно-технологическими параметрами одновременно по комплексному критерию: ,, Минимальная стоимость одного метра в течение рейса & rdquo; в АСУ бурением.

3. Разработаны алгоритм и программа управления и стабилизации выходных режимно-технологических параметров, которые отличаются от существующих использован нием информации о параметрах процесса породоруйнування, что позволяет повысить точность управления в АСУ бурением.

4. Разработан передвижной комплекс АСУ бурением, который отличается от аналогичных использованием: а) многопараметрической информационной модели оптимального управления процессом бурения; б) подсистемами управления тремя плавнорегульованимы режимно-технологическими параметрами, что позволило повысить эффективность использования АСУ данным процессом на основе критерия: ,, Минимальная стоимость одного метра бурения в течение рейса & rdquo;.

Личный вклад соискателя состоит в разработке моделей обработки информации в многопараметрических информационной модели АСУ бурением [2,5,6,7] и средств ии практической организации [1,3,4], которые внедрены в производство (см. Диссертация, приложение В).

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на международной научно-технической конференции ,, Новые информационные технологиив САПР и АСУ & rdquo ;, Киев, 2001 .; на научном семинаре по проблемам систем автоматизированного управления и новых информационных технологий ИПМЭ им. Г.Е Пухова НАН Украины, Киев, 2000г .; на заседании кафедры техники и технологии разведки полезных ископаемых Днепропетровской горной академии, Днепропетровск, 2000г .; на 5-й международной конференции ,, Нефть-Газ Украины 98 & rdquo ;, Полтава, 1998 .; на 7-й международной конференции ,, Новые методы и технологии в геологии, бурении и добыче нефти и газа & rdquo ;, Краков, 1996 .; Всесоюзной научно-технической конференции ,, Оптимизация бурения скважин в сложных условиях & rdquo ;, Донецк, 1991;

Публикации. Тема диссертации освещена в 6 основных и 8 дополнительных напечатанных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из вступления, пяти разделов, основных выводов, списка использованных источников из 120 наименований, 10 приложений, 62 рисунков и 15 таблиц - всего 195 страниц. Основной текст диссертации содержит 147 страниц.

Основное содержание ДИССЕРТАЦИИ

Во введении изложены проблема и актуальность ии решения, поставленные задачи и методы их решения, изложенные научные и практические результаты решения поставленных задач.

В первом разделе представлен анализ существующих систем автоматизированного управления и информационных технологий оптимизации процесса бурения глубоких скважин, который позволил сделать следующие выводы.

1. Существующие системы автоматизированного управления процессом бурения глубоких скважин выполняют багатометричний контроль и управление одним режимно-технологических параметров процесса бурения.

2. Задача оптимального управления процессом бурения по комплексному критерию ,, Минимальная стоимость одного метра бурения течение рейса & rdquo; в существующих АСУ бурением решается некорректным аналитическим или просто экспериментальным путями.

3. Некорректность решения задачи оптимального управления в АСУ бурением в течение рейса заключается в применении методов позарейсовои регуляризации режимно-технологических и технических параметров процесса породоруйнування при поиске минимальной стоимости одного метра бурения, конечное значение которой точно не известно, так как отсутствует информация о разрушительных свойства горных пород и износа породоразрушающего инструмента (ПРИ) во время бурения.

4. Некорректность решения задачи оптимального управления в АСУ бурением в течение рейса снижает их эффективное применение при управлении данным технологическим процессом.

На основе выполненного анализа сформулированы задачи дальнейшего исследования для данной работы.

Во втором разделе представлены исследования основных информационных факторов, которые влияют на работу АСУ бурением и методов обработки технологической информации при оптимальном управлении данным процессом. По результатам исследований было установлено, что для оптимального управления процессом бурения по комплексному критерию необходимо сочетание информации следующих факторов: экономического, технического, технологического и геологического, с

которых геологичний- ергоемнисть разрушения горных пород, наименее определен.

В целях повышения определенности разрушительных свойств горных пород были предложены две информационные модели геологических сред (ИМ-СС и ИМ-ГС), основанные на данных неразрушающего контроля и сейсморазведки. Первая модель устанавливает соотношение между общей внутренней механической энергией с потенциальной и кинетической энергиями в упругой среде по данным его плотности, модуля Юнга и скорости распространения продольной звуковой волны в нем на поверхности Земли. Вторая модель формализует изменение общей внутренней механической энергии геологической среды, напряженное состояние которого в процессе осадконакопления меняется по глубине скважины. Сведения о энергетическое состояние геологической среды оказывает сейсмический годограф скорости распространения продольной звуковой волны.

Общая внутренняя механическая энергия геологической среды идентифицируется-задача оптимального управления (критерий точность координат состояния системы).

Задача оптимизации I-го класса состоит в решении функционала (1).

В результате решения функционала (1) получаем функцию оптимальной скорости бурения в течение рейса, которая соответствует критерию (1)

(2)

где - текущая и конечная рейсовые проходки, соответственно; скорость бурения, которая соответствует максимальному ресурса ПРИ.

В формуле (2) информация о параметрах, известная в результате статистической обработки экспериментальных данных, но с целью регулирования параметром необходимо определить закон проходки на ПРИ, учитывающий режимы бурения и разрушительные свойства горных пород. Значение Vopt (t) является координатой состояния АСУ бурением.

Задача оптимизации II-го класса моделируется информационно-поисковым методом, в результате которого определяется функция отклика

(3)

где i = 1,2,3; j = 1,2,3; i№j; ; С

которой, при условии определяются соответствующие режимно-технологические

параметры:.

В результате решения задач I-го и II-го классов определяются две координаты состояния системы автоматизированного управления в процессе бурения

, (4)

характеризующих два режима бурения: оптимальный и максимальный.

Задачей III-го класса является перевод существующего режима бурения со свободной

координатой состояния V в заданный режим бурения с координатой состояния- или -.

Оптимальное управление в задаче III-го класса определяется функционалом точности управления при вариациях dV в виде

(5)

где - среднеквадратическая расхождение координат состояния.

Необходимые условия оптимального управления (5) определяются уравнением (6)

где = argmin оптимальное решение; -множник Лагранжа; -функции управления систем стабилизации; ; - знак градиента.

Выполняя условия (6) и учитывая заданные функции управления подсистем стабилизации: и - функцию связи параметров состояния АСУ бурением

(7)

где -текущее и начальное значение режимно-технологического параметра; b - параметр подсистем стабилизации, находятся оптимальные координаты режимно-технологических параметров - и - при переводе отдельных координат режимно-технологических параметров, которые соответствуют перевода режима бурения с механической скоростью в.

Переводом медленного состояния АСУ бурением в заданный

завершается задача оптимального управления процессом бурения по комплексному критерию - минимальная стоимость 1м бурения в течение рейса, которая является математической основой информационной модели оптимального управления бурением.

В целях реализации информационной модели оптимального управления процессом бурения у реальной АСУ бурением необходимо решить две отдельные задачи Задача плавной установки и стабилизации заданных выходных режимно-технологических параметров и задачу оценки проходки на ПРИ -.

Для решения первой задачи необходимы подсистемы с плавным управлением и стабилизацией заданных режимно-технологических параметров бурения.

Для параметров наличие таких подсистем является необходимым и достаточным техническим решением. Для параметра Н такой подсистемы недостаточно, так как данный параметр имеет сложную технологическую систему ,, Колонна Резец Породы & rdquo; (К-Р П), которая состоит из двух технологических подсистем: ,, Резец Породы & rdquo; (Р-П) и ,, Колонна Скважина & rdquo; (К-С), параметры которых переменные во времени и по глубине скважины. Поэтому для достаточных условий стабилизации заданного параметра Н на забое необходима адаптивная подсистемы управления данным параметром.

С целью решения задачи управления выходным параметром Н в АСУ бурением в данном разделе разработаны информационные модели обеих технологических подсистем отдельно и как единого объекта управления (ОУ). Основой модели ОУ общая передаточная функция в виде

, (8)

где - время опоздания сигнала управления и отклика в системе ,, К-С & rdquo ;; k0 - передаточный коэффициент между скоростью подачи инагрузкой на ПРИ в технологической подсистеме ,, Р-П & rdquo ;; T0 - постоянная времени в подсистеме ,, Р-П & rdquo;.

Параметры, k0, T0 отражают одновременно переменные технические, технологические и геологические факторы ОУ, поэтому для достаточной точности стабилизации параметра Н была разработана адаптивная подсистема регулирования - САР -, которая изображена на рис.2.

Рис.2. Адаптивная подсистема стабилизации в АСУ бурением выходного параметру- Н: W (p) И, W (p) П -передаточни функции интегрального и пропорционального цепей; W (p) 1-2 - передаточная функция ,, К-С & rdquo ;; W0 (p ) - передаточная функция ОУ (колона- резец-порода) x (p) - функция случайных возмущений.

Подсистема САР - моделируется передаточной функцией вида

(9)

Синтез САР - заключается в определении параметров с параметрами, k0, T0 и проводится по критерию максимальной степени устойчивости.

При изменении параметров t, k0, T0 их новые значения определяются на основе анализа динамики сигнала в реальном времени по разработанному алгоритму, затем синтез параметров восстанавливается.

Для решения второй задачи разработана информационная модель технологической подсистемы ,, Р-П & rdquo; на основе ИМ-СС и ИМ-ГС, основой которой является модель процесса породоруйнування, который описывается системой уравнений

, (10)

где - затраты мощности

Загрузка...

Страницы: 1 2






Ещё Рефераты по вашей теме

ДЕФОРМИРОВАНИЯ И выпучивания Гладких И подкрепленных цилиндрических оболочек при статических нагрузках (экспериментально-теоретических ИССЛЕДОВАНИЯ) - Автореферат
Технологические основы выращивания кристаллов соединений AIIBVI из расплава под давлением инертного газа - Автореферат
Состояния соматического ЗДОРОВЬЕ "Я И ФАКТОРЫ РИСКА ПО ЕГО НАРУШЕНИЙ У ДЕТЕЙ ШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА - Автореферат
Запорожская наследие на юге Украины последней четверти XVIII - начала XIX века - Автореферат
Управление эффективным развитием паливопостачальних об объединений Украины на основе контроллинга - Автореферат
Дифракционного взаимодействия нуклонов И ДЕЙТРОНОВ с ядрами При промежуточных энергиях - Автореферат
Теоретические и экспериментальные ПУТИ СОЗДАНИЯ СИСТЕМ ХРАНЕНИЯ И ПОДАЧИ водорода НА ОСНОВЕ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ ДЛЯ двигательных и энергетических установок летательных аппаратов - Автореферат