CC BY
14
УДК 622.013:519.1 Астр. Т.М. Матвшшв;
проф. В.М. Теслюк, д-р техн. наук - НУ '^mischm полтехшка"
МЕТОД АВТОМАТИЧНОГО УСУНЕННЯ УДАР1В ТА В1БРАЦ1Й П1Д ЧАС БУР1ННЯ
Розроблено метод автоматичного усунення ударiв i вiбрацiй пiд час похило-керо-ваного бурiння. Розроблений метод грунтуеться на побудованих алгоритмах, як врахо-вують знання експертiв, наявнi методи усунення ударш i вiбрацiй та ршення подiбних ситуаций, що забезпечуе за наступного усунення ударш i вiбрацiй, отримати швидше та ефективнше ршення. При цьому побудовано моделi дослщження динамики процесу усунення ударiв i вiбрацiй. Розробленi моделi грунтуються на теорй мереж Петрi та да-ють змогу дослiдити динамику процесу автоматичного усунення ударiв i вiбрацiй пiд час похило-керованого буршня.
Ключовг слова: метод, удари та вiбрацil, алгоритм, модель на основi мереж Петр^ похило-кероване бурiння.
Вступ. Посилення енергетично! проблеми у свт потребуе використання нових технологiй i методiв. Одним i3 шляхiв часткового виртення цiеi проблеми е використання глибинно-похилого буршня [1-4], яке дае змогу досягнути пластiв нафто- та газовидобутку на глибиш до 12000-15000 м. Разом з тим, зростають вимоги до обладнання, яке використовують у процесi глибинно-по-хилого буршня, зростае варткть та складнiсть буршня. Особливий вплив на процес буршня завдають удари та вiбрацii, яю контролювати надзвичайно складно. Отже, удари та вiбращi е основними мехашчними дестабiлiзацiйними факторами, що впливають на надшшсть роботи електронного свердловинного приладу (ЕСП). 1гнорування ударiв i вiбрацiй пiд час бурiння, 1х несвоечасне виявлення чи невiрна iдентифiкацiя рiвня вiбрацiй можуть призвести до серйоз-них аварiй як компоновки низу бурильно!' колони (КНБК) загалом, наприклад ii промивання [3], так i окремих елементiв ЕСП. Наявнiсть ударiв i вiбрацiй ктот-но скорочуе час експлуатацп ЕСП [4]. Рашше, без використання ЕСП, таких як MWD-систем, було важче виявити удари та вiбрацii пiд час буршня. Як правило, про наявнкть цих факторiв уже судили як постфактум шсля рейсу буршня, оглядаючи вiзуально стан стабiлiзаторiв, долота та шших компонент КНБК.
Ввдповщно, розроблення методiв, моделей та засобш, якi дають змогу визначити величини ударш i вiбрацiй i прийняти рiшення про потребу 1х усунення - е актуальним завданням сьогодення.
1. Розроблення алгоритмiв автоматичного усунення ударiв i
в1брацШ пи час бурiння
Перед усуненням ударiв i вiбрацiй, потрiбно розв'язати задачу щентифь кацл виду вiбрацiй, що детально описано в робот [5], та обчислення залишко-вого ресурсу ЕСП, що описано в робоп [4].
Шсля виконання зазначених вище задач, експертна система переходить до алгоритму усунення ударш i вiбрацiй. В основi алгоритму лежать знання ек-спертш i основнi методи усунення вiбрацiй, що застосовують на сьогодш буровиками [1, 2, 4, 6, 7]. Оскшьки бурова установка е складною динамiчною системою, вш мiстить велику кшьккть каналш передачi для керуючих впливiв i сиг-налiв, що забезпечують взаемодда системи iз навколишнш середовищем. Ос-
Науковий вкник НЛТУ УкраГни. - 2015. - Вип. 25.10
новними керуючими параметрами пiд час бурiння е: навантаження на долото; частота оберпв бурово'' колони; швидкiсть подачi бурового розчину.
Швидюсть подачi бурового розчину, за умови и достатностi для забезпе-чення потрiбного виносу шламу, не впливае на генерацiю ударiв i вiбрацiй. Про неоптимальнiсть режиму та незадовшьш умови бурiння сигнатзують вiбрацií, усунення яких свiдчитиме про наближення до оптимальностi. Отже, у цьому ви-падку вiбрацií виступають в ролi критерiю оптишзацп режиму бурiння. Алгоритм автоматичного усунення вiбрацiй (рис. 1) мiстить змшу навантаження на долото та частоти оберпв бурово'' колони.
Результат усунення усгпшний 36epirae/vio в БД: VibType,Form, GR, TVDSS, WOB, RPM, ¡WOB, ¡RPM, n, k База Знань Результат усунення НЕ усгпшний збер1гаемо в БД: VibType,Form, GR, TVDSS, WOB, RPM, ¡WOB, ¡RPM, n, k
I
^ Ктець ^
Рис. 1. Алгоритм автоматичного усунення ударгв I в1брацш тд час буртня
Результат усунення ударiв i вiбрацiй заносяться в базу знань експертно'1 системи. Отже, при наступному усуненнi ударiв i вiбрацiй система може запро-понувати бтьш швидке та ефективне ршення.
Усунення кожного iз видiв вiбрацiй потребуе диференцiйованого тдхо-ду до 1'х виявлення, визначення причин та розроблення способiв усунення. Ос-новним способом усунення осьових вiбрацiй, як правило, е збтьшення наванта-ження на долото та зменшення частоти оберпв бурово'1 колони, а латеральних -зменшення частоти обертiв бурильно'1 колони (БК). Величину обертових вiбра-цiй можна зменшити пiдвищивши частоту оберпв БК та зменшивши наванта-ження на долото.
Якщо поетапне змiнення початкових параметрiв на 5-20 % не приводить до позитивного результату, то БК тдшмаеться iз вибою, а оберти повнютю зу-пиняють. Це призводить до зупинки резонансу БК та затухання вiбрацiй. Подальше бурiння продовжуеться iз змiненими технологiчними параметрами. Як-що в базi знань уже юнуе запис щодо устшносп усунення вiбрацiй у конкрет-них геологiчних умовах, то експертна система використовуе уже рашше знайденi оптимальш технологiчнi параметри режиму бурiння (рис. 2).
Рис. 2. Використання технологiчних параметрiврежиму буртня iз бази знань, що були визначент з рейав буртня сус1дн1х свердловин
Результати аналiзу та узагальнення заходiв з усунення вiбрацií свщчать, що ва вони зводяться до зм^ навантаження на долото i частоти обертання БК. Для збереження незмiнноí загально'1 енерг11, що прикладена для руйнування породи, технологiчнi параметри змшюються в протилежнi сторони, тобто в разi зб1льшення навантаження на долото, частота обертання БК зменшуеться i нав-паки - в разi зменшення навантаження на долото, частота оберпв БК зб1ль-шуеться.
2. Побудова моделi на основi теори мереж Петрi
Дослiдження динамiки розроблених алгоритмiв методу автоматизовано-го усунення ударiв i вiбрацiй пiд час буршня проводиться з використанням мо-
Науковий вкник НЛТУ УкраГни. - 2015. - Вип. 25.10
ра
делей, якi грунтуються на теорн графiв [8] i мереж Петрi [9], та в загальному ви-падку формулюеться таким чином:
а = (с№ р), (1)
де: С - граф досяжност станiв системи [10]; Ст - множина сташв системи; Р -множина ребер, яка вщображае можливi переходи системи з одного стану в шший.
Рис. 3. Схемна форма представления модел1 на основ1 мереж1 Петр1 для алгоритму врахування технологЬчних параметр1в режиму буртня
Рис. 4. Граф досяжност1 сташв процесу врахування технолог1чних параметр1в
режиму буртня
Для визначення дослщжуваних сташв i побудови графу досяжносп сташв використовують модель на базi теорн мереж Петрi [8], яка описуеться таким чином:
Ммп = (П, Пр, Рб, М), (2)
де: П - множина позицш; Пр - множина переход1в; Рб - множина вхвдних та ви-хiдних дуг; М - множина маркерiв. Отже, розроблена модель записана в мате-матичнш формi та дае змогу дослщити динамiку системи (у цьому випадку про-цес усунення ударiв i вiбрацiй пiд час буршня). Для прикладу, на рис. 3 наведено схемну форму подання моделi (2) для алгоритму на рис. 2, а на рис. 4 показано граф досяжност сташв [10], який дае змогу дослвдити динамжу процесу ви-користання параметрiв режиму бурiння - з бази знань.
Висновок. Розроблено метод автоматичного усунення ударiв i вiбрацiй, що Грунтуеться на знаннях експерпв i основних методах усунення ударiв i рь шеннями, якi застосовують на сьогоднi iнженери з буршня. Вш охоплюе варь ацii навантаження на долото та швидкостi обертання бурово!' колони. Результат "успiшностi" заноситься в базу знань системи шдтримки та прийняття рiшень, завдяки чому при наступному усуненню ударiв i вiбрацiй система може запро-понувати бiльш швидке та ефективне ршення.
Лiтература
1. Маляр А.В. Системи автоматизованого керування й мошторингу процесом видобування нафти : монографш / А.В. Маляр, Б.С. Калужний. - Львгв : Вид-во НУ "Львгвська полiтехнiка", 2012. - 272 с.
2. Bommer P. A primer of oilwell drilling: a basic text of oil and gas drilling // 7-th ed. University of Texas, Austin, 2008. - Pp. 135-138.
3. Матвшгав Т.М. Комп'ютерне моделювання промиву бурово! колони / Т.М. Матвшйв, В.М. Теслюк, А.Е. Струк, Р.В. Загарюк // Збiрник наукових праць ППМЕ iм. Г.Е. Пухова НАН Украши. - 2012. - № 63. - С. 111-118.
4. Теслюк В.М. Формалiзована интегральна оцiнка ресурсу роботи та ризику поломки буро-вих телеметричних систем / В.М. Теслюк, Т.М. Матвшюв // Вюник Национального университету "Львiвська полiтехнiка". - Сер.: Сучасш досягнення геодезично! науки та виробництва. - Львгв : Вид-во НУ "Львгвськаполггехшка". - 2011. - № 705. - С. 19-21.
5. Matviykiv T.M. Use of influence diagrams for decision support in drilling automation / T.M. Matviykiv, V.M. Teslyuk // Journal of Global Research in Computer Science (JGRCS). - India, 2013. -Vol. 4, No. 4 (April). - Pp.. 1-7.
6. Breyholtz O. Drilling Automation: Presenting a Framework for Automated Operations / O. Breyholtz, M. Nikolaou // SPE Drilling & Completion, March, 2012. - Vol. 27, Number 1. - Pp. 118-126.
7. Baik H.S. Decision support system for horizontal directional drilling / H.S. Baik, D.M. Abraham, S. Gokhale // Tunelling and Undrgraund Space technology, 2003. - Pp. 99-109.
8. Оре О. Теория графов / О. Оре. - Изд. 2-ое, [перераб. и доп.]. - М. : Изд-во "Наука", Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990. - 384 с.
9. Теслюк В.М. Застосування мереж Петрi при проектуванш МЕМС на системному рiвнi / В.М. Теслюк // ВюникНащонального университету "Львiвськаполггехнжа". - Сер.: Комп'ютерш системи проектування: теорш i практика. - Львiв : Вид-во НУ "Львгвська полгехнжа". - 2006. -№ 564. - С. 45-53.
10. Teslyuk V. Developing The Information Model Of The Reachability Graph / V. Teslyuk, P. Denysyuk, Hamza Ali Yousef Al Shawabkeh, A. Kernytskyy // Proc. of the XVth International Seminar / Workshop Of Direct And Inverse Problems Of Electromagnetic And Acoustic Wave Theory (DIPED - 2010). - Tbilisi, Georgia, 2010. - Pp. 210-214.
Матвийкив Т.М., Теслюк В.Н. Метод автоматического устранения ударов и вибраций при бурении
Разработан метод автоматического устранения ударов и вибраций в наклонно-управляемом бурении. Разработанный метод основывается на построенных алгоритмах, которые учитывают знания экспертов, существующие методы устранения ударов и вибраций, а также существующие решения подобных ситуаций, которые обеспечивают,
Науковий вкпик II.ЛТ У Украши. - 2015. - Вип. 25.10
при последующем устранении ударов и вибраций, получить решение быстрее и эффективнее. При этом построены модели исследования динамики процесса устранения ударов и вибраций. Разработанные модели базируются на теории сетей Петри и дают возможность исследовать динамику процесса автоматического устранения ударов и вибраций в наклонно-управляемом бурении.
Ключевые слова: метод, удары и вибрации, алгоритм, модель на основании сетей Петри, наклонно управляемое бурение.
Matviykiv T.M., Teslyuk V.M. Decision Support System for Shocks and Vibrations Mitigation in Directional Drilling
The development of decision-support system (DSS) for shocks and vibration mitigation in downhole directional drilling is described. System architecture, operation algorithm and schematic diagram design are focused on. The DSS incorporates real-time databases, rule-based and expert knowledge databases. During the design process, we use Bayesian Networks modeling for expert knowledge implementation. The proposed system works in an advisor mode. It can be used in downhole directional drilling of oilfield wells with modern MWD-, LWD-, RSS-systems.
Keywords: DSS, downhole directional drilling, shocks and vibrations, database, knowledge base.
УДК 004.[056+3.75]:061.68 Ст. викл. 1.Р. Опгрський, канд. техн. наук -
НУ "Львiвська полтехшка"
КЛАСИФ1КАЦ1Я МОДЕЛЕЙ ЗАХИСТУ1НФОРМАЦН В 1НФОРМАЦ1ЙНИХ МЕРЕЖАХ ДЕРЖАВИ
Запропоновано i представлено ознаки для визначення об'ектш шд час дослщження моделей захисту, таю як: способи реалiзацii моделей, характер процесгв i явищ, яю вщ-буваються у систему характер шдходу до моделювання об'екта, призначення й специфь ка об'ектш дослщження, ступшь узагальнення характеристик об'ектш дослщження, яю узагальнюються. Представлено класифшацш моделей захисту шформацй' в шформа-цшних мережах держави. На основi класифжащ! моделей захисту наведено структурну модель моделей захисту за таким подшом: за способом реашзаци, за характером проце-сгв у системi, за характером шдходу до моделювання об'екта, за призначенням об'ектш дослщження, за характеристиками дослщжуваного об'екта.
Кlючовi слова: модель захисту шформащ!', iнформацiйнi мережi держави, абстрактнi моделi, захист шформацн, математичнi моделi, модель полiтики безпеки.
Вступ. Моделi захисту шформацц е складовими частинами загального процесу моделювання. Моделювання системи полягае у побудовi образу систе-ми, адекватного з точшстю до цiлей моделювання системи, яка проектуеться, i в отриманш за допомогою побудовано'' моделi потрiбних характеристик реально'' системи. Отже, у загальному випадку весь процес моделювання можна подь лити на двi складовi частини: побудова модели реалiзацiя моделi з метою отри-мання потрiбних характеристик системи.
Основне призначення моделей - це створення умов для об'ективно'' оцш-ки загального стану шформацшно! системи з точки зору мiри уразливостi або рiвня захищеностi шформацп в не''. Потреба в таких оцшках, зазвичай, виникае пiд час аналiзу загально'' ситуацп, з метою вiдпрацювання стратепчних рiшень пiд час оргашзацп захисту шформацц.
Створення сучасних систем шформацшно! безпеки, зокрема на рiвнi корпоративних мереж зв'язку, якi е проввдними у сучаснiй iнфраструктурi фун-
