Оптимальне керування процесом поглиблення нафтогазових свердловин в умовах невизначеності

Abstract

Дисертація присвячена розробці методів визначення технологічних операцій бурової установки на основі теорії штучних нейронних мереж для автоматичного визначення тривалості спуско-підіймальних операцій у поточному рейсі, Ідентифікації процесу поглибленням свердловин з врахуванням нечіткості режимних параметрів, визначенні оптимальних керуючих впливів для роторного способу буріння за критерієм вартості метра проходки свердловини в умовах невизначеності. На основі проведеного аналізу сучасного стану проблеми оптимального керування процесом поглиблення свердловин встановлено, що актуальним напрямком досліджень є розроблення методів, алгоритмів і програмного забезпечення для автоматизованої системи керування процесом поглиблення свердловин з врахуванням нечіткості як режимних параметрів процесу поглиблення свердловин, так і тривалості спуско-підіймальних операцій. Розроблено метод визначення технологічних операцій бурової установки, на базі штучної нейронної мережі Хеммінга, який дає змогу здійснювати оператором моніторинг технологічних операцій буріння, а також в автоматичному режимі визначати як тривалість спуско-підіймальних операцій, так і момент початку поглиблення свердловини, для поточного рейсу. Розроблено метод синтезу емпіричних моделей оптимальної складності на засадах генетичних алгоритмів, який враховує нечіткість режимних параметрів. Розроблені математичні моделі є основою алгоритмів оптимального керування процесом поглиблення свердловин. Розроблено метод оптимального керування процесом поглиблення свердловин в умовах невизначеності. Особливістю методу є те, що в його основі лежать розроблені математичні моделі на етапі ідентифікації і врахована та обставина, що тривалість спуско-підіймальних операцій є нечіткою величиною. Для реалізації отриманих методів у промислових умовах розроблені алгоритми і програмне забезпечення таких задач: визначення технологічних операцій бурової установки; синтез моделей оптимальної складності з врахуванням нечіткості режимних параметрів; оптимізація процесу поглиблення свердловин в умовах невизначеності. Розроблене програмне забезпечення перевірено на промислових даних, що дало змогу визначити їх працездатність і ефективність. Синтезовано автоматизовану систему керування процесом поглиблення свердловин на базі розробленої структурної схеми системи керування, програмного забезпечення та програми-інтегратора, що дало змогу використати як базовий елемент системи комплекс СКУБ-М2.

Диссертация посвящена разработке методов определения технологических операций буровой установки на основе теории искусственных нейронных сетей для автоматического определения продолжительности спуско-подъемных операций в текущем рейсе, идентификации процесса углублением скважин с учетом нечеткости режимных параметров, определении оптимальных управляющих воздействий для роторного способа бурения по критерию стоимости метра проходки скважины в условиях неопределенности. На основе проведенного анализа современного состояния проблемы оптимального управления процессом углубления скважин установлено, что актуальным направлением исследований является разработка методов, алгоритмов и программного обеспечения для автоматизированной системы управления процессом углубления скважин с учетом нечеткости как режимных параметров процесса углубления скважин, так и продолжительности спуско-подъемных операций. Разработанный метод определения технологических операций буровой установки, на базе искусственной нейронной сети Хемминга, который позволяет осуществлять оператором мониторинг технологических операций бурения, а также в автоматическом режиме определять как продолжительность спуско-подъемных операций, так и момент начала углубления скважины, для текущего рейса. Разработанный метод синтеза эмпирических моделей оптимальной сложности на основе генетических алгоритмов, учитывающий нечеткость режимных параметров. Разработанные математические модели являются основой алгоритмов оптимального управления процессом углубления скважин. Разработанный метод оптимального управления процессом углубления скважин в условиях неопределенности. Особенностью метода является то, что в его основе лежат разработанные математические модели на этапе идентификации и учтено то обстоятельство, что продолжительность спуско-подъемных операций является нечеткой величиной. Для реализации полученных методов в промышленных условиях разработаны алгоритмы и программное обеспечение следующих задач: определение технологических операций буровой установки; синтез моделей оптимальной сложности с учетом нечеткости режимных параметров; оптимизация процесса углубления скважин в условиях неопределенности. Разработанное программное обеспечение проверено на промышленных данных, что позволило определить их работоспособность и эффективность. Синтезировано автоматизированную систему управления процессом углубления скважин на базе разработанной структурной схемы системы управления, программного обеспечения и программы-интегратора, что позволило использовать как базовый элемент системы комплекс СКУБ-М2.

The thesis is devoted to developing methods for determining technological conditions for a rig based on the theory of artificial neural networks to automatically determine the duration of the round-lifting operations in the current flight, identification of a process of deepening wells considering fuzziness of operational parameters, determining the optimal control actions for rotary method of drilling according to the criterion of the value of a meter of driving well in the face of uncertainty. Based on the analysis of the current state of the problem of optimal control of the process of deepening wells found that the topical area of research is the development of methods, algorithms and software for automated control systems of the process of deepening wells considering fuzziness of operational parameters of the process of deepening wells and fuzziness of duration of launching gear operations. The method was developed for determination of technical operations of rig, based on artificial neural network Hamming, which enables the operator to carry out monitoring of drilling operations, and automatically determine the duration of the round-lifting operations for the current voyage. The method of synthesis of optimal complexity of empirical models was developed based on genetic algorithms that take into account the lack of clarity in operational parameters. The developed mathematical models are the basis for optimum process control algorithms of deepening wells. The method of optimal control of the process of deepening wells under uncertainty was developed. The feature of this method is that it is based on a mathematical model developed at the stage of identifying and the fact that the duration of the round-lifting operations are unclear value is taken into account. To implement methods obtained in industrial conditions algorithms and software were developed for the following tasks: determination of technical operations of rig; synthesis of models taking into account the complexity of the optimal operational parameters fuzziness; optimization of the process of deepening wells under uncertainty. The developed software tested in industrial data made it possible to determine its efficiency and effectiveness. The synthesized automated process management system of deepening wells was developed based on block diagram of the developed control system, software and program integrator, which made it possible to it use as a basic element of the complex SKUB-M2.