Автоматизація процесу керування навантаженням електробурів з використанням методу коригування структури системи

Abstract

Дисертація присвячена питанню керування процесом буріння свердловин електробурами. Проведено комплексний аналіз та узагальнення існуючих методів та засобів, призначених для синтезу систем автоматичного керування електробурами, визначено основні напрямки їх розвитку й удосконалення. Встановлено зв’язок між досліджуваними параметрами процесу буріння в різні моменти часу та їх ступінь мультиколінеарності за допомогою алгоритму Фаррара-Глобера. Проаналізовано фрактальні розмірності і показники Херста для параметрів і показників процесу буріння свердловин електробурами, що реалізоване R/S-аналізом, який виявив, що досліджувані часові ряди є персистентними і процесу буріння властива трендовість. Удосконалено структуру системи управління процесом буріння свердловин електробурами за допомогою адаптивного блока та додатних зворотних зв’язків за частотою обертання долота і глибиною свердловини. Отримано рівняння для визначення рівнів коригувальних сигналів додатних зворотних зв’язків, яке введене в систему автоматичного регулювання потужності, яку споживає двигун електробура. Розроблено правила зміни структури блоку адаптації, за яких система керування електробурами набуває властивості пристосовуватися до мінливості параметрів та характеристик електробура і навколишнього середовища. Здійснено синтез структури адаптивної системи керування процесом буріння свердловин електробурами на засадах методів Fuzzy Logic і діаграм Вейча. Розроблено на основі бази правил Мамдані-типу для блока адаптації процес обробки та перетворення нечіткої інформації при бурінні вертикальних та похило-скерованих свердловин.

Диссертация посвящена вопросу управления процессом бурения скважин электробурами. Проведен комплексный анализ и обобщение существующих методов и средств, предназначенных для синтеза систем автоматического управления электробурами, определены основные направления их развития и совершенствования. Установлена связь между исследуемыми параметрами бурения в разные моменты времени та их степень мультиколлинеарности с помощью алгоритма Фаррара-Глобера. Проанализированы фрактальные размерности и показатели Херста для параметров и показателей процесса бурения скважин электробур, что реализовано R/S-анализом, который обнаружил, что исследуемые временные ряды являются персистентный и бурения свойственна трендовость. Усовершенствована структура системы управления процессом бурения скважин электробурами с помощью адаптивного блока и положительных обратных связей по частоте вращения долота и глубиной скважины. Получено уравнение для определения уровней корректирующих сигналов положительных обратных связей, которое введено в систему автоматического регулирования мощности, потребляемой двигатель электробура. Разработаны правила изменения структуры блока адаптации, при которых система управления электробурами приобретает свойства приспосабливаться к изменчивости параметров и характеристик электробура и окружающей среды. Осуществлен синтез структуры адаптивной системы управления процессом бурения скважин электробурами на основе методов Fuzzy Logic и диаграмм Вейча. Разработан на основе базы правил Мамдани-типа для блока адаптации процесс обработки и преобразования нечеткой информации при бурении вертикальных и наклонно-направленных скважин.

The thesis is devoted to the study of controlling the process of drilling wells with electric drills. The complex analysis and generalization of existing methods and means are carried out that are intended to synthesize automatic control systems of electric drills, the main directions of their development and improvement are determined. The connection between the investigated parameters of drilling processes at different moments of time and their degree of multicollinearity are established using Farrar-Glauber’s algorithm. The fractal dimension and Hurst's parameters for parameters and characteristics of the well drilling process with electric drills are analyzed by the means of R/S-analysis. The time series proved to be persistent and the process of drilling has a characteristic trend. The system structure for managing the wells drilling process with electric drill is improved using an adaptive block and positive feedback due to the frequency of bit rotation and depth of the well. The equation is obtained to determine the levels of corrective signals of positive feedback. The equation is introduced into the system of automatic power control consumed by the electric drill engine. The rules for changing the structure of the adaptation block are developed. According to them the control system of electric drills gets properties to adapt to the variability of electric drill parameters and characteristics and the environment. Based on Fuzzy Logic and Weich diagrams the synthesis of the structure of the adaptive system to control the wells drilling process with an electric drill is carried out. The set of Mamdani-type rules is developed for the adaptation unit based on the process of handling and converting fuzzy information when drilling vertical and sloping wells.