Інформаційні технології усунення ударів та вібрацій в похило-скерованому бурінні

Abstract

В дисертаційній роботі вирішено актуальне наукове завдання розроблення моделей, методів і засобів інформаційної технології автоматичної ідентифікації та усунення ударів і вібрацій бурової колони під час похило-скерованого буріння глибоких свердловин для підвищення ресурсу роботи електронних свердловинних приладів. Вперше розроблено імовірнісну модель автоматичної ідентифікації видів ударів та вібрацій, яка ґрунтується на причинно-наслідковій моделі виникнення вібрацій та теорії мереж Байєса, що враховує сумісні покази глибинних та поверхневих сенсорів і дає змогу автоматично визначати вид та достовірність ударів та вібрацій під час буріння, навіть при потенційній відмові одного із сенсорів. Розроблено модель оцінювання ресурсу роботи електронного свердловинного приладу, яка описує процес руйнування ЕСП в умовах одночасної дії різних видів вібрацій та дає змогу визначити поточний ресурс роботи ЕСП. Вдосконалено метод ухвалення рішення в режимі реального часу та умовах невизначеності шляхом використання інформаційної моделі ухвалення рішення на основі діаграм впливу. З метою автоматичного усунення ударів і вібрації під час похило-скерованого буріння вдосконалено метод, який враховує досвід усунення вібрацій у відповідних геологічних умовах та базується на основних алгоритмах усунення вібрацій шляхом варіації навантаження на долото та зміни частоти обертання бурової колони. Розроблено інструментальні засоби СППР ідентифікації та усунення критичних ударів і вібрацій, що в режимі порадника придатна для промислового використання під час буріння похило-скерованих свердловин із використанням сучасних MWD-, LWD-, RSS-систем. В диссертационной работе решена актуальная научная задача разработки моделей, методов и средств информационной технологии автоматической идентификации и устранения вибраций буровой колонны при наклонно-направленном бурении глубоких скважин для повышения ресурса работы электронных скважинных приборов (ЭСП). Впервые разработана вероятностная модель автоматической идентификации видов ударов и вибраций, которая учитывает показатели поверхностных и глубинных сенсоров и позволяет автоматически определять вид и достоверность ударов и вибраций во время бурения. Для решения задачи идентификации ударов и вибраций использовано вероятностный инструмент сетей Байеса. При помощи причинно-следственной модели возникновения ударов и вибраций разработано графо-теоретическую модель их автоматического обнаружения. Модель отражает причинно-следственные связи и вероятностные переходы между возникновением определенных видов вибраций и показателями как глубинных, так и поверхностных приборов. Модель помогает определить вид вибрации с определенной достоверностью даже при потенциальном отказе некоторого из сенсоров. По аналогии с электронными аппаратами разработана модель оценки ресурса работы ЭСП, которая описывает процесс разрушения ЭСП в условиях одновре-менного действия различных видов вибраций. Разработанная модель с помощью расчета коэффициента интенсивности вибраций дает возможность определить текущий ресурс работы ЭСП. Аналогом транспортного средства является буровая колона, аналогом электронного аппарата – электронный скважинный прибор. Для принятия решения о необходимости устранения ударов и вибраций было усовершенствовано существующей метод принятия решения в режиме реального времени и условиях неопределенности путем внедрения разработанной информационной модели на основе диаграмм влияния. Метод позволяет автоматически принимать решение о необходимости устранения ударов и вибраций учитывая историю устранения вибраций в текущих геологических условиях, которая храниться в базе знаний СППР; ожидаемого времени до окончания рейса бурения, которое задается пользователем; текущего уровня вибраций, который определяется с помощью разработанной модели автоматической идентификации видов вибраций; состояния электронного скважинного прибора, которое определяется с помощью разработанной модели оценки текущего ресурса работы ЭСП. С целью автоматического устранения ударов и вибрации при наклонно-направленном бурении усовершенствований существующий метод, который учитывает опыт устранения вибраций в конкретных геологических условиях. Он базируется на основных алгоритмах устранения вибраций путем вариации нагрузки на долото и изменения частоты вращения буровой колонны. Результат "успешности" заносится в базу СППР, благодаря чему, при следующем устранении ударов и вибраций, система может предложить более быстрое и эффективное решение: если в базе знаний уже существует запись по успешности устранения вибраций в конкретных геологических условиях, то экспертная система использует уже ранее найденные оптимальные технологические параметры режима бурения. Разработаны инструментальные средства СППР для идентификации и устранения критических ударов, которая работает в режиме советчика и пригодна для промышленного использования при бурении наклонно-направленных скважин с использованием современных MWD-, LWD-, RSS-систем. The dissertation solves relevant scientific problem of information technologies development for automatic drill string shock and vibration identification and mitigation during oilwell directional drilling process in order to increase operational life of downhole electronic equipment. In current work, the development of probabilistic model for the automatic shock and vibration identification has been demonstrated. It combines causal model of vibration indication with the Bayesian Network theory and utilize measurements from both downhole and surface sensors. The model of operational life estimation of downhole electronic equipment has been developed, which uses the analogy method to electronic apparatus and considers destruction process of downhole electronic equipment under simultaneous impact of different vibration types. The real-time method of automatic decision-making under conditions of uncertainty has been developed, which is based on the designed situation assessment algorithm and influence diagrams. The method also incorporates history of successful mitigation in particular geological settings, expected time before end of drilling run, current level of vibration severity and remaining life assessment of downhole electronic equipment. Also the method of automatic shock and vibration mitigation has been designed, which incorporates expert knowledge and main shock and vibration mitigation technics used by directional drillers nowadays. The decision support system has been developed in an advisory mode, which is designed for automatic drill string shock and vibration identification and mitigation during directional drilling process.