Метасистемный подход в управлении - часть 29

 

115

7 Автоматизация процесса бурения скважины 

 

7.1 Синтез системы управления процессом бурения 

 

Целесообразность автоматизации процесса бурения нефтяных и газовых 

скважин  обусловлена  преодолением  ограниченных  возможностей  человека, 

то  есть  придания  ему  совершенно  новых,  несвойственных  по  природе,  ка-

честв.  

Этот  процесс  недоступен  непосредственному  наблюдению  и  управле-

нию, поэтому здесь необходима автоматическая система, состоящая из под-
систем слежения за скоростью проходки, за качеством образующейся глини-
стой корки, за степенью тиксотропности промывочной жидкости. Кроме это-
го, имеется много других параметров, но эти – главные, отвечающие за себе-
стоимость скважины, а также за эффективность ее дальнейшей эксплуатации. 

В отличие от предыдущих случаев, здесь необходимо поменять базовый 

параметр, по которому разворачивается управление, и взять в этом качестве 

глубину  скважины.  Тогда  на  всех  трех  графиках  можно  провести  уровень 

минимальных  требований  к  указанным  параметрам  (рисунок 7.1). Всплески 

на нижнем графике, так же как и провалы на верхнем, обусловлены остано-

вами  процесса  бурения  для  проведения  спуско-подъемных  операций  или  в 

связи  с  возникшими  осложнениями.  На  среднем  графике  всплески  объясня-

ются  водопроявлениями  или  водопоглощениями,  а  также  возрастающими 

требованиями к качеству глинистой корки при прохождении продуктивного 

пласта  для  того,  чтобы  избежать  его  засорения  фильтратом  промывочной 

жидкости. 

Как видим, средняя скорость проходки с ростом глубины скважины па-

дает. Это обусловлено возрастанием времени проведения спуско-подъемных 

операций, возрастанием твердости разбуриваемых пород, ухудшением усло-

вий очистки забоя, некоторым падением перепада давления на турбине и так 

далее. Требования же к качеству промывочной жидкости, наоборот, с возрас- 

танием глубины увеличиваются. Поэтому даже минимальные уровни требо-
ваний к этим параметрам приводят к перекрытию верхних половин графиков 
и,  следовательно,  к  необходимости  синтеза  мультиструктурной  системы 
управления  параллельного  действия.  Она  также  является  многофункцио-

 

116

нальной,  так  как  за  счет  управления  обеспечивается  выполнение  основных 
функций промывочной жидкости и инструмента. 

Тем  не  менее,  на  начальном  участке  бурения  все  ресурсы  необходимо 

направлять  на  увеличение  скорости  проходки,  то  есть  здесь  можно  приме-
нить систему управления последовательного действия. Такая стратегия под-
тверждается анализом практической информации филиала производственно-
го объединения "Оренбургбургаз", представленного на рисунке 7.2. 

Как видно из графика, ориентировочная глубина переключения с после-

довательной на параллельную систему составляет 1700 м. На практике улуч-
шение  реологических  свойств  промывочной  жидкости  осуществляют  на 
уровне 1500 м, совмещая этот процесс со спуском обсадной колонны. 

Поскольку с ростом глубины скважины возрастают требования к реоло-

гическим  свойствам  промывочной  жидкости,  а  технологические  параметры 

уже  подвергались  серьезному  анализу /111/, дальнейшие  исследования  по-

святим реологическим аспектам бурения. 

Процесс  бурения  скважины,  а  также  последующие  показатели  ее  экс-

плуатации, в сильной степени зависят от состояния применяемой промывоч-
ной  жидкости  (с  ростом  глубины  скважины  требования  к  реологическим 
свойствам промывочной жидкости возрастают как выяснено выше). Под со-
стоянием  понимаются  как  ее  реологические  свойства  (вязкость,  тиксотро-
пия), так и гидравлические (давление, расход) и физико-химические (водоот-
дача, теплоемкость). 

 
 

 

117

  

 

 

 
 

    30   

 
 
 
 
 
                                                                                  1000                                                          ГЛУБИНА, м 
 
 
 
    

100 

 
 
 
                                                                                  1000                                                              ГЛУБИНА, м 

 

            
 
 
      

10 

 
 
                                                                                     1000                                                          ГЛУБИНА,  м 
 

Рисунок 7.1 – Зависимость основных параметров бурения от глубины 

скважины 

 

           

 

100 

 

 

                                              

                                                   1 

 

 

                                                                                                   2 

1000 

Глуби-

на, м 

V, 

м

/сут

 

Требования

 к

 

качеству

 гли

-

нисто

й 

корки

 

н/

м

2 

Требования

 к

 

ти

ксотроп

ии

 

раствора

 

н/

м

2 

Потери

, тыс

. руб

. 

 

118

1 - график потерь от 5% снижения скорости бурения; 

2 - график потерь от осложнений при бурении. 

Рисунок 7.2 - Графики потерь от снижения скорости бурения и возрас-

тания количества и тяжести осложнений 

При этом очень важна точность поддержания технологических режимов 

бурения, которая может быть достигнута лишь за счет хотя бы частичной 

автоматизации этого процесса. Автоматизация же возможна с помощью син-

теза  многоуровневой  системы  управления.  На  самой  вершине  (самом  высо-

ком уровне) дерева формулируется цель управления. При автоматизации это-

го  процесса  нет  необходимости  рассматривать  все  дерево  целей  и  подзадач 

управления,  так  как  ветвление  начинается  только  на  уровне  функций.  Они 

задают  переменные  уставки,  которые  и  реализуют  непосредственное  управ-

ление состоянием промывочной жидкости. По этому признаку такую систему 

управления можно назвать многофункциональной.