авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |

Автоматизация управления технологическим процессом формирования сложных профилей нефтегазовых скважин на основе прогнозирующих моделей

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

НУГАЕВ Ильдар Фидаилевич

АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ФОРМИРОВАНИЯ

СЛОЖНЫХ ПРОФИЛЕЙ НЕФТЕГАЗОВЫХ СКВАЖИН

НА ОСНОВЕ ПРОГНОЗИРУЮЩИХ МОДЕЛЕЙ

Специальность: 05.13.06 Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (в промышленности)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Уфа2010

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный

технический университет» на кафедре вычислительной техники и защиты

информации и кафедре промышленной электроники

Научный консультант: д-р техн. наук, проф. Васильев Владимир Иванович
Официальные оппоненты д-р техн. наук, проф. Веревкин Александр Павлович зав. кафедрой автоматизации технологических процессов и производств Уфимского государственного нефтяного технического университета
д-р техн. наук, проф. Рапопорт Эдгар Яковлевич зав. кафедрой автоматики и управления в технических системах Самарского государственного технического университета
д-р техн. наук, с.н.с. Янтурин Альфред Шамсунович, ведущий научный сотрудник ОАО НПФ «Геофизика»
Ведущая организация ООО «Научно-производственное объединение «Нефтегазтехнология»

Защита диссертации состоится _______________ 2010 г. в 10-00 часов

на заседании диссертационного совета Д-212.288.03

при Уфимском государственном авиационном техническом университете

по адресу: 450000, г. Уфа, ул. К. Маркса, 12

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан «____» __________ 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д-р. техн. наук, проф. В. В. Миронов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Состояние нефтедобывающей отрасли топливно-энергетического комплекса Российской Федерации сегодня характеризуется тем, что большинство разрабатываемых месторождений вступает в позднюю стадию эксплуатации. Характерными признаками данной стадии являются снижение объемов добычи и качества добываемой продукции, рост затрат на каждую тонну добытой нефти. Особую актуальность в этих условиях приобретает проблема повышения эффективности разработки месторождений: повышение коэффициента нефтеизвлечения, который сегодня составляет в среднем (35…40)%, снижение обводненности продукции, применение воздействий, продлевающих жизненный цикл разработки месторождения и др. Решению данной проблемы сегодня посвящены многочисленные исследования, связанные как со строительством, так и с эксплуатацией нефтедобывающих скважин.





Одним из приоритетных направлений решения указанной проблемы в области строительства скважин является внедрение скважин со сложными профилями стволов, в частности многоствольных скважин с горизонтальными и пологими окончаниями, проходящими в продуктивных пластах. С внедрением скважин данного типа связывается решение таких задач, как вовлечение в разработку большей сырьевой базы, представленной маломощными продуктивными пластами (3…15) м с низкой и неравномерной проницаемостью; повышение продуктивности скважин за счет увеличения площади дренирования и фильтрации; снижение интенсивности обводнения скважин и др. Современный опыт внедрения скважин данного типа ведущими нефтедобывающими предприятиями показывает обнадеживающие результаты, в частности это кратное повышение дебита скважин.

Строительство скважин со сложными профилями представляет сегодня комплекс взаимосвязанных технологических процессов, требования к которым по сравнению с обычными скважинами существенно возрастают. Особенно это относится к процессу формирования профиля скважины, здесь требования к точности возрастают на порядок. Опыт применения традиционных способов управления данным технологическим процессом показывает их явное несоответствие возросшим требованиям. Так, согласно статистике, сегодня до 8% горизонтальных скважин оказываются непригодными к эксплуатации по причине несоответствия профилей проектным требованиям, а применение внеплановых корректирующих операций приводит к увеличению сроков строительства в среднем на 30%. В связи с этим, можно утверждать, что сегодня одной из наиболее актуальных проблем в данной области является проблема повышения эффективности технологического процесса формирования профилей стволов скважин.

Основные тенденции в области решения данной проблемы связаны с автоматизацией управления траекторией движения породоразрушающего инструмента. Здесь следует отметить такие подходы к решению данной проблемы, как мониторинг параметров профиля скважины в процессе бурения на основе создания телеметрических систем для измерения геометрических (системы класса MWD–Measurement While Drilling) и геологических параметров профиля (системы класса LWD–Logging While Drilling), воздействие на траекторию движения породоразрушающего инструмента на основе совершенствования традиционных компоновок низа бурильной колонны и создание перспективных телеуправляемых и автоматических компоновок (буровые роботы классов «Push the bit» и «Point the Bit». Однако, наряду с указанными достижениями, анализ современного состояния исследований в данной области показывает значительное отставание теории и методологии принятия управленческих решений. Так, применяемые сегодня методы синтеза законов управления движением бурового инструмента основываются на упрощенных (статических) моделях компоновок низа бурильной колонны, не учитывающих в полной мере динамические свойства объекта управления и внешние возмущающие воздействия. Методы оперативной адаптации управленческих решений не формализованы и основываются, как правило, на опыте и интуиции технолога-буровика и буровой бригады, что зачатую не позволяет обеспечить высокую эффективность технологического процесса формирования профиля скважин.

Вышесказанное определяет актуальность проблемы разработки теоретических и методологических основ оперативного управления процессом формирования профилей нефтегазовых скважин, основанных на использовании методов современной теории автоматического управления, построении адекватных моделей движения бурового инструмента и их реализации с помощью современными информационных технологий.

Целью работы является повышение эффективности технологического процесса формирования профилей стволов нефтегазовых скважин на базе методологии принятия управленческих решений, основанной на концепции терминального управления и использовании прогнозирующих моделей движения бурового инструмента.

Задачи исследования

  1. Разработать методологические основы оперативного управления технологическим процессом формирования профилей нефтегазовых скважин, включая концепцию и принципы управления, обеспечивающие повышение его эффективности.
  2. Разработать методы построения и идентификации моделей прогноза траектории движения бурового инструмента в условиях неопределенности геологической и технологической обстановки, обеспечивающие реализацию предлагаемой методологии управления.
  3. Разработать методы синтеза и адаптации алгоритмов управления движением бурового инструмента, реализующих предложенную концепцию и принципы управления процессом формирования ствола скважины.
  4. Разработать модели и методы синтеза алгоритмов управления процессом формирования профилей стволов нефтегазовых скважин с использованием перспективных буровых инструментов.
  5. Разработать информационно-аналитическую систему поддержки принятия управленческих решений по формированию профилей стволов нефтегазовых скважин в процессе бурения, реализующую предлагаемые методы и алгоритмы.
  6. Исследовать эффективность предложенных моделей, методов и алгоритмов оперативного управления технологическим процессом формирования профилей стволов нефтегазовых скважин, а также реализующей их информационно-аналитической системы.

Методы исследования

При выполнении исследований использованы методы системного анализа, теории автоматического управления и аналитической механики, теории направленного бурения и геофизических исследований скважин, математического и имитационного моделирования автоматизированных систем, теории информации, теории искусственного интеллекта, измерений, математической статистики.

На защиту выносятся:

  1. Методология оперативного управления технологическим процессом формирования профилей нефтегазовых скважин, включающая в себя принципы и методы управления, основанные на концепции терминального управления движением бурового инструмента в условиях геологических и технологических возмущающих воздействий.
  2. Методы построения и идентификации моделей управляемого (многофакторного) и трендового прогноза траектории движения бурового инструмента в условиях неопределенности геологических и технологических возмущающих воздействий.
  3. Алгоритмы синтеза и адаптации параметров бурового инструмента, решающие задачу терминального управления на основе принципа оптимального программного управления с применением моделей управляемого прогноза.
  4. Комплекс моделей, методов и алгоритмов управления профилем ствола скважины на базе перспективных буровых инструментов, обладающих улучшенными свойствами.
  5. Архитектура и программное обеспечение информационно-аналитической системы, обеспечивающая поддержку принятия управленческих решений по формированию профилей стволов нефтегазовых скважин в процессе бурения.
  6. Результаты исследования эффективности предложенных моделей, методов и алгоритмов в составе информационно-аналитической системы управления поддержки принятия управленческих решений по формированию профилей стволов нефтегазовых скважин в процессе бурения.

Научная новизна

  1. Новизной разработанной методологии управления технологическим процессом формирования профилей нефтегазовых скважин является то, что она основана на концепции терминального управления траекторией движения бурового инструмента как многосвязным динамическим объектом с использованием прогнозирующих моделей, что позволяет повысит эффективность управления формированием профиля ствола скважины с учетом неопределенности действующих геологических и технологических возмущений.
  2. Новизна предложенного метода построения и идентификации моделей управляемого и трендового прогноза движения бурового инструмента заключается в комплексировании кинематической модели движения бурового инструмента, статической модели изгиба компоновки низа бурильной колонны и нейросетевой модели идентификации геологических и технологических возмущений, что позволяет решать задачу синтеза алгоритмов управления движением бурового инструмента с учетом реального характера стохастических возмущающих воздействий.
  3. Новизна метода синтеза алгоритмов управления (параметров конструкции бурового инструмента) заключается в том, что он основан на представлении бурового инструмента в качестве обобщенного объекта терминального управления, что позволяет решать задачу синтеза его параметров как задачу оптимального программного управления с применением модели управляемого прогноза траектории движения в условиях неопределенности геологических и технологических возмущающих воздействий.
  4. Новизна моделей и методов синтеза алгоритмов управления процессом формирования профилей скважин на базе перспективных буровых инструментов заключается в том, что движение бурового инструмента (робота-бура) представляется в пространстве состояний относительно отклонений от проектного профиля ствола скважины, а алгоритмы управления строятся на основе принципа автономного управления в системах сферических и прямоугольных координат, что позволяет формализовать процедуру синтеза алгоритмов управления направлением движения бурового инструмента, а также его пространственным положением, обеспечивая повышение точности формирования профиля ствола скважины.
  5. Новизной предложенной архитектуры информационно-аналитической системы поддержки принятия управленческих решений по формированию профилей стволов нефтегазовых скважин в процессе бурения заключается в использовании алгоритмов принятия решений, основанных на концепции терминального управления и построении прогнозирующих моделей с использованием информации о ранее пробуренных, что позволяет автоматизировать и повысить эффективность принятия управленческих решений с учетом опыта строительства комплекса скважин разрабатываемого месторождения.

Практическая ценность реализации работы заключается в:

  • разработанном программном обеспечении, реализующем модели, методы и алгоритмы оперативного управления формированием профилей стволов нефтегазовых скважин, реализованном в виде модулей (подсистем) автоматизированных рабочих мест технолога – буровика на буровой площадке и инженера-проектировщика в инженерно проектном центре бурового предприятия;
  • методическом и программном обеспечении информационно-аналитической системы поддержки принятия управленческих решений в процессе бурения нефтегазовых скважин.

Полученные результаты прошли апробацию на предприятиях нефтедобывающего комплекса при решении задач формирования сложных профилей нефтегазовых скважин, включая бурение наклонно-направленных, пологих и горизонтальных скважин, что подтверждается актами внедрения в ООО «Газпром бурение»–филиал «Центр горизонтального бурения», г. Оренбург, ЗАО «Востокгеосервис», Сахалинская обл., НИИ Технических систем «Пилот», г. Уфа и др. Результаты промысловых испытаний с использованием результатов, полученных в диссертации, при строительстве ряда скважин на месторождениях Камчатской и Сахалинской областей показали повышение точности формирования профилей стволов скважин на (35-40) %, снижение затрат на строительство на (25-30) %.

Результаты исследований используются в учебном процессе Уфимского государственного авиационного технического университета при преподавании дисциплин и дипломном проектировании по специальности «Промышленная электроника» (специализация «Информационно-управляющие системы»).

Апробация работы

Основные положения работы регулярно докладывались и обсуждались, начиная с 1995 года, на научных конференциях и совещаниях различного уровня, наиболее значимые из которых:

  • Всероссийская научно-техническая конференция «Проблемы нефтегазового комплекса России», Уфа, УГНТУ, 1995.
  • Международная научно – техническая конференция «Интеллектуальные автономные системы», г. Карлсруэ, Германия, 1995;
  • Международная научно-техническая конференция «Проблемы нефтегазового комплекса России», посвященной 50-летию УГНТУ, г. Уфа, УГНТУ, 1998;
  • Международный симпозиум по бурению скважин в сложных условиях, С.Петербург, 2001;
  • Международная научная конференция по нейроинформатике (ICONIP), г. Окленд, Новая Зеландия, 2008;
  • Научно практическая конференция «Новая техника и технологии для геофизических исследований скважин» в рамках XVI международной специализированной выставки «Газ. Нефть. Технологии 2008», г. Уфа, 2008;
  • Азиатско-тихоокеанская конференция по управлению и измерениям (APCCM 2008), г. Харбин, КНР, 2008;
  • Международные научные конференции «Компьютерные науки и информационные технологии» (CSIT), г. Патры, Греция, 2002; г. Карлсруэ, Германия, 2006, г. Ретимнон, Греция, 2009.
  • VIII Конгресс нефтепромышленников России, г. Уфа, 2009.

Связь исследований с научными программами

Исследования в данном направлении велись с 1995 по 2010 гг. в Уфимском государственном авиационном техническом университете в рамках таких научных программ, как Федеральная целевая программа «Интеграция», 1998–2002 гг.; Государственная научно-техническая программа «Критические технологии Республики Башкортостан: физико-математические основы и технические решения» по темам: «Инновационные технологии управления процессами направленного бурения и нефтедобычи», 2008 г., «Информационно-управляющие системы процессами нефтедобычи на основе инновационных технологий», 2009 г.; гранты РФФИ: «Разработка методологических и теоретических основ автоматизированного управления процессом формирования траекторий нефтегазовых скважин», 2008 г., «Разработка систем управления сложными динамическими техническими объектами в нефтедобывающей промышленности», 2008 г., «Разработка методов терминального управления сложными динамическими объектами с использованием нейросетевых прогнозирующих моделей (на примере систем направленного бурения нефтегазовых скважин)», 2009 г.; госбюджетная НИР «Исследование и разработка теоретических вопросов системного математического моделирования сложных технических объектов в условиях неопределенности», 2004–2009 гг.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 50 печатных работ, в том числе 10 статей в рецензируемых центральных журналах, входящих в перечень ВАК, 1 монография, 2 патента.

Структура работы

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 254 наименований и приложений, изложенных на 335 страницах, содержит 147 рисунков и 21 таблицу.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы разработки методологических и теоретических основ построения информационно-управляющих систем в нефтедобыче, формулируется цель и задачи работы, представлены положения, выносимые на защиту, изложены краткая характеристика работы и сведения о ее апробации и внедрении.

Первая глава посвящена анализу современного состояния проблемы, обеспечения эффективности технологического процесса формирования сложных профилей стволов нефтегазовых скважин и определению перспективных направлений ее решения.

О необходимости повышения эффективности технологического процесса формирования сложных профилей нефтегазовых скважин говорит тот факт, что сегодня до 8% процентов строящихся скважин данного типа признаются не пригодными к эксплуатации по причине недопустимого отклонения их профилей от проектов. Кроме того, велика доля дополнительных временных и материальных затрат, связанных с необходимостью внеплановых восстановительных операций при критическом отклонении профилей от проекта, которая по статистическим данным сегодня составляет в среднем 30% от общих затрат на строительство скважин.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.