Основы оптимизации и автоматизации геологоразведочного бурения на ТПИ.

Оптимизация любого процесса - это действия направленные на получение наилучших результатов.

Оптимизация включает «критерии оптимизации», по которым можно судить о достижении действительно наилучших результатов и действия по достижению оптимального результата. Для различных производств и процессов применяются самые разные критерии. В разведочном бурении разделяют «глобальные критерии оптимизации» и локальные критерии».

Глобальные критерии позволяют оценить эффективность всего объема работ по сооружению скважины. Обычно это время на сооружение скважины –«Т - критерий», и стоимость работ, отнесенная к единице - стоимость 1 метра бурения с учетом всех затрат. Глобальные критерии учитываются при проектировании буровых работ и составления сметной документации (выбор прогрессивных видов и разновидностей бурения, технических средств, видов очистных агентов, наиболее экономичных трассы и конструкции скважины и.т.п.).

Локальные критерии оптимизации необходимы для оценки эффективности непосредственно управления процессом бурения. Они позволяют определять правильность выбора параметров режима бурения с целью получения наилучших результатов в рейсе по всем трем направлениям оценки эффективности: производительности, себестоимости и качества.

Оценка производительности непосредственно в процессе бурения связана с двумя сторонами процесса – скоростью углубки (механической скоростью бурения –Vм) и углубкой за рейс –hр. Причем величина углубки за рейс имеет большое значение, не только при колонковом бурении простыми снарядами, но и при бурении снарядами ССК и при бескерновом бурении геологоразведочных скважин на ТПИ. Первостепенное значение величины скорости углубки очевидно, но не всегда однозначно. Есть условия бурения, когда чем выше скорость углубки, тем больше производительность, но это будет при условии, что увеличение скорости углубки не будет приводить к негативным явлениям – повышенному износу ПРИ и, в результате, снижению возможной углубки за рейс – h_р, или снижению качества, например за счет разрушения керна. Особенно сильно это сказывается при бурении глубоких скважин, где время на непроизводительные спускоподъемные операции соизмеримо со временем чистого бурения. Это обстояте6льство делает нежелательным использование Vм в качестве локального критерия оптимизации процесса бурения. Указанного недостатка лишен другой показатель скорости – рейсовая скорость бурения - Vр.:

Vр = =

Из выражения Vр следует, что рейсовая скорость учитывает оба фактора определяющих производительность и Vм и hр. Максимум Vр даст всегда максимум производительности в рейсе. Рейсовая скорость может служить достаточно надежным локальным критерием производительности для текущей оценки эффективности управления процессом бурения. При бурении затупляющимся инструментом, когда механическая скорость бурения постоянно снижается, существует максимум рейсовой скорости, после которого продолжение бурения становится невыгодным, поскольку производительность будет снижаться. Математически доказывается, что в этом случае максимум рейсовой скорости будет тогда, когда рейсовая скорость сравняется с механической. Это обстоятельство позволяет определять оптимальное время рейса, если, конечно, удается измерять или вычислять текущее значение рейсовой скорости. К большому сожалению, в отличие от механической скорости, для измерения которой имеются серийные приборы, рейсовую скорость на производстве практически не измеряют. В литературе приводятся схемы приборов разных типов для измерения и регистрации текущего значения рейсовой скорости, но из-за отсутствия энтузиастов в производственных и конструкторских организациях этим, на наш взгляд, очень нужным вопросом серьезно не занимаются. На первый взгляд затруднение представляет измерение времени на вспомогательные операции в рейсе. Вспомогательные операции состоят из:

- предварительной части: подготовка к спуску, спуск бурового снаряда, дохождение до забоя, предварительная промывка и приработка ПРИ,

- вспомогательных работ во время рейса: перекрепление патронов, наращивание в процессе рейса

- вспомогательных операций в конце рейса: заклинивание керна, промывка забоя подъем снаряда.

Поскольку затраты времени на работы во время рейса и работы на окончание рейса в процессе бурения еще неизвестны, то для приборного измерения рейсовой скорости можно принять некоторые допущения:

– затратами времени на вспомогательные работы внутри рейса можно пренебречь,

- затраты времени на завершение рейса можно приравнять к аналогичным затратам предыдущего рейса.

При таких допущениях началом очередного рейса надо считать окончание процесса углубки предыдущего рейса, т.е. одновременно с остановкой вращения бурового снаряда надо включать прибор измерения рейсовой скорости следующего рейса.

Итак - Рейсовая скорость бурения лучший локальный критерий оптимизации процесса бурения по производительности и не только.

Кроме производительности критерием эффективности процесса бурения является себестоимость. Напомним приближенное выражение себестоимости бурения:

Сст. = где q - стоимость 1 часа бурения, Ц – цена ПРИ,Нпри - проходка на коронку (долото). Как видим рейсовая скорость существенно влияет не только на производительность, но и на себестоимость бурения.