Описание устрою збирання й первинної обробки інформації про стан процесу буріння

Описание устрою збирання й первинної обробки інформації про стан процесу буріння

Необходимое умова якісного виконання завдання автоматичного управління процесом буріння — отримання інформації про стан процесу з необхідної оперативністю і точністю. Необхідна оперативність отримання визначається необхідністю управління процесом у реальному масштабі часу, т. е. управляючі впливу повинні сформуватися без запізнювання (чи з допустимим запізненням) щодо змін стану керованого процесу. Це забезпечується тим, що технологічні параметрів має вимірюватися із частотою, оптимальної для тимчасових характеристик процесу буріння, до яких належать тривалість перехідних процесів в привід подачі бурового верстата, инерциальные властивості бурової колони, нестаціонарний характер процесса.

Кроме того, тимчасові характеристики істотно залежить від геолого-технических умов буріння: глибини свердловини, фізико-механічних властивостей разбуриваемых порід, типів бурильних труб і компонування бурильной колони, властивостей очисного агента, режиму промивання свердловини тощо. Розрахунок точних тимчасових характеристик може бути тільки основі адекватного математичного описи процесу буріння (моделі), визначального як якісні, а й точні кількісні залежності вхідних і вихідних змінних, характеризуючих процес буріння, для конкретних геолого-технических условий.

Однако що у час математичні описи процесу буріння мають якісний характері і дозволяють лише досить приблизно оцінити (від одиниць за кілька десятків секунд) тимчасові характеристики процесу буріння. Ця оцінка також підтверджується численними експериментальними даними. Отже, тимчасові характеристики процесу буріння, отже, і частота опитування параметрів, неможливо знайти точно визначено виходячи з розрахунків. На цьому етапі розвитку автоматизованого управління процесом буріння доцільно розглядати період опитування параметрів як технологічну константу, конкретне значення для певних умов встановлюють експериментальним шляхом по відповідним методикам. За даними експериментальних досліджень, і випробувань, при бурінні різними буровими установками (СКБ-4, 5, 8, ЗИФ-650) свердловин глибиною 100−300 м при періоді опитування параметрів з [pic] забезпечуються цілком задовільний якість стабілізації режимних параметрів буріння, своєчасна і ефективна реакція зміни процесів і ліквідація аномальних технологічних ситуацій в початкових стадіях їх розвитку. При таких великих періодах опитування параметрів неможливий аналіз високочастотних процесів в бурінні, наприклад, вібрацій, діапазон яких складає, за оцінками, від сотень герц до десятків кілогерц. Задля реалізації опитування параметрів з цими високими частотами необхідні спеціальні технічні засоби і складний математичний апарат обробки вимірів. Тож у час є доцільним спеціальні дослідження високочастотних процесів в бурінні і формувати по їхніх результатів рекомендації із управління режимами буріння, наприклад, як системи ограничений.

Для цілей управління режимами буріння реальному масштабі часу можливо обмежитися рішенням завдання формування тимчасового низки вимірів (тренду), який адекватний реальним закономірностям зміни стану процесу буріння, що дозволяє виявляти взаємозалежності зміни параметрів і прогнозувати тенденції зміни стану процесу. Якість формування тренду кожного параметра буріння також визначається точністю вимірів окремих точок (миттєвих значень), складових тренд.

Процедура отримання миттєвого значення параметра, це безперервний електричний сигнал, залежить від квантуванні цього сигналу за рівнем, яке у цьому, що у діапазоні безперервних значень функції ?(?) вибирається кінцеве число дискретних значень функції, розподілених, наприклад, рівномірно з усього діапазону. У час виміру значення функції ?(?) замінюється значенням найближчого дискретного рівня. Функція у своїй набуває ступінчастий вид (рис. номер). При квантуванні виникає похибка квантування, обумовлена кроком квантування [pic]. При рівномірному квантуванні за рівнем максимальне значення наведеної похибки квантування [pic] де [pic]- діапазон зміни параметра; (q-1) — число інтервалів (кроків) квантування, q-1=([pic]).

Однако основна залежить від виділенні корисного сигналу і натомість випадкових перешкод, джерело яких немає вимірювальні тракти, а стохастические обурення, що у процесі буріння, а які є наслідком мінливих обставин буріння, а нестабільності роботи бурового устаткування. Завдання полягає у формуванні виміру необхідного параметра буріння нагальні моменти часу в такий спосіб, щоб сукупність цих вимірів відбивала закономірне зміна даного параметра не більше аналізованого тимчасового інтервалу. У розроблюваної справжнім дипломі системі зазначена проблема вирішується наступним образом:

Формирование одного виміру кожного виду параметрів проводиться у разі певному кількості опитувань АЦП, яка розглядається як статистична вибірка n можна побачити значень вимірюваною величини [pic], …, [pic] (під опитуванням АЦП розуміється однократний програмний запуск АЦП для виміру миттєвого значення заданого параметра в останній момент запускаю; швидкодія АЦП ADC0816 дозволяє виробляти опитування із частотою 10−30 гц залежно від амплітуди вимірюваного сигналу). Як значення параметра обчислюється вибіркове середнє - перший момент вибіркового розподілу випадкової величини. Для одномірних розподілів — це середнє арифметичне значення за основними елементами вибірки [pic], …, [pic] [pic] (7/1) Після обробітку статистичних вибірок середнє арифметичне є оцінкою математичного очікування, точність якого залежить кількості елементів вибірки n. Оскільки n у разі формування вимірів параметрів необхідно вибирати із міркувань отримання достатньої точності, то тут для оцінки цієї точності при незначних обсягах вибірок можна скористатися найкращими лінійними оцінками P. S середнього квадратического отклонения.

Очевидно, зі збільшенням n точність формування виміру підвищується, і при n=4 і за n=8 цілком задовільне. З іншого боку, виявлення тенденцій у зміні стану процесу буріння точність формування вимірів різних параметрів то, можливо неоднаковою. Наприклад, механічну швидкість і крутний момент (потужність), як найбільш інформативні параметри необхідно вимірювати з великою точністю (n=8), ніж осьову навантаження і частоту обертання (n=4).

Для параметрів витрати промывочной рідини і тиску насосі, зміни яких носять пульсуючий характер, можна обмежитися n=2.

Параметры обробляються над фізичних одиницях параметрів буріння, а деяких абстрактних одиницях (кодах АЦП), пропорційних измеренному напрузі сигналу з відповідного датчика. Наступний етап формування виміру — масштабирования, т. е. переклад значень вимірів, виражених у кодах АЦП, в фізичні одиниці.

Для деяких параметрів потрібно додаткова математична обробка, що з особливостями їх виміру. Наприклад, виміру атмосферного явища осьової навантаження на породоразрушающий інструмент необхідно враховувати вагу снаряда залежно від цього, як виробляється буріння: з додатковою навантаженням чи розвантаженням. Така додаткова обробка здійснюється спеціальними подпрограммами, враховують конкретні характеристики бурових установок і датчиків технологічних параметрів. У системі автоматичного управління процесом буріння мусить бути реалізована можливість зміни певних характеристик підсистеми опитування і первинної обробки інформації шляхом входження у систему відповідних даних із пульта оператора системи. До таких характеристикам ставляться період виміру параметрів, кількість опитувань у вимірі, Масштабні коефіцієнти, вибір необхідної підпрограми обробки. Дані зміни має продукувати фахівець служби КВП експедиції чи партії при проведенні налагоджувальних і перевірочних работ.

Как вказувалося вище, оцінка та прогнозування змін стану процесу буріння здійснюється шляхом формування та аналізу тимчасового низки (тренду) кожного з вимірюваних параметрів. Безпосередньо аналіз трендів, оцінка та прогнозування змін стану процесу виробляється іншими підсистемами системи автоматичного управління процесом буріння. Завдання підсистеми збирання й первинної обробки інформації - формування тренду, який, з погляду програмної реалізації, має бути собою масив осередків пам’яті, в якому зберігаються значення параметрів, впорядковані у времени.

Такой масив пам’яті формується з допомогою так званої стековой організації зберігання даних, суть якої у цьому, що у масиві пам’яті фіксованого обсягу N, що містить N значень певної змінної, нове (N + 1) значення даної перемінної міститься у цей масив (стік) з допомогою винятки з без нього в певному правилу однієї з N елементів. Правилами запис у стік може бути «перший прийшов — перший пішов», «перший прийшов — останній пішов» тощо. п. У разі стековая організація зберігання даних організована наступним образом.

Часть обсягу ОЗУ ЕОМ, у якому організована оперативна інформаційна база, розділена на блоки, які включають по 64 осередки пам’яті. Кількість таких блоків одно максимально великій кількості параметрів і показників процесу буріння, які у системі. Кожен із таких блоків є стеком відповідного параметра; запис інформації в все стеки здійснюється за правилу «перший прийшов — перший пішов». нехай у час [pic][pic] що не або стеці, наприклад стеці вимірів [pic], перебувало 64 попередніх значень (рис. 7.2) [pic] ,([pic], [pic], …,[pic]).

В час [pic] було сформовано чергове вимір [pic], яке необхідно розмістити у стік, [pic] буде переміщено в 63-й елемент, [pic] - в 62-ї елемент отже до «вершини» стека, т. е. до1-го елемента, в який вміщено значення [pic], а значення [pic] буде віддалене з стека. Отже, в стік буде поміщатися кожне новий вимір даного параметра.

Запись в усі стеки здійснюватися одночасно з періодом [pic], т. е. в останній момент часу [pic] (де K — номер циклу вимірів) формуються виміру всіх параметрів і записуються значення до відповідні стеки. Першої-ліпшої хвилини часу [pic] в стеках Вочевидь, що, маючи дані такий щодо тривалий інтервал часу, можна досить надійно розпізнавати виникаючі зміни стану процесу прогнозувати тенденції розвитку технологічних ситуацій. Аналіз формованих в такий спосіб часових рядів виробляється іншими підсистемами системи з математичним методам і алгоритмам, відповідним завданням, що розв’язуються кожної з подсистем.

Описанные вище методи опитування, первинної опрацювання і збереження інформації про параметрах і показниках процесу буріння реалізуються програмним модулем САУ технологічним процесом, котра отримує управління циклічно, з періодом [pic] Цей програмний модуль має у системі вищий приоритет.

Вся необхідна до роботи інформація міститься у таблиці опитування параметрів (рис. xxxx) яких і визначає необхідний режим і характеристики вимірів. Блок схема алгоритму роботи модуля приведено на рис. xxxx.

Важное перевагу як і структури даної підсистеми — можливість простого зміни чи заміни підпрограми обробки вимірів параметрів, і отже можливість роботи системи з різними датчиками і вимірювальними приборами.

Список літератури

Для підготовки даної праці були використані матеріали із російського сайту internet.