Модель динамической оптимизации режимов мониторинга и диагностирования буровой скважины

Размещено на http://www.allbest.ru/

Модель динамической оптимизации режимов мониторинга и диагностирования буровой скважины

Кручинин А.Ю.,

Аралбаев Т.З.

Геофизические исследования скважин (ГИС) являются одним из важных и ответственных этапов при определении состояния скважины, требующих больших материальных и временных затрат. Основной целью представленной работы является разработка метода и средств минимизации затрат на исследование скважин за счет интеграции в одной системе подсистемы сбора и регистрации данных с подсистемами оценки состояния скважины и подсистемой выбора оптимального режима проведения ГИС. Для достижения данной цели разработана концептуальная модель динамической оптимизации режимов ГИС и представлены особенности ее работы. скважина исследование материальный

К основным особенностям современных систем автоматизации каротажных работ относится пространственная и временная распределенность подсистем сбора и регистрации данных, с одной стороны, и подсистем интерпретации и определения конечного результата по состоянию скважины - с другой стороны. При этом нередко возникает потребность в повторных исследованиях из-за необходимости уточнения отдельных результатов или по причине несоответствия полученных данных требованиям эксперимента. Такое состояние приводит к дополнительным материальным и временным затратам, снижает эффективность исследований. Во избежание таких последствий правилами и инструкциями по проведению каротажных работ предусмотрены соответствующие меры в виде повторных замеров, дублирования измерительных каналов, визуальный контроль процесса регистрации на экранах мониторов и осциллографов [1,2]. Анализ научных и технических публикаций по данной тематике показал, что рассматриваемая проблема является актуальной. Примерами являются работы Мираджанзаде А.Х. и его учеников, посвященные планированию экспериментов при добыче нефти и газа, работы Алиева Т.М, в которых рассматриваются вопросы исследования скважин и бурового оборудования непосредственно на скважинах, и целого ряда других ученых. В связи с возрастающими требованиями к качеству каротажных работ современные системы регистрации данных оснащаются интеллектуальными средствами контроля технического состояния регистрирующей аппаратуры и программного обеспечения, а также средствами предварительной обработки и интерпретации данных непосредственно в полевых условиях. В частности, используемые в настоящее время комплексы регистрирующей аппаратуры: "Гектор", "Квант", "Карат", "Тверца" и другие - оснащаются аппаратно-программными средствами контроля состояния средств регистрации и качества каротажных данных. Достаточно широко представлен перечень работ, посвященный моделированию процессов идентификации состояния управляемых объектов и принятия управляющих решений с использованием современных информационных технологий. Примерами могут быть работы Мещерякова Л.И. и Криволапова Г.И [3]. Однако, наряду с перечисленными особенностями, следует отметить, что вопросы построения средств автоматизации ГИС с использованием интегрированных систем обработки данных, обладающих высокими интеллектуальными возможностями, адаптивными к особенностям скважин, позволяющих непосредственно в процессе каротажных работ корректировать режимы сбора и регистрации данных, освещены недостаточно.

Основной особенностью настоящей работы является проверка гипотезы о возможности построения интегрированной системы сбора, регистрации и интерпретации данных, позволяющей оптимизировать режимы работы составляющих подсистем динамически, непосредственно в процессе проведения ГИС и изменять параметры средств регистрации в зависимости от качества получаемых данных. С этой целью построена концептуальная модель динамической оптимизации режимов мониторинга и диагностирования буровой скважины, структурная схема которой представлена на рисунке 1.

Входными параметрами модели являются: минимальная допустимая достоверность оценки состояния скважины (Dз), требуемая производительность каротажных работ (Pз) и максимально возможные стоимостные затраты (Zз) на проведение ГИС. Выходом модели является скорость v движения скважинного прибора и параметры регистрации данных: дискретность регистрации сигналов (?t), общее время сбора данных T, число измерительных каналов k, количество регистрируемых данных N и шаг обработки данных (?N).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1 - Структурная схема модели динамической оптимизации режимов мониторинга и диагностирования буровой скважины

Исполнительным механизмом является механизм спуска-подъема скважинного прибора (зонда), оснащенного соответствующим набором измерительных датчиков и средств предварительной регистрации. Зонд может находиться под действием возмущений со стороны скважины (W), в частности, под воздействием электромагнитных полей, перепадов температуры, давления и других факторов. Вектор X определяет перечень регистрируемых параметров скважины. Поток измерительной информации л определяется перечнем датчиков и режимами работы средств предварительной регистрации данных скважинного прибора.

Подсистема регистрации и обработки данных формирует производный информационный поток л' для подсистемы идентификации состояния скважины и оценки качества идентификации. В основе работы данной подсистемы лежит один из методов распознавания состояния скважины в соответствии с целью ГИС, например, метод эталонов, дихотомический метод [4] или другой. Особенностью данной подсистемы является возможность выдачи результата идентификации состояния скважины (S*) и доверительной оценки качества диагноза (Dос) в зависимости от режимов регистрации, качества исходных данных, полученной меры близости исследуемого сигнала к одному из эталонов базы эталонов и других факторов.

В качестве такой оценки могут использоваться коэффициент парной корреляции между исследуемым сигналом и сигналом-эталоном, достоверность распознавания используемого метода, гарантированная для конкретного режима регистрации.

Подсистема выбора оптимального режима осуществляет установку оптимального режима работы системы. В сумматоре производится вычисление рассогласования между заданной и фактической оценками достоверностей распознавания состояния скважины:

. (1)

В блоке выбора режима с использованием целевой функции Z(P,D) и правил выбора решений определяется требуемое изменение скорости движения подъемного механизма Дv и параметры режима работы подсистемы регистрации и предварительной обработки данных, обеспечивающие минимальные затраты Z на основе следующих соотношений:

, (2)

где Z - фактические затраты на ГИС,

P - производительность эксперимента,

D - достоверность распознавания состояния скважины.

В подсистеме управления исполнительным механизмом с использованием закона пропорционального регулирования производится определение управляющего воздействия на двигатель спуска-подъема скважинного прибора для обеспечения требуемой скорости v и отработка этого воздействия.

Целевая функция строится для каждого вида ГИС и имеет следующий обобщенный вид:

, (3)

где t - время эксперимента; D(t) - достоверность полученных данных; Z0 - затраты, не зависящие от времени; Z1 - коэффициент затрат на зарплату сотрудникам и износ оборудования; Z2 - коэффициент убытков от ошибочности полученных данных.

Применение ее позволяет выбрать оптимальный режим регистрации данных и в целом временные затраты на проведение ГИС так, как показано на рисунке 2.

Представленная концептуальная модель оптимизации режимов мониторинга и диагностирования состояния буровой скважины реализована в виде компьютерной программы и апробирована на имитационных данных, характеризующих 10 состояний геологических пластов буровой скважины [5].

Рисунок 2 - Графики временных затрат на ГИС с учетом производительности работ и достоверности результатов оценки состояния скважины

Имитационная база данных эталонов представляет собой десять временных рядов сигналов с различными спектрами. Исследуемые сигналы имитируют различные состояния скважины как в стационарном, так и в переходном режимах, например, при постепенном переходе от одного геологического пласта к другому. Моделирование режимов регистрации данных производится при различных параметрах регистрации и скорости перемещения скважинного прибора. При этом в процессе идентификации состояния производится передискретизация сигналов [6], отнесение сигнала к одному из эталонов с определением меры близости на основе коэффициента парной корреляции. В случае, если полученная мера близости не соответствует требованиям эксперимента, производится оптимизация режимов регистрации данных. Данная модель может использоваться для динамической оптимизации режимов мониторинга и диагностирования буровой скважины.

Литература

1. Правила геофизических исследований и работ в нефтяных и газовых скважинах / Министерство топлива и энергетики РФ и Министерство природных ресурсов РФ от 28 декабря 1999 года №445/323, Москва, 1999.

2. Техническая инструкция по проведению геофизических исследований и работ приборами на кабеле в нефтяных и газовых скважинах. - М.: Министерство Энергетики Российской Федерации, 2001.

3. Криволапов Г.И. Пути повышения точности определения глубины спуска скважинного прибора. /Труды школы-семинара "Физика нефтяного пласта"-М.: 2002. -с.171-174.

4. Аралбаев Т.З. Построение адаптивных систем мониторинга и диагностирования сложных промышленных объектов на основе принципов самоорганизации. -Уфа: РАН,УНЦ, изд-во"Гилем", 2003. -247 с.

5. Кручинин А.Ю. Выбор режима регистрации сигналов при распознавании образов по методу эталонов //Материалы четвертой всероссийской научно-практической конференции. - Оренбург: ОГУ, 2005. - С. 159-163.

6. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. - СПб.: Питер, 2002.

Размещено на Allbest.ru