Оптимизация процессов бурения

2. Основные термины и определения. Оптимизация буровых процессов. Прежде, чем проводить любой эксперимент, каждый исследователь определяет для себя цель, какой результат его интересует. Результат проведения опытов называется параметром оптимизации или откликом системы на воздействие. Оптимизация (лат. optimus – наиболее благоприятный, наилучший) – последовательность действий в процессе получения наиболее благоприятного результата решения задачи, составления проекта, выполнения задания. Это является задачей любого технологического процесса. Оптимизация – достижение таких допустимых величин и такого состояния параметров, определяющих критерий эффективности системы, при которых выбранный критерий принимает экстремальное по эффективности значение. Оптимизация процессов бурения – отдельные научно-технические проблемы, связанные с теоретическим поиском зависимостей между параметрами режима бурения и оптимальными темпами (наивысшие), затратами (наименьшие) и качеством (высокое) работ, и, в конечном счете, с практической реализацией установленных оптимальных зависимостей при выполнении буровых и горно-проходческих работ. Из многих параметров, характеризующих объект исследования, только один, часто обобщенный, может служить параметром оптимизации, который выделяют как критерий оптимизации. Назначение критерия оптимизации является сложной и очень ответственной задачей, поскольку от правильного выбора критерия кардинально зависят результаты оптимизации. Понятие оптимального решения может быть определено лишь с точки зрения конкретного критерия оптимальности. • Критерий оптимизации – количественный показатель, в соответствии с которым варианты достижения целей располагаются в порядке их предпочтения. В зависимости от объекта и цели исследования параметры оптимизации могут быть самыми разнообразными. Введем классификацию параметров оптимизации: 1 класс Экономические параметры оптимизации. К данному классу относятся прибыль, себестоимость, рентабельность (эти параметры используются при исследовании действующих промышленных объектов), затраты на эксперимент (оценивается в любых исследованиях, в т.ч. и научно-исследовательских). 2 класс Технико-экономические параметры оптимизации. Среди этих параметров наиболее распространенными являются производительность и коэффициент полезного действия; такие параметры как стабильность, надежность, долговечность связа-ны с длительными наблюдениями и используются в основном при изучении дорогостоящих ответственных объектов. 3 класс Технико-технологические параметры оптимизации. К этим параметрам оптимизации относятся физические характеристики продукта, механические характеристики продукта, физико-химические характеристики продукта, медико-биологические характеристики продукта, выход продукта. Как видно из перечня, данная категория параметров оптимизации оценивает качество выпускаемой продукции. 4 класс Прочие. Эта категория содержит психологические, эстетические, статистические параметры оптимизации. Несмотря на кажущуюся простоту этой группы, данные параметры являются не менее важны ми, чем все предыдущие. С ростом сложности объекта растет и психологическая нагрузка на исполнителя, отчего очень сильно может измениться качество продукции. Эстетические же параметры прежде всего учитываются в вопросах повышения реализации. В качестве примера выбора параметра оптимизации можно рассмотреть процесс обучения студента. Оценивать успешность проходящего процесса обучения можно различными вариантами, но наиболее оптимальным до сих пор остается балльная оценка знаний обучающегося. Исходя из приведенной выше классификации, данный параметр оптимизации относится, скорее всего, к четвертому виду – прочие. Критерии оптимизации, рассматривая процесс бурения, можно разделить на глобальные и локальные, технические и технико-экономические. Глобальные критерии характеризуют законченный процесс, его основные результаты, например, законченный процесс бурения скважины. К ним можно отнести стоимость и время проходки ствола скважины и производные от них: средняя стоимость и время бурения 1 м скважины, техническая и коммерческая скорость бурения и др. Глобальные критерии являются не только итоговыми, но и интегральными и должны использоваться на стадии проектирования и постановки буровых работ, т. е. на первом этапе оптимизации, поскольку задачей первого этапа является выбор таких альтернатив, которые влияют на весь процесс в целом. • Локальные критерии характеризуют протекание процесса или законченную часть его, поскольку процесс бурения носит дискретный характер. К ним можно отнести мгновенную механическую скорость бурения, интенсивность износа породоразрушающего инструмента, рейсовую скорость, ресурс инструмента (проходка на инструмент), выход керна, расход алмазов на 1 м проходки, время «чистого» бурения и др. Локальные критерии должны использоваться на втором этапе оптимизации, непосредственно в процессе выполнения работ, например, при выборе инструмента для бурения, определения для него оптимальных параметров режима бурения. Важно отметить, что оптимальное исполнение и выдерживание локальных критериев позволяет получить оптимальные значения и глобальных критериев, поскольку эти критерии формируются как сумма локальных показателей. • Примером глобального критерия системы геологоразведочных работ может служить взаимодействие трех основных факторов, каждый из которых также может быть принят как глобальный критерий, которые логическим решением записаны в виде формулы: . Результат взаимодействия трех основных факторов равняется прибыли – конечному результату любого процесса. В данном случае под достоверностью понимается достаточность и точность получаемой при бурении (геологоразведочных работах) информации о рудной залежи, если мы оцениваем бурение гидрогеологических, нефтегазовых скважин – это получение значения заданного дебита. Время в приведенной зависимости – общее время выполнения работ, а стоимость – затраты на выполнение работ. Достоверность – это глобальный критерий. Локальным критерием оптимальности, который можно использовать для достижения высокого уровня достоверности разведочных работ, может служить такой параметр как выход керна – К Наряду с экономическими критериями оптимизации, к которым можно отнести получаемую при выполнении работ геологоразведочных работ прибыль, возможны более детализованные технико-экономические и технологические критерии. Технологические критерии оптимизации буровых работ Современная буровая установка может оснащаться контрольно-измерительными приборами, регистраторами и устройствами автоматического управления. Основным, особенно при высокочастотном алмазном бурении, остается процесс управления углубкой скважины, выработка оптимальных параметров режима бурения. В данном случае актуален выбор параметра оптимизации или критерия оптимизации. Требования к критерию оптимизации процесса бурения состоят в том, что этот параметр должен надежно регистрироваться и фиксироваться непосредственно при бурении, а также оперативно влиять на другие параметры бурового процесса, поскольку, например, прижоговая ситуация (аварийная ситуация, которая возникает при перегреве алмазной коронки, расплавлении медно-никелевой матрицы и спекании разрушенной коронки с забоем) при алмазном бурении развивается не более 30–40 с. Возможными критериями оптимизации технологии бурения могут быть следующие параметры: • – механическая скорость бурения Vм; • – рейсовая скорость бурения Vp; • – оптимальное время нахождения бурового инструмента на забое; • – расход алмазов или проходка на буровой инструмент (его ресурс); • – оптимальная углубка забоя за один оборот бурового инструмента.