Алгоритм управления системой алмазного бурения

Abstract

Актуальность. Из всех известных способов проходки скважин алмазное бурение отличается высокой частотой вращения инструмента на больших глубинах. Такие условия разрушения горной породы требуют особого контроля параметров процесса бурения и их корректировки в случае нарушения баланса системы реализуемых сил. Все параметры процесса бурения в определенной степени взаимосвязаны. Для достижения наибольшей эффективности работы алмазного породоразрушающего инструмента требуется оптимальный механизм его эксплуатации. Анализ ситуации и подбор нужных показателей режима бурения алмазным инструментом довольно трудоемкая работа, которую в производственных условиях необходимо осуществлять непрерывно онлайн, поэтому актуальной является задача разработки автоматизированной системы управления процессом алмазного бурения с целью рациональной организации использования дорогостоящего алмазного инструмента. Автоматизация управления бурением осуществима путем применения современных технологий компьютерного программирования, алгоритм которого должен учитывать все требования оптимизации взаимозависимых параметров процесса бурения. Целью исследования является разработка алгоритма управления системой алмазного бурения для дальнейшего внедрения его в программное обеспечение. Объекты: процесс алмазного бурения скважин, технико-экономические показатели бурения и параметры, оказывающие влияние на результаты бурения. Методы: аналитический метод, метод полного факторного эксперимента, метод моделирования. Результаты. Основными параметрами, влияющими на итоги проводимых буровых работ, являются механическая скорость бурения, ресурс инструмента и мощность, затрачиваемая на разрушение горной породы. Использование в качестве критерия оптимальности величины углубления за оборот позволяет обеспечить приемлемую скорость бурения и низкие затраты мощности при сохранении высокого ресурса инструмента. Процесс управления алмазным бурением заключается в анализе изменения в конкретный момент времени механической скорости бурения и мощности, на основании которого принимается решение о корректировке величины частоты вращения и осевой нагрузки. Разработан алгоритм управления системой алмазного бурения, который может быть реализован доступным языком программирования.

The relevance. Diamond drilling is characterized by high rotational speed of the tool at great depths. Such conditions of rock destruction require special control of drilling parameters and their correction. All drilling parameters are interrelated. To achieve the most efficient operation of a diamond rock cutting tool, an optimal mechanism for its operation is required. Analysis of the situation and selection of the required parameters of the drilling mode with diamond tools is the laborious work. This must be done continuously online. The urgent task is the development of the automated control system for diamond drilling in order to rationalize the use of diamond tools. This is possible with the use of modern computer programming technologies. Software algorithm must take into account all the requirements for optimizing the interdependent drilling parameters. The main aim of the research is to develop a control algorithm for a diamond drilling system for its further implementation into software. Objects: diamond drilling, technical and economic indicators of drilling and parameters affecting the results of drilling. Methods: analytical method, full factorial experiment method, modeling method. Results. The main parameters affecting the results of drilling operations are ROP, tool life and power spent on rock destruction. The deepening per revolution as an optimality criterion makes it possible to ensure an acceptable drilling speed and low power consumption while maintaining a high resource of the tool. The control process for diamond drilling consists in analyzing the change at a specific point in time in ROP and power. After the analysis, a decision is made to correct the value of the speed and axial load. A control algorithm for the diamond drilling system was developed. The algorithm can be implemented in an accessible programming language.