facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Wiki
Page translation
 

IDENTIFICATION OF DRILLING RIG CONDITION

IDENTIFICATION OF DRILLING RIG CONDITIONIDENTIFICATION OF DRILLING RIG CONDITION
Gorbiychuk Mikhail, head of a chair, doctor of technical science, full professor

Taras Humeniuk,

Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas, Ukraine

Championship participant: the National Research Analytics Championship - "Ukraine";

UDC 622.24.62

В статье представлены алгоритм идентификации технологических состояний буровой установки. Показано взаимодействие алгоритма сооружения скважины с алгоритмом оптимального управления процессом механического бурения. Разработана блок-схема системы идентификации состояний буровой установки.
Ключевые слова: буровая установка, технологическая состояние, алгоритм, идентификация, распознавание

In the article the algorithm identification process conditions rig. Showing the construction of wells interaction algorithm of optimal control algorithm for mechanical drilling process. Developed flowchart identification system states rig.
Keywords: drilling rig,the technological condition, the algorithm, identification,pattern recognition

 

For oil and gas mining the wells are constructed. The basic process of wells construction is drilling and fastening.

Construction of wells includes a number of processes that are implemented in sequence [1] - the construction of ground facilities; driving shaft of the hole; separation of layers; development of well and bringing it in the operation.

Driving shaft of the hole is possible in the implementation of two parallel operations - face deepening of wells using rock cutting tool that performs a rotating motion, and face purification of drilled breed.

Separation of layers is made by successive execution of two operations - securing walls of hole bort using casing string and sealing the annulus.

The basic process of the construction of wells is the mechanical drilling which, regardless of method of rock destroyment, is performed by executing the following sequence of operations [1]:

  • - descent of the drill pipe with the rock cutting tool;
  • - destruction of rocks on the bottom of the hole;
  • - lifting the column of drill pipes to replace worn-out chisels;
  • - well casing lining and tamping using the grout.

Optimization of the deepening hole is made in the majority of the criterion of minimum cost of a meter of the borehole drilling

,                                                     (1)

where сб - cost of drilling rig hour; tб - duration of current drilling; tcn- duration of the round-lifting operation (RLO); -  the cost of rock cutting tool; h(tб) - driving on the bit per bit run.

As the drilling process involves a number of operations that are implemented in a specific sequence, the optimum management criterion (1) provides that the task of determining the optimal control action must "run" at some point in time that corresponds to the beginning of production operations - mechanical drilling. ROL duration of each run is determined by the cost of time for such technological operations as descent and ascent of drill pipes, building columns, replacementof  chisels, circulation and flushing the hole [2].

In the synthesis of optimal process management system of deepening wells is necessary to provide automatic mode of input the values tcn and launch optimization problem at the moment which should synchronize with the beginning of mechanical drilling.

Interaction of well construction algorithm [2] with the algorithm of optimal control of mechanical drilling process is shown on Fig. 1.

Thus, the optimal control of the process of deepening wells is necessary in recognizing states of the rig.

Each rig state is characterized by a certain set of process parameters [3].

Table 1 shows the basic process of manufacturing operations and the construction of wells and controlled settings that correspond to the following activities.

Value tcn is determined by the duration of a number suboperations, which are components of RLO. These include[3] descent-ascent of the drill string to replace the bit; Bucket to lift pipes; maintenance of pipes at the wellhead; twisting - untwisting the grooves; increase of the drill pipe; replacement of chisels.

For realization of optimal control algorithm process of deepening wells is important to determine the beginning and end of the RLO that will help determine the length of round-lifting operations tcn, which is a necessary condition for solving the optimization problem of a criterion (1).

Fig. 1. Block diagram of the algorithm for the construction of wells and its interaction with the algorithm of optimal controlling the technological process of drilling

 

To determine the duration of the RLO we set the initial timing as the time of lifting the bit for replacement and the end of RLO coincides with the moment of finishing the operation of bit. We add to the received value t(1)cn the time for increasing of column length. If there were n, increasings then

,                                                     (2)

where tн,i - time spent on increasing drill string at i-th iteration;  - time spent on circulation washing and cleaning of wells.

Table 1.

Technological operations and controlled parameters

Technological process

Technological parameters

Is controlled

Information-measuring system

 

 

Hole deepening

axial load on the drill

+

 

rotor speed

+

torque on the rotor

+

flow of drilling fluid

+

load on the hook

+

casing block position

 

 

 

Chisels elaboration

axial load on the drill

+

 

rotor speed

+

torque on the rotor

+

load on the hook

+

the pressure in the discharge line of drilling fluid

+

casing block position

 

Circulation and flushing of the hole

load on the hook

+

 

flow of drilling fluid

+

the pressure in the discharge line of drilling fluid

+

 

 

Grafting

load on the hook

+

 

torque to drilling keys

 

casing block position

 

 

Each rig state is characterized by a certain set of process parameters. There is no need to know their absolute values in physical quantities, it’s sufficient to establish the fact of their presence, that is controlled parameters to be kept within certain limits, caused by technological regulations.

The formation of signals that will be featured in the problem of recognition of states of rig is shown in Fig. 2. In the case when certain technological parameter characterizing appropriate technological operation is in the established limit, then it is set to "one" otherwise - "zero".

Fig. 2. The process of formation of signs

The task of identifying states rig we formulate as the task of pattern recognition.

Each state of the rig, which is identified with certain manufacturing operations (Table. 1) will be the pattern. The set of states of the rig creates space of the patterns . If is the pattern then . Each pattern (technological operations) had been assigned the serial number 1 , 2, …, m, that M={1,2,...P} - the classes set 12, …, p. Each pattern is characterized by a set of attributes that form vector  in the feature space, components of which is a sequence of ones and zeros [4].

Table 2.2

Identification of the main conditions of the rig

Rig condition

Technological parameters

load on the hook

axial load

for drilling tools

torque on the rotor

torque at machine keys

the pressure in the discharge line

of drilling fluid

casing block position

costs of drilling fluid inlet and outlet of the hole

rotor speed

Drilling

1

1

1

0

1

1

1

1

Chisels elaboration

1

1

1

0

1

1

0

1

Increasing

1

0

0

1

0

1

0

0

Circulation and flushing the hole

1

0

0

0

1

1

1

0

Lifting of the column

1

0

0

1

0

1

0

0

 

 

Since the physical parameters that characterize a condition of the rig are the positive values:

where pi(t)=Pi(t)-Pmax,i;

Pi(t)Pmax,i - current and minimum value of technological parameter;

Given the importance of pi(t), then

                                      (3)

Now it’s possible to form pattern recognition problem regarding the identification of states of the rig.

Lets create the space of patterns  with classes 1 (drilling), 2 (Chisels elaboration), 3 (Increasing) and 4 (Lifting of the bit).

Each class is characterized by its vector , components of which take binary values «0» or «1».

Obviously, each class contains only one pattern, which is determined by specific technological operations presented in Table 1.

The problem lies in the fact that upon presentation of vector  we include the object to one of the four classes. To solve this problem it is advisable to use neural network technology.

For successful implementation of  optimal process control system for deepening wells (Fig. 1) we need to know the current condition of the rig to automatically determining of start the process of the mechanical drilling and if necessary, identificate the parameters of the mathematical model by the results of test drilling. Also information on the condition of the drilling rig will allow automatically determine the time spent to run round-lifting operations (RLO).

Block diagram of the definition of rig conditions is shown in Fig. 3.

Fig. 3. Block diagram of the definition of rig conditions

Figure 3 adopted the following notation:

F нк - load on hook;

F - axial load on the drill;

Мр - torque of rotor;

Рн - the pressure in the discharge line of drilling fluid;

Lб - casing block position;

qin - flow of the drilling fluid inlet of the hole;

qout - flow of the drilling fluid outlet of the hole;

Np - rotor speed.

Information about process parameters (PP), which comes from the rig (DR) is measured by deliverers block (DB), and is converted into digital form (Fig. 3). Sign Unit implements the threshold functions in accordance with the formula (3). On the output of Sign unit a combination of binary signals 0/1 is created and forms the input vector which is the input of artificial neural network (ANN).

For pattern recognition, which are submitted in the form of binary sequences, should be used Hopfield and Hummer neural networks.

 

References:

  • 1. Bulatov A.I. Technique and technology of drilling oil and gas wells: Proc. for high schools / A.I. Bulatov, Y.M. Proselkov, S.A. Shamanov. - M .: "Nedra-businesscenter", 2003 – 1007p.
  • 2. Drilling facilities. Modern technologies and equipment. - Ekaterinburg, 2002. - 579 p.3
  • 3. Kropivnitska V.B. Method of identifying the rig condition / V.B. Kropivnitska, T.V. Gumenyuk, D.O. Tkachivskyy // Bulletin of Khmelnitsky National University. - 2010. - №1 (144). - S. 94 - 97.
  • 4. Kropivnitska V.B. Computer system of defining the rig condition. / V.B. Kropivnitska, T.V. Gumenyuk, M.S. Svyryd // Progress in science. Collected Works of Buchach institute of management and auditing. - Buchach. - 2009. - № 5. - S. 107-111.
0
Your rating: None Average: 7.1 (7 votes)
Comments: 6

Adambaev Murat

Статья много выиграла бы, если: - был бы произведен сравнительный анализ результатов идентификации ( в смысле определения динамической структуры и параметров объекта) методами как активного, так и пассивного эксперимента; - искомая математическая модель была бы представлена в виде передаточной функции по каналам управления, что упростила бы задачи синтеза систем.

Taratin Vjacheslav Victorovich

Уважаемы коллеги! С интересом ознакомился с Вашей работой. Безусловно она актуальна. хорошо аргументрована. Хотелось бы узнать о результатах практической реализации алгоритма идентификации технологических состояний буровой установки и оптимального управления процессом механического бурения. Желаю авторам дльнейших успехов на научном поприще! С уважением кют.н., доц. Таратин Вячеслав Викторович.

Treschalin Michail Yuriyevich

Уважаемые коллеги! Предложенный вариант оптимального управления, как я понимаю, требует наличие единого (мирового) информационного центра. Если сам по себе алгоритм и способ достижения цели представляются четко и понятно, то вопросы организации реализации идеи достаточно проблематичны. Интересно, как Вы мыслите внедрить свои предложения. Желаю удачи и успехов. С уважением д.т.н., профессор М.Ю. Трещалин

Gorbiychuk Mikhail

Уважаемый проф. М. Ю. Трешалин! Реализация результатов исследований не требует мирового центра. Всю информацию, которая необходима, можна получить непосредственно на буровой установке, снимая в автоматическом режиме показания соответствующих приборов. Спасибо за отзыв. С уважением проф. М. Горбийчук.

Prokhorov Daniil

В данной работе приведена как общая информация по бурению, так и исследования автора по вопросу идентификации данного процесса. Помимо прочего, приведены параметры и процессы, которые нуждаются в контроле с целью оптимизации процесса бурения. По моему мнению, тема данной работы является достаточно актуальной. С уважением, Прохоров Даниил

Babayev Naqibullo Habibullayevich

Уважаемые авторы в работе приведены материалы алгоритма идентификации технологического состояния буровой установки. На основе проведенных исследований с использованием нейронных сетей Хуммера и критерия Хопфилда установлена взаимодействие алгоритма сооружения скважины с алгоритмом оптимального управления процессом механического бурения. Разработана блок-схема системы идентификации состояний и оптимизации работы буровой установки. В целом работу оцениваю оценкой в 7 балов. Желаю Вам успехов в дальнейших исследованиях. С уважением д.т.н., проф. Накибулло Бабаев
Comments: 6

Adambaev Murat

Статья много выиграла бы, если: - был бы произведен сравнительный анализ результатов идентификации ( в смысле определения динамической структуры и параметров объекта) методами как активного, так и пассивного эксперимента; - искомая математическая модель была бы представлена в виде передаточной функции по каналам управления, что упростила бы задачи синтеза систем.

Taratin Vjacheslav Victorovich

Уважаемы коллеги! С интересом ознакомился с Вашей работой. Безусловно она актуальна. хорошо аргументрована. Хотелось бы узнать о результатах практической реализации алгоритма идентификации технологических состояний буровой установки и оптимального управления процессом механического бурения. Желаю авторам дльнейших успехов на научном поприще! С уважением кют.н., доц. Таратин Вячеслав Викторович.

Treschalin Michail Yuriyevich

Уважаемые коллеги! Предложенный вариант оптимального управления, как я понимаю, требует наличие единого (мирового) информационного центра. Если сам по себе алгоритм и способ достижения цели представляются четко и понятно, то вопросы организации реализации идеи достаточно проблематичны. Интересно, как Вы мыслите внедрить свои предложения. Желаю удачи и успехов. С уважением д.т.н., профессор М.Ю. Трещалин

Gorbiychuk Mikhail

Уважаемый проф. М. Ю. Трешалин! Реализация результатов исследований не требует мирового центра. Всю информацию, которая необходима, можна получить непосредственно на буровой установке, снимая в автоматическом режиме показания соответствующих приборов. Спасибо за отзыв. С уважением проф. М. Горбийчук.

Prokhorov Daniil

В данной работе приведена как общая информация по бурению, так и исследования автора по вопросу идентификации данного процесса. Помимо прочего, приведены параметры и процессы, которые нуждаются в контроле с целью оптимизации процесса бурения. По моему мнению, тема данной работы является достаточно актуальной. С уважением, Прохоров Даниил

Babayev Naqibullo Habibullayevich

Уважаемые авторы в работе приведены материалы алгоритма идентификации технологического состояния буровой установки. На основе проведенных исследований с использованием нейронных сетей Хуммера и критерия Хопфилда установлена взаимодействие алгоритма сооружения скважины с алгоритмом оптимального управления процессом механического бурения. Разработана блок-схема системы идентификации состояний и оптимизации работы буровой установки. В целом работу оцениваю оценкой в 7 балов. Желаю Вам успехов в дальнейших исследованиях. С уважением д.т.н., проф. Накибулло Бабаев
PARTNERS
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.