Метою роботи є підвищення ефективності процесу буріння нафтових і газових свердловин за рахунок оптимального відпрацювання доліт на вибої свердловини, що досягається розробкою системи інтелектуальної підтримки прийняття рішень для управління відпрацюванням породоруйнівного інструменту стираючої дії в умовах невизначеності процесу буріння. Досягнення поставленої мети здійснюється розв'язанням таких основних задач: - комплексний аналіз сучасних методів управління відпрацюванням доліт і вибір структури моделі, методу і критерію оцінювання, призначених для вирішення задачі ідентифікації та контролю відпрацювання бурових доліт за умов невизначеності процесу буріння; - встановлення взаємозв'язків коефіцієнта механічної ефективності долота як показника відпрацювання доліт з керувальними діями та розробка інтелектуального методу і алгоритму оперативної ідентифікації відпрацювання бурових доліт стираючої дії типу PDC на завершальному етапі їх роботи; - дослідження статистичних характеристик коефіцієнту механічної ефективності долота як часової послідовності, що спостерігається в процесі буріння свердловини; - встановлення періодичності контролю відхилень коефіцієнта механічної ефективності долота та зв'язків її з шириною зони нормальних значень для різних ймовірностей виходу контрольованого параметру з цієї зони; - удосконалення підходу до автоматизації процесів управління відпрацюванням доліт на базі нейромережевого методу і вибір архітектури для відновлення коефіцієнта механічної ефективності долота в реальному часі, проведення імітаційного моделювання розроблених моделей і методів; - удосконалення структури системи інтелектуальної підтримки прийняття рішень для управління відпрацюванням породоруйнівного інструменту стираючої дії типу PDC в процесі буріння на основі запропонованих моделей і методів. Об'єктом дослідження є технологічний процес буріння нафтових і газових свердловин породоруйнівним інструментом стираючої дії, що функціонує за умов апріорі невідомих збурень. ЗМІСТ ВСТУП 5 РОЗДІЛ 1 АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ ПІДХОДІВ ДО ПРОБЛЕМИ ІДЕНТИФІКАЦІЇ ТА КОНТРОЛЮ ВІДПРАЦЮВАННЯ ДОЛІТ В ПРОЦЕСІ БУРІННЯ НАФТОВИХ І ГАЗОВИХ СВЕРДЛОВИН 12 1.1 Характеристика процесу буріння як об'єкта керування 12 1.2 Характеристика полікристалічних бурових доліт нового покоління 14 1.3 Місце задачі керування відпрацюванням доліт в структурі адаптивної системи керування 18 1.4 Показники ефективності роботи доліт на вибої свердловини 21 1.5 Аналіз робіт в області розроблення критеріїв відпрацювання бурових доліт 29 1.6 Способи практичної реалізації критеріїв відпрацювання бурових доліт 35 1.7 Вибір і обґрунтування напряму досліджень 43 РОЗДІЛ 2 ТЕОРЕТИЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ МЕТОДУ АВТОМАТИЧНОГО КОНТРОЛЮ ВІДПРАЦЮВАННЯ БЕЗОПОРНИХ БУРОВИХ ДОЛІТ ТИПУ PDC 45 2.1 Розроблення інформаційної моделі контролю відпрацювання бурових доліт типу PDC 45 2.1.1 Постановка задачі 45 2.1.2 Математична модель процесу зношення бурових доліт з алмазним оснащенням 48 2.1.3 Розроблення інформаційної моделі і критерію прийняття рішень 51 2.2 Теоретичне обгрунтування математичної моделі для адекватної ідентифікації взаємозв'язків параметрів режиму з показниками процесу буріння нафтових і газових свердловин 75 2.3 Визначення методу розпізнавання образів для ідентифікації 77 2.4 Висновки до розділу 2 84 РОЗДІЛ З ТЕОРЕТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ЩОДО РОЗРОБЛЕННЯ НОВОГО МЕТОДУ ІДЕНТИФІКАЦІЇ ТА КОНТРОЛЮ ВІДПРАЦЮВАННЯ ДОЛІТ В ПРОЦЕСІ БУРІННЯ СВЕРДЛОВИНИ 85 3.1 Вибір методу аналізу часових рядів для вирішення задачі контролю відпрацювання доліт типу PDC 85 3.2 Визначення частоти контролю технологічних параметрів за динамічними характеристиками процесу буріння 89 3.3 Аналіз залежностей частоти дискретного контролю відхилень технологічних параметрів процесу буріння за межі норми від ширини зони нормальних значень і ймовірності виходу контрольованого параметру із цієї зони 93 3.4 Обґрунтування вибору контрольованих параметрів для захисту бурового долота типу PDC від технічних відмов 103 3.5 Синтез критичного закону ідентифікації, контролю і керування процесом відпрацювання доліт типу PDC 106 3.6 Висновки до розділу 3 113 РОЗДІЛ 4 РОЗРОБКА І АПРОБАЦІЯ НЕЙРОМЕРЕЖЕВОГО АЛГОРИМТУ ІДЕНТИФІКАЦІЇ ЗНОШЕННЯ ДОЛІТ ТИПУ PDC В УМОВАХ НЕВИЗНАЧЕНОСТІ ПРОЦЕСУ БУРІННЯ 114 4.1 Особливості контролю технічного стану озброєння долота типу PDC за умов апріорної та поточної невизначеності 114 4.2 Розробка нейронної мережі оцінки зношення озброєння долота типу PDC на завершальному етапі його роботи в свердловині 119 4.3 Імітаційне моделювання розробленого нейромережевого алгоритму ідентифікації зношення долота 124 4.4 Аналіз сучасних систем контролю і керування процесом буріння свердловин 127 4.5 Розробка структури системи підтримки прийняття рішень для управління відпрацюванням породоруйнівного інструменту 131 4.6 Висновки до розділу 4 133 ВИСНОВКИ 134 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 136 ДОДАТКИ 151