Моделювання динамічної стійкості процесу поглиблення свердловин на засадах теорії катастроф

Автор(и)

  • Vitaliai Kropyvnytska Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, Україна, 76019, Україна https://orcid.org/0000-0001-5231-7104
  • Andrii Lahoida Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, Україна, 76019, Україна https://orcid.org/0000-0002-0862-7786
  • Taras Humenuik Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, Україна, 76019, Україна https://orcid.org/0000-0003-2610-2550
  • Georgiy Sementsov Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, Україна, 76019, Україна https://orcid.org/0000-0001-8976-4557

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.139907

Ключові слова:

теорія катастроф, процес поглиблення свердловин, динамічна стійкість, моделювання, холістичний підхід, феноменологічна математична модель

Анотація

Розглянуто теоретичні аспекти теорії катастроф та описано можливості застосування методів теорії катастроф для оцінювання фактичних даних геолого-технічного контролю процесу поглиблення свердловин. Досліджено метод розпізнавання динамічного режиму поглиблення свердловини з метою управління цим процесом. Доведено доцільність використання не тільки елементарної катастрофи Р. Тома типу «збірка», але й феноменологічної моделі Vapor Pressure.

В результаті досліджень визначено таку ознаку як «час буріння 1 м породи» для розпізнавання динамічної стійкості процесу, який схильний до стрибкоподібних змін.

Визначено основні аргументи для застосування теорії катастроф щодо моделювання динамічної стійкості процесу поглиблення свердловин.

Показано, що поведінку системи в катастрофічному стані можна описати не лише канонічним кубічним рівнянням, розв’язання якого виконується за формулами Кардано, але і феноменологічною моделлю, побудованою на засадах холістичного підходу.

Використовуючи холістичний підхід до розв’язання задач моделювання динамічної стійкості процесу поглиблення свердловин, запропоновано структуру базової феноменологічної математичної моделі динаміки розвитку катастроф.

Доведено, що на початкових етепах розвитку катастроф, коли спостерігається збільшення часу, що витрачається на буріння одного метра порід по глибині свердловини, за допомогою запропонованої феноменологічної математичної моделі можна змоделювати динаміку розвитку катастроф. Під час подальшого поглиблення свердловини, коли спостерігається зменшення часу, що витрачається на буріння одного метра порід, динаміку розвитку катастрофи можна описати цим самим законом, але коефіцієнти моделі і їх знаки будуть іншими. Вона має змогу ідентифікувати параметри моделі за єдиним алгоритмом, а також прогнозувати появу катастрофи на етапі її розвитку. Це сприяє запобіганню ускладнень і аварій в процесі поглиблення свердловини. За результатами імітаційного моделювання підтверджено теоретичні висновки щодо вибору типу моделі як оптимальної для опису катастроф в процесі поглиблення свердловин та встановлено, що запропонована феноменологічна модель є адекватною реальним процесам.

Водночас слід дотримуватись базових принципів теорії катастроф, що дозволяє забезпечити ефективне прогнозування і виявлення передаварійних ситуацій і ускладнень, які виникають в процесі поглиблення свердловин.

Отримані дані корисні і важливі тому, що дозволяють удосконалити математичне і програмне забезпечення системи автоматизованого управління процесом поглиблення свердловин і зменшити аварійність в бурінні

Біографії авторів

Vitaliai Kropyvnytska, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, Україна, 76019

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра комп’ютерних систем і мереж

Andrii Lahoida, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, Україна, 76019

Кандидат технічних наук

Кафедра автоматизації і комп’ютерно-інтегрованих технологій

Taras Humenuik, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, Україна, 76019

Кандидат технічних наук

Кафедра комп’ютерних систем і мереж

Georgiy Sementsov, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, Україна, 76019

Доктор технічних наук, професор

Кафедра автоматизації і комп’ютерно-інтегрованих технологій

Посилання

  1. Catastrophe theory. Available at: https://en.wikipedia.org/wiki/Catastrophe_theory
  2. Arnol'd, V. I. (1990). Teoriya katastrof. Moscow, 128.
  3. Chulichkov, A. (2001). Teoriya katastrof i razvitie mira. Nauka i zhizn', 6, 36–39.
  4. Sokolov, V. A. (2009). Sinergeticheskoe modelirovanie razrabotki neftyanyh mestorozhdeniy nelineynymi otobrazheniyami. Neftegazovoe delo, 7 (1), 155–166.
  5. Poston, T., Styuart, I. (1980). Teoriya katastrof i ee prilozheniya. Moscow, 617.
  6. Reva, O. M., Medvedeneko, O. M., Mykhailik, M. F. (2008). Prapory katastrof v etiolohiyi aviatsiynykh podiy. Visnyk NAU, 3, 99–107.
  7. Gilmor, R. (1984). Prikladnaya teoriya katastrof. Moscow, 350.
  8. Alread, W., Bourque, I., Mannering, M., Chapmen, C., Castel, B. (2012). Drilling Automation. Oilfield Revieu, 24 (2), 18–27.
  9. Pasic, B., Gaurina, N., Mantanovic, D. (2007). Wellbore instability: Causes and Consequences. Rudarsko-geološko-naftni zbornik, 19, 87–98.
  10. Fernandez, M. D., Ibanez, D., Storey, D. G. (2005). Significant Results in Field Trials (Argentina) of an Electronically Controlled Automatic Drilling System. SPE Latin American and Caribbean Petroleum Engineering Conference. doi: https://doi.org/10.2118/94889-ms
  11. Hakimi, H., Moradi, S. (2010). Drillstring vibration analysis using differential quadrature method. Journal of Petroleum Science and Engineering, 70 (3-4), 235–242. doi: https://doi.org/10.1016/j.petrol.2009.11.016
  12. Nandakumar, K., Wiercigroch, M. (2013). Stability analysis of a state dependent delayed, coupled two DOF model of drill-stringvibration. Journal of Sound and Vibration, 332 (10), 2575–2592. doi: https://doi.org/10.1016/j.jsv.2012.12.020
  13. Sabat, N. V. (2005). Analiz metodiv bezkontaktnoho kontroliu burymosti hirskykh porid v protsesi burinnia naftovykh i hazovykh sverdlovyn. Akademicheskiy vestnik, 15-16, 75–78.
  14. Gulyaev, V. I., Gaidachuk, V. V., Glushakova, O. V. (2011). Andronov–Hopf bifurcations in wave models of torsional vibrations of drill strings. International Applied Mechanics, 46 (11), 1275–1283. doi: https://doi.org/10.1007/s10778-011-0420-y
  15. Oganov, G. S., Shirin-Zade, S. A., Paramonov, A. A. (2009). Dinamicheskiy analiz processa uglubleniya skvazhin. Vestnik Associacii burovyh podryadnikov, 1, 40–44.
  16. Stock, T., Ronaes, E., Fossdal, T. H., Bjerkas, J. (2012). The Development and Successful Application of an Automated Real-Time Drilling Fluids Measurement System. SPE Intelligent Energy International. doi: https://doi.org/10.2118/150439-ms
  17. Sadlier, A. G., Laing, M. L., Shields, J. A. (2012). Data Aggregation and Drilling Automation: Connecting the Interoperability Bridge between Acquisition, Monitoring, Evaluation, and Control. IADC/SPE Drilling Conference and Exhibition. doi: https://doi.org/10.2118/151412-ms
  18. Sadlier, A. G., Laing, M. L. (2011). Interoperability: An Enabler for Drilling Automation and a Driver for Innovation. SPE/IADC Drilling Conference and Exhibition. doi: https://doi.org/10.2118/140114-ms
  19. Formula Kardano. Available at: https://uk.wikipedia.org/wiki/Формула_Кардано
  20. Fadieieva, I. H. (2006). Ekonomichni peredumovy optymalnoho upravlinnia protsesom formuvannia priamykh vytrat na burinnia sverdlovyn. Naukovyi Visnyk Ivano-Frankivskoho natsionalnoho tekhnichnoho universytetu nafty i hazu, 1 (13), 128–131.
  21. Kohuch, Ya. R., Sabat, N. V., Protsiuk, H. Ya., Kalichak, O. V. (2006). Udoskonalennia systemy kontroliu i upravlinnia protsesom burinnia «GeoBox» dlia diahnostuvannia stanu dolota. Metody i zasoby tekhnichnoi diahnostyky: XXII Mizhnarodna mizhvuzivska shkola-seminar “MiZTD-2006”, 37–40.

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-07-31

Як цитувати

Kropyvnytska, V., Lahoida, A., Humenuik, T., & Sementsov, G. (2018). Моделювання динамічної стійкості процесу поглиблення свердловин на засадах теорії катастроф. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(3 (94), 36–46. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.139907

Номер

Том 4 № 3 (94) (2018): Процеси управління

Розділ

Процеси управління

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Vitaliai Kropyvnytska, Andrii Lahoida, Taras Humenuik, Georgiy Sementsov

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.