3.2 Применение «нуль-гипотезы» в оперативной оптимизации

Исследователь задается гипотезой, которая получила наименование нуль-гипотезы. Она обозначается Н₀. За нуль-гипотезу принимается та, отказ от которой имеет более важные последствия. Альтернативная ей гипотеза обозначается Н₁.

Нуль-гипотеза утверждает, что разница между сравниваемыми параметрами для выборок А и В отсутствует, а наблюдаемые отклонения объясняются случайными колебаниями.

Если нуль-гипотеза верна, а принимается альтернативная ей гипотеза, то мы совершаем ошибку первого рода. Если же нуль-гипотеза неверна, а принимается решение о том, что она верна, то мы совершаем ошибку второго рода.

Ошибки первого и второго рода совершенно не равноценны. Избежать важнее ошибку первого рода.

Выбор из двух альтернативных гипотез носит достаточно произвольный характер. Существенно снижает субъективность принятия нуль-гипотезы теория Неймана-Пирсона, позволяющая обосновать допустимый уровень значимости.

Уровень значимости – это вероятность ошибочно отвергнуть нуль-гипотезу, когда она верна. Значение уровня значимости выбирается исследователем с учетом конкретных условий и поставленных целей. В технике обычно принимаются значения α = 0,05 и α = 0,01.

Пропуск «сигнала» повлечет гораздо более серьезные последствия, чем его ошибочная фиксация или интерпретация.

3.3 Особенности управляющего воздействия на систему применительно к оперативной оптимизации

Управляющие воздействия на систему, которой является процесс бурения, из-за инерции передаточных звеньев и самой системы реализуются в последней с запозданием. Передача информации об изменении функционирования системы тоже приходит к исполнителю через некоторое время, так что в практике требуется учитывать этот фактор.

РИТР рекомендует изменять управляющие воздействия на процесс бурения не ранее, чем через 2÷10 минут.

Эффективность управления процессом бурения определяется условием:

,

(3.1)

где T_П – время прохождения информации о состоянии процесса; Т_Р – время обработки информации и принятия решения; Т_У – время реализации управляющих воздействий; Т_о – время нахождения систем в заданном состоянии.

Разрешающая способность этого метода несколько падает с ростом глубины бурения и общими затратами мощности на разрушение горной породы, преодоление сил сопротивления вращению бурильных труб в скважине, потери мощности в трансмиссиях станка.

Поясним это рассмотрением отношения величины измененного сигнала мощности, вызванного теми или иными словами технологическими ситуациями – ∆N, к общей затрачиваемой мощности . Запишется это как: .Увеличение снижает величину , поэтому точность и вероятность правильного предсказания технологической ситуации на забое с увеличением глубины бурения и общих затрат мощности падает.

3.4 Влияние стационарности технологического процесса бурения на оперативную оптимизацию

Оперативная оптимизация существенно усложняется стационарностью технологического процесса бурения.

Научные исследования показали, что 10 – 40 % потерь осевой нагрузки на коронку связаны с гидравлическим подпором, 10 – 20% – со статическим прижатием бурильных труб без вращения к стенкам скважины. Увеличение частоты вращения на каждые 100 об/мин приводит к росту потерь осевой нагрузки на 50 – 200 кН. Есть экспериментальные данные, показывающие, что при глубине скважины 500 м расхождение между осевой нагрузкой на забое и измеряемой достигает 20%, а величина потерь осевой нагрузки при бурении достигает 30% и увеличивается с ростом осевого усилия, частоты вращения и межтрубного зазора.

Ряд исследователей отмечают, что осевое усилие на забое изменяется гармонично по низкочастотной составляющей с периодом до 3 – 5 мин и высокочастотной составляющей с частотой до 20 Гц и более. Наряду с гармоническим изменением осевого усилия изменяется и крутящий момент на коронке. Работа поршневого или плунжерного насоса характеризуется неравномерной подачей промывочного раствора, что влияет на изменение осевого усилия на коронку, достигая 300 – 400 кН.

Исследования на специальных стендах позволили установить еще один принципиально важный научный вывод: при высокочастотном алмазном бурении одновременно разрушают породу лишь до 25% рабочих алмазов, а коронка около 20 – 30% от общего времени не вращается.

Приведенные результаты имеют целью еще раз подчеркнуть, что в условиях существенного дрейфа задаваемых параметров (Р_о, n, Q) значительно возрастает разброс выходных параметров и тем самым усложняется процесс оптимизации.

На принципе поддержания постоянной углубки в рейсе были созданы регуляторы подачи: САОПБ-1, АРП-2 и др. В последние годы созданы автоматизированные системы управления процессом бурения в реальном масштабе времени, позволяющие не только осуществлять регламентированную углубку за оборот, но и корректировать ее в зависимости oт свойств пород, автоматически распознавать типовые технологические ситуации в бурении и др.

Выделим практические аспекты реализации методов оперативной оптимизации.

1. Для всех типов буровых установок должны использоваться комплекты контрольно-измерительных приборов и устройства, обеспечивающие поддержание режимных параметров и скорости углубки в заданных пределах.

2. Бурение в сложных горно-геологических условиях требует использования аппаратуры, которая бы в автоматическом режиме анализировала информацию и давала рекомендации по изменению режимных параметров, о подъеме инструмента и т. п.

Установки, рассчитанные на бурение глубоких скважин, должны оснащаться системами автоматического управления технологии бурения на базе ЭВМ и исполнительными роботизированными комплексами.

Вопросы для самоконтроля по третьей лекции

1. Чем может быть вызвано повышение затрат мощности, регистрируемых ваттметром при бурении?

2. При каких температурах на забое наблюдается нормальный температурный режим алмазного бурения?

3. Какие ситуации на забое скважины можно фиксировать на кривых расхода мощности при бурении скважин алмазной буровой коронкой?

4. Как в процессе бурения оперативно осуществляется выбор оптимальной осевой нагрузки на буровую коронку?

5. В чем недостаток использования диаграмм мощности для оперативной оптимизации процессов бурения?

6. Что утверждает нуль-гипотеза?

7. Что подразумевается под ошибками первого и второго рода и к чему они приводят?

8. Какова особенность управляющего воздействия на систему применительно к оперативной оптимизации?

9. Поясните причину снижения точности и вероятности правильного предсказания технологической ситуации на забое с увеличением глубины бурения и общих затрат мощности.

10. Чем вызваны потери осевой нагрузки на коронку?

11. На сколько процентов может наблюдаться расхождение между измеренной и реальной осевой нагрузкой на забое?

12. Назовите практические аспекты реализации методов оперативной оптимизации.