Критерии оптимизации

Критерий оптимизации является характеристикой цели и определяет признак, по которому оптимизируется процесс.

Под критерием оптимизации также понимается математический эквивалент цели управления, являющийся функционалом, который зависит от факторов и показателей процесса.

К критерию оптимизации предъявляется ряд требований. Он должен:

• иметь ясный физический смысл;

• однозначно характеризовать объект исследования;

• технологически легко измеряться и выражаться количественно;

• с достаточной полнотой и универсальностью описывать объект.

Если оптимизация осуществляется по одному какому-либо критерию, то такие критерии называются частными, а задачи - однокритериальными.

Значения критерия оптимизации могут быть дискретными и непрерывными.

На критерий оптимизации накладываются различные ограничения (упоры). Ши­роко используются так называемые директивные ограничения. Примером таких ог­раничений могут быть:

■ минимальный выход керна, определяемый из условий достоверности геологического опробования;

■ минимальные скорости и производительность бурения, определяемыми плановыми показателями разведки или добычи;

■максимальная затрачиваемая мощность, ограниченная параметрами привода.

Однокритериальные задачи оптимализации

Производительность бурения оценивается скоростями бурения. Механическая скорость бурения :

,

где - углубление скважины, м; - текущее время чистого бурения, с.

В общем виде можно записать

,

где - осевая нагрузки на породоразрушающий инструмент; - частота вращения; - расход очистного агента; - свойства горных пород, влияющие на буримость; - степень износа породоразрушающего инструмента.

Для незатупляющегося инструмента степень износа

, (11)

где - интенсивность линейного износа резцов ( ; - эмпирические коэффициенты, зависящие от свойств породы, инструмента, очистного агента: ); - допустимый износ лезвий инструмента, равный разности начального и конечного значений длины лезвия.

Однако использование формулы (4.1) неприемлемо из-за того, что механическая скорость изменяется по гармоническим законам низкочастотных и высокочастотных колебаний, поэтому следует увеличить интервал замера и производить расчет по фор­муле:

,

где ΔН - углубка, для крепких пород рекомендуется ΔН =0,3-0,5 м, для пород мяг­ких и средних по твердости ΔН= 1,0-2,0 м.

При использовании затупляющегося породоразрушающегося инструмента механи­ческая скорость снижается, если осевая нагрузка поддерживается постоянной. Измене­ние механической скорости бурения в рейсе обычно описывается экспоненциальным законом:

uде: V_i - текущая скорость; V₀ - начальная скорость;

а - декремент затухания, определяется для конкретных условий экспериментально;

t - текущее время бурения в рейсе.

Показатель декремента затухания скорости бурения

, (2.6)

Более полным критерием производительности является рейсовая скорость бурения V_p:

где: Н - углубка, м;

Т- время спускоподъемных и вспомогательных операций; Т - время чистого бурения в рейсе.

Критерии максимальной сменной и коммерческой скорости бурения.

Под критерием сменной скорости бурения понимается отношение выработки за смену к сумме производительного и непроизводительного времени в течение смены:

. (20)

Критерий не всегда дает объективную оценку сменной скорости. Например, 1-я бригада провела за смену спуск-бурение-подъем-спуск, 2-я бригада за следующую смену провела бурение-подъем-спуск-бурение. В такой ситуации сложно определить производительность каждой бригады. Поэтому более приемлемым следует считать критерий максимальной коммерческой скорости бурения при бурении всей скважины:

, (23)

где - проектная глубина (отметка) скважины; - начальная отметка скважины; - суммарные производительные затраты времени на бурение; - суммарные непроизводительные затраты времени при бурении скважины.

Между критерием рейсовой скорости и критерием минимума стоимости 1 м бурения нет принципиальных различий с точки зрения алгоритма управления процессом бурения. Действительно,

; (31)

, (32)

где - стоимость 1 м бурения; - стоимость 1 ч работы буровой установки без учета стоимости породоразрушающего инструмента; - стоимость породоразрушающего инструмента.