В тому випадку, коли апріорі допускається, що керуючі впливи залишаються незмінними на протязі одного рейсу, то задача визначення режимних параметрів розв’язується як задача нелінійного програмування.

Практична реалізація методик визначення оптимальних режимів процесу буріння наштовхуються на певні труднощі, які породжені тим, що інформація про стан озброєння і опори долота неможливо отримати в процесі буріння свердловини. А це значно ускладнює процедуру визначення параметрів математичної моделі.

Тому в 5 було запропоновано стан озброєння долота оцінювати опосередковано. Отримана при цьому математична модель дає можливість успішно розв’язувати задачу оптимального керування процесу поглиблення свердловини, як при допущеннях, що керуючі впливи є функціями часу, так і при постійних (на протязі одного довбання) режимних параметрах.

Слід відмітити роботи 10, 11, де ставиться задача “глобальної оптимізації” 8, суть якої полягає у визначенні розподілу проходок між рейсами таким чином, щоб мінімізувати собівартість спорудження свердловини. Для вирішення цієї задачі необхідна інформація про параметри математичної моделі на всій глибині свердловини, що на практиці забезпечити дуже проблематично.

Розглянуті способи оптимізації управління процесом буріння детерміновані, в них використовуються математичні моделі і алгоритми керування, структури і коефіцієнти яких визначені до початку чергового рейсу.

Проте процес буріння є нестаціонарним і стохастичним процесом через зміни властивостей гірських порід, що розбурюються свердловину бурять різними типами доліт, в процесі проходки свердловини змінюються температура та геологічні властивості бурових розчинів, із глибиною свердловини зростають сили тертя колони бурильних труб об стінки свердловини та інше.

Все це приводить не тільки до зміни параметрів математичної моделі, але й з ростом глибини свердловини свою структуру повинні змінювати і критерії оптимальності.

Застосування способу адаптації управління дає можливість зняти початкову невизначеність параметрів математичної моделі при зміні умов буріння і при дії на режимні параметри, в загальному випадку, нестаціонарних перешкод з невідомими статистичними характеристиками.

Адаптивна система дає можливість керувати об’єктом при неповній і навіть при незначній апріорній інформації, оскільки всю необхідну інформацію система отримує на протязі процесу керування.

Адаптивні системи, що застосовують в практиці буріння, можна розділити на системи прямого і непрямого пошуку.

Системи першого типу забезпечують пошук і підтримання оптимального значення певного критерію якості при зміні характеристик середовища і об’єкта. Однією з перших таких систем була самоналагоджувальна система регулювання процесу буріння глибоких свердловин електробуром.

До системи непрямого пошуку слід віднести адаптивну систему управління процесом буріння на кар’єрах. Основною метою управління є компенсація основного збурення зміни фізико-механічних властивостей гірських порід. Допускається, що вектор контрольованих збурень вміщує лише один компонент, який є невідомою випадковою константою з нормальним законом розподілу канали вимірювань і передачі керуючих впливів не мають пам’яті і вміщують адитивну суміш сигналів і шуму, які мають нульове математичне очікування і підпорядковуються нормальному закону. При таких допущеннях система управління є системою з повною інформацією і її синтез грунтується на методиці робіт 12, 13. Оскільки процес буріння є нестаціонарним, а методи синтезу оперують з стохастичними об’єктами керування, які мають стаціонарні властивості, то для розв’язання цього протиріччя в роботі 14 розбурювана порода розбивається на інтервали, в середині яких виконуються умови стаціонарності випадкових процесів. Проте, поза увагою автора залишається спосіб такого розбиття. Крім того є досить проблематичним визначення стохастичних характеристик (математичних очікувань, дисперсій, кореляційних функцій) випадкових процесів безпосередньо в процесі буріння, оскільки такі характеристики змінюються від свердловини до свердловини, від рейсу до рейсу. З іншого боку, специфіка умов буріння глибоких свердловин (застосування промивних рідин, вплив динаміки колони бурильних труб, і особливо труднощі контролю режимних параметрів на вибої свердловини) приводить до того, що методи синтезу адаптивних систем керування підривних свердловин не можуть бути використані в практиці глибокого буріння. Крім того є відмінності і в структурі критеріїв оптимальності, що пояснюється перш за все різною питомою вагою СПО при бурінні глибоких і підривних свердловин.

1.1.3 Огляд робіт в області формалізації процесу буріння свердловини

На сучасному етапі розвитку теорії і практики буріння широко застосовують технологічні і кібернетичні моделі. Модель це відтворення об’єкта у вигляді образу чи опису, який має певну відповідність з об’єктом 11. Із відомих типів моделей концептуальних, фізичних і математичних в останній час широке визначення в практиці буріння отримали математичні моделі, які в формалізованому вигляді встановлюють якісні і кількісні співвідношення в буровій системі.

Під буровою системою ми будемо розуміти сукупність фізико-енергетичних процесів, що протікають в системі і засоби їх реалізації.

Основним фізико – енергетичним процесом, який протікає в буровій системі і який є об’єктом формалізації через технологічні моделі, це процес взаємодії долота з гірською породою. Він є двоєдиним процесом, оскільки одночасно з руйнуванням породи відбувається і зношування долота. Обидва процеси руйнування породи і зносу долота залежить від багатьох факторів осьового навантаження на долото, швидкості його обертання, кількості та якості бурового розчину, фізико-механічних властивостей гірських порід, глибини свердловини, пластового тиску та інших. Наприклад, збільшення осьового навантаження на долото і швидкості його обертання приводять до ефективнішого руйнування гірської породи. В той же час збільшення цих факторів викликає інтенсивніший знос озброєння та опор шарошок долота і необхідність частішої його заміни, а це збільшує питому вагу спуско-підіймальних операцій в загальному балансі часу буріння, що в кінцевому підсумку обумовлює збільшення вартості буріння.

Отже, основною задачею створення технологічних моделей це дослідження ефективності роботи долота на