26) Методы построения переходных процессов в сау: классическийи операторный методы.

Наибольшее распространение получили:

1) классический метод (непосредственное решение д.у.)

2) операторный метод

3) метод трапециидальных ВЧХ

4) использование АВМ или ЭВМ

I Рассм. лин.д.у., описывающее движ-е САУ. D(p)*y(t)=k(p)U(t)+N(p)f(t) (1)

где p=d/dt D(p),k(p),N(p)-полиномы во времени

y(t)-выходная регулируемая величина; U(t)-управляющее воздействие; f(t)-возмущающее возд. Решение уравнения (1) имеет вид:y(t)= y_n(t)+ y_b(t);y(t)=полное решение уравнения (1)

y_n(t)-общее решение однородного д.у. D(p)y(t)=0. Эту составляющую часто называют переходной y_b(t)-возмущающая составляющая или частное решение, которое определяется правой частью ур-ия (1). Как известно общ. Решение уравнения (1) может быть представлено из корней характеристического уравнения D(p)=0

y_n(t)=c₁e^p1t+c₂e^p2t+…+ c_ne^pnt - для вещественной

y_n(t)= (c₁+c₂t)e^p2t –для двукратного вещ. корня

y_n(t)=c₁e^(+j)t+c₂e^(-j)t=A_i*e^1t*sin(_It+_i); c_i,A_i, _i – постоянные интегрирования. Полное решение (1) будет иметь вид y(t)=y_b(t)+ c₁e^p1t+c₂e^p2t+…+ c_ne^pnt (2) для отыскания постоянной интегрирования используем начальные условия t=0;y(0)=y₀;y^|(0)=y^|_0;

y^(n-1)(0)=y₀^(n-1) дифференцируем уравнение (2) (n-1) раз и используем н.у. получаем систему из n алгебраических уравнений, с n неизвестными, c₁, c₂, c₃,…, c_n, от куда и определ-я пост. интегрирования. II. ( операт. метод). Он основан на интегральном преобразовании Лапласа. В изображ. решен. диф. ур-я имеет вид: Y(p)=W(p)*U(p), и выполнив преобразование Лапласа получим оригинал т.е решение ур-я при нулевых начал. условиях.y(t)=L^-1{W(p)*U(p)}, различ. след. способы нахождения оригинала: 1) табличный, 2) по теореме разложения, 3) по теореме свертывания. Для определ. интеграла можно использовать теорему разложения. Например для случая разных веществ. корней хар-го ур-я: p₁, p₂, p₃,…, p_n, можем записать Y(p)= b_mp^m+…+b₁p+ b₀/ a_npⁿ+…+a₁p+a₀=K(p)/ a_n(p-p₁)(p-p₂)… (p-p_n) тогда решене исход. Ур-я динамики можно будет записать: y(t)= Σⁿ_i=1 (K(p_i)/D’(p_i))*e^pit, D’(p_i)=dD(p)/dp при p= p_i, где p_i- корни хар-го ур-я D(P)=0. Аналогичные ф-лы есть для случая кратных и комплексных корней. Теорема свертывания гласит если изобр. решения диф. ур-я представл. собой производные двух ф-ий для которых известны оригиналы L^-1 {W(p)}=ω(t), L^-1 {U(p)}=u(t), то ориг. Решения y(t) может быть вычислен с помощью интеграла свертки или интеграла Дюамеля. y(t)=∫^t₀W(τ)* U(t-τ)dτ. Интеграл Дюамеля связывает мгновенные значения вых и вх сигналов с учётом влияния предысторий. Функция w() отражает с которым предыдущее значение n(t-) участвует в формировании выходного сигнала. Достоинства:

1) операторные методы используют алгебраические выражения

2) постоянные интегрирования вычисляются автоматически из нулевых начальных условий

3) метод ориентирован на табличное решение

Недостатки:

1)необходимость нахождения корней

27 СИСТЕМА СБОРА ИНФОРМАЦИИ И ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА БУРЕНИЯ

Система фирмы «Смит Тул корп.» (рис. 1) собирает и обрабатывает данные бурения и автоматического регулирования нагрузки на долото и частоты вращения ротора.

Система состоит из трех основных элементов: блока регулирования, который обеспечивает управление лебедкой и ввод в вычислительное устройство сигналов о нагрузке на долото, частоте вращения ротора и произведении этих параметров; дистанционного визуального воспроизводящего устройства, смонтированного у поста бурильщика; блока регистрации данных и вычислительного устройства, которые могут быть расположены в будке бурового мастера или в специальном прицепе, размещенном вблизи буровой.

Блок регулирования представляет собой портативную аналоговую вычислительную машину, установленную около поста бурильщика и предназначенную для управления лебедкой.

Ер = Р_нго_р/Д

где Р - нагрузка на долото; ш_р - частота вращения ротора; О - диаметр долота.

Вычислительная машина непрерывно производит простые расчеты нагрузки на долото, при которой Е_р поддерживается неизменной, и вырабатывает сигналы управления, поступающие на исполнительное устройство, воздействующее на тормоз буровой лебедки.

Дистанционное воспроизводящее устройство позволяет бурильщику вести непрерывное визуальное наблюдение за механической скоростью бурения, общей проходкой на долото, временем механического бурения и общим временем, затрачиваемым на замену долота и спуско-подъемные операции для каждого рейса. Индикатор скорости бурения дает возможность четко устанавливать границы физико-механических свойств породы.

Блок регистрации данных и вычислительное устройство обеспечивают цифровую регистрацию на печатающих устройства механической скорости бурения, коэффициента буримости по род, затрат на 1 фут проходки, проходки на долото и времен работы долота на забое.

Кроме того, механическая скорость бурения и коэффициент буримости пород записывают в аналоговой форме на одно диаграмме, что дает ценную информацию для инженеров-геоло гов и технологов по бурению. Например, если бурят при постоянной подводимой к долоту энергии, то по этим диаграммам можно прогнозировать вскрытие пластов с аномальным давлением.

Станция "Леуза-2" предназначена для непрерывного контроля и регистрации основных технологических параметров бурения. Станция включает комплект датчиков технологических параметров,табло бурильщика и рабочее место инженера-технолога или бурового мастера.

В серийном варианте станции регистрируются 8 параметров:

- вес колонны на крюке; - крутящий момент на роторе; - давление промывочной жидкости (ПЖ) на манифольде (на входе); - плотность ПЖ в приемной емкости; - уровень ПЖ в приемной емкости; - индикатор потока ПЖ на выходе; - расход ПЖ на входе, измеряемый электромагнитным методом; - датчик глубины.

При необходимости станция "Леуза-2" может комплектоваться дополнительным набором датчиков, контролирующих электропроводность раствора на входе и на выходе, температуру раствора на входе и на выходе, момент на ключе, суммарное газосодержание и др., всего до 32 параметров.

Информация с первичных датчиков поступает на табло бурильщика и визуализируется на цифровых и линейных индикаторах в наглядном для бурильщика виде. В последующем вся информация после оцифровки и первичной обработки поступает в компьютер на рабочем месте мастера.

Сейчас станции «Леуза-2» надежно работают в АНК «Башнефть», ОАО «Татнефтегеофизика», ОАО «Коминефтегеофизика» и в ряде других регионов.

В АНК «Башнефть» станциями «Леуза-2» оснащены практически все буровые установки - всего 45 комплектов. С каждой буровой информация по спутниковому каналу связи поступает в диспетчерский пункт УБР, а в дальнейшем - в центр обработки информации объединения. Ведущие специалисты (геологи, технологи) не выходя из офиса, могут в реальном масштабе времени контролировать и корректировать процесс бурения на местах.

30. Структура станции приведена на рис. 1. Она построена на принципе распределенных удаленных систем сбора, которые объединены между собой с использованием стандартного последовательного интерфейса. Основными низовыми системами сбора являются концентраторы, предназначенные для развязки последовательного интерфейса и подключения через них отдельных составных частей станции: модуля газового каротажа, модуля геологических приборов, цифровых или аналоговых датчиков, информационных табло. Через такие же концентраторы к системе сбора (на регистрирующий компьютер оператора) подключаются и другие автономные модули и системы - модуль контроля качества крепления скважин (блок манифольда), наземные модули забойных телеизмерительных систем, систем регистрации геофизических данных типа «Гектор» или «Вулкан» и т.д.

Рис. 1. Упрощенная структурная схема станции ГТИ

Концентраторы одновременно должны обеспечивать гальваническую развязку цепей связи и питания. В зависимости от возложенных на станцию ГТИ задач количество концентраторов может быть разным - от нескольких единиц до нескольких десятков штук. Программное обеспечение станции ГТИ обеспечивает полную совместимость и слаженную работу в единой программной среде всех технических средств.

31. 32) Информация, измеренная наддолотным модулем 6 (см. рисунок 3.12.), передается по короткому скоростному беспроводному электромагнитному каналу связи 5 на приемно-обрабатывающий блок 4 материнской телесистемы 3. Телесистема наряду с данными, измеренными ею самой, передает на поверхность по беспроводному электромагнитному каналу связи 2 также и данные, полученные наддолотным модулем, в виде дополнительных каналов. На поверхности информация принимается и обрабатывается наземным приемно-обрабатывающим комплексом 1, программное обеспечение которого модифицируется с учетом дополнительных каналов наддолотного модуля.

32. Предназначен для определения глубины скважины в процессе бурения.

Принцип действия - датчик преобразует угол поворота буровой лебедки в импульсы, прямо пропорциональные перемещениям крюкоблока.

Крепление - датчик устанавливается на станине буровой лебедки. Произвести соединение шкива датчика с валом лебедки, тросиком, входящий в комплект датчика. Угол поворота буровой лебедки передается к датчику с помощью клиноременной передачи.

33. Предназначен для измерения крутящего момента на роторе.

Принцип действия - Датчик измеряет реактивный момент редуктора привода роторного стола с помощью тензометрического преобразователя усилий.

Крепление - датчик устанавливается как стягивающее звено между основанием и роторным столом.

34. Предназначен для измерения момента на машинном ключе бурового оборудования.

Принцип действия -датчик представляет собой тензометрический преобразователь усилий.

Крепление - датчик размещается между штоком пневмораскрепителя и тросом ключа.

35. Предназначен для измерения оборотов ротора.

Принцип действия - основным исполнительным узлом датчика оборотов ротора является индуктивный датчик, который срабатывает от приближения металла, выдавая импульсы кратно оборотам вала ротора.

Крепление - датчик размещается в непосредственной близости от карданного привода и крепится с помощью крепежного механизма, входящего в состав датчика.

36. Предназначен для измерения ходов бурового насоса.

Принцип действия - основным исполнительным узлом датчика ходов насоса является индуктивный датчик, который срабатывает от приближения металла, выдавая импульсы кратно ходам насоса.

Крепление - датчик крепится к корпусу насоса с помощью крепежного механизма, входящего в комплект датчика.

37. Предназначен для измерения давления промывочной жидкости (ПЖ) на входе.

Принцип действия - Датчик представляет собой тензометрический преобразователь давления.

Крепление - Датчик подключается к нагнетательной линии через средоразделитель штатного манометра на буровой с помощью тройника (см.рисунок).

38. Предназначен для измерения потока (расхода) промывочной жидкости (ПЖ) на выходе из скважины.

Принцип действия -Поток измеряется по углу отклонения измерительной лопатки.

Крепление - индикатор устанавливается на стенке желоба с помощью крепёжного приспособления, прилагаемого к датчику.

39. Предназначен для измерения уровня промывочной жидкости (ПЖ) в приемной емкости.

Принцип действия - Уровень в емкости измеряется по углу отклонения штока с поплавком. Возможна перенастройка диапазонов измерений в широких пределах.

Крепление - Датчик крепится к верхней кромке приемной ёмкости с помощью прилагаемого крепёжного приспособления; поплавок опускается в промывочную жидкость в середине ёмкости.

40. Предназначен для измерения плотности промывочной жидкости (ПЖ) в приемной емкости.

Принцип действия - Работа датчика основана на измерении выталкивающей силы, действующей на гирю, погруженную в буровой раствор, с применением тензометрического датчика усилий (линейного перемещения). Величина перемещения изменяется пропорционально плотности ПЖ.

Крепление - датчик крепится с помощью крепёжного приспособления к верхней кромке ёмкости, подвешенная гиря опускается в ПЖ.

Предназначен для измерения температуры промывочной жидкости (ПЖ) на входе (в приемной емкости) и/или на выходе (в желобе).

Крепление - Датчик крепится с помощью крепежного приспособления. Датчик температуры ПЖ на входе крепится  к корпусу приемной емкости, термометр сопротивления погружается в ПЖ в приемной емкости. Датчик температуры ПЖ на выходе крепится  в желобной системе, термометр сопротивления погружается в ПЖ в желобе.

41. Предназначен для измерения температуры промывочной жидкости (ПЖ) на входе (в приемной емкости) и/или на выходе (в желобе).

Крепление - Датчик крепится с помощью крепежного приспособления. Датчик температуры ПЖ на входе крепится  к корпусу приемной емкости, термометр сопротивления погружается в ПЖ в приемной емкости. Датчик температуры ПЖ на выходе крепится  в желобной системе, термометр сопротивления погружается в ПЖ в желобе.

42. Предназначен для измерения нагрузки на крюке.

Принцип действия датчика основан на измерении силы натяжения талевого каната на "мертвом" конце с применением тензометрического датчика усилий.

Крепление - датчик устанавливается на неподвижном конце талевого каната.

43. Предназначен для измерения электропроводности промывочной жидкости (ПЖ).

Принцип действия датчика основан на измерении электропроводности жидкостного витка связи индукционным трансформаторным методом.

Крепление - в желобе с помощью крепежного приспособления, прилагаемого к датчику.

50. D-разбиение по одному параметру

 Пусть необходимо выявить влияние на устойчивоять САУ, например, коэффициента усиления K. Приведем характеристическое уравнение к виду D(p) = S(p) + K N(p), выделив члены, не зависящие от K в полином S(p), а в остальных членах, линейно зависящих от K, вынесем его за скобки. Граница D-разбиения задается уравнением

 D(j ) = S(j ) + K N(j ) = 0,  => K = -S(j )/N(j ) = X( ) + jY( ).

 

И зменяя w от -  до +  , будем вычислять X( ) и Y( ) и по ним строить точки границы D-разбиения. Пространство коэффициентов представляется системой координат X-Y (рис.83а). Обычно строят только половину кривой (  = [0, +  ), другую половину достраивают симметрично относительно вещественной оси.

Если в плоскости корней двигаться вдоль мнимой оси от -  до +   и штриховать ее слева (рис.83б), то это будет соответствовать движению вдоль линии D-разбиения при изменении w от -  до +   и штриховке ее также слева. Переходу корня в плоскости корней из штрихованной полуплоскости в нештрихованную вдоль стрелки 1 соответствует аналогичный переход через границу D-разбиения вдоль стрелки 1, и наоборот. Если пересекается область с двойной штриховкой (точкиA, В, C), то в плоскости корней мнимую ось пересекает пара комплексно сопряженных корней.

Если известно количество правых корней, соответствующее хотя бы одной D-области, то двигаясь от нее через границы с учетом штриховок, можно обозначить все остальные области. Область с наибольшим количеством штриховок является претендентом на область устойчивости. Нужно взять любую точку из этой области и при соответствующем значении K проверить систему на устойчивость любым методом.

Есть одна особенность. Так как K - вещественное число, то Y( ) = 0, поэтому нас интересует не вся область устойчивости, а лишь отрезок вещественной оси в этой области, то есть K = X( ).