Формування інформаційної бази автоматизованого керування процесом буріння свердловин
DOI:
https://doi.org/10.33216/1998-7927-2025-293-7-46-55Ключові слова:
буріння, свердловина, керування, автоматизація, характеристики, електромагнітний перетворювачАнотація
Запропоновано метод інформаційного забезпечення автоматизованого керування процесом буріння свердловин у залізовмісних породах на основі електромагнітного вихрострумового перетворення зондуючих сигналів. При моделюванні залежностей параметрів вихрострумового датчика від характеристик досліджуваного середовища використана його трансформаторна модель у вигляді двох котушок з повітряними сердечниками, розташованими одна над одною на певній відстані. Трансформаторна модель вихрострумового датчика адекватно відображає процеси, що у ньому відбуваються при зміні електропровідності та магнітної проникності досліджуваного зразка. Первинний контур трансформаторної моделі представляє вимірювальну котушку датчика. Досліджуване середовище утворює вторинний контур трансформаторної моделі. Імпеданс вимірювальної котушки залежить від фізико-хімічних та текстурно-структурних властивостей досліджуваного середовища, а також від робочої частоти джерела струму датчика. Дійсна частина імпедансу визначається опором контуру, у якому протікають вихрові струми. Імпеданс датчика та спектральна характеристика вимірюваного сигналу доцільно застосовувати для оцінки характеристик досліджуваного середовища. Для апробації підходу використана експериментальна платформа та комбінований електромагнітний перетворювач. Комбінований зонд розміщується над середовищем, у якому одночасно збуджуються та приймаються ультразвуковий сигнал та сигнал вихрових струмів. Моделювання параметрів комбінованого датчика дозволило визначити і формалізувати зв'язок параметрів вимірювальної котушки датчика з характеристиками досліджуваного середовища. Виконаний аналіз показав, що використання параметрів вихрострумового перетворення у наборі з ультразвуковими вимірюваннями покращує результати розпізнавання основних мінералого-технологічних різновидів залізовмісних руд експлуатованого родовища. Одержані результати дозволяють підвищити ефективність автоматизованого керування процесом буріння свердловин у процесі видобутку залізовмісних руд із застосуванням інформації про фізико-механічні характеристики та геологічну структуру породи, що буриться.
Посилання
1. Hai W., He Y., Li Y., Shan Y., Wang C., Xue Q. Multi-element drilling parameter optimization based on drillstring dynamics and ROP model. Geoenergy Science and Engineering. 2025. Vol. 244. P. 213460. https://doi.org/10.1016/j.geoen. 2024.213460.
2. Li M., Wang H., Liao Ml., Yang Y. Field Measurement and Retrieval Research of Multi-physics Micro-measurement Devices During the Drilling Process in Oil and Gas Wells. In: Zhou, K. (eds) Computational and Experimental Simulations in Engineering. ICCES 2024. Mechanisms and Machine Science. 2024. Vol. 168. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-68775-4_65.
3. Rodrigues N., Luis S. Rosado. Development of a miniaturized electrical conductivity gauge based on eddy currents testing. 2016. DOI:10.13140/RG.2.2.23860.17289.
4. Harms J., & Kern T. A. Theory and Modeling of Eddy Current Type Inductive Conductivity Sensors. Engineering Proceedings. 2021. Vol.6, No 1. P. 37. https://doi.org/10.3390/I3S2021Dresden-10103.
5. Zergoug M., Lebaili S., Boudjellal H., Benchaala A. Relation between mechanical microhardness and impedance variations in eddy current testing. NDT & E International. 2004. Vol. 37, P. 65–72. DOI:10.1016/j.ndteint.2003.09.002
6. García-Martín J., Gómez-Gil J., & Vázquez-Sánchez E. Non-Destructive Techniques Based on Eddy Current Testing. Sensors. 2011. Vol.11, No 3. P. 2525-2565. https://doi.org/10.3390/s110302525
7. Mercier D., Lesage J., Decoopman X., Chicot D. Eddy currents and hardness testing for evaluation of steel decarburizing. NDT & E International. 2006. Vol. 39. P. 652–660. https://doi.org/10.1016/j.ndteint.2006.04.005.
8. Pedersen L.B., Magnusson K.Å., Zhengsheng Y. Eddy current testing of thin layers using co-planar coils. Research in Nondestructive Evaluation. 2013. Vol.12. P.53–64. URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s001640000005.
9. Song M., Li M., Xiao S., & Ren J. Research on the Influence of Geometric Structure Parameters of Eddy Current Testing Probe on Sensor Resolution. Sensors. 2023. Vol. 23. No. 14. P. 6610. https://doi.org/10.3390/s23146610.
10. Gruber G., Schweighofer B., Berger M., Leitner T., Kloesch G., & Wegleiter H. Eddy Current Position Measurement in Harsh Environments: A Temperature Compensation and Calibration Approach. Sensors. 2024. Vol. 24, No. 5. P. 1483. https://doi.org/10.3390/s24051483.
11. Wang H., Liu Y., Li W., Feng Z. Design of Ultrastable and High Resolution Eddy-Current Displacement Sensor System. Conference: IECON 2014-40th Annual Conference of IEEE Industrial Electronics Society, At: Dallas, TX, USA. DOI:10.1109/IECON.2014.7048828.
12. Wang S.-C., Xie B.-R., & Huang S.-M. Design and Analysis of Small Size Eddy Current Displacement Sensor. Sensors. 2022. Vol.22, No. 19. P. 7444. https://doi.org/10.3390/s22197444.
13. Song M., Li M., Xiao S., & Ren J. Research on the Influence of Geometric Structure Parameters of Eddy Current Testing Probe on Sensor Resolution. Sensors. 2023. Vol. 23, No. 14. P. 6610. https://doi.or g/10.3390/s23146610.
14. García-Martín J., Gómez-Gil J., Vázquez-Sánchez E. Non-Destructive Techniques Based on Eddy Current Testing. Sensors 2011. Vol. 11. P. 2525-2565. https://doi.org/10.3390/s110302525.
15. Placko D., Dufour I. Eddy current sensors for nondestructive inspection of graphite composite materials. In Proceedings of the IEEE Conference of the Industry Applications Society (IAS'92), Houston, TX, USA, October 1992. P. 1676-1682.
16. Xu P., Huang S., Zhao W. Differential eddy current testing sensor composed of double gradient winding coils for crack detection. In Proceedings of the IEEE Sensors Applications Symposium (SAS 2010), Limerick, Ireland, February 2010. P. 59-63.
17. Lakhdari Ala Eddine, Cheriet A., Nacereddine El-Ghoul I. Skin effect based technique in eddy current non-destructive testing for thickness measurement of conductive material. IET Circuits, Devices & Systems. 2019. Vol.13, No. I.2, P. 255-259. https://doi.org/10.1049/iet-smt.2018.5322
18. Libby H.L. Introduction to electromagnetic nondestructive test methods. Wiley-Interscience, New York, USA, 1971.
19. Krahenbuhl L., Muller D. Thin layers in electrical engineering-example of shell models in analysing eddy-currents by boundary and finite element methods. IEEE Transactions on Magnetics, 1993. Vol. 29, No. 2. P.1450–1455. URL: https://hal.science/hal-00082820v1/document.
20. Xue Z., Fan M., Cao B. and Wen D. A fast numerical method for the analytical model of pulsed eddy current for pipelines. Insight - Non-Destructive Testing and Condition Monitoring. 2020. Vol. 62, No 1. P. 27-33(7). DOI: 10.1784/insi.2020.62.1.27.
21. Simscape. Model and simulate multidomain physical systems. https://www.mathworks.com/ products/simscape.html.
22. Thompson S. Simscape model for Eddy Currents in a Cylindrical Core. [Data set]. Scholarsphere. 2024. https://doi.org/10.26207/3h14-4190.
23. Thompson S. MathWorks files for inductor with eddy currents in core.
24. Morkun V., Morkun N., Gaponenko A., & Bobrov Ye. Methods of ultrasonic wave generation in the practice of non-destructive measurements. Journal of Kryvyi Rih National University. 2023. Vol. 21, No. 1.P. 54-62. https://doi.org/10.31721/2306-5451-2023-1-56-54-62.
25. Morkun V., Morkun N., Hryshchenko S., Gaponenko I., Gaponenko A., & Bobrov Ye. Modelling of an electromagnetic acoustic transducer. Mining Journal of Kryvyi Rih National University. 2023. Vol.57, No. 1.P. 88-95.
26. Morkun V., Morkun N., Fischerauer G., Tron V., Haponenko A., & Bobrov Y. Identification of mineralogical ore varieties using ultrasonic measurement results. Mining of Mineral Deposits. 2024., Vol. 18, No 1.P. 1-8. https://doi.org/10.33271/mining18.03.001.
