Обеспечение результативности и эффективности бурения нефтяных и газовых скважин на основе системного подхода
Решение проблемы сокращения издержек на поддержание технического состояния нефтяных и газовых скважин как важный резерв повышения прибыльности нефтегазовых компаний. Пути повышения эффективности бурения скважин путем совершенствования процесса промывки.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | автореферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 24.04.2016 |
| Размер файла | 617,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина
Специальность 25.00.15. - Технология бурения и освоения скважин
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
обеспечение результативности и эффективности бурения нефтяных и газовых скважин на основе системного подхода
Балаба Владимир Иванович
Москва - 2010
Работа выполнена в Российском государственном университете нефти и газа имени И.М. Губкина.
Официальные оппоненты:
- доктор технических наук, профессор, Гусман Александр Михайлович, ОАО "Буровая техника" - ВНИИБТ;
- доктор технических наук, Повалихин Александр Степанович, ООО "Интеллект Дриллинг Сервисиз";
- доктор технических наук, профессор Степин Юрий Петрович, РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина.
Ведущая организация: Общество с ограниченной ответственностью "Газпром бурение".
Защита состоится 12 октября 2010 г. в 15.00 часов в ауд. 731 на заседании диссертационного совета Д.212.200.08 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора технических наук при РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина по адресу: Ленинский пр-т, 65, Москва, В-296, ГСП-1, 119991.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина.
Автореферат разослан "____" _________ 2010 г.
Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., профессор Б.Е. Сомов
Общая характеристика работы
Актуальность проблемы. В структуре ежегодных капиталовложений в нефтегазодобычу затраты на строительство и реконструкцию скважин по разным оценкам составляют от 30 до 50 %. При этом доля дефектных законченных строительством скважин достигает десятков процентов. Поэтому в большинстве случаев потребность в их ремонте возникает уже после нескольких лет эксплуатации и расходы на поддержание технического состояния скважин достигают 20 % ежегодных суммарных издержек добывающих предприятий. Отсюда следует, что улучшение качества скважин и, как следствие, сокращение издержек на поддержание их технического состояния - это важный резерв повышения прибыльности нефтегазовых компаний.
Переход на рыночные отношения в России привел к реорганизации производственной деятельности в бурении путем выделения из нефтегазовых компаний буровых предприятий и образования рынка буровых подрядчиков. Приобретя статус самостоятельных хозяйствующих субъектов, они стали перед выбором - обанкротиться или повысить уровень конкурентоспособности: улучшать качество работ, совершенствовать технологии, снижать издержки и т.д. Кроме того, значительно расширился круг субъектов, с которыми буровое предприятие связано договорными и иными обязательственными отношениями (субподрядчики, поставщики, инвесторы, страховщики, акционеры и т.д.). Каждый из них, стремясь снизить свой риск, выбирает делового партнера, ориентируясь на его конкурентоспособность, которая определяется, главным образом, результативностью и эффективностью его деятельности.
Теория и практика бурения оказались не достаточно подготовленными к таким изменениям. Особое отставание при этом проявляется в области методологии (терминология, структура, логическая организация, методы и средства) обеспечения результативности (степень реализации запланированной деятельности и достижения запланированных результатов) и эффективности (связь между достигнутым результатом и использованными ресурсами) бурения скважин. Таким образом, существует практическая потребность в решении крупной научной проблемы, имеющей важное хозяйственное значение, - совершенствовании методологических основ повышения результативности и эффективности бурения скважин в соответствии с изменившимися условиями производственной деятельности в бурении.
Актуальность исследований подтверждается также тем, что они осуществлялись в соответствии с государственными планами научно-исследовательских работ (1987-1999 г.г.), решением секции "Бурение и строительство скважин" Научно-технического совета ОАО "Газпром" (ноябрь, 2006), инновационной образовательной программой "Развитие инновационных профессиональных компетенций в новой среде обучения - виртуальной среде профессиональной деятельности" приоритетного национального проекта "Образование" (2005-2008 г.г.).
Степень разработанности проблемы. Для структурирования исследуемой проблемы и выявления задач, подлежащих решению в приоритетном порядке, в диссертации проанализированы работы, авторами которых являются: Аветисов А.Г., Аветов Р.В., Агзамов Ф.А., Ангелопуло О.К., Ашрафьян М.О., Байдюк Б.В., Басарыrин Ю.М., Бастриков С.Н., Белорусов В.О., Близнюков В.Ю., Буглов Н.А., Будников В.Ф., Будько А.В., Булатов А.И., Вартумян Г.Т., Василенко И.Р., Гасумов Р.А., Гноевых А.Н., Горонович С.Н., Григулецкий В.Г., Гусман А.М., Евсеев В.Д., Живаева В.В., Зозуля В.П., Зозуля Г.П., Ипполитов В.В., Исмаков Р.А., Кашкаров Н.Г., Коновалов Е.А., Кочетков Л.М., Кошелев В.Н., Крылов В.И., Крысин Н.И., Куксов А.К., Кулиев К.Н., Куликов В.В., Кульчицкий В.В., Курбанов Я.М., Курумов Л.С., Леонов Е.Г., Лихушин А.М., Лушпеева О.А., Мавлютов М.Р., Мирзаджанзаде А.Х., Мнацаканов В.А., Никитин Б.А., Нифантов В.И., Новиков В.С., Овчинников В.П., Овчинников П.В., Оганов А.С., Оганов Г.С., Пеньков А.И., Повалихин А.С., Подгорнов В.М., Поляков В.Н., Потапов А.Г., Пуля Ю.А., Рябоконь С.А., Рябченко В.И., Сеид-Рза М.К., Сердюк Н.И., Симонянц С.Л., Спивак А.И., Третьяк А.Я., Уляшева Н.М., Урманчеев В.И., Усынин А.Ф., Федоров В.Н., Хузина Л.Б., Чубик П.С., Шарипов А.У., Ширин-Заде С.А., Штоль В.Ф. и др. Зарубежными авторами, труды которых составили теоретическую базу исследования, являются: Алдрид У., Алимжанов М.Т., Борк Ж., Войтенко В.С., Гаджиев М.А., Зарубин Ю.О., Егер Д.О., Карабалин У.С., Коцкулич Я.С., Мыслюк М.А., Тернер Л., Тюдор Ф., Ханмамедов М.А., Яремийчук Р.С., Ясов В.Г. и др.
В результате анализа научных публикаций и опыта бурения скважин выявлены два аспекта состояния проблемы. Во-первых, установлено, что теория не полностью соответствует потребностям практики бурения скважин, так как технологические процессы и операции рассматриваются автономно, а не в виде целостной системы, результатом функционирования которой является законченная строительством скважина. Во-вторых, в результате анализа и обобщения теоретической базы исследования выявлены новые и нерешенные, методологически мало изученные аспекты проблемы, относящиеся, прежде всего, к системному обеспечению качества скважин и эффективности бурения, промывке скважин, техническому регулированию строительства скважин. Противоречия между практикой бурения и ее теоретическим осмыслением, между разными объяснениями, интерпретациями практики бурения составляют сущность сформулированной нами проблемы, заключающейся в несовершенстве методологических основ повышения результативности и эффективности бурения скважин.
Цель исследования. Повышение результативности и эффективности бурения скважин путем системного совершенствования его методологических основ.
Основные задачи исследования. Для достижения поставленной цели в диссертационной работе были поставлены следующие основные задачи.
Выполнить анализ и обобщение состояния проблемы обеспечения результативности и эффективности бурения скважин.
Разработать методологические основы управления качеством в бурении.
Теоретически и экспериментально обосновать пути повышения результативности и эффективности бурения скважин путем совершенствования процесса промывки скважин.
Развить научные и методологические основы технического регулирования экологических аспектов обеспечения результативности и эффективности бурения скважин.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования является бурение скважин, предметом - методологические и технологические основы повышения результативности и эффективности бурения скважин.
Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследования. Методологической базой исследования являются подходы, методы, использованные в диссертационном исследовании. Для решения поставленных задач применялись: методы системного анализа, методы аналитических исследований и научных обобщений, статистическая обработка и анализ фактических промысловых данных; специально разработанные методики исследований и экспериментальные установки; стендовые и промысловые исследования. Кроме того, использовались методы микроскопического, химического, рентгеноструктурного и термографического анализов. Изучение свойств буровых технологических жидкостей и технологических отходов бурения осуществлялось стандартизованными и апробированными в исследовательской практике методами. Достоверность экспериментальных исследований обеспечена как путем использования принятых в исследовательской практике методик планирования экспериментов и математической обработки их результатов, так и как путем сопоставления промысловых и экспериментальных данных.
Теоретической базой исследования являются теоретические работы отечественных и зарубежных ученых и специалистов в изучаемой области.
Эмпирическая база исследования - изученная выборочная совокупность свойств объекта исследования: результативность и эффективность бурения скважин.
Научные результаты, выносимые на защиту:
1. Структурно-функциональная модель буровой технологической системы (БТС), которую предложено использовать в качестве объекта управления результативностью и эффективностью бурения скважин.
2. Методологические основы оценки соответствия в бурении, базирующиеся на выделении двух основных объектов (технологических процессов бурения и законченной строительством скважины), что позволяет авторизовать ответственность за результаты деятельности и обеспечить последовательное устранение несоответствий.
3. Обоснование жизненного цикла скважины на основе представлений о скважине как горнотехническом сооружении и горнотехнической системе.
4. Использование в качестве описательной модели БТС рабочего проекта на строительство скважины, дополненного разделами "Заканчивание скважины", "Анализ и оценка технологического риска" и "Оценка соответствия".
5. Методика оценки физико-химического разупрочнения глинистых пород дисперсионной средой промывочной жидкости, основанная на определении скорости пропитки и скорости набухания образцов пород в фильтрате промывочной жидкости, позволяющая повысить результативность и эффективность бурения скважин.
6. Принципы оценки экологической безопасности БТС, учитывающие изменение состава и свойств веществ, обращающихся в технологических процессах бурения скважин.
7. Научное обоснование и методическое обеспечение профессиональной подготовки буровых супервайзеров, направленное на повышение результативности и эффективности бурения скважин.
Диссертация представляет собой научно-квалификационную работу, в которой изложены научно обоснованные технические, экономические и технологические решения, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие экономики страны. В диссертации систематизированы, обобщены и развиты научные исследования, выполненные автором в течение 1978-2009 годов.
Научная новизна результатов исследования заключается в разработке и развитии методологических основ повышения результативности и эффективности бурения скважин, что представлено совокупностью следующих положений:
1. Разработана методология повышения результативности и эффективности бурения скважин, основанная на использовании в качестве объекта управления буровой технологической системы (БТС), представляющей собой совокупность функционально взаимосвязанных средств технологического оснащения, предметов производства и исполнителей для выполнения в регламентированных условиях производства технологических процессов и операций по бурению скважины. Разработана структурно-функциональная модель БТС.
2. Разработаны методологические основы оценки результативности и эффективности бурения скважин, особенностью которых является выделение в качестве объектов оценки технологических процессов бурения и законченной строительством скважины. Это позволяет авторизовать ответственность участников бурения скважины за результаты деятельности и обеспечить последовательное устранение несоответствий.
3. Разработана методика оценки разупрочняющей способности буровых технологических жидкостей (БТЖ), которая, в отличие от известных, позволяет учесть раздельно влияние скорости пропитки и набухания дисперсионной среды БТЖ на процесс разупрочнения глинистых пород в стенке скважины. Использование этих показателей позволяет повысить результативность и эффективность технологических решений по сохранению деформационной устойчивости ствола скважины.
4. Экспериментально установлено и теоретически обосновано, что в условиях отсутствия достоверной информации о свойствах глинистых пород в стенке скважины существенно повысить результативность ингибирования их разупрочнения можно путем введения в промывочную жидкость микрополидобавок, представляющих собой смесь ингибиторов разупрочнения различной природы. Новизна созданных рецептур реагентов и БТЖ подтверждена авторскими свидетельствами и патентами на изобретения.
5. Установлено и теоретически обосновано, что при оценке экологической безопасности БТС необходимо учитывать отходы не только промывочной, но и других технологических жидкостей, а оценка экологичности веществ, обращающихся в технологических процессах должна осуществляться с учетом изменения состава и свойств БТЖ в процессе циркуляции через скважину.
Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость работы заключается в том, что методологическое обеспечение повышения результативности и эффективности бурения скважин в науке слабо разработано, имеются противоречивые подходы. Разработка этой темы дополняет представления по ряду теоретических вопросов, открываются новые перспективы для прикладных исследований.
Практическая потребность в методологическом обеспечении повышения результативности и эффективности бурения скважин достаточно выражена. Решение этой проблемы положительно скажется на различных сторонах практики. Практическая значимость работы определяется следующими положениями:
- разработаны научное и методологическое обеспечение и модель системы управления качеством строительства скважин, удовлетворяющие требованиям международных стандартов серии ИСО 9000;
- предложена методика оценки ингибирующей способности БТЖ, позволяющая упростить процедуру выбора их состава и свойств за счет использования менее трудоемких для определения показателей - скоростей пропитки и набухания.
- разработаны в соавторстве на уровне изобретений: составы и способы приготовления буровых промывочных жидкостей, реагентов и материалов для их приготовления и кондиционирования, микрополидобавок (авторские свидетельства №: 1114691, 1266851, 1454822, 1536806, 1623180, 1781281; патенты №: 1745750, 1752752, 1776270, 1788962, 1814652, 1838363, 1838365, 2003658, 2026876, 2051944, 2055089, 2055855, 2064570, 2087513, 2088627, 2177492, 2234598, 2234598), способ очистки горизонтального участка ствола скважины от шлама путем обратной промывки (патент № 2166061), способ ликвидации подземной соляной камеры, содержащей опасные жидкие отходы, с использованием гидроизолирующего состава на основе нефелинсодержащего сырья (патент № 2221148);
- научное и методическое обеспечение технологического надзора (супервайзинга) в бурении реализовано в виде Государственных требований к минимуму содержания и уровню требований к специалистам по дополнительной профессиональной образовательной программе для получения дополнительной квалификации "Специалист технологического надзора при строительстве скважин (супервайзер)", утвержденных Минобрнауки России (регистрационный номер ГТПАК 40/03 от 10.05.2006) и учебных пособий "Безопасность технологических процессов бурения скважин" (РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2007), "Безопасность технологических процессов добычи нефти и газа" (ООО "Недра-Бизнесцентр", 2008, соавторы Дунюшкин И.И. и Павленко В.П.) и "Управление качеством в бурении" (ООО "Недра-Бизнесцентр", 2008), получивших гриф Учебно-методического объединения вузов РФ по нефтегазовому образованию.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Решение научных и технических проблем специальности 25.00.15 "Технология бурения и освоения скважин" направлено на разработку технологий и технических средств для повышения качества и снижения стоимости строительства скважин. Поэтому цель диссертации, заключающаяся в повышении результативности и эффективности бурения скважин путем системного совершенствования его методологических основ, полностью соответствует формуле специальности.
Область диссертационного исследования включает разработку методологических основ повышения результативности и эффективности бурения скважин, моделирование процессов бурения, предупреждение осложнений, предупреждение загрязнения недр, обеспечение охраны окружающей среды, разработку научных основ обоснования и оптимизации рецептур технологических жидкостей, химических реагентов и материалов для строительства скважин. Поэтому область диссертационного исследования соответствует формуле специальности, а именно: пункту 3 "Физико-химические процессы в горных породах, буровых и цементных растворах с целью разработки научных основ обоснования и оптимизации рецептур технологических жидкостей, химических реагентов и материалов для строительства скважин", пункту 4 "Тепломассообменные процессы при бурении скважин с целью разработки технологии и технических средств по улучшению коллекторских свойств призабойной зоны пласта, интенсификации притока пластового флюида, предупреждения загрязнения недр, обеспечения охраны окружающей среды" и пункту 5 "Моделирование и автоматизация процессов бурения и освоения скважин при углублении ствола, вскрытии и разобщении пластов, освоении продуктивных горизонтов, ремонтно-восстановительных работах, предупреждении и ликвидации осложнений".
Апробация результатов исследования. Основные научные, методические и прикладные результаты, полученные в работе, обсуждались на международных и отечественных конференциях, семинарах и совещаниях:
техническом совещании в ПГО "Енисейнефтегазгеология" (Красноярск, 1982); Московской городской научно-практической конференции МУиС по проблемам освоения нефтяных и газовых месторождений Западной Сибири (1983), где работа была удостоена Почетной грамоты Московского правления НТО им. И.М. Губкина; Всесоюзной конференции МУиС "Проблемы комплексного освоения нефтяных и газовых месторождений" (Учкекен, 1984); научно-технической конференции "Ускорение научно-технического прогресса при поисках и разработке нефтяных и газовых месторождений" (Пермь, 1987); I (1987) и II (1988) Московских конференциях "Молодежь - научно-техническому прогрессу в нефтяной и газовой промышленности"; техническом совещании в НПО "Недра" (Ярославль, 1991); 2-м, 3-м и 5-м Международных семинарах "Горизонтальные скважины" (Москва, 1997, 2000, 2008); 3-й научно-технической конференции "Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России" (Москва, 1999); секции "Техника и технология бурения скважин" НТС ОАО "Газпром" (Тюмень, 1999); Международной конференции стран СНГ "Молодые ученые - науке, технологиям и профессиональному образованию для устойчивого развития: проблемы и новые решения" (Москва, 1999); Международном семинаре "Охрана водных биоресурсов в условиях интенсивного освоения нефтегазовых месторождений на шельфе и внутренних водных объектах Российской Федерации" (Москва, 2000), Научно-техническом семинаре "Декларирование и экспертиза промышленной безопасности" (Оренбург, 2000), Научно-техническом семинаре ООО "Подземгазпром" (Москва, 2000), 1-й Международной конференции "Нефтеотдача-2003" (Москва, 2003), секции "Бурение и строительство скважин" Научно-технического совета ОАО "Газпром" (Тюмень, 2005); Международной научно-технической конференции "Повышение качества строительства скважин" (Уфа, 2005); Научно-практическом семинаре "Техническое регулирование, промышленная безопасность, стандартизация, менеджмент и конкурентоспособность в нефтегазовом комплексе и смежных сферах экономики России" (Москва, 2007); 7-й Всероссийской научно-технической конференции "Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России" (Москва, 2007); Всероссийской научно-методической конференции "Управление качеством образовательного процесса в условиях модернизации российского образования" (Ухта, 2008), секции "Строительство скважин" НТС ОАО "Газпром" (Москва, 2009), XVIII Губкинских чтениях "Инновационное развитие нефтяной и газовой промышленности России: наука и образование" (Москва, 2009).
Реализация результатов исследования. Основные положения диссертации использованы в рабочих проектах, технологической документации и реализованы при бурении скважин в Восточной Сибири (скважины № 5 Ванаварсквая и № 6 Нижне-Тунгусская), сверхглубоких скважин в Прикаспийском регионе (Кузнецовская СГ, Карачаганакская СГ, Коскульская СГ, Деркульская СГ и Утвинская СГ).
Технология очистки горизонтального участка ствола скважины (Патент № 2166061 на изобретение "Способ очистки ствола скважины") внедрена в Степновском УБР. Интерактивная база данных "Промывка скважин" применена в АО "Сибирская технологическая компания" (г. Нижневартовск).
Результаты исследований использованы, в частности, при выполнении автором работ по аудиту промышленной и экологической безопасности (Российско-американская компания "BaiTex", Бугуруслан, 1998), консультированию по оценке воздействия на окружающую среду (ОВОС) строительства поисково-разведочной скважины Южно-Долгинская в Печорском море (компания "Газфлот" ОАО "Газпром", Москва, 1999), разработке технологической части ОВОС строительства группы скважин на Ванкорском месторождении (компания "Енисейнефть", Красноярск, 1999), экспертизе промышленной безопасности веществ и материалов для бурения и эксплуатации скважин (компания "Халлибуртон интернэшнл инк", Москва, 2000), консультировании создания рекомендаций ОАО "Газпром" "Качество скважины. Оценка соответствия при строительстве скважин" (ОАО "СевКавНИПИгаз", 2009-2010).
Для учебно-методического обеспечения подготовки и повышения квалификации кадров нефтегазовой отрасли разработаны 28 учебно-методических документов. В необходимых случаях эти документы согласованы с Госгортехнадзором России (в н.в. Ростехнадзор). Учебно-методические документы используются:
в учебном процессе РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина (кафедра бурения нефтяных и газовых скважин, Учебно-исследовательский центр по проблемам повышения квалификации, Тренажерный центр по управлению скважиной);
при обучении и повышении квалификации персонала (руководителей, специалистов и рабочих) в ОАО "Газпром";
для подготовки экспертов по промышленной безопасности в области строительства скважин в Национальном институте нефти и газа.
Публикации. Результаты научных исследований автора опубликованы в 144 работах. По теме диссертации опубликована 131 работа, в том числе: 3 монографии, 9 учебных пособий, 74 статьи (37 из них в изданиях, входящих в перечень ВАК), 19 тезисов докладов, 26 описаний изобретений.
Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 разделов (1. Состояние проблемы, цель и задачи исследования; 2. Системный анализ процесса бурения скважин; 3. Научные и методологические основы управления качеством в бурении; 4. Совершенствование процесса промывки как средство повышения результативности и эффективности бурения скважин; 5. Научные и методологические основы технического регулирования экологических аспектов обеспечения результативности и эффективности бурения скважин), основных выводов и рекомендаций. Она изложена на 308 страницах машинописного текста, включает 65 рисунков, 66 таблиц, список использованной литературы - 581 наименование.
Содержание работы
Во введении представлена краткая характеристика диссертации, обоснована актуальность темы, сформулирована цель, определены основные задачи исследований, показана научная и практическая значимость полученных результатов.
Первый раздел посвящен анализу состояния проблемы и обоснованию целей и задач исследования.
Резко возросшие требования к качеству скважин, увеличение глубины и нарастание масштабности проблем в процессе бурения скважин при ограничении сроков и ресурсов, отводимых на их решение, - все это значимые факторы, которые предопределяют необходимость системного подхода к решению технологических проблем бурения скважин. Несмотря на это системные исследования в области строительства скважин носят фрагментарный характер. Зачастую системный подход отождествляется с комплексным. Между тем, актуальным является решение не только частных технологических проблем бурения, в том числе комплексное и системное, но, прежде всего, системное обеспечение качества скважин, сроков выполнения работ и их стоимости. Для структурирования этой проблемы и выявления задач, подлежащих решению в приоритетном порядке, в диссертации в хронологическом порядке проанализированы работы в области методологии обеспечения результативности и эффективности бурения скважин, оценки и управления качеством в бурении, авторами которых, в частности, являются: Ахмедов К.С, Бадовский Н.А., Бронзов А.С., Комм Э.Л., Королько Е.И., Морозов С.Г., Пейсиков Ю.В., Синицын В.А., Федорова Н.Г., Фрумберг В.А., Щепилло Ю.Н., Юсупов И.Г.
На основе системного подхода и анализа работ предшественников была идентифицирована проблема, сформулированы изложенные выше цель и задачи исследования, обоснован и разработан алгоритм решения проблемы.
Во втором разделе диссертации приводятся результаты системного анализа процесса бурения скважин.
Системный анализ основывается на множестве принципов, главенствующим из которых является принцип конечной цели, заключающийся в абсолютном приоритете глобальной, системообразующей цели системы над частными целями ее подсистем. Производственный процесс бурения осуществляется с целью получения законченной строительством скважины, качество которой соответствует установленным требованиям. Эффективность процесса определяется затратами ресурсов для достижения этого результата. Исходя из этого, автором предложено рассматривать в качестве объекта управления буровую технологическую систему (БТС), представляющую собой совокупность функционально взаимосвязанных средств технологического оснащения, предметов производства и исполнителей для выполнения в регламентированных условиях производства технологических процессов бурения скважины. Разработана структурно-функциональная модель БТС в виде взаимосвязанных и взаимодействующих процессов - объектов управления, каждый из которых выполняет функцию, так или иначе связанную с ее целевой функцией (рис. 1).
Рис. 1. Структурно-функциональная модель БТС
Функциональный анализ БТС позволил определить ее основные свойства и критерии оценки, а структурный - соответствие элементов системы достижению конечной цели. Для управления подсистемами БТС сформулированы цели их функционирования, обоснованы показатели достижения целей и разработаны средства для определения этих показателей. В связи с этим подчеркнем, что принципиальным является выделение процесса, как совокупности последовательных действий для достижения какого-либо результата и собственно результата процесса - продукции. Это необходимо, прежде всего, потому, что для оценки процесса и продукции используются разные показатели. Продукция характеризуется показателями качества, а процесс - результативностью и эффективностью.
Автором обосновано выделение 5 технологических процессов бурения, каждый из которых предложено описывать специфической совокупностью показателей режима осуществления процесса и свойств его результата (выхода) при бурении под каждую из обсадных колонн скважины (табл. 1).
Отметим, что конечный продукт может иметь различную природу (материальный объект или некоторые функции преобразования). Например, процесс циркуляции промывочной жидкости, являясь вспомогательным, не создает новый материальный объект, его результатом являются функции преобразования: гидротранспорт бурового шлама, создание давления на стенку скважины и т.д.
В первом, грубом приближении в качестве описательной модели БТС можно рассматривать рабочий проект на строительство скважины. Однако действующий макет рабочего проекта (РД 39-0148052-537-87) уже давно не соответствуют современным требованиям, и не может использоваться с указанной целью. Поэтому его предложено дополнить разделами "Заканчивание скважины", "Анализ и оценка технологического риска" и "Оценка соответствия". В частности, необходимость сосредоточения проектных решений по всему комплексу работ, выполняемых в продуктивном пласте, в разделе "Заканчивание скважины" обусловлена потребностями использования системного подхода к заключительному и наиболее ответственному этапу создания скважины.
Таблица 1. Структура технологических процессов бурения скважины
|
Технологический процесс |
Функциональное назначение процесса |
Результат процесса |
Примеры характеристик процесса и его результата |
|
|
Основные процессы |
||||
|
Углубление ствола скважины |
Формирование ствола скважины |
Ствол скважины |
Нагрузка на долото, длина и диаметр ствола скважины |
|
|
Крепление ствола скважины обсадной колонной |
Размещение в стволе скважины обсадной колонны |
Обсадная колонна (ОК) |
Скорость спуска ОК, длина и диаметр ОК |
|
|
Тампонирование заколонного пространства скважины |
Создание герметичной оболочки из тампонажного камня между стенкой скважины и ОК |
Оболочка из тампонажного камня между стенкой скважины и ОК |
Скорость потока тампонажной жидкости в заколонном пространстве, давление опрессовки оболочки из тампонажного камня между стенкой скважины и ОК |
|
|
Заканчивание скважины |
Формирование системы "скважина - продуктивный пласт" |
Система "скважина - продуктивный пласт" |
Скорость механического бурения при первичном вскрытии пласта, коэффициент гидродинамического совершенства, отношение реальной продуктивности к потенциальной |
|
|
Вспомогательный процесс |
||||
|
Промывка скважины |
Создание условий для бурения скважины (углубление, крепление, тампонирование и заканчивание) |
Условия бурения скважины (углубление, крепление, тампонирование и заканчивание) |
Плотность промывочной жидкости, концентрация коллоидной фазы, производительность буровых насосов |
Подраздел 10 "Испытание скважины" действующего макета рабочего проекта в совокупности с проектными решениями по заканчиванию скважины, излагаемыми в других его подразделах, не дают целостного представления о формировании системы "скважина - продуктивный пласт". Между тем, бурение горизонтальных и многоствольных скважин, количество которых постоянно возрастает, сопровождается, в частности, увеличением продолжительности техногенного воздействия на продуктивный пласт. Это обуславливает потребность в системном решении задач заключительной стадии создания скважины.
В бурении, в отличие от других видов деятельности, строгое следование проектной документации практически невозможно - управление процессом бурения осуществляется, главным образом, на основе оперативной информации. Поэтому в диссертации обоснован тезис, что в современных условиях наряду с рабочим проектом на строительство скважины, который необходим как юридический документ, должен разрабатываться виртуальный аналог БТС, позволяющий визуализировать ее состояние в динамике, осуществлять имитационное моделирование различных ситуаций. Это существенно облегчит взаимодействие и взаимопонимание между всеми заинтересованными сторонами, участвующими в строительстве скважины. Подчеркнем, что речь идет о виртуальном аналоге конкретной БТС, а не об автоматизированном рабочем месте специалиста, оснащенном типовыми программными продуктами.
Классические подходы к управлению процессами основаны на предположении об их детерминированности (обусловленности, предопределенности). Специфика бурения заключается в том, что вместо точного вида математической модели объекта лицу, принимающему решение, как правило, доступна только априорная информация о состояниях объекта управления, управляющих воздействиях на него и результатах воздействий. Поэтому автором управление БТС идентифицировано как адаптивное, основанное на принятии управленческих решений на основе корпоративных знаний, в том числе, собственного профессионального опыта, по аналогии, когда для решения текущей проблемы используется ее решение в схожей ситуации - прецедент. Для того, чтобы оно было результативным, лица, принимающие решения, должны делать это не интуитивно, а научно обоснованно. Поэтому обоснована необходимость сопряжения виртуального аналога БТС с мультидисциплинарной системой компьютерной поддержки принятия управленческих решений, включающей помимо традиционных элементов, в том числе, базу данных прецедентов.
В качестве первого шага по созданию виртуального аналога БТС предложено использовать ее структурно-функциональную модель (см. рис. 1). Следующий шаг - анализ этой модели с целью выделения для каждого иерархического уровня БТС: объекта управления, объектов и средств воздействия, параметров управления и контроля (обратной связи), характеристик объектов и средств воздействия, передаточных функций, отражающих взаимодействие структурных единиц анализируемой подсистемы или ее функциональные связи с другими подсистемами. Методологически выверено такой анализ выполнен А.З. Левицким (1992). Возможно также использование современных программных средств, декомпозиции и графического представления процессов, например, на основе известной методологии IDEF, в которой производственный процесс в целях анализа представляют состоящим из совокупности функциональных блоков более низкого уровня иерархии с соответствующими связями, входами и выходами.
Производственный процесс строительства скважины в целях его моделирования автором предложено структурировать следующим образом:
1. Строительно-монтажные и подготовительные работы к бурению скважины (землеустроительные работы, сооружение оснований и фундаментов, монтаж буровой установки, строительство вспомогательных сооружений и монтаж инженерных коммуникаций, подготовительные работы к бурению скважины).
2. Бурение скважины (углубление, промывка и крепление скважины обсадной колонной, тампонирование заколонного пространства).
З. Заканчивание скважины (первичное вскрытие продуктивного пласта, оборудование призабойной зоны скважины, вторичное вскрытие продуктивного пласта, испытание и освоение скважины, специальные работы в скважине).
4. Заключительные работы по окончании бурения и заканчивания скважины (демонтаж буровой установки, вспомогательных сооружений и инженерных коммуникаций, утилизация и захоронение производственных отходов, рекультивация земельного участка).
На стадии строительно-монтажных и подготовительных работ к бурению скважины идет создание БТС, на стадии бурения и заканчивания скважины - ее эксплуатация, а на стадии выполнения заключительных работ - расформирование БТС.
С использованием методологии системного анализа и процессного подхода научно обосновано, что система процессов БТС не может быть построена произвольным образом, а должна осуществляться с учетом следующих правил:
1. Система процессов должна включать в себя всю деятельность по формированию выходов БТС. Каждый процесс должен добавлять ценность выходу по отношению к входу, то есть не должен совпадать с входом. Количество процессов должно быть необходимым и достаточным для формирования выходов системы. Выделение избыточного количества процессов затрудняет управление системой.
2. Процесс должен иметь как минимум по одному входу и выходу. Вход процесса должен быть выходом другого процесса. Нарушение этого правила приводит к выделению процесса, который либо формирует выход "из ничего", либо не имеет потребителя (является безрезультатным).
3. Для каждого выхода должна существовать последовательность действий внутри процесса, формирующая этот выход из одного или нескольких входов.
4. Процесс не может иметь выхода, совпадающего с выходом другого процесса, и не может содержать виды деятельности, включенные в другой процесс, принадлежащий данной системе процессов.
5. Не менее одной пары входа и выхода должны иметь одинаковую природу, так как нематериальный вход невозможно преобразовать в материальный выход и наоборот - материальный вход в нематериальный выход.
Поскольку результаты реализации отдельных процессов должны быть направлены на достижение цели функционирования БТС, то возникает необходимость в конкретизации понятий скважины и производственного процесса ее строительства. Автором обоснована целесообразность рассмотрения скважины в двух аспектах: как горнотехнического сооружения и горнотехнической системы. В производственной системе недропользователя скважина является сооружением и выполняет функции основного средства производства. Бурение относится к горным работам, поэтому скважину предложено рассматривать как горнотехническое сооружение (сооружение в недрах), жизненный цикл которого включает этапы проектирования, строительства, эксплуатации и ликвидации. При этом обоснован тезис, что технологические решения в рабочем проекте на строительство скважины должны оцениваться с точки зрения их последствий на протяжении всего ее жизненного цикла (рис. 2).
В геолого-технической системе добычи природных углеводородов скважина рассматривается в совокупности с окружающим ее горным массивом (в частном случае с продуктивным пластом), то есть представляет собой горнотехническую систему. По характеру строения эта система относится к сложным, поскольку характеризуется разветвленной структурой и значительным числом взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, выполняющих сложные функции, стохастичностью поведения, изменчивостью во времени. Следует подчеркнуть, что скважина рассматривается нами как горнотехническая система в целом, а не только в пределах продуктивного пласта, как в известной системе "пласт-скважина".
К технической подсистеме горнотехнической системы относится подземное и наземное оснащение, являющееся собственностью недропользователя. Основным ее элементом является крепь скважины, последовательно формируемая в процессе бурения.
К горной подсистеме горнотехнической системы относится массив пород вокруг ствола скважины, свойства которого в результате бурения изменились по сравнению с исходными (техногенный массив). Подход к определению границы этой части горного массива зависит от конкретной ситуации на заданном участке недр. В соответствии с методологией системного анализа горная подсистема скважины последовательно декомпозируется на структурные элементы более низкого иерархического уровня, каждый из которых в целях детального изучения также рассматриваться как отдельная система.
В третьем разделе диссертации изложены научные и методологические основы управления качеством в бурении.
В теории и практике управления качеством выделяют два основных направления: квалиметрию продукции и собственно управление качеством (менеджмент качества). При этом управлять качеством можно только зная квалиметрические показатели продукции, так как они являются параметрами объекта управления. Поэтому в третьем разделе диссертации рассмотрены две проблемы: квалиметрия скважин и управление качеством в бурении.
Обычно потребителя интересует не процесс производства, а его конечный результат - продукция соответствующего качества. В бурении, в отличие от других видов деятельности, технологические процессы большей частью недетерминированы, то есть их результат является не заданным, а лишь предполагаемым. Следовательно, неукоснительное соблюдение рабочего проекта не обязательно приводит к тому, что качество законченной строительством скважины будет соответствовать проектному. В этом случае претензии к буровому подрядчику по качеству законченной строительством скважины являются неправомерными, так как ее дефекты могут быть обусловлены, например, низким качеством проекта или недостоверной информацией в задании на проектирование, разработанном недропользователем. Таким образом, существует практическая потребность в разграничении ответственности участников строительства скважины путем использования в различных процедурах (тендер, менеджмент качества, оценка соответствия) оценки результативности и эффективности их деятельности (рис. 3).
Рис. 3. Использование квалиметрии в бурении
Поэтому одно из принципиальных положений разработанной методологии управления качеством в бурении заключается в выделении процесса бурения и законченной строительством скважины как самостоятельных объектов оценки соответствия. Следовательно, перечень показателей, критериев и методик их оценивания и комплексирования для этих объектов оценки соответствия также должны быть разными, учитывающими их специфику.
Внедрение буровыми подрядчиками системы управления качеством сдерживается, по нашему мнению, именно отсутствием теории квалиметрии в бурении. Как следствие, многочисленные предложения по оценке качества в бурении, анализ которых представлен в первом разделе диссертации, недостаточно научно обоснованы и носят фрагментарный характер. Недостатки показателей качества в бурении, предложенных различными авторами, обусловлены следующими основными методологическими упущениями:
1. Процесс строительства скважины и его результат - скважина не выделены в качестве самостоятельных объектов анализа. Как следствие, нет четкого разделения показателей, характеризующих скважину (показатели качества) и процесс (показатели результативности и эффективности).
2. В качестве квалиметрических используются неизмеряемые показатели.
3. Предложения по оценке качества скважин ограничиваются сложными показателями, которые: во-первых, не развернуты до простых единичных, непосредственно измеряемых; во-вторых, не учитывается, что количественная характеристика (мера) одного и того же свойства может быть разной.
4. Понятие показателя качества как количественной характеристики одного или нескольких свойств продукции, зачастую, используется произвольно.
Скважина создается путем последовательного осуществления технологических процессов, цикличность которых соответствует количеству обсадных колонн. Поэтому и оценку соответствия процесса бурения установленным требованиям предложено осуществлять поэтапно, при бурении под очередную обсадную колонну, рассматривая последовательно каждый технологический процесс (см. табл. 1). Теоретически, чем больше показателей используются в качестве характеристик процесса, тем точнее его можно описать. Однако при формировании перечня показателей для оценки соответствия технологических процессов целесообразно придерживаться принципа разумной достаточности - количество показателей должно быть необходимым и достаточным для адекватного описания процесса с учетом того, что значение показателей может быть фиксированным, изменяющимся по глубине скважины, изменяющимся во времени. При разработке перечня показателей оценки соответствия процесса бурения необходимо исключить их дублирование с показателями оценки качества законченной строительством скважины. Поскольку качество процесса бурения оценивается с точки зрения влияния на него, прежде всего бурового подрядчика, то в перечень включаются только те показатели, величина которых зависит от бурового подрядчика. При этом показатели должны быть: а) количественными; б) простыми, то есть непосредственно измеряемыми; в) документируемыми.
Процессы бурения скважины - это, как правило, специальные процессы в терминологии ГОСТ Р ИСО 9000-2008, то есть такие, подтверждение соответствия результата (продукции) которых затруднено или экономически нецелесообразно. Идентификация специальных процессов - это обязательный элемент процессного подхода в бурении, поскольку обычный и специальный процесс организуются различным образом. Результативность обычного процесса оценивается соответствием результата заданным требованиям, а специального - соответствием действий, выполненных в рамках процесса, установленной технологии. Поэтому для обычного процесса достаточно регламентировать его выход путем измерения результата, для организации специального процесса необходимо регламентировать оценку его соответствия проектной технологии. Отсюда следует, что оценивать результативность процесса строительства скважины только по результатам ее квалиметрии неправильно, должны быть валидированы все процессы в БТС, результаты которых не могут быть верифицированы последующим мониторингом или измерениями. Валидация (подтверждение посредством представления объективных свидетельств) должна продемонстрировать способность этих процессов достигать запланированных результатов, в том числе там, где это применимо (ГОСТ Р ИСО 9001-2008): определенные критерии для анализа и утверждения процессов; утверждение соответствующего оборудования и квалификации персонала; применение конкретных методов и процедур; требования к записям; повторная валидация.
Обобщить известные показатели качества скважин вследствие изложенных выше методологических упущений не представляется возможным. Поскольку скважина как сложная система может быть охарактеризована как минимум десятками показателей, то первоначально целесообразно создать грубую, упрощенную модель, которой присущи немногие, но существенные свойства. Причем она может создаваться как по принципу "от общего к частному", так и по принципу "от частного к общему". В дальнейшем за счет развертывания (в случае использования принципа "от общего к частному") или свертывания (в случае использования принципа "от частного к общему") показателей модель совершенствуется.
Обобщение (комплексирование) единичных показателей для получения итоговой оценки соответствия процесса бурения или законченной строительством скважины сопряжено со значительными трудностями, обусловленными, прежде всего, большим количеством используемых единичных показателей соответствия. В известной методике ТатНИПИнефти итоговая оценка качества скважины рассчитывается как среднее арифметическое показателей качества. В этом случае можно использовать большое количество показателей, которые рассматриваются как равнозначимые. При этом низкие значения одних единичных показателей могут компенсироваться высокими значениями других, что делает конечный результат зависимым от преобладающего вида показателей - в этом недостаток методики. Выходом из этой ситуации является введение для каждого показателя качества коэффициента весомости (значимости). Для ответа на вопрос, во сколько раз или насколько один показатель важнее другого, используют экспертные и аналитические методы. В бурении единственно приемлемым является метод экспертных оценок, хотя весомость показателей может назначить директивно и недропользователь, в том числе, сообразуясь с результатами анализа технического состояния фонда скважин на месторождении. Отметим, что в силу специфики бурения скважин процедура определения коэффициентов весомости в значительной степени является субъективной, тем более, в случае замены метода экспертных оценок экспертным опросом членов приемочной комиссии (СевКавНИПИгаз, 2009).
Поскольку сумма коэффициентов значимости должна быть равна 1, то увеличение весомости одного показателя может происходить только за счет уменьшения весомости других. Увеличение количества показателей ведет к нивелированию различий между ними. Например, при использовании, как в методике ТатНИПИнефти, 21 показателя, среднее значение коэффициента значимости составляет 0,0625 (6,25 %). Понятно, что экспертам оценить и ранжировать с такой точностью значимость показателей, по крайней мере, очень трудно. Значительно проще решить указанную задачу путем иерархического структурирования показателей качества. С этой целью автором создана модель качества скважины, представленная на основе теории графов в виде дерева качества, состоящего из трех уровней: нулевого (соответствует интегральной оценке), первого (соответствует комплексному показателю) и второго (соответствует единичным показателям). При оценке соответствия процесса бурения на втором уровне такого иерархического дерева предложено рассматривать ветви: углубление и крепление ствола скважины, тампонирование заколонного пространства, промывку и заканчивание скважины, при оценке качества законченной строительством скважины - этапы ее создания: направление, кондуктор, промежуточные и эксплуатационная колонны, а также систему "скважина - пласт". Таким образом, количество ветвей на втором уровне можно свести к 5-6 при общем количестве показателей 25-30. Это существенно облегчает экспертную оценку коэффициентов значимости каждого показателя.
Обобщение показателей качества с использованием коэффициентов значимости целесообразно при оценке соответствия законченной строительством скважины. В этом случае можно и нужно учитывать вклад элементов конструкции скважины в ее качество как сооружения, предназначенного для долговременной эксплуатации. При этом, как уже отмечалось, еще при проектировании должны быть учтены все воздействия на скважину на последующих этапах ее жизненного цикла (в процессе ремонта, реконструкции, проведения работ по увеличению нефтеотдачи пластов и т.д.). Четкое регламентирование условий эксплуатации скважины в проектных документах позволит, в частности, исключить возникающие в промысловой практике спорные вопросы, связанные с ее ускоренной амортизацией.
При оценке соответствия процессов бурения вместо определения коэффициентов весомости единичных показателей предложено использовать известную в квалиметрии дискретную трехуровневую шкалу. В этом случае после оценивания единичных показателей качества им присваивают методом экспертных оценок уровень: высокий - В (1,0), средний - С (0,5) и низкий - Н (0,0).
В диссертации обосновано положение, что в отличие от показателей качества законченной строительством скважины допущение о равнозначимости показателей процесса бурения является правомерным. Поэтому количество применяемых показателей не ограничивается. Важно подчеркнуть, что допущение о равнозначимости показателей должно применяться отдельно для показателей, характеризующих процесс (показатели второго уровня), то есть внутри процесса, и отдельно для обобщенных показателей процессов (показатели первого уровня). При необходимости показатели первого уровня могут быть обобщены с использованием коэффициентов значимости.
Подобные документы
История бурения нефтяных и газовых скважин, способы их бурения. Особенности вращательного бурения. Породоразрушающие инструменты (буровые, лопастные, алмазные долота). Инструмент для отбора керна. Оборудование для бурения, буровые промывочные жидкости.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 27.09.2013Технические средства направленного бурения скважин. Компоновки низа бурильной колонны для направленного бурения. Бурение горизонтальных скважин, их преимущества на поздних стадиях разработки месторождения. Основные критерии выбора профиля скважины.
презентация [2,8 M], добавлен 02.05.2014Понятие о нефтяной залежи. Источники пластовой энергии. Приток жидкости к перфорированной скважине. Режимы разработки нефтяных месторождений. Конструкция оборудования забоев скважин. Кислотные обработки терригенных коллекторов. Техника перфорации скважин.
презентация [5,1 M], добавлен 24.10.2013Изучение технологии бурения и контроля нефтяных и газовых скважин на нефтедобывающем предприятии "Сургутнефтегаз". Освоение скважин с применением струйных насосов и пенных систем. Артезианская эксплуатация и газлифтное фонтанирование, давление пласта.
отчет по практике [4,8 M], добавлен 29.04.2015Схема колонкового бурения с применением буровой установки. Конструкция, назначение и классификация буровых вышек, буров, труб, долот. Причины аварий при различных способах бурения, способы их ликвидации. Режимы бурения нефтяных и газовых скважин.
реферат [662,7 K], добавлен 23.02.2009Содержание, принципы, основные компоненты организации производственного процесса бурения. Методы организации и производственный цикл процесса бурения. Бурение нефтяных скважин. Меры по охране недр и окружающей среды. Влияние сероводорода на людей.
курсовая работа [72,1 K], добавлен 22.05.2009Геологическое строение нефтегазоконденсатного месторождения. Литологическая характеристика разреза скважины. Регулирование свойств буровых растворов. Расчет гидравлической программы бурения. Выбор породоразрушающего инструмента, промывочной жидкости.
курсовая работа [78,3 K], добавлен 07.04.2016Назначение, устройство основных узлов и агрегатов буровых установок для глубокого бурения нефтегазоносных скважин. Конструкция скважин, техника и технология бурения. Функциональная схема буровой установки. Технические характеристики буровых установок СНГ.
реферат [2,5 M], добавлен 17.09.2012Характеристика литолого-стратиграфического разреза. Возможные осложнения при строительстве скважины. Особенности геофизических работ в скважине, проектирование ее конструкции. Выбор конструкции забоя и расчет глубины скважины. Выбор способа бурения.
курсовая работа [618,1 K], добавлен 28.12.2014Особенности производственного процесса в бурении. Производственный цикл в строительстве скважин, его состав и структура. Проектирование работ по строительству скважин. Организация вышкомонтажных работ. Этапы процесса бурения скважин и их испытание.
контрольная работа [23,8 K], добавлен 11.12.2010
