Введение к работе
Актуальность проблемы. Проблема эффективного использования материальных ресурсов всегда была и остается одной из вакнейших проблем экономического развития народного хозяйства СССР. Об этом свидетельствуют решения съездов, пленумов ЦК КПСС; постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР, в которых подчеркивается народнохозяйственная важность решения указанной проблем.
Стоящие перед нефтегазовой промышленностью задачи на перспективу (1995-2000 гг.) обусловливают увеличение объемов бурения в 2-2,5 раза. Это потребует привлечения больших людских ж материальных ресурсов в такие трудоемкие и иатериалоемкие процессы, как строительство скважин и их ремонт.
В настоящее время затраты на материалы в отрасли уже составляют 30 % в эксплуатационном и более 25$ -в разведочном бурении от общих расходов на строительство скважин. Причем 15 % стоимости приходится на материалы и химические реагенты для буровых и тампояаанюс растворов. Только по Миннефтепрому за 1987 г. расход спеццементов превысил 1500 тыс.тонн, утяжелителей - 900 тнс. тонн, лигносульфояатов - 75 тыс.тонн, глинопорошков - 300 тыс. тонн. Снижение всего на I % расхода этих материалов позволит увеличить объем проходки на 200*300 тыс.метров без дополнительных затрат средств на производство спецматериалов.
Существующие в отрасли методы определения потребностей в материалах для буровых и тампонажних растворов практически заключались в корректировке на последующие года фактического объема потребления и нсрм расхода материалов за предшествующие года с учетом заданий по их снижению и плановых объемов бурения.
Проектирование строительства скважин проводилось на основании укрупненных норы расхода материалов, в которых не отражаются специфические особенности бурения: разнообразие геолого-физических, географических, технологических условий бурения и связанная с этим большая номенклатура применяемое материалов и химических реагентов; наличие случайных возмущений (осложнения, аварии и др.), связанных с неточностью геологической информации и несовершенством проектных решений.
Б такой ситуации, естественно, агрегированные по проектам потребности в спецматериалах не всегда совпадали с фактически выделенными ресурсами.
В отрасли не существовало утвержденных методик, регламентирующих расчеты потребности сырья и материалов на производство спец-* материалов для промывки и крепления скважин (глинопорошки, утяжелители, КССБ, ФХЛС, УЩР и др.). Нормативы технологических потерь и отходов при1 производстве спецматериалов не имели ни теоретического, ни статистического обоснования.
Не существовало каких-либо теоретических или эмпирических моделей расчета и прогнозирования потребностей материалов на осложнения и ремонтно-изоляционные работы. Расход материалов при этом вообще не регламентировался, а-израсходованные объемы материалов описывались соответствующими актами без должного технико-экономического обоснования. Все это носило волюнтаристический характер, в основу решений принимались субъективные оценки и пожелания подотчетных лиц.
Такой подход не позволял проводить анализ причин отклонений фактического расхода материала от планируемого, проводить сравнение эффективности применения различных материалов в бурении и РИР, оперативно учитывать совершенствующуюся технологию ведения работ, накопленные научные знания и опыт с целью дальнейшего
совершенствования проектирования и управления технологическими процессами строительства скважин.
В этой связи проблема эффективного использования сырья и материалов в бурении весьма актуальна для нефтегазодобывающей отрасли.
Объективной основой решения проблемы эффективного использования материалов для буровых и тампонажних растворов является научно обоснованное их нормирование, т.е. установление плановой меры расхода сырья и материалов как в сфере производства, так и в сфере их потребления.
Необходимо отметить, что названная проблема, как самостоятельная, рассматривается впервые. Выполненные ранее работы в АзИНЕФТЕХИМе, Азншшнефти, БНИИБТ, ВНИИКРнефти, ВНИИОсЕГе, ІНИ, МИНІе, СевКавншшнефти, Укрншшпд, УНИ и других институтах охватили отдельные стороны этой сложной и многогранной проблемы.
Данная работа является логическим обобщением накопленных в отрасли знаний и опыта, а также теоретических и методологических принципов ВНИЖРнефти, положенных в основу решения проблемы эффективного использования спецматериалов для буровых -и тампонажних растворов.
Цель работы. Разработка и внедрение научных овнов расчета потребности спецматериалов для буровых и тампонажних растворов, направленных на повышение 'эффективности их использования.
Основные задачи. I. Разработка методических и теоретических основ создания комплексной системы нормирования производства спецматериалов и их использования в процессе промывки и крепления скважин.
2. Разработка расчетно-аналитическгос методов определения потребности в сырье и материалах при производстве спецматериалов, при проектированіш и управлении технологическими процессами промывки и крепления.
-
Выбор методов прогнозирования и корректировки прогноза геолого-физических полей при различном объеме априорной информации с целью предупреждения осложнений, оперативного расчета объемов материалов на их ликвидацию и проведение ремонтно-изоляпион-ных работ.
-
Разработка методов оперативного построения математических моделей управления технологическими процессами промывки и крепле-віія по устьевой информации с целью эффективного использования спецматериалов; идентификация рецептур буровых и тампонажних растворов, обеспечивающих заданные показатели свойств.
-
Математическое моделирование функционирования УЕР и ре -монтных служб НГДУ для определения динамики изменения объемов работ и потребностей в материалах на промывку, крепление скважин и ремонтно-изоляционные работы.
Научная новизна. Разработаны принципиально новые (по сравнению с СУСЇЇ и СЭСН) методы расчета в процессе проектирования: расхода материалов и химических реагентов для буровых растворов с учетом коэффициентов технологических потерь на фильтрацию и коркообразование, потерь раствора на очистных устройствах, степени очистки и допустимого содержания выбуренной породы в растворе, скорости бурения и подачи насосов; расхода цемента и химических реагентов для тампонажних растворов с учетом технологических потерь на промывку и опрессовку линий обвязки и выход на режим цементировочных агрегатов; потребности в спецматериалах по всей номенклатуре на планируемый год по месторождению, УБР и ПО в целом.
Выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований по оптимизации расхода сырья и материалов для буровых и тампонажних растворов в процессе их производства и использования.
При этом разработаны и опробованы новые методы: оперативного построения моделей технологических процессов по устьевой информации с целью снижения расхода спецматериалов на реализацию проектных решений процессов промывки и крепления; восстановления рецептур буровых и тампонажних растворов по заданным свойствам для оперативного управления их составом по критерию минимума расхода спецматериалов; оперативного распределения дефицитных спецматериалов по всем одновременно строящимся в УБР скважинам
для выполнения планового объема проходки; контроля и управления технологическими процессами производства спецматериалов с целью обеспечения заданных (по ГОСТ и ТУ) показателей их качества.
Еазработан и апробирован модифицированный метод прогнозирования случайных полей геолого-физических признаков, вероятностных полей возможных осложнений, полей интенсивности поглощений, расхода материалов на ликвидацию поглощений и способ корректировки прогнозов для оперативного планирования потребности в материалах и их эффективного использования.
Впервые разработана математическая модель функционирования УБР и ремонтных служб КЕДУ, использующая метод динамики средних, и определена динамика изменения потребности в спецматериалах на бурение и ремонт скважин.
Основные защищаемые результаты
-
Комплексная система нормирования спецматериалов в бурении и основные принципы расчета потребности спецматериалов для буровых и тампонажних растворов на этапах проектирования, планирования и оперативного управления строительством скважин.
-
Установленные аналитическими и статистическими методами нормативы технологических потерь (и отходов) сырья и материалов в производстве спецматериалов и потерь буровых и тампонажних растворов в процессе промывки и крепления скважин.
-
Модифицированные адаптивные методы прогнозирования полей геолого-физических признаков пластов, полей интенсивности поглощений и объемов расхода растворов на их ликвидацию.
-
Комплексный методический подход к моделированию динамики функционирования УБР и ремонтных служб НГДУ для оперативного определения потребности спецматериалов на колонну, скважину, месторождение и распределения спецматериалов по объектам строительства и ремонта.
Практическая ценность и реализация результатов работыв промышленности
Основные исследования выполнены в соответствии с общеотраслевыми научно-техническими программами; Координационным планом НИР в области совершенствования нормирования материально-технических ресурсов на 1976-1980 гг.; Комплексным координационным планом разработки и реализации важнейших работ по улучшению нормирования МТ и -ТЭР на I98I-I985 гг. ; Комплексной научно-технической программой ОЦ 026, утвераденной IKHT СМ СССР и Госпланом СССР & 473/249 от 12.12.80 г. по заданию 01.13 "Создать и ввести в действие АСУ технологическими процессами и производством бурения в ПО "Татнефть"; постановлением IKHT СССР от 30.10.85. II 555 и Комплексной программой работ создания и внедрения в буровых организациях Миннефт'епрома интегрированных систем управления производством и технологическими процессами бурения скважин, в том числе на основе микропроцессорной техники, на 1986-1990 гг. , утвержденной 25.07.86.
I. Результаты диссертационной работы явились научной основой разработанных во ВНШКРяефти и внедренных в Мнннефтепроме методик, методических указаний и руководящих документов, среди которых 13 руководящих документов, 3 методических указания и руководства.
2. По материалам диссертационной работы получены одно автор
ское свидетельство, два программных средства передано в ІЬсФАЇЇ:
"Прогнозирование объемов работ и числа бригад капитального ремон
та скважин" (инв.номер 50880000273), "Прогноз случайных полей"
(инв.номер 50880000295).
3. Решением совета директоров КИВЦ Миннефтепрома за № 98-0-
17/705 от 21.10.83, в планы работ КИВЦ производственных объе
динений включена эксплуатация программ по расчету потребности
спецматериалов для буровых и тампонажних растворов.
4. Материалы диссертационной работы вошли в OCT 39-119-81
"Отраслевая система управления качеством продукции. Количествен
ные методы оптимизации контроля качества спецматериалов", Спра-
вочник инженера по бурению (М..Недра, 1985, т.2),"0сновы планиро
вания и управления буровым производством и технологическими про
цессами", учебные пособия и монографии.
Разработанные принципы теоретико-экспериментального определения расхода спецматериалов для буровых и тампонажних растворов использованы:
при разработке во ВНИИКРнефти отраслевых методик по определению объемов отработанных буровых растворов при строительстве скважин (РД 39-3-8І9-82) и по нормированию расхода нефтепродуктов на установку нефтяных ванн и'промывку скважин при испытании (РД 39-3-866-83);
при выполнении НИР ВНУЖТкеф'Ш по темам: "Типовая комплексная система управления процессами промывки скважин" (ВНИИКРнефть,1986, номер гос.per. 01.133.00.16358), "Комплексная система организации и управления производством буровых работ" (ВНИИКРнефть, 1985, номер гос.per. 01.83.0016325), "Комплекс программ для ЭВМ по расчету норм расхода материалов и химреагентов на приготовление бурового и тампонажного растворов (по договору 88.0844.88);
при разработке "Автоматизированной системы управления производством (АСУП) Азнакаевского УБР (первая очередь) в составе: прогнозирование расхода материалов на осложнения (поглощения) и расчет потребности материалов для буровых и тампонажных растворов? сданной в промышленную эксплуатацию 28.12.87 г.
Кроме того,на уровне производственных объединений:
выполнены расчеты потребности спецматериалов для буровых и тампонажных растворов на 1980, 1984 и 1985 гг. по объединениям "Главтгаленнефтегаз", "Краснодарнефтегаз" и на І989-І990 гг.-по объединениям "Арктикморнефтегазразведка" и "Томвкнефть" (Стрежев-ское УБР);
переданы методическое и программное обеспечение по расчету потребности спецматериалов в производственные объединения "Азнефть", "Грознефть", "Куйбышевнефть", "Укрнефть", "Арктикморнефтегазраз -ведка" и "Томскнефть" (Стрежевское УБР);
выполнены расчеты объемов ремонтных работ и потребности материалов на их проведение для объединений "Нижневартовскнефть" на 1983-1984 гг. и "Ноябрьскнефтегаз" на 1989 г.;
внедрены на заводах ВПОЧоОЮЗнефтеспецматериалн" нормативы технологических потерь и отходов, а также методики по нормированию сырья и материалов в производстве глинопорошков, утяжелителей, спепдементов.КССБ, ШЮ, УЩР;
выполнены расчеты потребности спецматериалов (1983-1985 гг.) при проектировании 12 скважин для объединения "Грузнефть", проводимом Грузинским комплексным научно-исследовательским и проектным отделением (ГрузКНШО) СевКавнипинефти.
йсономический эффект при практическом использовании только одной методики нормирования расхода материалов для буровых растворов по трем производственным объединениям "Грознефть", "Главтюпен-нефтегаз" и "Томскнефть" (Стрежевское УБР) составил около I млн.
рублей; прогнозный эффект от внедрения данной разработки оценивается 5-6 млн.рублей.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на:. 1,П,Ш,1У Всесоюзных научно-технических конференциях "Применение вероятностно-статистических методов в бурении и нефтедобыче" (г.Баку, 1972,1976,1980,1984 гг.); Всесоюзном семинаре по гидравлике промывочных и цементных растворов (г.Гомель, 1973 г.); ІУ Республиканской конференции по физико-химии, технологии получения и применения дисперсных систем промывочных жидкостей и тампонажних растворов (г.Киев, 1977 г.); Всесоюзных совещаниях и семинарах по нормированию расхода материалов (г.Іеленджик, 1978; г.Душанбе, 1979; г.Лэяендямк, 1980; г.Ивано-Франковск, 1981); Всесоюзных школах-семинарах по применению математических методов в бурении и нефтедобыче (г.Туапсе,1980 и 1982гг.;
г. Геленджик, 1986 и 1988 гг.); Всесоюзном семинаре "Новые достижения в гидравлике промывочных растворов и тампонажних систем" (г.Ивано-Франковск, 1982 и 1984 гг.).
Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 60 печатных работах и 9 научно-технических отчетах.
Структура и. объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и рекомендаций, изложена на 328 стр. машинописного текста, содержит 29 рисунков и 35 таб--лиц. Список использованной литературы включает 210 наименований советских и зарубежных авторов. Приложения помещены в отдельном томе на 70 стр.
Выполнение столь большого объема работ при подготовке диссертационной работы и внедрения рекомендаций не было бы возможным без плодотворного сотрудничества автора с сотрудниками ВНИИКР-
нефти и специалистами производственных объединений: А.Г.Аветисо-вым, А.А.Аругздовым, В.Й.Аникиным, В.С.Барановым, А.Н.Бурыкиным, Г.Г.Іабузовнм, В.Н.Детковым, Д.Х.Дшмухаметовым, В.И.Дурневым, С.А.КеЕорковыы, А.Т.Кошелевым, А.С.Макаряном, С.И.Мгатаровым, Э.А. Нагаевой, Л.П.Осипенко, В.И.Рябчеяко и др.
Автор вырахает благодарность академику АН АзССР А.Х.ЬЬрза -вяанзаде, профессору А.И.Булатову и А.Г.Аветисову за постоянную помощь в научной работе ж заботу.