Разработка и внедрение новых технологий бурения в Группе ERIELL

Development and introduction of new drilling technologies in Eriell Group

P. Korchagin, M. Vilkov, V. Nikolaenkov, A.B. Okhotnikov, A.A. Okhotnikov
ERIELL Group, «Russia» RBU

Применение разработанной специалистами Группы ERIELL «Методики проектирования оптимальной гидравлической программы долбления (рейса) при бурении долотами PDC и использовании буровых насосов с регулируемой подачей» позволяет более эффективно использовать возможности буровых насосов, поддерживать максимально возможный расход промывочной жидкости в процессе долбления и повысить технико-экономические показатели бурения нефтяных и газовых скважин.

Using of (developed by ERIELL Group’s experts)«Methods of projecting of optimal hydraulic program of run during drilling by PDC bits and use of drilling pumps with regulated pumping» allows to use more effectively possibilities of drilling pumps, maintain maximal possible spending of flushing fluid during slotting and heighten technical-economical indices of drilling of oil and gas wells.

В ближайшее время намечаются рост объемов бурения и ввод в разработку новых месторождений с трудноизвлекаемыми запасами. В этой связи особую важность приобретает обеспечение рентабельности строительства скважин высокого качества и надежных в эксплуатации при сохраняющейся ограниченности инвестиционных ресурсов. Достижение поставленных целей невозможно без эффективной инновационной и научно-технической деятельности компании, без внедрения передовых технических идей и технологических решений.

Специалистами Группы ERIELL проведены аналитические исследования в области гидравлики бурения и разработаны методики выбора рациональных технико-технологических решений при бурении скважин. С целью максимального использования возможностей долот PDC разработана «Методика проектирования оптимальной гидравлической программы долбления (рейса) при бурении долотами PDC и использовании буровых насосов с регулируемой подачей» [1]. Применение данной разработки позволяет более эффективно использовать возможности буровых насосов, поддерживать максимально возможный расход промывочной жидкости в процессе долбления. В результате, повышаются технико-экономические показатели бурения нефтяных и газовых скважин.

Одним из перспективных способов сокращения затрат на бурение является оптимизация профилей стволов скважин. Специалистами ERIELL был выполнен ряд работ, касающихся исследования свойств профилей стволов горизонтальных скважин, целью которых была разработка методики проектирования профилей скважин, обеспечивающей минимальную стоимость их строительства.

Постановку задачи принятия решения, понимаемую как задачу выбора оптимального профиля скважины, можно сформировать следующим образом:

Пусть $Y$ – множество альтернатив (вариантов профилей скважины); $X$ – множество параметров, характеризующих профиль скважины; $Z$ – множество возможных исходов (стоимостей). $X, Y, Z$ – произвольные абстрактные множества. Предполагается существование причинной связи между выбором некоторой альтернативы ${{y}_{i}}\in Y$ и наступлением некоторого исхода ${{z}_{i}}\in Z$. Исход ${{z}_{i}}\in Z$ может быть оценен конкретным вещественным числом в соответствии с некоторым отображением: $f:Z\to R$, в нашем случае это затраты на бурение скважины.

В процессе принятия решений по выбору оптимального профиля горизонтальной скважины в рамках классической теории систем ставятся две цели:
  • цель-ограничение ${{z}_{0}}\le {{z}_{i}}(t)\le {{z}_{1}},\ \ i=\overline{1,n}$ – требует нахождения в таких заданных границах целевых переменных, при которых состояние системы стабильно или оптимально $y(x)\to opt$, где $x\in X$ – произвольное множество параметров, описывающих состояние системы. В данном случае ограничениями являются пределы набора интенсивности искривления ствола скважины буровым оборудованием, величины расчетных нагрузок при подъеме бурильной колонны, величины расчетных нагрузок при спуске бурильной колонны, величины прижимающих усилий замков бурильных труб к стенке скважины.
  • экстремальная цель сводится к поддержанию в экстремальном состоянии целевых переменных ${{y}_{i}}(x)\to extr,\ i=\overline{1,n}$. Данной целью является минимизация стоимости и продолжительности бурения скважины.
В процессе проектирования скважины нами ставится задача определения наилучших значений параметров объектов. Такая задача называется оптимизационной. В данном случае оптимизация связана с расчетом оптимальных значений параметров при заданной структуре объекта – она называется параметрической оптимизацией.

Таким образом, общая постановка задачи принятия решений может быть сформулирована следующим образом: найти ${{X}_{1\,opt}},{{X}_{2\,opt}},...,{{X}_{i\,opt}}$, принадлежащее областям их допустимых значений ${{W}_{{{X}_{1}}}},{{W}_{{{x}_{2}}}},...,{{W}_{{{X}_{i}}}}$, которые по возможности обращали бы в максимум (минимум) критерий оптимальности $Z$.

Модель принятия решений формируется на основании формулировки математической постановки задачи многокритериальной оптимизации – процесса одновременной оптимизации двух или более конфликтующих целевых функций в заданной области определения.

Задача многокритериальной оптимизации состоит в поиске вектора целевых переменных, удовлетворяющего наложенным ограничениям и оптимизирующего векторную функцию, элементы которой соответствуют целевым функциям. Эти функции образуют математическое описание критерия удовлетворительности и, как правило, взаимно конфликтуют.

Постановка задачи многокритериальной оптимизации выглядит следующим образом:

$z=\{{{y}_{1}}(\overleftarrow{x}),{{y}_{2}}(\overleftarrow{x}),{{y}_{i}}(\overrightarrow{x}),...,{{y}_{k}}(\overleftarrow{x})\}\to extr,\quad i=\overline{1,k}$

где ${{y}_{i}}:{{R}^{n}}\to R$ – это $k$ целевых функций, $(k\ge 2)$ (длины скважины по стволу, стоимость бурения, сроки бурения, нагрузки, моменты и т.д.).

Векторы решений $\overrightarrow{x}={{({{x}_{1}},{{x}_{2}},...,{{x}_{n}})}^{\tau }}$ относятся к непустой области определения $\overrightarrow{x}\in W$.

Каждый из локальных критериев характеризуется своим коэффициентом относительной важности. Обозначим эти коэффициенты через ${{\lambda }_{1}},{{\lambda }_{2}},...,{{\lambda }_{k}}$. Так же, как и совокупность локальных или частных критериев, образует интегральный или векторный критерий оптимальности $Z=\left\{ {{Z}_{k}} \right\}$, коэффициенты относительной важности ${{\lambda }_{i}}$ образуют вектор важности: $\bar{\lambda }=\left\{ {{\lambda }_{k}} \right\}$.

Задача заключается в том, чтобы найти оптимальное значение $X$ из области допустимых значений ${{W}_{X}}$. Каждый локальный критерий характеризует одно какое-либо качество принимаемого решения. Формально оптимальное решение $X$ может быть условно записано следующим образом:

$F=\overline{F}(\overline{X},\overline{Y})=\underset{X\in {{W}_{X}}}{\mathop{opt}}\,\left[ \overline{Z}(\overline{X},\overline{Y}),\bar{\lambda } \right]$

В этой формальной записи $F$ – оптимальное значение интегрального критерия, $X$ – оптимальные значения управляемых параметров задачи, $opt$ – оператор оптимизации, который определяет выбранный принцип оптимизации, $\bar{\lambda }$ – вектор важности локальных критериев.

Область допустимых значений $\overline{X}$ можно разбить на две непересекающиеся подобласти:
  1. $W_{X}^{C}$ – область «согласия», в которой качество принимаемого решения может быть улучшено по одному или нескольким локальным критериям без ухудшения хотя бы одного из оставшихся локальных критериев;
  2. $W_{X}^{K}$ – область «компромиссов», в которой улучшение решения по одному или нескольким локальным критериям обязательно приводит к снижению значений одного или нескольких оставшихся локальных критериев.
На примере Самбургского месторождения проведены исследования влияния изменения величины интенсивности искривления на участках набора угла, угла входа в пласт на изменение глубины обсадных колонн и глубину всей скважины. Результатом исследования стал ряд выявленных закономерностей, характеризующих влияние вышеперечисленных независимых переменных на изменение глубин обсадных колонн и глубину всей скважины по стволу.

В основе выбора оптимального профиля скважины лежит оригинальная методика расчета профиля горизонтальной скважины, позволяющая по заданным исходным данным построить профиль минимальной длины.

Можно выделить следующие этапы решения поставленной задачи:
  • расчет профиля с минимальной длиной ствола скважины [2];
  • исследование влияния интенсивностей искривления на участках набора угла на длину ствола скважины;
  • исследование влияния угла входа в пласт на длину ствола скважины;
  • определение оптимального сочетания интенсивностей искривления на участках набора угла [3];
  • определение оптимального угла входа в пласт.
Рис. Структурная схема процесса выбора оптимального профиля скважины
На рисунке представлена структурная схема процесса выбора оптимального профиля горизонтальной скважины.

По оценкам результатов применения разработанной методики, применяя только инженерные решения (без всяких затрат средств), возможно сократить стоимость бурения горизонтальных скважин на 1 – 3%.

Литература

  1. Корчагин П.Н., Корчагин Д.Н., Охотников А.Б., Тарасов О.Г., Маслов В.В., Солижонов С.О. Оптимизация гидравлики бурения глубоких скважин при бурении долотами типа PDC // Бурение и нефть. 2012. №3. С. 52 – 57.
  2. А.А. Охотников, В.С. Микшина, А.Б. Охотников. Математическая модель для расчета оптимизированного профиля ствола горизонтальной скважины // Инженер-нефтяник. 2012. №1. С. 20 – 22.
  3. П.Н. Корчагин, А.Б. Охотников. Как пробурить идеальную скважину по минимальной стоимости // Бурение и нефть. 2010. №6. С. 13 – 14.

References

  1. P.N. Korchagin, D.N. Korchagin, A.B. Okhotnkikov, O.G. Tarasov, V.V. Maslov, S.O. Solizhonov. Hydraulics optimization during deep well drilling with PDC bits // Drilling and oil, 2012. No. 3. Pages 52 – 57.
  2. А.A. Okhotnikov, V.S. Mikshina, А.B. Okhotnkikov. Mathematic model for optimization of horizontal wellbore profiles//Oil Engineer, 2012. No. 1. Pages 20 – 22.
  3. P.N. Korchagin, А.B. Okhotnkikov. How to drill an ideal well at minimum costs// Drilling and oil, 2010. No. 6. Pages 13 – 14.

Комментарии посетителей сайта

    Функция комментирования доступна только для зарегистрированных пользователей


    Авторизация


    регистрация

    Корчагин П.Н.

    Корчагин П.Н.

    исполнительный директор

    Группа ERIELL, РБЕ «Россия»

    Вилков М.В.

    Вилков М.В.

    заместитель генерального директора по производству – главный инженер

    Группа ERIELL, РБЕ «Россия»

    Николаенков В.С.

    Николаенков В.С.

    директор департамента производства

    Группа ERIELL, РБЕ «Россия»

    Охотников А.Б.

    Охотников А.Б.

    начальник отдела инженерии

    Группа ERIELL, РБЕ «Россия»

    Охотников А.А.

    Охотников А.А.

    ведущий инженер

    Группа ERIELL, РБЕ «Россия»

    Просмотров статьи: 4203

    Рейтинг@Mail.ru

    admin@burneft.ru