Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Выше было указано, что массивы промысловой информации необходимо использовать для контроля и корректирования научных прогнозов показателей бурения, полученных различ­ными методами, в том числе и с помощью детерминированной математической модели бурового процесса. Однако роль этих массивов далеко не исчерпывается подобными вспомогательны — ны целями.

Анализ промысловой технологической информации с учетом: геологического разреза позволяет прежде всего оценить состоя­ние и динамику изменения техники и технологии бурения, как в отдельных регионах, так и в целом по отрасли. Такие оценки способствуют выявлению узких мест, выработке научно обос­нованных положений в области техники и технологии бурения я более надежному планированию.

Кроме того, этот анализ дает возможность решать ряд важ­ных практических задач бурения и осуществлять корректиров­ку методик оптимизации отдельных технологических процессов, строительства скважин. При этом благодаря формализации опи­сания геологического разреза появляется возможность широко использовать результаты статистического анализа, выполненного для определенного блока, при проектировании строительства скважин любого другого блока или участка разреза, сходного по основным признакам формализованного геологического’ описания.

Круг практических задач, которые могут быть решены с использованием системы анализа промысловых данных, явля­ется достаточно обширным, а содержание их — разнообразным в зависимости от условий и насущных потребностей каждого — района и всей отрасли.

Одной из важнейших задач, решение которой может быть осуществлено с помощью анализа промысловой информации, является составление режимно-технологической программы бу­рения для проектируемой скважины.

Очень важно подчеркнуть, что программа бурения в дан­ном случае составляется на основе математико-статистической обработки данных фактического бурения и, таким образом, является формализованным обобщением передового опыта.

Решение задачи выбора наилучшего технологического ва­рианта бурения скважины следует начинать со сбора инфор­мации о скважине, готовящейся к бурению. Необходимо полу­чить сведения о характеристике буровой установки, способе бурения, профиле и конструкции скважины, особенностях бу­рения, связанных с предупреждением возможных осложнений, координатах скважины на площади.

Характеристика буровой установки определяет интервалы варьирования параметров режима бурения, давления на стоя­ке насоса, расхода промывочной жидкости. Оптимальные ва­рианты следует искать в пределах возможностей выбранной бу­ровой установки.

Способ бурения определяет различные методы выбора опти­мальных режимов бурения.

Условия устойчивости стенок ствола скважины определяют диапазон варьирования параметров глинистого раствора.

Профиль и конструкция скважины определяют основной диаметр долота и ограничения по осевой нагрузке.

Задача сводится к выбору для проектируемой скважины следующих данных: числа рейсов долот, типа долота для каж­дого рейса, числа оборотов ротора или типа турбобура, нагруз­ки на долото, давления на насосе, плотности, вязкости и других параметров промывочной жидкости, а также к прогнозирова­нию ожидаемых величин показателей бурения: проходки на до­лото, времени работы долота на забое, стоимости 1 м проходки. Количество параметров, используемых для проектирования скважины, может быть значительно увеличено в соответствии с содержанием технологического массива информации. Вообще говоря, набор сведений, используемых при разработке проекта строительства скважины, определяется техническим заданием на проектирование.

Необходимо только учитывать, что чем более детально иссле­дуются условия предшествующего бурения, тем менее пред­ставительной оказывается информация о каждом конкретном технологическом варианте бурения. Однако основные факторы, характеризующие количественную сторону бурового процесса, должны быть непременно учтены, так как в противном случае выводы, делаемые на основании анализа промысловой инфор­мации, могут оказаться необоснованными. В связи с этим боль­шое значение имеет правильное ранжирование факторов, опре­деляющих показатели бурения. Оно позволяет выбрать мини­мальное количество наиболее существенных факторов.

Задача составления режимно-технологической программы бурения проектируемой скважины с учетом опыта бурения на данной и соседних площадях решается в следующем порядке. Из имеющегося массива геологической информации извлека­ются сведения о подлежащих разбуриванию горных породах. При этом учитываются данные, относящиеся к блоку, на кото­ром планируется бурение. Затем выполняется сравнительное сопоставление формализованного описания разреза этого бло­ка с описаниями разрезов других блоков данной площади и соседних площадей. Таким образом устанавливаются номера скважин и глубины интервалов, которые могут быть источни­ком информации для проектируемой скважины.

Затем из массива технологической информации выбираются перечисленные выше сведения о бурении сопоставимых интер­валов с учетом ограничений, накладываемых на проектируемую скважину.

Выборка информации по заданным признакам осуществля­ется на ЭВМ.

Подготовленный для дальнейшего использования частный массив информации подлежит разделению на статистические группы технологических вариантов бурения, проведенных в сходных геолого-технических условиях. Такое разделение про­водится внутри каждой пачки сходной буримости.

Однако если проводить разделение на статистические груп­пы по всем признакам, входящим в структуру технологическо­го и геологического массивов, то эти группы могут оказаться непредставительными вследствие большого количества самих признаков, уровней их варьирования и сочетаний этих уровней. Поэтому прежде всего на основании априорной информации следует выделить те технологические факторы, которые долж­ны быть учтены в данном конкретном проекте.

Затем на базе анализа массива технологической информа­ции решается задача оценки влияния отобранных факторов и их сочетаний на показатели эффективности бурения (проходку на долото и время механического бурения) и производится ран­жирование факторов с целью исключения малозначимых и уменьшения их общего количества. Методика оценки значимо­сти факторов и их ранжирования была изложена выше.

Аналогично выполняются оценка, ранжирование и выборка признаков, входящих в формализованное описание разреза. После установления окончательного набора учитываемых факторов и признаков в памяти ЭВМ окончательно формиру­ется массив информации, подлежащий дальнейшей статисти­ческой обработке.

Она начинается с разделения диапазонов изменения техно­логических факторов, имеющих количественное выражение, на интервалы, внутри которых их влияние на показатели статисти­чески незначимо. Этот этап осуществляется с помощью аппара­та дисперсионного анализа. Таким образом все рейсы, в кото­рых учитываемые факторы изменяются в пределах выбранных интервалов, попадают в одну статистическую группу.

Следующим этапом решения задачи является статистическая обработка каждой группы технологических вариантов, прове­денные в сходных геолого-технических уловиях. Она сводится к следующим операциям: исключаются анормальные показатели рейсов, подсчитываются средние значения проходки на долото,, времени работы долота на забое, стоимости 1 м проходки с оценкой их относительной погрешности при заданной довери­тельной вероятности. Нормативные данные по стоимостным по­казателям, а также по времени спуско-подъемных и вспомога­тельных операций, необходимые для расчета стоимости 1 м проходки, берутся из массива нормативных данных в соответ­ствии с условиями бурения проектируемой скважины.

Таким образом, для каждой пачки разреза проектируемой скважины имеем статистически обработанные технологические варианты бурения, применявшиеся при разбуривании данной и соседних площадей.

Далее задача сводится к сравнению различных технологиче­ских вариантов между собой и выбору оптимального варианта для проектируемой скважины. В качестве критерия сравнения выбрана стоимость 1 м проходки. В случае необходимости кри­терием оптимизации может служить также рейсовая скорость, проходка на долото или механическая скорость бурения.

В результате сравнения вариантов не только выбираются оптимальные для бурения каждой пачки разреза, но, кроме того, выдаются в виде ранжированного ряда все остальные при­менявшиеся в данной пачке технологические варианты бурения.

Описанный выше анализ проводится для всего разреза сква­жины. На основании полученных таким образом и статистиче­ски обработанных материалов по результатам бурения на со­поставимых площадях составляется оптимальная режимно­технологическая программа бурения. При составлении режим­но-технологических карт в эту программу, полученную формализованными методами, естественно, вводятся коррективы на основании имеющегося опыта, учета конкретной ситуации и различных конъюнктурных соображений, которые не могут быть учтены математико-статистическими методами.

Следующая важная задача связана с поиском возможностей расширения области определения оптимальных режимных па­раметров. В самом деле, математико-статистический способ вы­бора режимов бурения по самой своей сути ограничен областью уже использованных вариантов. Между тем вполне вероятно, что действительный оптимум расположен вне этой области.

Необходимые коррективы могут быть внесены на основании использования эмпирических уравнений процесса бурения. В настоящее время отечественными и зарубежными исследова­телями для роторного способа достаточно хорошо разработан ряд методик определения оптимальных режимов бурения на основе использования эмпирических зависимостей, связываю­щих показатели отработки долот с режимными параметрами.

Это обстоятельство может быть использовано для уточне­ния нагрузки на буровое долото и скорости его вращения, ре­

комендуемых на основании использования массивов промыс­ловой информации. Дело в том, что эмпирические уравнения бурового процесса обычно построены на основании специальных экспериментов с возможно более широким диапазоном варьи­рования режимных параметров. С известной осторожностью допустимо также пользоваться возможностью их экстраполяции за пределы области определения. Поэтому можно уточнить ре­жим, выбранный как наилучший из применявшихся в данных условиях, за счет расширения зоны поиска вплоть до пределов всего режимного поля. Как было уже отмечено, границы ре­жимного поля в координатах «скорость вращения — нагрузка на долото» определяются возможностями наземной буровой уста­новки, прочностью труб и долота, свойствами горных пород и некоторыми технологическими ограничениями.

Для роторного бурения режимное поле обычно представ­ляет собой прямоугольник Gmin^G^Gmax И Птп^.П^.Птах.

Любая эмпирическая модель содержит определенный набор коэффициентов, который следует определять для конкретных условий ее применения. Поэтому можно воспользоваться реше­нием предыдущей задачи на стадии, когда частный массив тех­нологической информации сгруппирован по пачкам разреза и выбраны тип долота и гидравлическая программа для проек­тируемой скважины. Уточнению подлежат только режимные параметры. Для этого требуется разрешить эмпирические урав­нения относительно коэффициентов и определить эти послед­ние путем подстановки фактических значений нагрузок на до­лото, скоростей вращения и соответствующих показателей бу­рового процесса. Определив средние по каждой статистически •однородной группе рейсов значения коэффициентов, можно прямым расчетом по эмпирической модели построить линии по­стоянных стоимостей 1 м проходки в режимном поле и прове­рить, не лежит ли оптимальная комбинация режимных пара­метров за пределами, ограничивающими исходную статисти­ческую группу. Иными словами, можно провести уточненную •оптимизацию параметров режима бурения, как это было пока­зано в главе 6.

Для вычисления стоимости 1 м проходки в каждой расчет­ной точке сетки режимного поля требуется знать нормативные данные, которые выбираются для проектируемой скважины из соответствующего массива, и значения проходки на долото и времени бурения для данной пары параметров режима.

Так, если воспользоваться известной эмпирической моделью Галле-—Вудса [42], то эти показатели следует рассчитывать по формулам, в которые входят коэффициенты 5, Af и Cf, зависящие от абразивности породы, типа долота, сте­пени очистки забоя, свойств промывочного раствора и т. д., т. е. от конкретных условий бурения. Каждый из этих коэффициен­тов является конечной, хотя и довольно сложной функцией от

следующих факторов и показателей, характеризующих данный рейс: нагрузка на долото, число оборотов долота, диаметр долота, время бурения, проходка за рейс, износ вооружения,, износ опоры.

Показатели износа исчисляются в восьмых долях от его полной величины.

Нетрудно убедиться, что вся эта информация содержится в структуре технологического массива и, следовательно, коэффи­циенты могут быть определены для каждого рейса, входящего в данную статистическую группу.

Средние значения коэффициентов модели для группы рей­сов и относительная погрешность этих средних значений опре­деляются по обычным формулам, приведенным выше.

На основании накопленного опыта принято, что если погреш­ности при вычислении средних значений эмпирических коэффи­циентов превышают 30%, то для данной пачки разреза уточне­ние режимных параметров по эмпирической модели не пред­ставляется возможным.

Изложенная методика расчета коэффициентов модели Гал­ле — Вудса с использованием статистически обработанных про­мысловых данных реализуется специальной программой на ЭВМ, включающей операции по построению и анализу линий постоянных стоимостей в режимном поле.

Таким образом, располагая эмпирической методикой опре­деления оптимальных режимов и информационным массивом промысловых данных, можно откорректировать выбор режимов бурения, произведенного на основании математико-статистиче­ского сравнения используемых технологических вариантов.

Сказанное в полной мере относится к возможностям кор­ректировки и других режимно-технологических рекомендаций, полученных тем же способом. Это может быть сделано вычис­лением коэффициентов эмпирических уравнений соответствую­щих специализированных методик.

Еще одним интересным путем использования накапливаемой промысловой информации является составление таблиц соот­ветствия типов долот разбуриваемым горным породам. Такие таблицы содержат систематически накапливаемые выборки на­иболее подходящих типов долот и режимов их использования для бурения конкретных разностей, характеризуемых набором формализованных признаков, Эти данные могут служить для предварительного подбора гаммы долот при проектировании строительства скважин на новых площадях, где сколько-нибудь значительная технологическая информация отсутствует.

Решение такой задачи возможно именно благодаря наличию системы формализации описания геологических разрезов.

Целью создания таблиц соответствия является также уста­новление сравнительной фактической эффективности работы долот различных типов.

Буровые долота еще на стадии конструирования предназна­чаются для бурения пород определенной твердости и абразив­ности, поэтому им дается определенный шифр, содержащий ко­дированную информацию о назначении долота. Однако нигде конкретно не определено, какой набор характеристик позволяет отнести данную породу к категории твердых, средних, мягких и т. д. Поэтому отнюдь не исключено, что долота, предназна­ченные априори для бурения определенных пород, в действи­тельности не дают при их разбуривании никаких преимуществ по сравнению с долотами других типов. Не существует также справочных данных, которые позволили бы установить соответ­ствие между типом долота, свойствами породы и необходимой осевой нагрузкой, а также видом промывочного агента. Однако известно, что допустимая нагрузка и параметры раствора могут существенно влиять и на выбор типа долота.

Было бы весьма желательно информацию по этим вопросам привести в определенную систему, которая позволила бы упо­рядочить подбор типов долот и режимов их отработки при раз­буривании конкретных разностей. Таким образом делается по­пытка решить следующую задачу: имея информацию об отра­ботке долот в различных породах и при разных режимных условиях, определить типы долот, которые показывают наилуч­шие результаты при бурении каждой конкретной породы, и установить, при каких режимах эти результаты достигнуты. Разумеется, отработка долота любого типа характеризуется различными показателями при турбинном и роторном способах бурения. Поэтому справочные таблицы должны составляться отдельно для каждого способа.

Справочные таблицы соответствия имеют следующую струк­туру. Каждая строка соответствует определенной пачке разре­за, характеризуемой формализованными признаками в соот­ветствии с табл. 17, а каждая графа — определенному диапазо­ну осевых нагрузок: 10—15, 16—20, 20—25 и 25—30 тс. Кроме того, графы подразделяются по основным типам промывочного раствора: ВО, ГР, HP. В клетках этой же таблицы, кроме опти­мального типа долота, записываются типы долот, которые были использованы для разбуривания данной пачки при тех же усло­виях. Запись ведется в порядке убывания эффективности типов. Это необходимо для того, чтобы можно было составить пред­ставление, из какого набора типов долот сделан выбор долота оптимального типа. Критерием оптимизации при составлении указанной таблицы должна быть выбрана проходка на доло­то за рейс. Использовать в качестве критерия стоимость 1 м проходки нецелесообразно, так как результаты отработки долот относятся к различным скважинам и даже разным районам. Следовательно, нормативные данные, входящие в расчет стои­мости 1 м проходки, могут оказать косвенное влияние на выбор долота.

Составление справочных таблиц является пассивным реше­нием задачи о соответствии типов долот разбуриваемым поро­дам. Эти таблицы могут быть непосредственно использованы как вспомогательный материал при составлении проектов стро­ительства скважин на близлежащих площадях. Так как геоло­гическое и геофизическое описание горных пород формализо­вано, вполне допустимо распространять опыт бурения, получен­ный в одних районах, на другие.

Таблицы соответствия, составленные для определенной пло­щади, могут быть скорректированы, если на ней начинает использоваться новый тип серийного долота. Для этого по изло­женной выше методике следует установить, дает ли новое до­лото значимый эффект по сравнению с ранее выбранным опти­мальным типом. Положительный результат дает основание для замены в соответствующих клетках таблиц.

Алгоритм составления таблиц соответствия типов долот и разбуриваемых пород на ЭВМ вкратце сводится к следующему.

Первым этапом является составление задания на выборку из информационного массива данных по отработке долот и форма­лизованного описания рассматриваемого размера площади.

Далее выбранный массив разгруппировывается по пачкам разреза, типам долот, осевым нагрузкам и видам промывочных растворов.

Каждая группа рейсов долотом одного типа при равных нагрузках и однотипном промывочном растворе является одно­родной статистической совокупностью. Для нее определяется среднее значение проходки и оценивается ее относительная погрешность.

Затем для каждой пачки разреза сравниваются долота, отработанные при одинаковой нагрузке и однотипном промы­вочном растворе. Сравнение осуществляется по критерию Фи­шера и дает оценку значимости различия между средними зна­чениями проходки долотами различных типов. Если различие между средними проходками с заданной доверительной вероят­ностью незначимо, то следует считать, что ни одно долото не имеет преимуществ перед другими, несмотря на различие в. абсолютных значениях средних проходок.

В заключение укажем, что таблицы соответствия представ­ляют собой обобщенный справочный материал, помогающий общей ориентировке при анализе ситуации бурения в данном районе, в частности, при сравнении эффективности способов, бурения, при оценке возможности сокращения номенклатуры долот, забойных двигателей и решение других вопросов техники и технологии бурения.

Кроме рассмотренных выше задач технологического харак­тера, наличие обширного массива промысловой информации имеет и другие многочисленные аспекты применения.

Перечислим, не претендуя на полноту, еще некоторые воз­можности, предоставляемые математико-статистическими мето­дами обработки промысловых данных.

— Сравнение показателей работы новых экспериментальных конструкций породоразрушающих инструментов, забойных дви­гателей и технологических вариантов с наилучшими показате­лями, достигнутыми при бурении аналогичных пород.

— Получение сводок о работе долот разных типов и конст­рукций производства различных заводов.

— Расчет потребностей в долотах на основе определения количества долот на скважину по результатам анализа их обра­ботки.

— Механизация отчетности в вышестоящие организации по установленным формам.

Помимо задач практического характера имеется возмож­ность использовать массив информационных данных для реше­ния ряда важных исследовательских задач, к числу которых можно, например, отнести следующие:

— исследование влияния режимных параметров на время работы опоры долота и износ его вооружения;

— изучение зависимости показателей эффективности бурения от параметров режима и промывочного раствора;

— установление характера влияния дифференциального давления на механическую скорость бурения различных пород;

— анализ причин недостатоточного времени работы на забое различных типов долот;

ранжирование технологических факторов, влияющих на эффективность бурового процесса.

г

Комментарии запрещены.