Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ. Повышение технико-экономических показателей строительства нефтяных и газовых скважин связано с его техническим перевооружением. На необходимость технического перевооружения процессов строительства скважин указывает ряд программных документов ЦК КПСС, Совета Министров СССР, Госстандарта СССР, ііинистерства нефтяной промышленности, предусматривающих совершенствование и замену технологического оборудования, инструмента, технических средств контроля технологических параметров бурения скважин, буровых и так.понажных растворов.
В настоящее время з области технического перевооружения буровых уабот достигнуты определенные успехи. В то же время многие фундаментальные вопросы создания и совершенствования средств, методов и научной организации контроля технологических параметров остаются нерешенными.
Хотя контроль технологических параметров служит основой совершенствования всего процесса бурения нефтяных и газовых скважин и оказывает глубокое влияние на результаты работ, коютлекеы параметров технологических процессов бурения скважин, а также буровых и тампонажних растворов часто неполны, их измерения содержат большие погрешности, следовательно, низка достоверность пол^аемых донге,!?;.
Все это сдерживает научно-технический прогресс в области технологии бурения скважин и является одной из причин непроизводительных затрат времени из-за осложнений и аварий, неполного использования потенциальных возможностей техники и технологии бурения скважин, перерасхода материалов при приготовлении бурового раствора, регулировании его свойств, т.е. в конечном итоге - снижения технико-экономических показателей бурения скважин, неоправданного пере-
расхода средств, Поэтому развитие теории и совершенствование практики контроля технологических параметров является одной из главных задач отрасли.
Большая заслуга в разработке и применении методов оценки состояний технологических процессов принадлежит А.Г.Аветисову, И.А.Би-ргеру, В.Н. Вапнику, Р.Дуде, А.Х.Мирзаджанзаде, Б.Н.Петрову, K.Sy-кунаге, П.Харту и другим, а в создании и внедрении методик и средств контроля технологических процессов строительства скважин -специалистам в области приборостроения и технологии бурения скважин В.А. Айрапетову, О.К.Ангелопуло, В.С.Баженову, А.И.Булатову, Ю.В.Грачеву, А.Д. Кияшко, Н.Н.Круглицкому, В.И.Крылову, Л.Ф.Куликовскому, У.Д.Мамаджанову, А.М.Мелик-Шахназарову, Е.Г.Осипову, Л.Г.Портеру, О.К.Рогачеву, В.И.Рябченко, Л.С.Стрелене, Т.М.Таджи-баеву, В.И.УшыаеЕу, О.П.Шишкину, В.Х.Шудьгину, Л.П.Шумилову, Р.М.Эйгелесу и другим.
Зависимость точности и эффективности технологических процессов бурения скважин от полноты, достоверности и своевременности получения результатов контроля параметров поставила проблему создания новых и совершенствования существующих методов и средств контроля технологических процессов, а также буровых .и тампонажних растворов в число важнейших.
Считается, что определяющим показателем прогрессивного развития техники и технологии бурения нефтяных и газовых скважин является уровень контроля технологических параметров и его значение неуклонно возрастает в связи с увеличением глубин бурения, повышением скоростей проходки и связанных с этим трудностей, ростом ответственности за правильное принятие решений по управлению технологическими процессами, необходимостью автоматизации технологических процессов.
Значимость проблемы контроля параметров велика еще и потому,
что получаемые результаты используются в дальнейшем при проектировании новых скважин и от их достоверности зависит качество решений и эффективность буровых работ.
В связи с этим разработка научных основ и практических мето -дов и средств контроля параметров и повышение точности результатов технологических процессов бурения скважин- актуальная проблема, имеющая важное народнохозяйственное значение,
В диссертационной работе теоретически обобщена и решена крупная научно-техническая задача - повышение точности и эффективности контроля технологических процессов бурения скважин на основе создания и внедрения научных основ обоснования исходных технологических требований к метрологическим характеристикам средств измерений, позволивших разработать новые и усовершенствовать существующие средства измерений, организовать их производство и внедрение; создать метод обоснования комплекса контролируемых параметров при бурении скважин в осложненных условиях; обосновать комплексы параметров, подлежащих контролю при бурении скважин в различных нефтедобывающих регионах; обосновать допустимую периодичность контроля параметров бурового раствора, а также разработку и внедрение отраслевых методик по контролю параметров буровых растворов, процессов промывки скважин, тампонажних растворов, позволивших получить суммарный экономический эффект более 1,6 млн.руб.
ЦЕПЬ РАБОТЫ. Повысить эффективность буровых работ на базе разработки и внедрения научных основ и практических методов обоснования комплекса контролируемых параметров, метрологических характеристик средств их измерений, периодичности контроля параметров буровых растворов, совершенствования организации контроля технологических параметров при бурении скважин, обеспечивающих высокую достоверность и своевременность получения результатов контроля параметров, увели-
чивающих точность технологических процессов при бурении скважин, сокращающих число аварий и осложнений в процессе строительства скважин, перерасход материалов и химических реагентов при приготовлении буровых растворов и регулировании их свойств. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ РАБОТЫ.
1. Определение комплексов технологических параметров, подлежа
щих контролю при бурении скважин в различных геолого-технических
условиях.
-
Исследование и разработка метода обоснования комплекса контролируемых параметров при "бурении скважин в осложненных условиях.
-
Разработка метода обоснования исходных требований к метрологическим характеристикам средств контроля технологических параметров процессов бурения скважин, буровых и тампонажних растворов, организация их производства.
-
Исследование статистических распределений производственных погрешностей параметров технологических процессов бурения скважин и буровых растворов.
-
Исследование и разработка методов обоснования периодичности контроля дискретно измеряемых параметров бурового раствора при уг -лублении и промывке скважин.
-
Разработка отраслевых технологических методи" контроля параметров буровых, тампонажных растворов, процесса промывки скважин , метрологического обеспечения бурения скважин, применение которых позволит практически исключить осложнения и аварии из-за недостоверности информации о контролируемых технологических параметрах.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Установлено, что результаты диагностирования устойчивости стенок скважин, типов прихватов бурильной колонны и др. относятся к числу случайных, зависящих от числа и информативности используемых параметров.
Впервые определена взаимосвязь информативности параметров с ве-
роятностью установления состояния скважин при бурении в осложненных условиях. На основе полученной зависиыости разработано и научно обосновано принципиально новое решение задачи - обоснование комплекса параметров, подлежащих контролю при бурении скважин в осложненных
условиях.
Разработан и научно обоснован метод обоснования допустимых погрешностей измерений при контроле технологических параметров буре -ния скважин, основанный на полученной зависимости вероятностей ошибок контроля от погрешностей измерений с учетом характеристик случайных отклонений технологических параметров, обоснованы допустимые погрешности измерений технологических параметров бурения скважин, буровых и тампонажних растворов и созданы технические средства измерений.
Разработан новый подход к определению частоты контроля диск -
ретно измеряемых параметров буровых растворов при бурении скважин, учитывающий динамические характеристики контролируемых параметров.
Основные исследования выполнены в соответствии с приказом Миннефтепрома и Ыинприбора 537/773 от 23.12.65 и комплексной программой, утвержденной Миннефтепромом.
На основе полученных результатов теоретических исследований разработан, утвержден Миннефтепромом и внедрен на буровых предприятиях РД 39-2-645-81 "Методика контроля параметров бурового раствора?
разработан, утвержден Миннефтепромом и внедрен на буровых предприятиях РД 39-2-985-83 "Методика контроля параметров процесса промывки скважин",
разработан, утвержден Миннефтепромом, внедрен на буровых
предприятиях РД-39-2-564-8І "Методика контроля параметров тампонажній растворов и тампонажних материалов",
Разработан, утвержден Ыиннефтепромом, внедрен на буровых предприятиях РД 39-0147009-530-66 "Типовой метрологический паспорт управления буровых работ",
разработаны и утверждены Ыиннефтепромом, внедрены на предприятиях отрасли "Правила технической эксплуатации средств и систем автоматизации и телемеханизации в нефтяной промышленности".
Под руководством и при непосредственном участии автора с использованием методики обоснования допустимой погрешности измерений при контроле технологических параметров разработаны технические требования к средствам измерений и тематические карточки (TK-I) на создание средств измерений технологических параметров бурения скважин, буровых и тампонажних растворов, утвержденные Миннефтепромом, Мин— прибором приняты к разработке и к серийному изготовлении:
установка для определения твердой фазы и нефти (ТК 1021-86-055), фильтр-пресс (ТК 1021-86-053), ротационный вискозиметр (ТК І02Ї-86-054) для контроля параметров буровых растворов в составе самоходной лаборатории СКЛ-І, разработанной СПКБ "Промавтомати-ка" и выпускаемой серийно Бакинским приборостроительным заводом;
установка для определения смазочной способности бурового раствора ( ТК 1021-86-057), установка для определения напряжения сдвига в глинистой корке ( ТК 1021-81-056), высокотемпературный (до 350С) вискозиметр (ТК 1021-80-025), разработанные СПКБ "Промавтоматика", выпускаемые опытным заводом НПО "Промавтоматика";
прибор для определения влажности глинопорошков (ТК І02І-80-0П), разработанный СКВ "Проектприбор", выпускаемый опытным заводом НПО "Аналитприбор";
комплекс приборов контроля промывки, долива скважин и прогнозирования флюидопроявлений, разработанный Андижанским СПКБ , выпускаемый Усть-Каменогорским приборостроительным заводом.
В соответствии с приказом ііиннефтепрома и кинприбора №538/773
от 24.12.85 при участии автора разработаны технические требования на модернизацию комплекса средств наземного контроля и управления процессом бурения нефтяных и газовых скважин (СКУБ), осуществленную Ивано-Франковским СКВ СА.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы докладывались на ряде конференций, совещаний: в том числе на Всесоюзном совещании по повышению информативности результатов исследования скважин в процессе бурения (г.Грозный, 1975г.), Республиканской научно-технической конференции по применению вероятностно-статистических методов в бурении и нефтедобыче (г.Баку, 1976г.),Всесоюзном совещании по разработке и внедрению АСУ буровыми работами (г.Грозный, 1976г.), Ш Всесоюзной научной конференции по применению вероятностно-статистических методов в бурении и нефтедобыче (г.Баку, 1980г.), совещании Миннефтепрома по повышению эффективности инженерно-технического обеспечения производства (г.Борислав, 1984г.), заседании технико-экономического совета ВПО "Союзнефтеспецматериалы" (г.Москва, 1984 г.), ІУ Всесоюзной научной конференции по применению вероятностно-статистических методов в бурении и нефтедобыче (г.Баку, 1984 г.),совещании Миннефтепрома по метрологическому обеспечению технологических процессов (г.Андижан, 1985г.), совещании Миннефтепрома по метрологическому обеспечению технологических процессов бурения скважин, нефтедобычи, транспорта нефти (г.Куйбышев, 1986г; Уфа, 1988г..).
Публикации. Основные материалы диссертационной работы опубликованы в 22 печатных работах, в том числе 4 книгах, изданных в центральных издательствах.
Ссылки на работы автора. Результаты исследований интерпретированы в монографиях:
Булатов А.И., Аветисов А.Г.Справочник инженера по бурению-М., Недра, 1985;
Ерыгин А.Т. Воспламенение взрывчатых смесей от электричес -ких разрядов и обеспечение искробезопасности электрических цепей.-М., Наука, I960, с. 101 и др.
Объем и структура диссертации. Текст диссертационной работы изложен на 266 страницах машинописного текста, содержит 32 рисунка , 66 таблиц, состоит из введения, семи глав, основных выводов и рекомендаций, а также списка цитированной литературы, включающего 171 работу отечественных и зарубежных авторов.
При подготовке ряда вопросов диссертации и внедрении разрабо -ток автор сотрудничал с А.И.Булатовым, А.Г.Аветисовым,В.И.Рябченко, В.А.Буровым, А.П.Руденко, Е.С.Шмаковым, а также со специалистами производственных предприятий "Главтюменнефтегаза", производственных объединений "Грознефть", "Татнефть", "Укрнефть", "Мангышлакнефть", "Краснодарнефтегаз" и др.
Автор выражает признательность проф. А.И.Булатову, проф. А.Г.Аветисову, д.т.н. Н.А.Мариампольскому, ныне покойному проф. О.П.Шишкину за плодотворное обсуждение отдельных аспектов работы.