Рациональное управление спуско-подъемными операциями

 

В книге впервые делается попытка разработать единую методику, необходимую для решения задач, связанных с совершенствованием процесса спуеко-подь-емных операции (СПО). Рассмотрены методика и технические средства проведения исследований СПО на буровых, методы обработки информации и детального анализа процесса. Изложены основные закономерности методов оптимизации г расчета режимов отдельных элементов СПО. Даны рекомендации по расчету г., реализации оптимальных режимов СПО. Проанализированы дефекты нормативного, информационного п технического обеспечения системы управления СПО. Рассмотрены информационно-измерительные средства оптимизации СПО. Прпне-дены методики анализа и управления СПО на уровне бурового предприятия.

Книга предназначена для специалистов буровых предприятии нефтяной и газовой промышленности.

 

XXV съезд Коммунистической партии Советского Союза наметил грандиозную программу развития народного хозяйства нашей страны па 1976—1980 гг. Особое место з этой программе уделено вопросам повышения эффективности и интенсификации общественного производства. Достижение этой цели предполагает комплексное решение многообразных задач. Это — задачи роста производительности и улучшения условии труда, совершенствования организации работ и повышения квалификации кадров, рационального использования оборудования и увеличения его фондоотдачи, внедрения современных методов управления п укрепления производственной дисциплины.

Только при таком комплексном подходе могут быть решены задачи, которые поставлены XXV съездом КПСС перед работниками нефтяной промышленности и, в частности, буровиками: по-зысить эффективность буровых работ и сократить на 25—30% сроки строительства скважин.

При всех способах бурения на технико-экономические показа-| тели буровых работ в значительной мере влияют спуско-подъем-ные операции (СПО), продолжительность которых часто составляет 20—30% от времени проводки скважины. Задачу совершенствования этого трудоемкого процесса следует рассматривать как один из путей достижения целей, поставленных перед бурением в целом. При этом тот комплексный подход, который вообще характерен для X пятилетки — пятилетки качества и эффективности, должен быть в полной мере использован при решении задач совершенствования СПО.

^Объем СПО (общая длина труб, извлеченных, н спущенных в скважину за все время бурения) при прочих равных условиях зависит от средней проходки на долото и глубины скважины.)

["В последнее время высказывается мнение, что проблема совершенствования методов и средств проведения спуско-подъемных операций скоро перестанет быть актуальной, поскольку проходка на долото непрерывно растет, а объем СПО снижается. Но такое мнение может привести к ошибочным выводам. Здесь необходимо учитывать целый ряд совместно действующих факторов. Действительно, увеличение проходки на долото приводит к снижению объемов СПО на скважину. Однако с каждым годом увеличивается глубина бурения, что вызывает противоположную тенденцию — интенсивный рост объемов СПО. Кроме того, совершенствование технологии бурения, а также всех других этапов строительства скважины увеличивает оборачиваемость буровых установок, т. е. число скважин, которое может быть пробурено одним станком в год.

 

Приведенные в табл. 1 данные о динамике относительного изменения ряда показателей бурения по Министерству нефтяной промышленности за прошедшую IX пятилетку иллюстрируют комплексное влияние всех отмеченных факторов на формирование-объемов СПО.

Из данных табл. 1 хорошо видно, что,/несмотря на существенный рост проходки на долото и снижение объемов СПО на скважину, объем СПО, выполняемый одной буровой установкой в течение года, остался практически неизменным. _Т

Именно этот показатель (а не объем СПО на скважину) характеризует загруженность буровой техники спуско-подъемнымп операциями. А то обстоятельство, что эта загруженность практически не снижается, свидетельствует о том, что вопросы совершенствования СПО продолжают оставаться актуальными даже при условии роста проходки на долото.

.^Работы по совершенствованию техники для СПО проводятся в различных направлениях — это и создание принципиально новых автоматизированных установок, и совершенствование существующих буровых станков. Однако разработки принципиально новых установок находятся на стадии испытаний опытных образцов. Необходимость их длительной отработки в промышленных условиях, которая должна предшествовать перевооружению буровых предприятии, позволяет считать, что в будущем определяющим типом установки останется буровая установка с талевой системой и дискретной технологией СПО, управляемая буровой вахтой во главе с бурильщиком.

I В области совершенствования существующих установок в последние годы проведены большие работы, основными результатами которых следует считать:

I .внедрение комплекса механизмов АСП-3, позволившее, наряду со значительным повышением производительности, полностью механизировать процесс СПО, что коренным образом изменило характер труда буровиков;

 

•'..увеличение мощности привода    лебедки, а следовательно, повышение скоростей перемещения рабочих механизмов; ,-;, улучшение кинематики и увеличение числа рабочих скоростей подъемника^В результате совершенствования буровой техники возникают определенные сложности, связанные с ручным управлением высокомеханизированными агрегатами. Это стало в последние годы характерным для современного промышленного производства. Возрастают возможности машин, возрастают п требования к человеку, управляющему этими машинами. Несколько лет назад, когда доля машинного времени при спуско-подъемпых операциях составляла 20—30%, результаты этих противоречий не играли существенной роли. В сегодняшних условиях несоответствие между возможностями оператора (бурильщика) и возможностями буровой установки, регламентируемыми ее технической характеристикой, как показали проведенные исследования, становятся все очевидней.Характеристики буровой установки показывают только ее возможную производительность, полученную расчетным путем в процессе проектирования, а надежность и работоспособность ее узлов при создании установки принимают для определенного режима ее эксплуатации.Фактическое использование той же установки, т. е. результаты каждой операции, каждого ее элемента, зависит от характеристик станка и от режима управления процессом.Проведенные исследования показали, что на практике наблюдается большое различие б проведении разными бурильщиками одних и тех же операций, при этом доля использования рациональных или близких к ним режимов даже у бурильщиков, имеющих стаж работы 15—20 лет, не превышает 20—30%.Если учесть, что при бурении скважин глубиною более 3000 м количество спущенных и поднятых свечей часто достигает нескольких десятков тысяч, станет ясным, что всякое, даже незначительное по абсолютной величине, увеличение длительности какой-либо операции приводит к существенному увеличению времени на проводку скважины, а повторяемые десятки тысяч раз отклонения от нормального режима эксплуатации снижают долговечность машин, увеличивают время ремонта, расход сменных элементов установки и время на их замену. Кроме разработки нового бурового оборудования, существует еще одна возможность повышения эффективности СПО— внедрение рациональных режимов управления спуско-подъемпыми операциями на существующих буровых установках.Под рациональными здесь и далее понимаются такие режимы СПО, при которых высокая производительность операций разумносочетается с требованиями технологии, эксплуатации оборудования и физиологической загрузки операторов.Если параметры режима СПО однозначно соответствуют установленным или получены в результате количественной оценки экокомической целесообразности, будем называть такие режимы оптимальными.Весь комплекс организационных и технических мероприятий по совершенствованию СПО, согласованных между собой и подчиненных единой цели — улучшению конечных результатов проводки скважин, будет в дальнейшем характеризоваться единым понятием— оптимизация СПО.Преобладающий сегодня подход к вопросам оптимизации СПО предполагает интенсификацию процесса за счет использования предельных эксплуатационных режимов буровой установки.Недостатком такого метода оптимизации является односторонняя оценка результатов СПО только по затратам технологического времени, не учитывающая того существенного отрицательного влияния, которое оказывает интенсификация процесса на многие важнейшие показатели эффективности проводки скважин. К числу таких показателей можно отнести стоимость сменных элементов установки, расход которых зависит от режима СПО, а также связанное с этим ремонтное и вспомогательное время. Проведенные нами исследования показали, что при увеличении скорости спуска выше 3,0—3,5 м/с рост вспомогательного времени на замену только элементов ленточного тормоза значительно превышает ту экономию технологического времени спуска, которая получается за счет форсирования режима.Возможность разработки рационального режима управления СПО в значительной мере зависит от степени изученности вопросов влияния управляемых параметров процессов на величину и характер возникающих усилий, которые определяют в конечном счете долговечность элементов буровой установки.Характерной чертой опубликованных работ в области исследования работоспособности элементов подъемной части буровой установки является несколько односторонняя оценка причин выхода из строя узлов п деталей машин, в результате чего вопросы повышения долговечности бурового оборудования рассматриваются только в рамках проведения конструкторских и технологических мероприятий, т. е. без учета той существенной роли, которую может сыграть оптимизация режимов эксплуатации бурового оборудования. Проведенные нами исследования показали, что при равных значениях длины колонны и весовой характеристики труб только за счет различий в режимах управления гидротормозом доля общей работы торможения, поглощаемая ленточным тормозом, колеблется в пределах 0,15—0,6. При этом реализация рациональных режимов спуска позволяет без увеличения продолжительности процесса снизить объем работы ленточного тормоза и соответственно повысить долговечность его элементов в 1,5—2,5 раза.Рациональное управление оборудованием при СПО — фактор повышения эффективности процесса пе только при эксплуатации буровой установки. Учет этого фактора на стадии конструирования может существенно сказаться на выборе кинематических характеристик  подъемной  части   станка.   И,   наоборот,   недооценка этого фактора приводит к решениям, снижающим эффективность буровой установки. Таким примером может служить установка Уралмаш 125БЭ, в которой высшая скорость подъема колонны и незагруженного элеватора составляет 2,0 м/с.Остановка бурильной колонны, поднимаемой на указанной скорости, практически не может быть осуществлена на рациональных режимах. От бурильщика в этом случае требуется либо систематическое интенсивное наложение ленточного тормоза, либо дополнительная подгонка замка колонны в зону действия ключа АКБ, что увеличивает время подъема даже по сравнению с предыдущей V скоппгтып (1 Я м/с) Нр r.nvuai'iHo, как показали исследования, VI скорость при подъеме на установке Уралмаш i2553 бурильщиками,, как правило, не используется.[Одним   из   главных   вопросов   оптимизации   снуско-нодъемных операций является выбор критерия эффективности процесса.Существующие как в научно-методической литературе, так и на практике тенденции максимального форсирования режимов СПО вызваны тем, что в качестве такого критерия, как правило, рассматривается лишь продолжительность процесса.Влияние этого критерия сказывается и на оплате труда буровой бригады, и при обучении бурильщиков, и при оценке деятельности служб бурового предприятия.Критерий эффективности СПО обязательно должен быть согласован с общей целью оптимизации бурения, т. е. с достижением наименьшей стоимости строительства скважины. Не следует думать, что использование стоимостного критерия отодвигает на второй план задачу сокращения затрат времени. Напротив, именно применение стоимостного критерия требует комплексного решения задачи повышения производительности буровых работ с учетом не только технологического, но также вспомогательного и ремонтного времени,.Чтобы обеспечить минимум денежных затрат, прямо или косвенно связанных с процессом СПО, недостаточно лишь сокращать продолжительность процесса. Для этого необходимо также выполнять все требования технологической дисциплины и качественной эксплуатации бурового оборудования, которые, к сожалению, иногда не принимаются во внимание при оценке эффективности СПО.Целью оптимизации СПО в условиях бурового предприятия при заданных параметрах технологического оборудования следует считать максимальное использование скоростных возможностей установок при ограничении режимов отдельных операций, что соответствует главной цели оптимизации бурения—выполнению заданного объема проходки с наименьшими затратами. Эта цель можетбыть достигнута только при одном условии: совершенствовании существующей системы управления буровым предприятием, частью которой является система управления СПО.Встретившись с определением «система управления СПО», читатель не должен представлять себе какую-то группу сотрудников или подразделение, которые занимаются только вопросами СПО в отрыве от других функций управления. Это определение в боль-шед степени носит методический характер.' Оптимизация спуско-подъемных операций — комплексная организационно-техническая задача, охватывающая широкий круг вопросов. Это вопросы управления и организации, разработки и реализации рациональных режимов, использования средств сбора и переработки информации, эксплуатации оборудования и нормативного обеспечения, технологической дисциплины и охраны труда и т. д. Несмотря на такое многообразие вопросов, к решению за-I дачи оптимизации СПО должен быть единый подход. Предлагаемая книга — это первая попытка разработки единой методической основы, необходимой для решения задач, связанных с совершенствованием процесса СПО.Указанный подход позволяет в самые короткие сроки и в самых широких масштабах осуществлять внедрение содержащихся в книге рекомендаций. Это может обеспечить эффект по ускорению СПО, соизмеримый с эффектом, получаемым в результате внедрения нового, очень сложного и дорогостоящего технологического оборудования. Кроме того, возможность предотвращения аварий и осложнений в скважине, резкое снижение загрузки бурильщиков, увеличение сроков службы оборудования дадут еще больший эффект.Отмеченный фактор — возможность массового внедрения рекомендаций работы — позволил в качестве объектов исследований принять буровые установки, укомплектованные лебедками У2-5-5 и У2-2-11. Именно эти лебедки, оснащенные гидротормозами, составляют основную массу парка лебедок, действующих в отрасли.Основная часть экспериментальных исследований и опытных работ, результаты которых рассматриваются в книге, проведена в объединении Куйбышевнефть. Этот выбор был сделан исходя из тех соображений, что объединение Куйбышевнефть — район высокой производственной культуры и высококвалифицированных рабочих кадров — с нлчала 60-х годов стал как бы базой совершенствования спуско-подъемных операций. Именно здесь началось широкое внедрение сначала отдельных элементов (АКБ-3, ПКР), а затем и всего комплекса АСП-3.Автор приносит благодарность инженерам В. В. Погарскому, В. Ф. Корякину и Л. П. Копысицкой, принимавшим участие в проведении исследований и обработке их результатов, а также всем сотрудникам Отрадненского УБР объединения Куйбышевнефть, оказавшим большую помощь при проведении многочисленных экспериментальных работ на скважинах.