Производственно-технический нефтегазовый журнал
+7 (903) 580-85-63 +7 (495) 371-01-74 info@glavteh.ru

Проактивное управление качеством в бурении

В предлагаемой Вашему вниманию статье выполнен анализ возможности реализации на практике проактивного управления качеством буровых работ.
Суть такого управления заключается в отслеживании процесса строительства скважины в режиме реального времени и опережающем принятии решений по недопущению отклонений от регламентируемого технологического процесса или требований проектной документации.

Проделанный анализ показывает, что на современном инженерно-техническом уровне строительства скважин существует возможность проактивного управления качеством буровых работ. Внедрение подхода, во-первых, обеспечит достижение потенциала повышения качества и технико-экономической эффективности бурения, во-вторых, отвечает интересам как заказчика, так и бурового подрядчика. Такой подход можно реализовать на практике при высоком уровне автоматизации.

28.02.2016 Инженерная практика №01-02/2016
Мнацаканов Вадим Александрович Заместитель генерального директора – директор представительства ООО «Газпром бурение» в г. Санкт-Петербурге, д.т.н.
Ахмадуллин Эдуард Атласович Главный специалист Управления по бурению ООО «Газпром бурение», к.т.н.
Калинин Сергей Петрович Директор по развитию бизнеса ООО «Аксиома-Сервис»

В настоящее время практически все крупные нефтяные компании используют различные инструменты мотивации буровых подрядчиков к повышению эффективности строительства скважин. Как правило, механизм такой мотивации реализуется посредством так называемой шкалы качества, закладываемой в контрактную документацию. Шкала качества предусматривает определенные штрафные санкции за отклонения от регламентируемого технологического процесса или требований проектной документации. Величина штрафов согласовывается заказчиком и подрядчиком и устанавливается в процентах от стоимости скважины или этапа работ. При этом в договоре лимит финансовой ответственности бурового подрядчика обычно ограничивается некоторой суммой.

Нефтяные компании, выстраивающие долгосрочные и стратегические отношения с сервисными компаниями, помимо штрафов закладывают в шкалу качества возможность поощрения персонала подрядчика в виде единовременных выплат (бонусов) за достижение или перевыполнение заранее установленных ключевых показателей эффективности.

Использование шкалы качества, безусловно, отвечает интересам заказчика, поскольку с ее помощью нефтяные компании, во-первых, дисциплинируют бурового подрядчика и его производственный персонал; во-вторых, частично (в редких случаях полностью) компенсируют свои финансовые потери от неудовлетворительной работы подрядчика; и, в-третьих, создают предпосылки для мотивации сервисной компании на качественное и эффективное оказание буровых услуг.

ДВА ПОДХОДА К УПРАВЛЕНИЮ КАЧЕСТВОМ

В то же время можно отметить, что философия описанного механизма мотивации заключается в реагировании на негативные или позитивные результаты работ по факту их свершения. В силу этого обстоятельства данный подход можно условно назвать «реактивным», так как в его основу положена реакция на событие.

В противоположность реактивному подходу в настоящей статье выполнен анализ возможности реализации на практике «проактивного» управления качеством буровых работ, суть которого заключается в отслеживании процесса строительства скважины в режиме реального времени и опережающем принятии решений для недопущения отклонений от регламентируемого технологического процесса или требований проектной документации.

Проактивное управление качеством буровых работ органично вписывается в концепцию электронного супервайзинга нефтегазопромысловых услуг [1]. Реализация проактивного управления качеством в бурении выгодна как заказчику, так и подрядчику: заказчик получает качественные услуги по строительству скважин, а подрядчик – своевременную, гарантированную и полную оплату выполненных работ. Подчеркнем, что проактивный подход не противоречит, не отменяет, а дополняет реактивный подход управления качеством буровых работ.

ВНЕДРЕНИЕ ПРОАКТИВНОГО ПОДХОДА

Анализ возможности внедрения на предприятии проактивного управления качеством выполнен с учетом применения современного оборудования, технических средств и доступных в настоящее время инженерно-технических решений в области вспомогательного сервиса по сопровождению процесса строительства скважин.

Для реализации на практике проактивного управления качеством буровых работ необходимо решить пять основных задач.

  1. Разработать структурно-иерархическую древовидную модель, учитывающую всю совокупность показателей качества буровых работ.
  2. Определить формулы расчета показателей качества буровых работ последнего уровня структурноиерархической модели качества.
  3. Определить способы и источники получения информации о проектных и фактических параметрах бурения для расчета показателей качества.
  4. Определить уровень автоматизации процесса сбора первичной фактической информации о параметрах бурения в режиме реального времени.
  5. Определить способ свертки всех показателей качества буровых работ последнего иерархического уровня в единый интегральный результирующий показатель качества нулевого уровня.

ДРЕВОВИДНАЯ МОДЕЛЬ

Решение первой задачи подразумевает создание модели качества буровых работ – многоуровневой иерархической древовидной структуры, объединяющей в единое целое совокупный набор показателей, характеризующих качество строительства скважин. Данная задача может быть решена в соответствии с работами [2 – 6] путем декомпозиции качества буровых работ на пять иерархических уровней до 15 показателей, представленных на рис. 1. Восемь показателей характеризуют технику и технологию строительства скважин, три – организацию процесса работ, еще три – промышленную безопасность, и один – экономическую эффективность буровых работ. Представленная на рис. 1 модель качества составлена исключительно для примера. В зависимости от требований конкретного заказчика (т.е. лица принимающего решение) модель качества может быть уточнена и детализирована по количеству показателей и глубине иерархических уровней.

Рис. 1. Структурно-иерархическая древовидная модель показателей качества буровых работ
Рис. 1. Структурно-иерархическая древовидная модель показателей качества буровых работ

ФОРМУЛЫ РАСЧЕТА

Решение второй задачи – определение формул расчета численных значений 15 показателей качества (Кi) пятого иерархического уровня – в соответствии с работой [2] сведено в табл. 1. Цветовые схемы заливки в табл. 1 и в модели качества на рис. 1 выполнены идентично для удобства сопоставления показателей качества пятого иерархического уровня. Обратим внимание, что все показатели качества (Кi,) изменяются в диапазоне от 0 до 1, что достигается, в том числе за счет использования нормирующего коэффициента (λi) при вычислении 11 показателей качества (Кi) пятого иерархического уровня (см. табл. 1, пп. 1–10, 15).

ИСТОЧНИКИ ДАННЫХ

В рамках решения третьей задачи отметим, что сбор информации для проактивного управления качеством производится системой контроля параметров бурения (СКПБ) или станцией ГТИ. Обе системы обладают набором датчиков для регистрации параметров бурения, а также программным обеспечением для их обработки. При этом СКПБ может быть как собственностью бурового подрядчика, интегрированной в АСУ буровой установки, так и взятой в аренду и работать автономно и независимо от АСУ буровой установки. И в целом мы рекомендуем использование именно СКПБ и по возможности зарубежного производства. Тем не менее решение третьей задачи может быть успешно осуществлено и на базе станции ГТИ.

По существу третья задача состоит из двух подзадач: определения способов и источников получения информации, во-первых, о проектных, а, во-вторых, о фактических параметрах бурения. Первая подзадача решается относительно просто за счет разового ручного ввода в СКПБ или станцию ГТИ параметров из проектно-сметной документации. Решение же второй подзадачи, представленное на рис. 2, требует детального рассмотрения, поскольку от него напрямую зависит результативность внедрения проактивного управления качеством на производстве.

Цветовые схемы на рис. 2 и в модели качества (рис. 1) идентичны для удобства сопоставления показателей качества пятого иерархического уровня.

Рис. 2. Способы получения и источники фактической информации о параметрах бурения
Рис. 2. Способы получения и источники фактической информации о параметрах бурения

На рис. 2 представлены три способа сбора данных: от датчиков СКПБ или станции ГТИ; от внешних по отношению к СКПБ или станции ГТИ источников данных; ручной ввод информации.

Автоматизированное поступление данных от датчиков СКПБ или станции ГТИ служит основным источником информации о фактических параметрах бурения. Таким образом собирается информация о девяти параметрах из пятнадцати (рис. 2).

Таблица 1. Формулы для расчета численных значений показателей качества
Таблица 1. Формулы для расчета численных значений показателей качества

Так, фактическая плотность бурового раствора (табл. 1, рис. 2, п. 5) замеряется датчиками-плотномерами гравитационного, гидростатического, весового, вибрационного или радиоизотопного и других принципов действия.

Механическая скорость проходки (табл. 1, рис. 2, п. 3) и глубина спуска обсадных колонн (табл. 1, рис. 2, п. 6) вычисляются на основании информации от датчика-энкодера, регистрирующего угловую скорость вращения барабана лебедки и откалиброванного с учетом радиуса барабана лебедки, диаметра талевого каната, типа оснастки талевой системы и количества слоев талевого каната на барабане.

Фактические данные о продолжительности бурения (табл. 1, рис. 2, п. 9), производительном времени (табл. 1, рис. 2, п. 10), времени ликвидации аварий (табл. 1, рис. 2, п. 11), календарном времени (табл. 1, рис. 2, пп. 10, 11) вычисляются на основании информации СКПБ или станции ГТИ о параметрах работы и простоя бурового оборудования и выполняемых на скважине операциях.

Фактический объем бурового раствора в емкостях (табл. 1, рис. 2, п. 12) для оценки качества контроля работы скважины вычисляется на основании информации от датчиков-уровнемеров ультразвукового, радиолокационного или поплавкового принципа действия.

Оценка уровня противофонтанной безопасности (табл. 1, рис. 2, п. 13) осуществляется, во-первых, на основе показаний датчика обратного потока, регистрирующего механическим способом объем раствора, изливающегося из затрубного пространства, а вовторых, на основе сравнительного анализа объема раствора, подающегося в скважину, и уровня раствора в емкостях по данным датчиков-уровнемеров.

Оценка уровня взрывобезопасности производится по количеству автоматических отключений энергопитания буровой установки из-за превышения концентрации взрывоопасных газов (табл. 1, рис. 2, п. 14). Показатель вычисляется на основании информации от датчиков-газоанализаторов, установленных над виброситами и под столом ротора.

Оперативные фактические затраты (табл. 1, рис. 2, п. 15) в режиме реального времени можно определить расчетным путем при помощи специального алгоритма. Такой алгоритм должен учитывать как детальную информацию о конструкции скважины, так и модель функциональной зависимости роста затрат с увеличением текущего забоя и сроков бурения, потенциальных аварий и осложнений [2]. Входящая информация для моделирования затрат в режиме реального времени – это данные от СКПБ или станции ГТИ о параметрах работы и простоя бурового оборудования, а также о выполняемых на скважине операциях. Оперативные фактические затраты в режиме реального времени актуальны только для текущего месяца, после закрытия объемов работ по данному месяцу информация по затратам уточняется вручную (см. далее).

Часть информации автоматически собирается от внешних по отношению к СКПБ или станции ГТИ источников данных – специализированных систем мониторинга компаний-поставщиков технологического сервиса по наклонно-направленному бурению (ННБ), цементированию и геофизическим исследованиям (см. рис. 2).

В случае с ННБ для отслеживания интенсивности искривления траектории ствола скважины (табл. 1, рис. 2, п. 1) используются данные телеметрических систем в комплексе со специализированным программным обеспечением.

Фактические данные о высоте подъема цемента (табл. 1, рис. 2, п. 7) берутся из программного обеспечения геофизической компании, получающего данные от прибора ГИС при исследовании качества цементирования обсадных колонн.

Фактические данные по закачанному объему тампонажного раствора (табл. 1, рис. 2, п. 8) поступают из системы контроля цементирования сервисной компании-поставщика услуг по креплению скважин.

Как правило, специализированные системы мониторинга и сопутствующее им программное обеспечение (табл. 1, рис. 2, пп. 1, 7, 8) принадлежат компаниям-поставщикам технологического сервиса по наклонно-направленному бурению, цементированию и геофизике. Данные из указанных систем мониторинга могут быть интегрированы с информацией СКПБ или станцией ГТИ.

Ручной ввод информации производится только по трем фактическим параметрам: отработке долот (табл. 1, рис. 2, п. 2), фильтрации бурового раствора (табл. 1, рис. 2, п. 4) и ежемесячным уточненным затратам на бурение (табл. 1, рис. 2, п. 15). Значения параметров по отработке долот и фильтрации промывочной жидкости могут вводиться буровым мастером, технологом в случае использования СКПБ или оператором станции ГТИ в случае ее использования. Ежемесячные уточненные фактические затраты вводятся специалистами финансово-экономических служб аппарата управления, ведущих обработку первичной документации по выполненным объемам работ. После ручного ввода уточненных затрат о закрытом месяце оперативные данные по предыдущему месяцу, вычисленные на основе алгоритма моделирования затрат (см. выше), из расчетов исключаются.

При этом отметим, что ручной ввод в СКПБ или станцию ГТИ информации по отработке долот к настоящему времени уже реализован как функция и используется на практике независимо от проактивного управления качеством.

АВТОМАТИЗАЦИЯ СБОРА ДАННЫХ

Для решения четвертой задачи проанализируем процесс сбора фактической информации о параметрах бурения (рис. 2) и рассчитаем в процентном выражении долю фактических параметров, собираемых автоматизированным способом, по отношению к общему количеству параметров бурения последнего уровня в модели качества буровых работ. Поскольку 3 из 15 фактических параметров бурения вводятся вручную, а 12 параметров регистрируются автоматически (рис. 2), уровень автоматизации процесса сбора фактической информации составляет 80%.

Столь высокий уровень автоматизации свидетельствует о том, что уже сегодня проактивное управление качеством может быть реализовано на практике с минимальным отвлечением человеческих ресурсов и относительно невысокими трудозатратами, что чрезвычайно важно для недопущения роста финансовых издержек, сопряженных с процессом внедрения проактивного управления качеством буровых работ.

При реализации проактивного управления качеством на заключительной стадии встает закономерный вопрос о дальнейшей обработке собранных данных с целью расчета показателей качества пятого иерархического уровня по формулам, приведенным в табл. 1, который может быть решен тремя способами.

Во-первых, это обработка информации программным обеспечением СКПБ, что может быть реализовано только импортными СКПБ, например, такими как Rigsense (MD Totco/National Oilwell Varco). Второй вариант – обработка информации программным обеспечением инженерно-технического центра (ИТЦ) заказчика по сопровождению бурения или ИТЦ бурового подрядчика. И, наконец, третьим способом может служить обработка информации программным обеспечением, установленным в офисе у заказчика, например, в службе супервайзинга (в случае отсутствия у заказчика ИТЦ).

ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ

Пятая задача – получение интегрального результирующего показателя качества буровых работ – может быть решена с использованием квалиметрии [6, 4] на основе среднеарифметической (1) или среднегеометрической (2) формулы свертки:

2017-01-25-22_05_40-%d1%81%d1%82%d1%80%d0%b0%d0%bd%d0%b8%d1%86%d1%8b-%d0%b8%d0%b7-inpraktika_01-02-2016_hd-8-pdf-adobe-acrobat-pro-dc

где Кi – i-й относительный показатель качества, i – вес i-го показателя качества, n – число показателей качества в иерархической модели (в данном случае n = 15). Веса показателей качества могут быть получены экспертным путем, что подробно описано в  работах [2, 4, 6].

Несмотря на то, что среднеарифметическая величина (1) пользуется большой популярностью в виду простоты, ее использование для свертки обладает двумя существенными недостатками. Первый недостаток проявляется в ситуациях, когда один или несколько показателей качества равны нулю. В данной ситуации логично, чтобы и сам интегральный результирующий показатель качества обнулялся бы [2, 6]. Но среднеарифметическая величина не позволит этого сделать, вследствие чего возникает необходимость вводить в формулу свертки дополнительные коэффициенты. Данного недостатка лишена формула свертки на основе среднегеометрической величины. При использовании среднегеометрической формулы свертки (2) нулевое значение одного из показателей качества (Кi) автоматически обращает в ноль сам интегральный показатель качества.

Второй недостаток использования среднеарифметического значения проявляется в ситуациях, когда веса показателей качества характеризуются большим статистическим разбросом. В этом случае расчеты на основе среднеарифметической величины в равной степени зависят от всех осредняемых величин и недостаточно учитывают изменение интегрального качества с изменением веса одного или нескольких показателей [6]. Формула свертки на основе среднегеометрической величины (2) лишена данного недостатка.

Таким образом, при свертке показателей качества буровых работ последнего иерархического уровня в единый интегральный результирующий показатель качества нулевого уровня представляется целесообразным использовать среднегеометрическую (2), а не среднеарифметическую величину.

В вышеприведенной среднегеометрической формуле свертки (2) интегральный результирующий показатель качества буровых работ (К) изменяется в диапазоне от 0 до 1. При этом близкие к единице значения интегрального показателя качества будут соответствовать наилучшему уровню качества, а значения близкие к нулю – наихудшему.

ОЖИДАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ВНЕДРЕНИЯ ПОДХОДА

Подводя итоги, следует отметить, что ключевыми участниками процесса проактивного управления качеством буровых работ будут служба супервайзинга заказчика, ИТЦ по сопровождению бурения заказчика и ИТЦ генерального подрядчика по бурению.

Мониторинг в режиме реального времени интегрального результирующего показателя качества по каждой скважине дает специалистам службы супервайзинга и специалистам ИТЦ действенный инструмент количественной оценки качества и эффективности буровых работ, а также индикатор наличия или отсутствия проблем в бурении. Осуществление и реализация на практике проактивного управления качеством буровых работ должно способствовать повышению технико-экономической эффективности строительства скважины за счет оптимизации режимов бурения, сокращения непроизводительного времени, повышения качества вскрытия продуктивных горизонтов, минимизации возможных аварий, осложнений и сопряженных с ними затрат.

У заказчика проактивное управление качеством буровых работ будет востребовано в случае строительства сложных скважин глубиной более 4000 – 4500 м, скважин с протяженностью горизонтального участка ствола более 300 м или многозабойных скважин со сложными системами заканчивания [1], где любое осложнение или авария потенциально влекут за собой существенное удорожание работ.

Кроме того, в условиях эксплуатационного бурения, когда геологический разрез изучен достаточно хорошо, интегральный показатель качества буровых работ, рассчитанный по каждой скважине, превращается для заказчика, по существу, в рейтинг буровых бригад. А если у заказчика работают несколько буровых подрядчиков, то в рейтинг различных сервисных компаний. Аналитическая обработка данной информации может быть использована заказчиком для ранжирования сервисных компаний при контрактовании объемов бурения на будущие периоды или при распределении дополнительных объемов в рамках текущего календарного года.

У генерального подрядчика по строительству скважин в качестве цели для проактивного управления качеством может служить минимизация производственных рисков за счет оперативного и эффективного контроля производства буровых работ, включая, в первую очередь, контроль работы субподрядчиков по буровым технологическим сервисам.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Концепция электронного супервайзинга буровых и скважинных работ / Э.А. Ахмадуллин, С.П. Калинин, Е.Б. Розенбергер // Вестник ассоциации буровых подрядчиков. 2012. № 3. С. 32-35
  2. Ахмадуллин Э.А. Нефтегазопромысловые работы: управление качеством работ по строительству и ремонту нефтяных и газовых скважин. Саарбрюккен, Германия: Издательство «LAP LAMBERT Academic Publishing», 2014. 200 с.
  3. Мнацаканов В.А., Сомов С.Г. ООО «Бургаз»: разработка и внедрение систем менеджмента качества // Газовая промышленность. 2009. – №8. С .22–25
  4. Ахмадуллин Э.А. Управление качеством нефтегазопромысловых работ. – М.: Издательство ООО «ЦФР», 2012. 168 с.
  5. Akhmadullin E.A. Sidetracking technology addresses steel drillpipe extension strain // E&P. 2009. № 5. С. 86-87.
  6. Азгальдов Г.Г., Райхман Э.П. О квалиметрии / под ред. А.В. Гличева. – М.: Издательство стандартов, 1973. 172 с.
Комментарии

Эту публикацию еще никто не прокомментировал. Станьте первым, поделитесь своим мнением.

Написать комментарий
Комментировать
Читайте далее
Малогабаритные системы подготовки воды для нужд ППД и ППН
Расшивка системы высоконапорных водоводов на Пермяковском месторождении ПАО «Варьеганнефтегаз»
Реклама
Свежий выпуск
Инженерная практика №08/2017

Инженерная практика

Выпуск №08/2017

Строительство и ремонт скважин. Механизированная добыча. ППД и трубопроводы. Энергообеспечение
Изоляция продуктивных горизонтов и ликвидация проницаемых зон при буренииСистемы очистки бурового раствора и ВЗД с новым профилемЭксплуатация скважин с боковыми стволами и осложненного фондаОчистка сточных вод и скважинное оборудование для ППДЗащита промысловых трубопроводов от внутренней коррозииКоммерческий учет электроэнергии и газаТехнологии выработки тепловой и электроэнергии
Ближайшее совещание
Механизированная добыча
Осложненный фонд — 2017
Производственно-техническая конференция

Эксплуатация осложненного фонда скважин ‘2017

14-16 ноября 2017 г., г. Тюмень
Анализ опыта и определение наиболее экономически и технологически эффективных решений в области работы с фондом скважин, эксплуатация которых осложнена различными факторами (коррозия, солеотложения, мехпримеси, АСПО и гидраты, высокая вязкость продукции, высокий газовый фактор, технические ограничения и др.), работа с часто ремонтируемым фондом скважин, организационные решения.
Ближайший тренинг
Капитальный ремонт скважин
Ловильный сервис — ноябрь 2017
Тренинг-курс

Ловильный сервис на нефтяных и газовых скважинах

20-24 ноября 2017 г., г. Пермь
ООО «Инженерная практика» проводит набор группы специалистов для прохождения производственно-технического тренинга по программе «Ловильный сервис на нефтяных и газовых скважинах». Пятидневный тренинг - курс будет проводиться в г. Перми («АМАКС Премьер-отель») в рамках авторского курса С. Балянова.