Ключевые слова: качество строительства скважины (буровых работ), качество буровой промывочной жидкости, комплексная оценка качества буровой промывочной жидкости.
По данным некоторых исследований, порядка половины ежегодных капиталовложений на освоение месторождений жидких и газообразных углеводородов составляют затраты на строительство скважин, а на поддержание требуемого качества этих объектов в процессе их эксплуатации нефтегазодобывающие компании тратят примерно 20 % ежегодных суммарных издержек [7, 12, 13]. Надежность глубоких скважин, как одно из свойств, составляющее их качество, во многом определяет продолжительность их жизни, а это, в свою очередь, влияет на размер потерь доступных к извлечению запасов на скважинах с различным сроком эксплуатации [10]. Помимо этого, ненадлежащее качество отдельных этапов строительства скважин и их фактического исполнения является причиной загрязнения недр, истощения и ухудшения качества природных ресурсов, потерь времени на устранение последствий, вследствие чего ухудшается репутация, конкурентные позиции и падают доходы буровых подрядчиков [15] (рисунок 1).
Вопросами комплексного исследования приемов оценки и обеспечения качества в строительстве глубоких скважин занимается относительно небольшой круг ученых. Наиболее известны в этой области работы Булатова А.И., Балабы В.И., Белорусова В.О., Ахмадуллина Э.А., методика оценки качества строительства скважины, разработанная в ТатНИПИнефть. В этих исследованиях обосновываются различные способы оценки качества строительства скважины (буровых работ – по сути, нефтегазовых услуг по созданию горнотехнического сооружения для добычи углеводородного сырья). Имеются также обоснованные способы оценки отдельных элементов скважины, как материального объекта, например: качества крепи, качества ствола скважины, поинтервальная оценка качества скважины для каждой обсадной колонны (таблица 1). Однако в упомянутых методиках отсутствует группа показателей качества технологических жидкостей (в том числе буровых). И это понятно, объектами оценки в них являются нефтегазовые услуги или работы, либо скважина в целом, законченная строительством. Вместе с тем качество этих объектов оценки в значительной степени определяется качеством используемых буровых промывочных жидкостей (БПЖ). В связи с этим хотелось бы упомянуть разработанный еще в начале 80-х годов прошлого столетия Сибирским научно-исследовательским институтом нефтяной промышленности (СибНИИНП) уникальный документ – Стандарт объединения «Главтюменнефтегаз» СТО 51.00.010-83 «Комплексная система управления качеством продукции». Контроль качества строительства скважин, который определял не только задачи управления качеством строительства глубоких скважин на всех его этапах, основные критерии его оценки, но и систему планирования и организации работ по его улучшению. Стандарт успешно применялся в практике управления качеством строительства скважин и повышении эффективности бурового производства Главтюменнефтегаза и предусматривал, помимо прочих (см. таблицу 1), такой критерий, как качество бурового раствора.
В современной научной литературе встречаются различные методики оценки качества буровой промывочной жидкости (таблица 2), из которых требованиям квалиметрии в наибольшей степени отвечает методика Чубика П.С. [25], почти идентичная ей методика Пантелеева А.С. [22] и методические рекомендации по выбору оптимального вида (состава) технологической жидкости, разработанные коллективом кафедры «Бурение нефтяных и газовых скважин» Тюменского индустриального университета [14]. Нетрадиционный взгляд на данный вопрос изложен в работе [16], где качество бурового раствора исследуется с позиций системной инженерии и для его оценки вводится понятие эффективности функционирования бурового раствора, определяющейся двумя составляющими – результативностью и затратами.
С точки зрения теории квалиметрии для оценки качества объекта необходима четкая формулировка этого понятия. В отношении качества БПЖ в научном сообществе нет устоявшейся точки зрения на его толкование, на перечень оценочных параметров этого качества, приемы их исчисления и свертки в обобщающий показатель. Помимо этого, не прослеживается связь итогов оценки качества БПЖ с оценкой качества строительства скважины, как технологического процесса (или скважины, как завершенного строительством объекта) (рисунок 2).
Учитывая терминологию государственных стандартов по вопросам качества (ГОСТ 15467-79, ГОСТ Р ИСО 9000-2015), понятие качества БПЖ можно сформулировать следующим образом: это совокупность характеристик свойств буровой промывочной жидкости, отражающих ее способность выполнять функции в соответствии с назначением и в конечном итоге удовлетворять установленные или предполагаемые потребности в форме ценности и выгоды для заказчика.
Поскольку буровая промывочная жидкость – это многокомпонентная система с весьма широким разнообразием показателей состава и свойств [21], с точки зрения общей теории квалиметрии для оценки качества этой жидкости подходит смешанный метод на основе перечня свойств по установленным в квалиметрии группам (рисунок 3). Из общего перечня групп свойств и показателей качества объектов, которые выделяются в квалиметрии, для БПЖ актуальны только свойства и, соответственно, показатели назначения, надежности, технологичности и ресурсоемкости, экологичности и безопасности, экономичности и патентно-правовой защиты.
Большинство этих свойств сложные, характеризуемые комплексом подгрупповых и единичных показателей (рисунок 4). Так, группа показателей назначения объединяет единичный показатель плотности, подгрупповые показатели реологических, структурно-механических, фильтрационно-коркообразующих, триботехнических свойств, ингибирующей, консолидирующей и закупоривающей способности и прочие. Для характеристики надежности БПЖ можно использовать единичные показатели седиментационной устойчивости, электрохимических и теплофизических свойств и другие. Технологичность и ресурсоемкость можно охарактеризовать трудоемкостью приготовления и обработки 1 м3 раствора и удельным расходом различных реагентов и материалов. Удельная стоимость приготовления и обработки 1 м3 раствора дает оценку экономичности (экономического показателя качества). Показатели химической, биологической, радиационной, пожарной безопасности, безопасности от взрывов, содержания вредных примесей, уровня выбросов вредных веществ в окружающую среду и др. составляют групповой показатель безопасности и экологичности. Показатели патентно-правовой защиты БПЖ, как объекта оценки, характеризуются степенью защиты (например, рецептур раствора) патентами и авторскими свидетельствами.
Следуя известному в квалиметрии алгоритму, для комплексной оценки качества БПЖ необходимо (рисунок 5): 1) исследовать геолого-технологические условия бурения и установить требования к БПЖ; 2) выбрать из известных альтернатив наиболее подходящие для условий бурения типы, виды и составы растворов; 3) обосновать наиболее существенные свойства и показатели для оценки качества БПЖ, сформировать базу данных оценочных показателей; 4) определить параметры весомости оценочных показателей качества БПЖ и дать количественную оценку приоритетов (превосходства) альтернатив; 5) обеспечить свертку оценок приоритетов альтернатив в обобщенный (комплексный) показатель качества БПЖ, который, по сути, и даст количественную характеристику качества рассматриваемых вариантов БПЖ, то есть степени их пригодности выполнять определенные функции для удовлетворения конкретных требований, и позволит произвести их ранжирование.
Первый, второй и третий этапы приведенного на рисунке 5 алгоритма реализуются путем изучения теоретико-методических основ обеспечения требований к свойствам и составу технологических жидкостей на различных этапах строительства скважины исходя из задач исследования, анализа разработок систем и рецептур технологических жидкостей, применяемых на различных этапах строительства скважины для решения изучаемой проблемы, и теоретико-методического обоснования наиболее существенных свойств и показателей для оценки качества БПЖ [18, 20, 21].
На четвертом этапе параметры весомости оценочных показателей качества и оценки приоритетов одной альтернативы над другими по каждому показателю определяются на основе парных сравнений параметров качества (рисунок 6) и альтернатив БПЖ по каждому параметру (рисунок 7) с применением метода анализа иерархий [23]. Процедура парных сравнений для различных условий бурения глубоких скважин на нефть и газ подробно рассмотрена в работах [14, 20].
И наконец на последнем этапе комплексирование (свертка) оценок приоритетов альтернатив в обобщенный показатель (комплексную оценку) качества БПЖ ( ) осуществляется с использованием средней арифметической взвешенной (см. рисунок 7).
Результатом оценки таким способом будет ранжирование альтернатив БПЖ по величине комплексной оценки качества (КОj) и выбор варианта БПЖ с наиболее высоким ее значением, а соответственно, с более высоким уровнем качества.
Достоинства предлагаемого способа оценки выражаются в следующем: 1) возможность учета количественно неизмеримых, но вместе с тем важных факторов для принятия обоснованных решений (например, происхождение компонентов БПЖ – отечественное или зарубежное – для оценки качества по группе свойств экономичности); 2) сочетание достоинств аналитических и экспертных методов; 3) простота реализации (все расчеты могут быть выполнены как минимум в стандартном пакете MS Office Excel и даже вручную).
Такой подход к оценке качества БПЖ можно использовать в следующих случаях:
- при обосновании выбора ПЖ по интервалам бурения (в особенности, для бурения в осложненных условиях или для первичного вскрытия продуктивного пласта) на стадии проектирования технологии промывки;
- для исследования взаимосвязи между качеством БПЖ и качеством ее компонентов, а также между качеством фактического исполнения скважины и качеством БПЖ с целью повышения эффективности бурового производства и конкурентоспособности буровых компаний в сфере глубокого бурения на нефть и газ;
- в научных исследованиях и в образовательном процессе подготовки магистрантов и аспирантов при обосновании путей решения исследуемых проблем.
Литература
1. Ахмадуллин Э.А. Методологические основы повышения качества нефтегазопромысловых работ: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.02.23. Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина. – М., 2012. – 24 с.
2. Ахмадуллин Э.А. Оценка качества строительства скважин на суше / Э.А. Ахмадуллин, В.И. Балаба, В.Я. Кершенбаум // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2012. – № 2. – С. 6–9.
3. Ахмадуллин Э.А. Как измерить качество бурения и КРС?: монография / Э.А. Ахмадуллин. – М., 2022. – 234 с.
4. Ахмадуллин Э.А. Квалиметрия работ по КРС / Э. А. Ахмадуллин // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2023. – № 5(365). – С. 60–63. – DOI: 10.33285/0130-3872-2023-5(365)-60-63.
5. Балаба В.И. Концепция управления качеством при строительстве скважин / В.И. Балаба // Бурение и нефть. – 2010. – № 4, – С. 58–61.
6. Балаба В.И. Обеспечение результативности и эффективности бурения нефтяных и газовых скважин на основе системного подхода: автореф. дисс. д-ра техн. наук: 25.00.15. Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина. – М., 2010. – 48 с.
7. Балаба В.И. Управление качеством в бурении. Учебное пособие / В.И. Балаба. – М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2008. – 448 с.
8. Басарыгин Ю.М. Заканчивание скважин. Учеб, пособие для вузов // Ю.М. Басарыгнн, А.И. Булатов, Ю.М. Проселков. – М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000. – 670 с.
9. Бастриков С.Н. Выбор буровой промывочной жидкости для вскрытия пластов на основе метода анализа иерархий / С.Н. Бастриков, А.М. Акчулпанов, И.В. Дружинина, М.В. Листак // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2024. – № 12 (384). – С. 18–22.
10. Бастриков С.Н. Жизнь скважины: монография / С.Н. Бастриков. – Тюмень: ТИУ, 2021. – 215 с.
11. Белорусов В.О. Впервые создан стандарт на законченную бурением глубокую нефтяную скважину / В.О. Белорусов // Нефтегазовые технологии. – 1998. – № 1. – С. 10–12.
12. Булатов А.И. Контроль процессов бурения нефтяных и газовых скважин / А.И. Булатов, В.И. Демихов, П.П. Макаренко. – М.: ОАО «Издательство «Недра», 1998. – 345 с.
13. Булатов А.И. Концепция качества пробуренных нефтяных и газовых скважин / А.И. Булатов // Бурение и нефть. – 2015. – № 12. – С. 15–19.
14. Выбор рецептуры технологической жидкости для строительства скважин: методические рекомендации к практическим занятиям и лабораторным работам по дисциплинам «Технологические жидкости для различных этапов строительства скважин», «Промывка скважины со сложными условиями», «Заканчивание скважин», «Научно-исследовательский семинар», «Системный анализ и моделирование» для обучающихся направления подготовки 21.04.01 «Нефтегазовое дело» направленность «Технологические решения строительства скважин на месторождениях со сложными геолого-технологическими условиями их разработки» / сост. И.В. Дружинина, В.П. Овчинников, С.Н. Бастриков, В.Г. Кузнецов, О.В. Рожкова; Тюменский индустриальный университет. – Тюмень: Издательский центр БИК ТИУ, 2023. – 47 с.
15. Дружинина И.В. Повышение эффективности нефтегазового производства на основе совершенствования методов оценки качества крепи скважины / И.В. Дружинина, С.Н. Бастриков, Е.В. Курушина, В.Г. Кузнецов // М.: Финансовый бизнес. – 2023. – № 6 (240). – С. 25–28.
16. Колесов В.И. Системный анализ эффективности бурового раствора / В.И. Колесов, В.П. Овчинников, И.В. Дружинина // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2024. – № 1 (373). – С. 23–29.
17. Мека Р.В. Оценка управления качеством работ в нефтегазодобывающем комплексе: автореф. дис. канд. экон. наук: 08.00.05. Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина. – М., 2005. – 24 с.
18. Методика обоснования выбора оптимального состава бурового раствора для бурения скважин в интервалах разупрочненных горных пород / И.В. Дружинина, В.П. Овчинников, В.Г. Кузнецов [и др.] // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2022. – № 10 (358). – С. 19–25. – DOI 10.33285/0130-3872-2022-10(358)-19-25. – EDN VKCTTJ.
19. Некрасова И.Л. Совершенствование критериев оценки качества буровых растворов на углеводородной основе в зависимости от горно-геологических условий их применения / И.Л. Некрасова. // Вестник ПНИПУ. Геология. Нефтегазовое и горное дело. – 2018. – Т. 18, № 2. – С. 129–139.
20. Обоснование выбора типа бурового раствора для первичного вскрытия терригенного коллектора Хамакинского горизонта / Парфирьев В.А., Овчинников В.П., Дружинина И.В. [и др.] // Нефтегазовое дело. – 2023. – Т. 21. – № 3. – С. 6–16. – Режим доступа: https: //doi.org/10.17122/ngdelo-2023-3-6-16. – Дата обращения: 31.07.2024. – Загл. с экрана.
21. Овчинников В.П. Буровые промывочные жидкости: Учеб. пособие для вузов / В.П. Овчинников, Н.А. Аксенова. – Тюмень: Изд-во «Нефтегазовый университет», 2008. – 309 с.
22. Пантелеев А.С. Совершенствование системы управления качеством буровых растворов: 05.02.23: дисс. … канд. техн. наук / А.С. Пантелеев, Российский государственный университет (национальный исследовательский университет) нефти и газа имени И.М. Губкина. – М., 2016. – 157 с.
23. Саати Т.Л. Принятие решений. Метод анализа иерархий / Т. Саати. Перевод с английского Р.Г. Вачнадзе. – М.: Радио и связь, 1993. – 278 с.
24. СТО 51.00.010-83 «Комплексная система управления качеством продукции. Контроль качества строительства скважин». – Тюмень: СибНИИНП, 1983. – 68 с.
25. Чубик П.С. Научно-методические основы оптимизации качества буровых промывочных жидкостей: 05.15.14: автореф. дисс. … доктор техн. наук. /, П.С. Чубик, Томский политехнический университет. – Томск, 2000. – 37 с.
26. Юсупов И.Г. Методика оценки качества строительства скважин и результаты ее применения в ОАО «Татнефть» / И.Г. Юсупов, С.И. Амерханова, Р.И. Катеев // Бурение и нефть. – 2008. – № 9. – С. 48–50.
