Современные технологии в управлении свойствами буровых растворов для строительства скважин в сложных горно-геологических условиях Докладчик: Линд Юлия Борисовна Управление проектирования строительства скважин ООО «Башнефть-Геопроект»

2 Механизм управления технологическими параметрами полисахаридных БР попадание дополнительной твердой фазы различного химического состава и дисперсности в виде шлама, попадание минерализованной пластовой воды, наработка в растворе измельченной до коллоидного размера глинистой фазы и хемогенных горных пород, температурное воздействие на структурно-реологические и фильтрационные свойства, механодеструкция высокомолекулярных соединений, биодеструкция полисахаридных реагентов, уменьшение концентрации химреагентов в растворе за счет их адсорбции на частицах выбуренной породы и химических превращений, воздействие давления и цикличности процесса. Основные факторы, влияющие на первоначальные технологические параметры буровых растворов:

3 Механизм управления технологическими параметрами полисахаридных БР Способы воздействия на систему полисахаридного БР: Желаемый результатДействие Увеличение плотности БРВведение карбонатного утяжелителя Снижение плотностиРазбавление БР Увеличение структурно- реологических параметров Введение биополимера Снижение водоотдачи Введение крахмала, КМЦ, ПАЦ и карбонатного утяжелителя Повышение pHВведение кальцинированной соды Снижение условной вязкости и СНС Введение полиакриламидов, НТФ, лигносульфонатов или разбавление БР водой

4 Компьютерное моделирование и управле- ние технологическими параметрами БР Построениематематическоймодели свойств БР Оптимизация состава БР при его проектировании Управление свойствами БР в процессе строительстваскважины

5 Компьютерное моделирование и управле- ние технологическими параметрами БР Построениематематическоймодели свойств БР Этап I

6 Построение математической модели технологических параметров БР Постановка задачи: Имеется k компонент x 1,…,x k (% мас.), составляющих буровой раствор. В качестве выходных параметров рассматриваются n технологических свойств бурового раствора Y 1,…,Y n. Требуется составить математическую модель свойств раствора Y 1,…,Y n для нахождения значений свойств раствора без проведения дополнительных экспериментов; Математическая постановка задачи: Имеется k переменных x 1, x 2,…, x k, которые можно варьировать при постановке эксперимента, и п дискретно заданных функций η i =φ i (x 1,x 2,…,x k ), i=1,...,n. Требуется построить уравнения регрессии для функций η i.

7 Построение математической модели технологических параметров БР Планирование эксперимента и построение уравнений регрессии Расположение точек в факторном пространстве Уравнение регрессии для функций ηi=φi(x1, x2,…, xk): Формула для нахождения коэффициентов b i1 i2 i3 i (k=3):

8 Построение математической модели технологических параметров БР Программная реализация: Тестирование программы: Программа тестирована на ИБРВТС (ингибирующий буровой раствор с высокой транспортирующей способностью). Варьируемые факторы ИБРВТС: содержание стабилизатора – крахмала (С), содержание биополимера (Б), содержание регулятора плотности (У), температура (Т), содержание глинистой фазы (КГП). Моделируемые свойства ИБРВТС: плотность БР ( ), показания вискозиметра Fann (φ600, φ300, φ100, φ3) условная вязкость (УВ), пластическая вязкость (ПВ), динамическое напряжение сдвига (ДНС), показатель фильтрации (ПФ), статическое напряжение сдвига через 10 сек и 10 мин (СНС-10сек, СНС-10мин), показатели нелинейности внутри колонны и в затрубном пространстве (n(p), n(a)), водородный показатель (рН), количество коллоидной фазы (МВТ).

9 Построение математической модели технологических параметров БР Программная реализация: коэффициенты модели

10 Построение математической модели технологических параметров БР Программная реализация: коэффициенты модели

11 Построение математической модели технологических параметров БР Программная реализация: определение параметров

12 Компьютерное моделирование и управле- ние технологическими параметрами БР Оптимизация состава БР при его проектировании Этап II Построениематематическоймодели свойств БР

13 Оптимизация состава БР при его проектировании Постановка задачи: Имеется k компонент x 1,…,x k (% мас.), составляющих буровой раствор. В качестве выходных параметров рассматриваются n технологических свойств бурового раствора Y 1,…,Y n. Требуется подобрать оптимальный состав по компонентам x 1,…,x k так, чтобы раствор при приготовлении удовлетворял требуемым ограничениям на свойства Y 1,…,Y n : Y i min Y i Y i max для всех i, с минимизацией коэффициентов нелинейности n(a) и n(p): Математическая постановка задачи: Имеется k переменных x 1, x 2,…, x k, которые можно варьировать при постановке эксперимента, и п дискретно заданных функций η i =φ i (x 1,x 2,…,x k ), i=1,...,n. Требуется в k-мерном факторном пространстве найти точку х * =(x 1 *,x 2 *,…,x k * ), удовлетворяющую условиям: η i min φ i (х * ) η i max, i=1,...,n; Y * = φ l (х * ) min.

14 Оптимизация состава БР при его проектировании Программная реализация:

15 Проверка адекватности модели: Оптимизация состава БР при его проектировании

16 Компьютерное моделирование и управле- ние технологическими параметрами БР Построениематематическоймодели свойств БР Оптимизация состава БР при его проектировании Управление свойствами БР в процессе строительстваскважины Этап III

17 Управление свойствами БР в процессе строительства скважины Постановка задачи: Имеется k компонент x 1,…,x k (% мас.), составляющих буровой раствор. В качестве выходных параметров рассматриваются n технологических свойств бурового раствора Y 1,…,Y n. Требуется управлять свойствами БР в процессе проводки скважины, т.е. определять количественный состав химической обработки Δx 1,…,Δx k для приведения текущего состояния циркуляционной системы Y 1 0,…,Y n 0 к желаемому Y 1 *,…,Y n *. Математическая постановка задачи: Имеется k переменных x 1, x 2,…, x k, которые можно варьировать при постановке эксперимента, и п дискретно заданных функций η i =φ i (x 1,x 2,…,x k ), i=1,...,n. Требуется в k-мерном факторном пространстве найти точки х 0 =(x 1 0,x 2 0,…,x k 0 ) и х * =(x 1 *,x 2 *,…,x k * ) соответствующие фактическим и проектным значениям η i, i=1,...,n, и рассчитать Δx 1,…,Δx k : x i * -x i 0 0 Δx i = x i * -x i 0, Δx j = 0, j i; x i * -x i 0

18 Управление свойствами БР в процессе строительства скважины Программная реализация (ввод свойств):

19 Управление свойствами БР в процессе строительства скважины Программная реализация (результат):

20 Управление свойствами БР в процессе строительства скважины Параметры Расчет Использование ЭВМ для управления технологическими параметрами БР

21 Технологические параметры буровых растворов Тип раство- ра Параметры раствора ρ, г/см 3 УВ, с ПФ, см 3 СНС, дПа ПВ, мПа с ДНС, дПа рН КП, с -1 1 мин10 мин ПИБР1,05-1, БПГМБР1,03-1, БПСБР1,15-1, БПСУБР1,55-1, ЭГПБР1,13-1, ИБРВТC1,03-1,

22 Афронсодержащая промывочная система (АПС) Низкая плотность (0,85-0,95 г/см 3 ) Уникальные реологические и псевдопластические свойства Малый размер и высокая прочность афронов Отсутствие твердой фазы или других компонентов, необратимо нарушающих коллекторские свойства пласта Малопроницаемый барьер на поверхности коллектора и отсутствие фильтрационной корки Компоненты раствора экологически безопасны и биоразлагаемы Раствор прост в приготовлении Характеристики АПС:

23 ρ, г/см 3 0,85-0,95 η, мПа·с τ 0, дПа СНС 10 сек, дПа (AНИ) СНС 10 мин, дПа (AНИ) n-показатель нелинейности 0,4-0,6 К-показатель консистентности 7-15 рН 8-10 ПФ, см3 за 30 мин (АНИ) 6-8 Коэффициент пластичности, с -1 >850 ВНСС, сПз Технологические параметры АПС

24 Результаты применения АПС Базовые скважиныСкважины с применением АПС рост на 16%рост на 12,3% Скважины с малым диаметром открытого ствола рост в 3,8 раза рост на 9% Боковые стволы рост в 4,3 раза рост на 13,5% Снижение на 14,3% Горизонтальные скважины (открытый ствол 250 м )

25 Выводы Назначение программного комплекса Optim 1.0: Назначение программного комплекса Optim 1.0: построение математических моделей технологических параметров БР; оптимизация состава БР при его проектировании; оперативное управление технологическими параметрами БР для поддержания их проектных значений в процессе строительства скважины. Преимущества программного комплекса Optim 1.0: Преимущества программного комплекса Optim 1.0: более эффективный расход дорогостоящих химических реагентов и, как следствие, их экономия; экономия времени на приготовление и химическую обработку раствора на буровой; предупреждение осложнений и повышение качества вскрытия продуктивных горизонтов; выход на качественно новый уровень проектирования и приготовления БР и повышение культуры производства в бурении. Все разрабатываемые рецептуры сопровождаются программным комплексом Все разрабатываемые рецептуры сопровождаются программным комплексом Производится обеспечение программным комплексом буровых предприятий ОАО «АНК «Башнефть» Производится обеспечение программным комплексом буровых предприятий ОАО «АНК «Башнефть» Производится государственная регистрация программного комплекса Производится государственная регистрация программного комплекса

26 Публикации по рассматриваемой теме Линд Ю.Б., Клеттер В.Ю. Математическое моделирование буровых растворов // Сб. тезисов VIII Всероссийской конференции молодых ученых по математическому моделированию и информационным технологиям. Новосибирск, 2007, с Линд Ю.Б., Клеттер В.Ю. Программное управление технологическими параметрами буровых растворов // Сб. статей VIII Международной научно-технической конференции «Информационно-вычислительные технологии и их приложения». Пенза, 2008, с Линд Ю.Б., Клеттер В.Ю. Оперативное управление свойствами буровых растворов в процессе строительства скважин // Материалы I научно-технической конференции молодых ученых-специалистов ООО «Башнефть-Геопроект». Линд Ю.Б. Оптимизация состава буровых растворов и оперативное управление их свойствами // Материалы X Международной Молодежной научной конференции «СеверГеоЭкоТех». Ухта, 2009, 3 с. (принято в печать). Линд Ю.Б., Клеттер В.Ю., Ахматдинов Ф.Н., Мулюков Р.А. Оптимизация состава буровых растворов и оперативное управление их свойствами // НТЖ. Нефтяное хозяйство. М.: ВНИИОЭНГ, , 4 с. (принято в печать). Линд Ю.Б., Клеттер В.Ю. Программный комплекс по оптимизации состава и оперативному управлению технологическими параметрами буровых растворов // Сб. тезисов XX творческой конференции молодежи ОАО «АНК «Башнефть». – – Уфа, – Т. 1, с

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ! Докладчик с удовольствием ответит на Ваши вопросы