2.3 Критерии оптимизации, имеющие отношение к экономическим показателям процесса бурения скважины

К их числу относятся приведенные затраты Е_пр.

,

(2.8)

где Е_к – капитальные затраты; Е_т – текущие затраты; k – нормативный коэффициент эффективности использования капитальных затрат.

Критерий (2.8) используется для оценки различных вариантов применяемых технических средств и технологий бурения.

Однако чаще экономическая оценка производится по расчету критерия себестоимость 1 м бурения. Обозначим этот критерий через С.

,

(2.9)

где q – стоимость 1 часа эксплуатации буровой установки; Ц – стоимость израсходованного породоразрушающего инструмента.

Критерий оптимизации С является комплексным показателем и учитывает затраты на эксплуатацию буровой установки, расход истирающих и производительность работ.

В то же время данный критерий не лишен недостатков. В результате изменения скорости бурения изменяются не только затраты, зависящие от времени, которые учитываются С–критерием (2.9), но и оборачиваемость буровой установки, ее годовая производительность, а, следовательно, и количество буровых установок, необходимых для выполнения данного объема работ в намеченные сроки. Поэтому режимы бурения, позволяющие уменьшить стоимость, могут привести к некоторому снижению скорости бурения и, следовательно, для выполнения должного объема работ в заданные сроки потребуется дополнительно буровые установки, рабочая сила и т.д.

Таким образом, ориентация на стоимость может привести к недооценке фактора времени. Этот недостаток имеет место в случае локального подхода к вопросу оптимизации процесса бурения, а именно, когда задан объект в виде определенного объема работ разведки, выделены средства, определены сроки разведки.

Исходя из этого, требуется определить, при условии рациональной организации работ, оптимальную технологию бурения, которая бы гарантировала выполнение заданного объема в плановые сроки при минимальных стоимостных показателях.

РИТРом для алмазного бурения рекомендуется оптимизировать процесс получения экономического эффекта, который достигается при скорости бурения V_э :

,

(2.10)

где С_к – стоимость коронки без рекуперированных алмазов; С – стоимость бурения 1 м скважины.

Б. М. Ребриком и др. предложен так называемый критерий эффективности q:

,

(2.11)

где W – энергия, затрачиваемая на бурение определенного интервала или всей скважины, кВт; t – время бурения, ч.

Если известна средняя расходуемая мощность, то формула (2.11) преобразуется и принимает вид:

,

(2.12)

Критерий q является составным, поэтому следует обосновать его размерность и вклад параметров W и t в общий критерий. Иначе его использование оказывается не определенным.

По размерности критерий q соответствует так называемому действию по Лагранжу или действию по Гамильтону, известным в механике мерам движения.

Критерий q представляет некоторую меру «совершенства» сравниваемых технических средств и технологических процессов, однако не учитывает металлоемкости используемого оборудования. Поэтому для сопоставлений целесообразно использовать удельный механический критерий q₁, отнесенный к 1 м бурения:

,

(2.13)

где l – интервал бурения; l_б – базовый интервал бурения, равный 1м.

Критерий q₁ учитывает время сооружения скважины и энергию, затрачиваемую на это. Для учета такого важного фактора, как металлоемкость оборудования, предлагается использовать дополнительный критерий:

,

(2.14)

где М – совокупная масса оборудования, кг.

Для сопоставления различных типов буровых коронок и др. может использоваться составной критерий Э:

,

(2.15)

где – средняя механическая скорость бурения, м/час; Н – углубка на коронку, м.

Критерий (2.15) сочетает в себе две важнейшие стороны: производительность бурения и углубку на инструмент. Поскольку углубка тесно коррелируется с параметром «стоимость», то этот критерий достаточно близок к критерию стоимости 1 м бурения. Расчеты по формуле (2.13) более просты и поэтому могут оперативно использоваться в практике. Критерий (2.15) прошел проверку в Мурманской геологоразведочной экспедиции при оценке различных типов алмазных коронок.

Составной критерий оптимизации может быть представлен в виде:

,

(2.16)

где V_мех – механическая скорость бурения; W_уд – удельная работа, затрачиваемая на разрушение породы; P, n, Q – соответственно осевая нагрузка, частота вращения и подача промывочного агента.

Обратим внимание, что одного и того же значения V_мех и W_уд можно добиться как за счет изменения параметра Р, так и n.

Использование составных критериев типа (W₁,W₂)  max (min), где W₁ и W₂ – частные критерии оптимизации, может привести к отрицательным последствиям, если не учитывать ограничения, накладываемые на эти критерии.

Применительно к эксплуатации скважин на нефть, газ и воду критерий оптимизации может быть выражен в виде:

,

(2.17)

где Q – максимальное количество добытого полезного ископаемого; К – стоимость сооружения скважины и добычи.

Формула (2.17) требует введения ряда ограничений, связанных с временем эксплуатации скважин и темпами снижения дебита, поэтому критерий Э чаще следует рассматривать за определенное время эксплуатации Т:

.

(2.18)

Для практических расчетов целесообразно разделять показатель К на стоимость бурения и стоимость эксплуатации, и подсчитывать критерий Э для этих видов работ отдельно.

За оценку экономической эффективности способа бурения принимаются приведенные затраты на разведку:

,

(2.19)

где С_пр – стоимость разведочных работ; Т_р – продолжительность разведки, лет; Е – нормативный коэффициент эффективности, 1 год; К – капитальные вложения в разведку; З – общий прирост запасов подземных вод, м³.

Сложность использования критерия (2.19) состоит в том, что запасы утверждаются по различным категориям и в различном объеме.

В практике чаще приходится иметь дело не с одним, а с несколькими критериями оптимизации, что существенным образом усложняет выбор оптимального решения. Такого рода задачи называются многокритериальными.

Вопросы для самоконтроля по второй лекции

1. Что понимается под понятием «критерий оптимизации»?

2. Какие требования предъявляются к критерию оптимизации?

3. Какие виды оптимизации Вы знаете?

4. Назовите критерии оптимизации, связанные с процессом углубки скважины.

5. Обоснуйте преимущества, недостатки и область применения механической скорости бурения, как критерия оптимизации.

6. Обоснуйте преимущества, недостатки и область применения рейсовой скорости бурения, как критерия оптимизации.

7. Назовите критерии оптимизации, имеющие отношение к экономическим показателям процесса бурения скважины.

8. Обоснуйте область применения критерия оптимизации «приведенные затраты»?

9. Обоснуйте область применения критерия оптимизации «себестоимость 1 м бурения»?

10. Какие недостатки присущи критериям оптимизации «приведенные затраты» и «себестоимость 1 м бурения», а также к чему может привести ориентация на стоимость при оптимизации буровых работ?

11. По какому критерию предлагается оптимизировать процесс получения экономического эффекта применительно к алмазному бурению?

12. Назовите и охарактеризуйте критерии эффективности буровых работ, которые базируются на энергетических параметрах.

13. Какой критерий эффективности учитывает металлоемкость бурового оборудования?

14. Что необходимо учитывать при использовании составных критериев оптимизации?

15. Какие критерии оптимизации используются применительно к эксплуатации скважин на нефть, газ и воду?