автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Формирование и оценка стратегий организации транспортного обслуживания процессов капитального ремонта скважин

и А

На правах рукописи

, к Р

ЗАМЯТИНА АНТОНИНА АНАТОЛЬЕВНА

ФОРМИРОВАНИЙ И ОЦЕНКА СТРАТЕГИЙ ОРГАНИЗАЦИИ ТРАНСПОРТНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ПРОЦЕССОВ КАПИТАЛЬНОГО РЕМОНТА СКВАЖИН

Специальность 05.15.10 - Бурение скважин

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ТЮМЕНЬ 1998

Работа выполнена в Тюменском государственном нефтегазовом университете

Научные руководители:

Доктор технических наук, профессор Кандидат технических наук

Данилов О.Ф. Неелов Ю.В.

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Кандидат технических наук, доцент

Вартумян Г.Т. Катаргин С.Н.

Ведущее предприятие: Сибирский научно-исследовательский институт нефтяной промышленности.

Защита состоится 25 декабря 1998 года в 15 часов на заседании диссертационного Совета Д 064.07.03 при Тюменском государственном нефтегазовом университете по адресу: 625000, Тюмень, ул. Володарского,38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТюмГНГУ.

Автореферат разослан 23 ноября 1998 года

Ученый секретарь диссертационного Совета, доктор технических наук, профессор

В.П.Овчинников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. При капитальном ремонте скважин специшть-пой мобильной нефтепромысловой техникой выполняется большой объем работ по технологическому обеспечению выполняемых процессов. Эффективность технологических процессов ремонта скважин во многом зависит от соответствия количества спецтехники действительным потребностям. Однако увеличение парка машин в целях бесперебойного транспортного обслуживания основного производства сопряжено с большими затратами на приобретение и эксплуатацию спецтехники.

Основным резервом повышения качества транспортного обслуживания процессов капитального ремонта скважин является наиболее эффективное использование имеющегося парка машин. Однако на практике целесообразная очередность обслуживания потребителей часто отсутствует. Существенную дезорганизацию вносит в процесс транспортного обслуживания необходимость выполнения ремонтов скважин, связанных с ликвидацией аварий. Совершенствование методов управления транспортным обслуживанием процессов капитального ремонта скважин может быть достигнуто путем установления соответствия между типовыми производственными ситуациями и принимаемыми в них управленческими решениями.

Формирование и оценка стратегий организации транспортного обслуживания процессов капитального ремонта скважин, позволяющих обосновать условия эффективного применения различных методов управления, представляет собой актуальную научную задачу, решение которой способствует повышению эффективности транспортного обслуживания процессов бурения и капитального ремонта скважин и, как следствие, достижению конечного результата - увеличению добычи нефти и снижению ее себестоимости.

Цель исследования - снижение потерь от простоев бригад капитального ремонта скважин и увеличение добычи нефти за счет наиболее эффективного использования специальной нефтепромысловой техники.

Задачи исследования:

- разработка математической модели производственно-транспортной системы при капитальном ремонте скважин и методики решения задачи ситуационного управления транспортным обслуживанием процессов капитального ремонта скважин;

- проведение экспериментальных исследований, сбор и обработка информации о потоках заявок на спецтехнику и продолжительности ее использования на объектах;

- проведение моделирования производственно-транспортной системы при капитальном ремонте скважин и разработка рекомендаций по принятию управленческих решений в типовых производственных ситуациях;

- разработка методики обоснования оптимального варианта управления, оценка экономической эффективности результатов исследования.

Научная новизна:

- разработаны математическая модель и методика ситуационного моделирования производственно-транспортной системы при капитальном ремонте скважин, позволяющие оценивать эффективность управляющих решений по резервированию агрегатов для первоочередного транспортного обслуживанию бригад, ремонтирующих высокодебитные скважины и ликвидирующих аварии;

- на основе обработки фактических данных экспериментально установлены законы распределения заявок подразделений капитального ремонта скважин на спецтехнику и продолжительности удовлетворения этих заявок;

- предложен научный метод количественной оценки эффективности приоритетного ремонта высокодебитных скважин;

- установлены закономерности изменения показателей системы транспортного обслуживания для отдельных групп скважин при использовании процедуры обслуживания с приоритетами;

- обоснованы условия целесообразности и продолжительность резервирования агрегатов для обслуживания высокодебитных скважин и ликвидации аварий.

Практическая ценность результатов исследования состоит в повышении эффективности транспортного обслуживания подразделений капитального ремонта скважин при неизменном парке спецтехники, что достигается обоснованным применением предложенных стратегий управления и выражается в сокращении простоев бригад капитального ремонта скважин и, как следствие, увеличении добычи нефти.

Реализация результатов работы. Разработанные рекомендации подразделениям капитального ремонта скважин по управлению процессом транспортного обслуживания основного производства и методики обоснования оптимального варианта управления приняты и используются в работе АО "Кондпетролеум", "Сургутнефтегаз" а также в учебном процессе ТюмГНГУ при подготовке инженеров по эксплуатации специальной нефтепромысловой техники.

Апробация работы. Основные результаты исследования были доложены, обсуждены и одобрены на Международной научно-технической конференции "Нефть и газ Западной Сибири" (Тюмень, 1996 г.), Всероссийской научно-технической конференции «Эксплуатация технологического транспорта и специальной автомобильной и тракторной техники в отраслях топливно-энергетического комплекса» (Тюмень, 1997 г.), техни-

ческом совещании при заместителе генерального директора АО "Кондгтет-ролеум" (Нягань, 1997 г.),

Публикации. Основное содержание диссертационной работы автором опубликовано в двух нормативных документах, 4 статьях и использовано в подготовке семи учебников, учебных и справочных пособий общим объемом свыше двадцати п л.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи разделов, выводов, библиографии из 106 наименований работ и 47 страниц приложений.

Объем работы 170 страниц, в том числе 15 рисунков и 8 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первом разделе диссертации выполнены анализ состояния вопроса и постановка задач исследования.

Несмотря на сложившуюся тенденцию опережающего роста потребности в технологическом транспорте и специальной технике на базе автомобилей и тракторов по сравнению с ростом добычи нефти, простои бригад капитального ремонта скважин из-за отсутствия спецгехники продолжают оставаться высокими и занимают первое место среди других причин простоев. Основные причины отсутствия спецтехники - ее недостаточное количество и недостаточно эффективное использование.

Вопросы обоснования потребности в спецтехнике достаточно глубоко проработаны и доведены до рабочих методик во ВНИИОЭНГ. Они получили дальнейшее развитие в работах О.Ф.Данилова, АА.Козорезова, С.П.Воляра, Ю.В.Неелова, И.Е.Шевалдина, И.Н.Юрчишина, И.И. Кара-мышевой и других авторов. Ими учтен стохастический характер спроса на спецтехнику, что позволяет в большей степени приблизить результаты расчетов к фактической потребности в спецтехнике.

Вопросам управления спецтехникой до сих пор не уделялось достаточного внимания. К настоящему времени решен ряд теоретических и практических задач в области повышения эффективности использования технологического транспорта, например, по выбору алгоритмов автоматизированного управления транспортными и монтажными процессами (С.М.Бадинер, А.А.Бакаев, А.С.Добронравов), построению многовариантных схем организации монтажных работ (М.В.Басов, ИА.Ботвин, Г.А.Кутиков), маршрутизации перевозок (А.А.Аннкеич, А.А.Афонин, З.А.Блоховяк, В.А.Бобарыкин, К.Ким, Э.Е.Кубрин, И.П.Лыткин, Э.М.Мартин, М.Н.Сягаев, Л.В.Царфин), составлению оптимальных расписаний (В.А.Зязев, А.В.Маркин, Л.Ю.Яцкивский), закреплению поставщи-

ков за потребителями (Б.С.Бабич, Н.С.Герасименко, Б.Л.Геронимус, А.В.Долотов, Ю.И.Лесов).

Имеется ряд методов оптимизации процесса работы технологического транспорта, разработанных специально для системы нефтяной и газовой промышленности. В ПО «Пермнефть» М.Н.Сягаевым и В.М. Ярошко решены задачи оптимального закрепления потребителей за базами управления производственно-техническим обслуживанием и комплектации. В объединении «Татнефть» А.А.Афониным и А.Г. Гарифулиным путем использования ситуационных моделей решена задача распределения и управления спецавтотранспортом при бурении скважин (своевременного обеспечения буровых цементировочными агрегатами). В объединении «Башнефть» П.А.Березовским и А.В.Мироновым использован комплексный метод выполнения заявок, смысл которого состоит в такой их обработке, чтобы минимальным числом автомобилей удовлетворить потребности буровых в грузах, указанных в заявках. В зарубежной практике применяется методика критического планирования, которая состоит в выборе надлежащего способа доставки оборудования и материалов (в основном труб) к буровой установке.

В решенных задачах управление, как правило, задается в виде жесткой программы, корректировка которой при возникновении любых возмущающих воздействий не предусмотрена. Особенности работы спецтехники при капитальном ремонте скважин, состоящие в технологическом обеспечении процессов ремонта, не позволяют применять в чистом виде методы управления, разработанные для автомобильного транспорта, выполняющего грузоперевозки на буровые.

При управлении транспортным обслуживанием процессов капитального ремонта скважин заявки имеют различную степень приоритета, обусловленную различным дебитом скважин. Весьма высока вероятность аварийных ремонтов. Для оперативного обслуживания наиболее приоритетных заявок необходимо резервирование агрегатов, что связано с дополнительными затратами и требует технико-экономического обоснования.

Разработка эффективных методов управления транспортным обслуживанием процессов капитального ремонта скважин возможна на основе моделирования производственно-транспортной системы. Анализ особенностей поставленной задачи показывает, что для ее решения наибольший интерес представляет использование ситуационных моделей.

Второй раздел диссертации посвящен разработке общей и частных методик исследования.

Под производственно-транспортной системой при капитальном ремонте скважин понимается система взаимодействующих бригад капитального ремонта скважин и обслуживающей их специальной нефтепромысловой техники. Результатом взаимодействия выделенных подсистем является процесс транспортного обслуживания основного производства.

Для разработки методов эффективного управления транспортным обслуживанием основного производства в первую очередь необходимо определить количество машин рассматриваемых типов, необходимое и достаточное для выполнения заданных объемов работ.

Целевой функцией при решении этой задачи служит среднечасовая сумма затрат на приобретение и эксплуатацию спецтехники и потерь от простоев бригад из-за отсутствия спецтехники:

с, = (С'Г ■ Н, +СГ • -я. '= 1'2' ->т> (1)

У=1

где С,пост - условно-постоянные затраты в стоимости машино-ч 1-го агрегата;

К; - количество ьх агрегатов; С,пер - условно-переменные затраты в стоимости машино-ч 1-го агрегата; м, - среднее количество работающих 1-х агрегатов; О, - среднечасовые потери от простоя ]-й бригады; М1 - среднее количество простаивающих ьх бригад.

Основными характеристиками системы являются среднее количество работающих агрегатов и среднее количество простаивающих бригад. Если последовательность моментов поступления заявок на спецтехнику является пуассоновским потоком, а продолжительности ее использования бригадами капитального ремонта скважин распределены экспоненциально, то процесс транспортного обслуживания основного производства может рассматриваться как марковский процесс.

Одним из таких процессов является так называемый процесс гибели и размножения. Если заявки обслуживаются в порядке поступления (бригады не имеют приоритетов) одним агрегатом-каналом обслуживания, то вероятность его простоя определяется по формуле

/>о=1-А (2)

Л,

р = ~,

М1

где А.| - интенсивность потока заявок на обслуживание; ц, - интенсивность обслуживания.

Выражение (2) справедливо при условии

Р < 1, (3)

которое является условием существования стационарного режима работы системы. При выполнении условия (3) среднее число бригад, простаивающих из-за отсутствия спецтехники, равно

я,

' 1-Р

Если число 1-ых агрегатов равно 1„, то для такой системы __1_

Ро ~ Л'Н

г=о

+

Ж!- 1-Я

'К

Я.

где

М,

Среднее число простаивающих бригад составляет

Д/,+1

Ро-

(5)

(6)

(7)

Рассмотрим, наконец, наиболее общий случай процесса транспортного обслуживания основного производства, когда потери от простоев бригад капитального ремонта скважин не одинаковы. Такое положение определяется, в первую очередь, различным дебитом скважин.

Пусть в систему поступают независимые потоки заявок Ь типов, причем моменты поступления заявок 1-го типа, 1=1,2,...,Ь, образуют пуас-соновский поток с интенсивностью л.). При этом возникает проблема выбора из возможной очереди заявки определенного типа в каждый момент освобождения агрегата от выполнения предшествующей операции (окончания обслуживания предшествующей заявки).

Для исследования свойств вероятностных процессов в системе с таким управлением представим систему как многофазную марковскую систему обслуживания (рис. 1).

N

-к. _ь 1г м 3

-

Рис. 1. Схема многофазной марковской системы обслуживания

Предположим, что система состоит из ряда звеньев-фаз, в каждую из которых, кроме последней, поступают заявки только одного типа. Поступившие заявки последовательно проходят все фазы без обслуживания. Обслуживание осуществляется только в последней фазе, для чего используются несколько (И) однотипных агрегатов. Интенсивность обслуживания .)-й заявки в последней 1-й фазе равна Ц], интенсивности обслуживания .¡-й заявки в остальных фазах ц.|,=0 (Ь^).

В рамках принятых условий заявка, поступившая в последующую фазу из предыдущей, не может быть обслуженной раньше, чем уже имеющиеся в данной фазе заявки. Формулы для определения стационарных вероятностей пребывания системы в различных состояниях имеют следующий вид:

М\

Р,

Р

Р'

Ям-/)Ро> м\

■ №(м - Я

Я

Ро>

j<N,

где

Р =

м-м

Величина р0, в свою очередь, определяется по формуле

1

Ро =-»?-

м\

к\(М-к).

+

I р'

ЛЯ

к=Ь'+1

(8)

(9)

(10)

Методика оптимизации количества машин предусматривает определение интенсивностей обслуживания с учетом времени на переезды агрегатов. Минимальное количество агрегатов определяется из условия существования стационарного режима и последовательно увеличивается на единицу до тех пор, пока не будет определено оптимальное количество агрегатов, соответствующее минимуму целевой функции. Затем путем непосредственного сравнения значений целевой функции (1) определяется наилучшая стратегия.

Решение, принимаемое при управлении транспортным обслуживанием процессов капитального ремонта скважин, зависит от сложившейся типовой ситуации. Основной задачей является установление соответствия между сложившейся типовой ситуацией и принимаемым управленческим решением. При возникновении необходимости ремонта.¡-й скважины агрегат может быть направлен на нее либо задержан (зарезервирован) на определенный срок для ремонта высокодебигной у-й скважины или ликвидации аварий. Принимаемое решение зависит от разности добычи нефти на рассматриваемых скважинах и вероятности аварии. Возможные следующие варианты решений представлены на рис.2

Для принятия обоснованных решений в типовых ситуациях сформированы соответствующие критерии. Предусмотрено, что при резервировании агрегатов для обслуживания высокодебитных скважин потери, вызванные простоем агрегата, должны быть скомпенсированы увеличением добычи нефти.

Рис. 2. Схема принятия решений

У( - к-й агрегат не направлять на ]-ю скважину;

У2 - к-й агрегат не направлять на .¡-ю скважину, а направить в УТТ для ТО или ремонта;

У3 - направить к-й агрегат на рю скважину;

У4 - не направлять к-й агрегат на .¡-ю скважину, а вернуть его в УТТ и через время М направить на у-ю скважину;

Уз - не направлять к-й агрегат на ,)-ю скважину, а оставить его на и-й скважине и через время А( направить на у-ю скважину;

Уб - направить к-й агрегат на ^-ю скважину;

У7 - не направлять к-й агрегат на ¿-го скважину, а вернуть его в УТТ и в случае необходимости направить на аварийную скважину;

У8 - не направлять к-й агрегат на .¡-ю скважину, а оставить его на и-й скважине и в случае необходимости направить на аварийную скважину.

При резервировании агрегатов для выполнения ремонта, связанного с ликвидацией аварии, потери, вызванные простоем зарезервированного агрегата, должны быть скомпенсированы исключением простоя бригады на скважине, с которой снимается приступивший к работе агрегат.

Границами областей принятия рассматриваемых управленческих решений служат критическое значение разности приращения прибыли от среднечасовой добычи нефти на рассматриваемых скважинах и критическое значение вероятности аварии. Для определения указанных критических значений получены расчетные формулы.

Критическое значение разности приращения прибыли от среднечасовой добычи нефти на у-й и ]-й скважинах равно

ДД.

А( ■ С"ост + —

28 '

~ —-^ =■ > (11)

где - разность расстояний от и-й скважины, где агрегат работал ранее, доj-й и у-й скважин: ДИГ>. = -- стоимость машино-часа работы 1-го агрегата;

Т] - среднее время работа 1-го агрегата на скважине. Критическое значение вероятности аварии равно

Т. £пост

Р = -

(12)

где (си - продолжительность рабочей смены }-й бригады, ч;

С^ - среднечасовые потери от простоя }-н бригады.

Таким образом, зная конкретные значения разности приращения прибыли (или фактическое значение вероятности аварии) и сравнивая ее с критическим значением можно сделать вывод о целесообразности резервирования агрегатов для ремонта высокодебигных скважин (или для ликвидации аварий)

В третьем разделе диссертации представлены результаты экспериментальных исследований потоков заявок па спецтехнику, интенсивности обслуживания и технико-экономических показателей.

Информация о потоках заявок на спецтехнику и продолжительности ее использования на объектах собиралась в Специализированном управлении технологического транспорта НГДУ АО "Кондпетролеум". Источником информации служили ежедневные оперативные сводки о выходе тех-

ники за год. Номенклатура рассматриваемой спецтехники была ограничена теми моделями, по которым имелась наиболее полная информация. Это насосные агрегаты ЦА-320А, промысловые паровые передвижные установки (ППУ), трубовозы и автоцистерны.

При обработке информации гипотезы о пуассоновском распределении числа заявок на спецтехнику не отвергались во всех полученных шести выборках. Гипотеза об экспоненциальном распределении продолжи-тельностей обслуживания не отвергалась в пяти случаях, а в одном случае эта величина оказалась распределенной по нормальному закону, но с большим коэффициентом вариации, что позволило заменить в соответствии с имеющимися рекомендациями полученное распределение его экспоненциальной аппроксимацией.

Среднее время обслуживания существенно различается по разным агрегатам. Были рассчитаны интенсивности обслуживания заявок на спецтехнику с учетом времени на переезд агрегатов. Установлено, что для спецтехники с большим временем обслуживания (подъемных агрегатов) влияние расстояний переезда на интенсивность обслуживания несущественно. Противоположная картина наблюдается по агрегатам, используемым в течение капитального ремонта скважины относительно непродолжительное время (АДПМ и др.).

Для определения значений условно-постоянных и условно-переменных затрат в стоимости машино-часа работы агрегатов были собраны данные о стоимости машино-часа работы рассматриваемых агрегатов. Среднечасовые потери от простоя бригады капитального ремонта скважин по данным АО «Кондпетролеум» составляют 638,15 руб.

Четвертый раздел диссертации посвящен моделированию и оценке стратегий управления процессом транспортного обслуживания основного производства.

При увеличении количества агрегатов соответственно растут затраты на их приобретение и эксплуатацию, но существенно сокращаются количество простаивающих бригад и потери от их простоев. На рис. 3 представлены результаты расчетов количества подъемных агрегатов А-50. Минимальные суммарные затраты достигаются при 23 подъемных агрегатах. Дальнейшее увеличение их числа хотя и приводит к сокращению потерь от простоев бригад, но экономически не оправданно, так как затраты на приобретение и эксплуатацию агрегатов растут быстрее, чем снижаются потери от простоев бригад.

Оптимальное количество агрегатов определялось по каждому значению интенсивности обслуживания заявок на спецтехнику при стратегии, предусматривающей возвращение агрегатов в УТТ в конце каждой рабочей смены, и для стратегии, предусматривающей возвращение агрегатов в

УТТ только для проведения операций технического обслуживания и ремонта.

Затраты, руб.

Рис. 3. Зависимость затрат от количества подъемных агрегатов А-50: □ - затраты на приобретение и эксплуатацию агрегатов; А - потери от простоев бригад; О - суммарные затраты

Из сравнения результатов, полученных для первой и второй стратегий, следует, что в ряде случаев применение второй стратегии позволяет обойтись меньшим количеством агрегатов при той же эффективности транспортного обслуживания основного производства, что иллюстрируется рис. 4 на примере агрегатов АДПМ. Применение второй стратегии наиболее эффективно при большой удаленности скважин от УТТ, и в первую

очередь для агрегатов, продолжительность использования которых при капитальном ремонте скважин относительно невелика, а)

20 40 70 100 150 200

Расстояние от скважины до УТТ, км

б)

20 40 • 70 100 150

Расстояние между скважинами, км

200

Рис. 4. Зависимость оптимального количества агрегатов АДПМ от способа межсменного хранения техники и удаленности скважины: а - для стратегии 1 (при возвращении спецтехники в УТТ по окончании работ); б - для стратегии 2 (при непосредственном переезде спецтехники на другую скважину по окончании работ)

Моделирование процесса обслуживания заявок на спецтехнику с приоритетами и его сравнительный анализ с обслуживанием заявок в порядке очередности выполнялись для агрегатов ЦА-320А как наиболее характерных представителей спецтехники, используемой при капитальных ремонтах скважин. Для сравнения стратегий обслуживания заявок в порядке поступления и обслуживания с приоритетами заявки были проранжиро-ваны. Первый ранг присвоен заявкам на спецтехнику, необходимую для капитальных ремонтов скважин, связанных с ликвидацией аварий.

Ранжирование остальных заявок предусмотрено исходя из прибыльности скважин. Однако последний показатель составляет коммерческую тайну. Это делает невозможным использование реальных данных для ранжирования заявок. Поэтому остальные капитальные ремонты скважин были разделены на 5 интервалов по 50 ремонтов каждый (рис.5).

Последняя степень приоритета =0,0062

Категории заявок 2-я степень Ликвидация приоритета аварий Яь =0,0062 ^=0,0122

1

V

♦ ■ Ь

А. = 0,044

ЦА-320А 5 агрегатов

М

= 0,023

,6-я фаза

2-я фаза ^ ^1-я фаза

Л

5 интервалов по 50 ремонтов 98 ремонтов

Рис. 5. Ранжирование заявок

Для каждой фазы по формулам (8) определены вероятности нахождения в них определенного числа заявок (рис.6).

Вероятность _ 1-я фаза Вероятность_2-я фаза

0.

0,6 0,4 0,2

,Р1(0)

V \ /,(2)

0 12 3 4 Количество заявок

1 2 3 4 5 Количество заявок

Вероятность 0,4

0,3 0,2 0,1

3-я фаза

/12(0)

Р|2(1)

/,2(2)

Вероятность 0,28

0,21 0,14 0,07

4-я фаза

РцзСО) /123(1)

Ш2)

/т(3)

0 12 3 4 Количество заявок

0

1 2 3 4 5 Количество заявок

0,28 0,21 0,14 0,07

5-я фаза

Ри»(0) Р|!»<(1)

Р|»(2)

Рии(З)

0,28 0,21 0,14 0,07

6-я фаза

Р.-5(0) / V Р,.5<1) /

КМ)

/1-5(3)

0 1 2 3 4 Количество заявок

0 1 2 3 4 5 Количество заявок

Рис. 6. Вероятности нахождения в фазах заявок на обслуживание

5

Вероятности нахождения заявок в первой фазе - это безусловные вероятности, поскольку эти заявки обслуживаются в первую очередь. В остальных фазах определялись условные вероятности при условии, что в предыдущих фазах находится определенное число заявок. Начиная с четвертой фазы вероятность отсутствия заявок становится меньше вероятности одной заявки, а в шестой фазе ее опережает и вероятность двух заявок. Здесь четко прослеживаются последствия снижения приоритета заявок: уменьшается вероятность наличия меньшего числа заявок и увеличивается вероятность наличия большего их числа.

По сравнению со стратегией, предусматривающей обслуживание в порядке поступления, для приоритетных заявок имеется существенный выигрыш. Он выражается в резком уменьшении среднего числа простаивающих бригад за счет заявок с низшими степенями приоритета. При разной прибыльности скважин это сопряжено с получением эффекта за счет более быстрого ввода в эксплуатацию после капитального ремонта наиболее прибыльных скважин.

Соотношение фактических и критических значений вероятности аварий на скважинах показано на рис.7.

Критические значения

А-50 ЦА-320 ППУ АДПМ АЦ-10 Трубовоз

Рис.7. Соотношение фактических и критических значений вероятностей аварий

Резервирование для ликвидации аварий оказалось целесообразным для цементировочных агрегатов ЦА-320А, агрегатов для депарафинизации АДПМ -12 и трубовозов. Остальные агрегаты в случае аварии следует снимать с других скважин.

Резервирование агрегатов для обслуживания более дебитных скважин оказалось целесообразным для всех агрегатов, кроме АДПМ. Для определения критических значений прибыли от среднечасовой добычи нефти при резервировании агрегатов построены номограммы. На рис. 8 представлена номограмма для определения критических значений прибыли от среднечасовой добычи нефти при резервировании агрегатов СД-9.

АСуто, руб.

1 | 200 Д1=15

180 160 у

140 * Д1=10

120

^00, <----

80 Д1=5

60 М=4

40 - ... Д1=3

Д1=1

20

0

О 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Разность расстояний до скважин км

Рис.8. Номограмма для определения критических значений прибыли от среднечасовой добычи нефти при резервировании агрегатов СД-9

При известных дислокации скважин и числе дней резервирования определяется критическое значение прибыли и делается вывод о целесооб-

разности резервирования. Можно решить и обратную задачу: при известных дислокации и прибыльности скважин определять максимально возможную продолжительность резервирования.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Решена научно-техническая задача повышения эффективности транспортного обслуживания процессов капитального ремонта скважин за

- счет обоснования условий эффективного применения управленческих решений. Процесс транспортного обслуживания основного производства представлен как марковский процесс с конечным числом сортояний. Система с приоритетным обслуживанием бригад, ремонтирующих высокоде-битные скважины и ликвидирующих аварии, представлена как многофазная марковская система обслуживания.

2. Разработаны математическая модель производственно-транспортной системы при капитальном ремонте скважин и методика ситуационного моделирования управления транспортным обслуживанием. Целевой функцией математической модели производственно-транспортной системы при капитальном ремонте скважин служит среднечасовая сумма затрат на приобретение и эксплуатацию спецтехники и потерь от простоев бригад основного производства из-за отсутствия спецтехники. С целью снижения потерь от простоев бригад капитального ремонта скважин и увеличения добычи нефти предусмотрено резервирование агрегатов для обслуживания высокодебитных скважин и ликвидации аварий.

3. Сформированы критерии принятия решений в типовых ситуациях. ' Показано, что при резервировании агрегатов для обслуживания высокодебитных скважин потери, вызванные простоем агрегата, должны быть скомпенсированы увеличением добычи нефти, а при резервировании агрегатов для ликвидации аварии - исключением простоя бригады на скважине, с которой снимается приступивший к работе агрегат.

4. На основании информации о потоках заявок на спецтехнику и продолжительности ее использования в Специализированном управлении технологического транспорта НГДУ АО "Кондпетролеум" показано, что во всех шести выборках потоки заявок на спецтехнику оказались пуассо-новскими. При проверке гипотез о законах распределения продолжительности использования спецтехники оказалось, что в большинстве случаев изучаемые величины достаточно хорошо описываются экспоненциальным законом распределения.

5. Установлены закономерности изменения показателей системы транспортного обслуживания для отдельных групп скважин при использовании процедуры обслуживания с приоритетами и получена количественная оценка улучшения показателей транспортного обслуживания процессов капитального ремонта высокодебитных скважин за счет некоторого

снижения аналогичных показателей для малодебитных скважин при неизменном парке спецтехннки.

8. Резервирование агрегатов для обслуживания высокодебитных скважин оказалось целесообразным для всех агрегатов, кроме АДПМ. Для определения граничных условий целесообразности резервирования агрегатов построены номограммы. Максимальное число дней резервирования составляет: для агрегатов А-50 - до 30; для агрегатов LTO-250 - до 10; для агрегатов ЦА-320 - до 4; для агрегатов ППУ - до 15; для автоцистерн АЦ-10 - до 10; для агрегатов СД-9 - до 4; для трубовозов оно не превышает одного дня.

9. Резервирование техники для ликвидации аварий оказалось целесообразным для агрегатов ЦА-320, АДПМ и трубовозов.

10. Годовой экономический эффект, который может быть получен за счет увеличения количества спецтехники до обоснованных оптимальных размеров, составляет 13 млн. руб. при сроке окупаемости дополнительных капиталовложений не более года. Экономический эффект от резервирования агрегатов для ремонта высокодебитных скважин определяется приращением прибыли от добычи нефти и может доходить до 150 тыс. руб. по каждому агрегату. Годовой экономический эффект от резервирования агрегатов ЦА-320, АДПМ и трубовозов на случай возникновения аварии превышает 3,5 млн. руб.

Основные положения диссертации отражены в следующих работах, опубликованных автором, и работах, в написании которых автор принимал участие:

1. Данилов О.Ф., Фастовцев Г.Ф., Сафиканов P.M., Замятина A.A. Положение о техническом обслуживании и ремонте специальной нефтепромысловой техники (часть 1). - М.: ВНИИОЭНГ, 1990. - 262 с. (14 п.л., в т.ч. 2,5 п.л. автора).

2. Данилов О.Ф., Фастовцев Г.Ф., Сафиканов P.M., Замятина A.A. Положение о техническом обслуживании и ремонте специальной нефтепромысловой техники (часть 2). - М.: ВНИИОЭНГ, 1990. - 316 с. (17 п л., в т.ч. 3 п.л. автора).

3. Данилов О.Ф., Неелов Ю.В., Замятина A.A. Автомобильные подъемники, насосные, смесительные и исследовательские агрегаты при строительстве, эксплуатации и ремонте скважин: Учеб. пособие. - Тюмень, 1996.-258 с. (14 п.л., в т.ч. 1,8 п.л. автора).

4. Данилов О.Ф. Автомобильные цистерны, агрегаты для механизации работ при строительстве, эксплуатации и ремонте скважин: Учеб. пособие. - Тюмень, 1996. - 227 с. (12,5 п.л., в т.ч. 1,6 п.л. автора).

5. Битюков B.C., Данилов О.Ф., Неелов Ю.В., Замятина A.A. Специальная автомобильная и тракторная техника в нефтяной и газовой промышлен-

ности: Справочник / Под ред. О.Ф.Данилова. - Тюмень, 1996. - 465 с. (26 п.л., в т.ч. 4 п.л. автора).

6. Замятина A.A., Данилов О.Ф.Формирование системы приоритетов при транспортном обслуживании процессов бурения, нефтедобычи и ремонта скважин // Научно-технические проблемы Западно-Сибирского нефтегазового комплекса. Тез. докл. всерос. научно-техн. конф. - Тюмень, 1997, т. 2. - С. 126-130 (0,3 п.л.).

7. Замятина A.A. Методы оптимизации производственно-транспортных систем //Эксплуатация технологического транспорта и специальной автомобильной и тракторной техники в отраслях топливно-энергетического комплекса: Межвуз.сб.науч.тр.-Тюмень: 1998. С.39-42

8. Замятина A.A. Моделирование процесса транспортного обслуживания основного производства при капитальном ремонте скважин. //Эксплуатация технологического транспорта и специальной автомобильной и тракторной техники в отраслях топливно-энергетического комплекса: Межвуз.сб.науч.тр.Тюмень: 1998. С.42 -45

9. Замятина A.A. Характеристика задач управления транспортным обслу-

живанием процессов капитального ремонта скважин. //Эксплуатация технологического транспорта и специальной автомобильной и тракторной техники в отраслях топливно-энергетического комплекса: Межвуз.сб.науч.тр.-Тюмень: 1998. С.45-48

10. Данилов. О.Ф., Скворковский Л.В., Замятина A.A. Конструкция автомобильных подъемников, насосных, смесительных и компрессорных агрегатов для добычи нефти и газа: Учеб. пособие - Тюмень, 1997. -337 с. (18,2 пл., в т.ч. 2,5 п.л. автора).

11. Данилов О.Ф. , Скворковский JI.B., Замятина A.A. Устройство автомобильных цистерн, исследовательских агрегатов и агрегатов для механизации работ в нефтяном и газовом производствах: Учеб. пособие - Тюмень, 1997. -297 с. (17,4 п.л., в т.ч. 2,2 п.л. автора).

12. Данилов О.Ф., Скворковский JI.B., Замятина A.A. Специальная автомобильная техника в нефтяной и газовой отраслях: Учебник. - М.: Недра, 1997. - 753 с. (40,8 п.л., в т.ч. 5,5 п.л. автора).

13. Данилов О.Ф. Скворковский JI.B. Неелов Ю.В. Замятина A.A. и др.

Система транспортного обслуживания предприятий нефтяной промышленности. - М.: Недра, 1997. - 278 с. (15 п.л., в т.ч. 1,5 п.л. автора).

Соискатель

A.A. Замятина

V- V?' -V' ¡"1 у

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ЗАМЯТИНА АНТОНИНА АНАТОЛЬЕВНА

ФОРМИРОВАНИЕ И ОЦЕНКА СТРАТЕГИЙ ОРГАНИЗАЦИИ ТРАНСПОРТНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ПРОЦЕССОВ КАПИТАЛЬНОГО РЕМОНТА СКВАЖИН

Специальность 05.15.10 - Бурение скважин

Диссертация на соискание

ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители доктор технических наук, профессор О.Ф.ДАНИЛОВ, кандидат технических наук Ю.В. Неелов

ТЮМЕНЬ 1998

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................5

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА

ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ......................................................8

1.1. Состав и характеристика задач управления транспортным обслуживанием процессов капитального ремонта

скважин..........................................................................8

1.2. Методы определения потребности в специальной нефтепромысловой технике..............................................14

1.3. Стохастические модели и методы оптимизации производственно-транспортных систем...............................17

1.4. Выводы и задачи исследования..........................................25

2. РАЗРАБОТКА ОБЩЕЙ И ЧАСТНЫХ МЕТОДИК ИССЛЕДОВАНИЯ...............................................................28

2.1. Общая схема исследования................................................28

2.2. Математическая модель производственно-транспортной системы при капитальном ремонте скважин...........................33

2.3. Общая методика управления транспортным обслуживанием процессов капитального ремонта скважин.............................45

2.3.1. Основные понятия и определения задачи ситуационного управления транспортным обслуживанием процессов капитального ремонта скважин...................................45

2.3.2. Формирование типовых ситуаций, возникающих при управлении транспортным обслуживанием процессов капитального ремонта скважин...................................46

2.3.3. Формирование критериев принятия решений

в типовых ситуациях................................................50

2.4. Методика оценки и выбора стратегий управления транспортным обслуживанием процессов

капитального ремонта скважин..........................................54

2.5. Выводы по второму разделу...............................................58

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОТОКОВ ЗАЯВОК НА СПЕЦТЕХНИКУ, ИНТЕНСИВНОСТИ ОБСЛУЖИВАНИЯ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ..................................................................61

3.1. Методика сбора и обработки информации о потоках заявок на спецтехнику и продолжительности

ее использования на объектах.............................................61

3.2. Экспериментальные исследования потоков заявок на спецтехнику и интенсивности обслуживания.........................65

3.3. Формирование исходных параметров системы транспортного обслуживания процессов капитального ремонта скважин для рассматриваемых

стратегий управления.......................................................69

3.4. Сбор и обработка данных о технико-экономических показателях...................................................................73

3.5. Выводы по третьему разделу..............................................74

4. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОЦЕНКА СТРАТЕГИЙ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ТРАНСПОРТНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ОСНОВНОГО ПРОИЗВОДСТВА............................................76

4.1. Моделирование и сравнительный анализ рассматриваемых способов межсменного хранения техники.............................76

4.2. Моделирование и сравнительный анализ последовательности обслуживания заявок на спецтехнику...................................82

4.3. Моделирование и сравнительный анализ эффективности резервирования агрегатов для обслуживания

высокодебитных скважин...........................................................91

4.4. Моделирование и сравнительный анализ эффективности резервирования агрегатов для ликвидации аварий...................98

4.5. Оценка экономической эффективности полученных результатов.................................................................100

4.6. Выводы по четвертому разделу........................................107

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.............................110

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.........................113

ПРИЛОЖЕНИЯ....................................................................124

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. При капитальном ремонте скважин специальной мобильной нефтепромысловой техникой выполняется большой объем работ по технологическому обеспечению выполняемых процессов. Эффективность технологических процессов ремонта скважин во многом зависит от соответствия количества спецтехники действительным потребностям. Однако увеличение парка машин в целях бесперебойного транспортного обслуживания основного производства сопряжено с большими затратами на приобретение и эксплуатацию спецтехники.

Основным резервом повышения качества транспортного обслуживания основного производства является наиболее эффективное использование имеющегося парка машин. Однако на практике целесообразная очередность обслуживания потребителей часто отсутствует. Существенную дезорганизацию вносит в процесс транспортного обслуживания необходимость выполнения ремонтов скважин, связанных с ликвидацией аварий. Совершенствование методов управления транспортным обслуживанием процессов капитального ремонта скважин может быть достигнуто путем установления соответствия между типовыми производственными ситуациями и принимаемыми в них управленческими решениями.

Формирование и оценка стратегий управления транспортным обслуживанием процессов капитального ремонта скважин, позволяющие обосновать условия эффективного применения различных методов управления, представляют собой актуальную научную задачу, решение которой способствует повышению эффективности транспортного обслуживания основного производства и достижению конечного результата - увеличения добычи нефти и снижения ее себестоимости.

Цель исследования - снижение потерь от простоев бригад капитального ремонта скважин и увеличение добычи нефти за счет наиболее эффективного использования специальной нефтепромысловой техники.

Задачи исследования:

- разработка математической модели производственно-транспортной системы при капитальном ремонте скважин и методики решения задачи ситуационного управления транспортным обслуживанием процессов капитального ремонта скважин;

- проведение экспериментальных исследований, сбор и обработка информации о потоках заявок на спецтехнику и продолжительности ее использования на объектах;

- проведение моделирования производственно-транспортной системы при капитальном ремонте скважин и разработка рекомендаций по принятию управленческих решений в типовых производственных ситуациях;

- разработка методики обоснования оптимального варианта управления, оценка экономической эффективности результатов исследования.

Научная новизна.

- разработаны математическая модель и методика ситуационного моделирования производственно-транспортной системы при капитальном ремонте скважин, позволяющие оценивать эффективность управленческих решений по резервированию агрегатов для первоочередного транспортного обслуживанию бригад, ремонтирующих высокодебитные скважины и ликвидирующих аварии;

- на основе обработки фактических данных экспериментально установлены законы распределения заявок подразделений капитального ремонта скважин на спецтехнику и продолжительности удовлетворения этих заявок;

- предложен научный метод количественной оценки эффективности приоритетного ремонта высокодебитных скважин;

- установлены закономерности изменения показателей системы транспортного обслуживания для отдельных групп скважин при использовании процедуры обслуживания с приоритетами;

- обоснованы условия целесообразности и продолжительность резервирования агрегатов для обслуживания высокодебитных скважин и ликвидации аварий.

Практическая ценность результатов исследования состоит в повышении качества транспортного обслуживания подразделений капитального ремонта скважин при неизменном парке спецтехники, что достигается обоснованным применением предложенных стратегий управления и выражается в сокращении простоев бригад капитального ремонта скважин и увеличении добычи нефти.

Реализация результатов работы. Разработанные рекомендации подразделениям капитального ремонта скважин по управлению процессом транспортного обслуживания основного производства и рабочие методики обоснования оптимального варианта управления приняты и используются в работе АО "Кондпетролеум", "Сургутнефтегаз" а также в учебном процессе ТюмГНГУ при подготовке инженеров по эксплуатации специальной нефтепромысловой техники.

Апробация работы. Основные результаты исследования были доложены, обсуждены и одобрены на Международной научно-технической конференции "Нефть и газ Западной Сибири" (Тюмень, 1996 г.), Всероссийской научно-технической конференции «Эксплуатация технологического транспорта и специальной автомобильной и тракторной техники в отраслях топливно-энергетического комплекса» (Тюмень, 1997 г.), техническом совещании при заместителе генерального директора АО "Кондпетролеум" (Нягань, 1997 г.).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы автором опубликовано в двух нормативных документах, 4 статьях и использовано в подготовке семи учебников, учебных и справочных пособий общим объемом свыше двадцати п.л.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Состав и характеристика задач управления транспортным обслуживанием процессов капитального ремонта скважин

В процессе капитального ремонта скважин наряду с грузоперевозками, доставкой работников к месту работы и обратно выполняется большой объем работ по технологическому обеспечению выполняемых процессов специальной мобильной нефтепромысловой техникой. Транспортные средства технологического назначения составляют 46,5% всего подвижного состава. Отнесение этих технических средств к транспортным весьма условно, а содержание их в автотранспортных подразделениях объясняется тем, что они смонтированы на автомобилях или тракторах [43].

В последние годы наблюдается постоянный рост потребности в технологическом автотранспорте и специальной технике на базе автомобилей и тракторов, которая в целом пропорциональна объемам бурения, капитального и подземного ремонта скважин, росту удаленности осваиваемых и эксплуатируемых месторождений от основных баз снабжения и объектов социальной инфраструктуры. В нефтедобывающих организациях сложилась тенденция опережающего развития технологического транспорта и специальной техники [43].

Несмотря на это, простои бригад бурения, нефтедобычи и ремонта скважин из-за отсутствия спецтехники продолжают оставаться высокими и занимают первое место среди других причин простоев (табл. 1.1).

Табл. 1.1.

Простои бригад капитального ремонта скважин

Причины Капитальный ремонт

простоев часы %

Метеоусловия 62 0,7

Бездорождье 308 3,6

Отсутствие ГСМ 48 0,6

Организационные простои 543 6,3

Ремонт подъемника 983 11,4

Отсутствие спецтехники 3532 40,7

Отсутствие жидкости глушения 266 3.1

Отсутствие техники для переезда 786 9,0

Ожидание ЦБПО ЭПУ 118 1,4

Ожидание геофизиков 421 4,8

Отсутствие вахтового транспорта 46 0,5

Ожидание техопераций 10 од

Ожидание труб 1132 13,0

Отсутствие электроэнергии 6 0,06

Ремонт оборудования, инструмента 243 2,8

Остановка работ РГТЭИ 12 0,14

Неукомплектованность вахты 154 1,8

Всего 8670 100

Необходимо отметить, что отсутствие спецтехники на объекте работ еще не означает ее отсутствия вообще. Она может быть в неисправном состоянии, может не быть на объекте из-за отсутствия средств доставки, может находиться на объекте, где менее нужна и т.д. Указанные причины обусловлены недостаточной эффективностью применяемых методов управления транспортным обслуживанием процессов капитального ремонта скважин.

О.Ф. Данилов отмечает, что попытки улучшить отдельные количественные показатели транспортного обслуживания основного производства не могут дать желаемого эффекта. Необходимо качественное совершенствование всей системы транспортного обслуживания [ 24 ]. Автором впервые выполнен системно-структурный анализ транспортного обслуживания процессов бурения, нефтедобычи и капитального ремонта скважин и проведена не только параметрическая, но и структурная оптимизации системы. Однако вопросы управления транспортным обслуживанием основного производства не получили должного отражения.

Б.С.Клейнер различает производственную и организационную структуру производственно-экономического объекта [ 40, 41 ]. Производственная структура определяется совокупностью подразделений объекта, специализированных на выполнении соответствующих функций. Под организационной структурой понимается зафиксированная система взаимоподчинения подразделений, закрепленная за ними ответственность и способы оценки выполнения возложенных на них функций. Автор отмечает, что организационная структура, кроме того, включает в себя совокупность экономических обратных связей, обеспечивающих адекватную реакцию подразделений-участников общего производственного процесса.

Производственная структура системы транспортного обслуживания основного производства может реализовываться в рамках двух основных организационных форм.

Первая - технологический транспорт объединен в одном или нескольких предприятиях - Управлениях технологического транспорта (УТТ), которые на договорной основе обслуживают буровые, эксплуатационные, ремонтные и другие предприятия. Эта форма характеризуется достаточно высокими показателями использования парка, хорошей оснащенностью производственной базы, обеспечивает маневр технологическими возможностями.

Вторая форма - технологический транспорт находится в непосредственном подчинении предприятий основного производства и обслуживает только их. Преимуществом такой формы является лучшее качество обслуживания основного производства. Однако достигается это ценой содержания избыточного парка, снижения показателей эффективности его эксплуатации [12].

Современная практика транспортного обслуживания основного производства в определенной степени соединила достоинства этих организационных форм. Технологический транспорт сосредоточен в УТТ, что позволяет эффективно поддерживать его в исправном состоянии, а для выполнения работ он поступает в оперативное подчинение предприятий основного производства. Количество выделяемой техники определяется заявками основного производства и возможностями УТТ.

К главным недостаткам существующей системы организации, планирования и управления процессами транспортного обслуживания основного производства можно отнести следующие [ 78 ].

1. В сводной заявке предприятий и организаций на транспорт, как правило, содержится 25...30% заявок с превышением фактически необходимых объемов работ, часть заявок подается на более раннее время,

чем необходимо. Указанные недостатки обусловлены отсутствием гарантий обязательного выделения техники в нужном количестве и в заявленное время.

2. Диспетчерская служба УТТ не в состоянии устанавливать целесообразную очередность обслуживания потребителей, что приводит к простоям поочередно техники и производств.

3. Практическое отсутствие гибкого управления процессом транспортного обслуживания приводит к большим простоям бригад капитального ремонта скважин.

4. Потребность в технике, как правило, определяется неверно. Последствия этих ошибок еще более усугубляются несоответствием между количеством заказываемой и выделенной техники.

К настоящему времени решен ряд теоретических и практических задач в области повышения эффективности использования технологического транспорта, например, по выбору алгоритмов автоматизированного управления транспортными и монтажными процессами [ 6, 7, 28 ], построению многовариантных схем организации монтажных работ [ 8, 13 ], маршрутизации перевозок [ 10, 46, 53 ], теории составления расписаний [ 32, 52, 89,98 ], закреплению поставщиков за потребителями [ 20, 29].

В решенных для различных видов транспорта задачах маршрутизации можно выделить несколько направлений.

1. Использование модели транспортной задачи при:

закреплении потребителей однородного и взаимозаменяемого груза за поставщиками [ 5, 7, 21 ];

маршрутизации перевозок однородного и взаимозаменяемого груза [ 3, 4,11 ];

составлении расписания перевозок однородного груза [ 52,89,98 ];

закреплении клиентуры за автохозяйствами [ 49 ].

2. Применение моделей и методов общей задачи линейного программирования для решения задачи маршрутизации. В разрабатываемых моделях учитывались дополнительные ограничения, например, на соответствие типов автомобилей видам перевозимых грузов, на время работы водителя и т.д. Однако возможность практической их реализации ограничена вследствие большой размерности задач [ 39, 46, 51, 88 ].

3. Развитие эвристических подходов к решению задач маршрутизации. В этих моделях реальные условия перевозок учитываются наиболее полно, а разрабатываемые методы и алгоритмы позволяю