автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Разработка экспертной системы для выбора рационального технологического решения при разбуривании зон аномально высоких пластовых давлений

РГ6 од

1 д ДПР 19$Р-*рйнковскки институт нефти и газа

На правах рукописи

лу1аницп александр васильевич

РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ ПРИ РАЗБиРИВР.НИИ ЗОН АНОМАЛЬНО ВЫСОКИХ ПЛАСТОВЫХ ДАВЛЕНИИ

03.15.10 - Бурение скважин

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иоано - Франковск - 1993

х абота выполнена в Ивано-Франковском институте нефти и газа

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: кандидат технических наук, доцент

МЫСЛШ Михаил Андреевич

ОШЩЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: доктор технических наук

САМОТОЙ Анатолий Куприянович

доктор технических наук, доцент ЗАРУБИН Юрий Александрович

ВЭДЩ£Е ПИДОВИПИЕ - ПОЛТАВСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ УКРНИГРИ

Защита состоится апреля 1993 года в часов на

заседании специализированного ученого совета Д.068.42.01 при Ивано-Франковском институте нефти и газа по адресу: 284018, Украина, г.Ивано-Франковск, ул.Карпатская, 15

С диссертацией ыохно ознакомиться в научно-технической библиотеке Ивано-Франковского института нефти и газа

Автореферат разослан марта 1993 года

Ученый секретарь ВЕКЕРИК

специализированного ученого совета Василий Иванович

общая характеристика работы

Актуальное• проблемы. Наметившаяся в последние десятилетия тееденция увеличения глубин проводимых скважин ведет к повышению вероятности встречи зон аномально высоких пластовых давлений (АВ1Щ). Разбуривание последних требует выполнения комплекса специальных технических, технологических и организационных мероприятий, направленных на предотвращение рада осложнений и аварий, связанных с флюидопроявлениями.

Широко используемая в странах СНГ практика предотвращения этих видов осложнений и аварий за счет утяжеления бурового раствора приводит в ряде случаев к созданию необоснованно высоких репрессий на пласты. Последнее является причиной кольматации коллекторов, снижения скорости проходки, поглощений бурового раствора, прихватов бурильной и обсадной колонн, что приводит к повышению стоимости строительства скважин,., снижению их производи-дельности в процессе эксплуатации и другим негативным последствиям.

Эффективным средством повышения технико-экономических показателей и безопасности проводки скважин при разбуривании зон АВПД является оперативный контроль за величиной пластового (норового) давления во вскрываемом разрезе и принятие на основании полученной информации рациональных технологических решений.

Решением различных аспектов проблемы разбуривания зон АВЦД занимались многие исследователи, среди которых: Аветисов А.Г., Аветисян Н.Г., Александров Б.Л., Аникиев К.А., Аронсон В.И., Бег В.И.,Булатов А.И., Войтенко B.C., Гоинс У.К., Добрынин В.М., Джорден Дх., Замора М., Зильберман В.И., Итон Б., Куксов А.К., ■ Лукьянов И.П., Маг.ара К., Матус Б.А., Мирзаджанзаде А.Х., Мыс-люк М.А., Серебряков В.А., Шевцов В.Д., Ширли 0., Фертль У.Х., Хуршудов В.А. и др.

Однако, невзирая на значительные достижения в этой области, ряд вопросов требует уточнения и конкретизации. Это, в частности, вопросы методики ввделения переходной зоны, построения прогнозов поровых давлений с помощью режимно-технологических параметров бурения и выбора рациональных технологических решений при разбу-ривании зон АВПД в условиях информационной неопределенности.

Цель работы. Повышение эффективности проводки скважин при разбуривании зон АВПД за счет использования статистической модели выбора рационального технологического решения.

Основные задачи работы.

1. Разработка методики и алгоритмов обнаружения глубины начала переходной зоны.

2. Разработка методики прогнозирования поровых давлений с помощь» статистических зависимостей индикаторов давления {<1-экспоненты и механической скорости проходки) от глубины и дифференциального давления.

3. Разработка методики построения статистических характеристик прогнозов поровых давлений и модели выбора рационального технологического решения в условиях неопределенности исходной информации.

4. Реализация предложенных методик и алгоритмов в гиде экспертной системы для выбора рационального технологического решения в условиях неопределенности исходной информации и ее апробация на промысловом материале.

Научная новизна работы заключается в решении задач выделения переходной зоны, разработки более достоверного представления взаимосвязи между поровым давлением и режимно-технологи-ческими параметрами процесса бурения, разработки статистической модели, позволяющей осуществить выбор рационального техно-

логического решения в условиях неопределенности исходной информации.

Практическая ценность работы состоит в создании более эффективного методологического подхода к оперативному выбору и принятию рациональных технологических решений при разбуривании зон АВПД и его реализации в виде экспертной системы, которая позволяет осуществить оперативный выбор рационального технологического решения при разбуривании зон АВПД.

Реализация работы в промышленности. Экспертная система PROTECTOR прошла апробацию на промысловом материале из различных нефтегазоносных провинций и передана для практического использования Шебелинскому УБР ГП "Укрбургаз" и Урайскому УБР »2 ПО "Урай-нефтегаз".

Апробация работы. Основное положения диссертации обсуждались

на:

- П конференции молодых ученых, специалистов и студентов Ивано-франковского института нефти и газа (г.Ивано-Франковск, апрель 1991 г.);

- ХУЛ конференции молодых ученых и специалистов УкрНИГШ (г.Полтава, сентябрь 1991 г.);

- Ш конференции молодых ученых, специалистов и студентов Ивано-франковского института нефти и газа (Ивано-Франковск, апрель 1992 г.).

В полном объеме работа докладывалась на научном семинаре сотрудников лабораторий предупреждения и ликвидации флюидопрояв-лений и устойчивости стенок скважин ВНИИКРнефть (Краснодар, октябрь 1992 г.) и заседании кафедры бурения нефтяных и газовых скважин ИФИНГ (декабрь 1992 г.).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 4-х научных публикациях.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы, содержащего 96 наименований и приложений.

Работа изложена на 116 страницах машинописного текста, включая приложения и содержит 15 таблиц и 15 рисунков.

СОДЕЙШМЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и основные задачи работы, а также дана ее общая характеристика.

Первый раздел посвящен анализу опубликованных работ по технологии разбуривания эон аномально высоких пластовых давлений (АВПД).

На основании представлений о строении зоны АВПД и закономерностях изменения пластовых давлений в ней, предложенных К.А.Аннкиевым, рассмотрены геолого-геофизические предпосылки прогнозирования поровых (пластовых) давлений. Приведена систематика методов прогнозирования АВПД по У.Х.Фертлю. Обобщены сведения об известных на сегодняшней день индикаторах давления, основанных на наблюдениях за изменением параметров процесса бурения и интерпретации результатов геофизических исследований скважин (ГИС). Приведены по опубликованным материалам данные о ' сравнительной оценке вффективности и достоверности методов качественного и количественного прогнозирования АВЦД с помощью различных индикаторов давления, разработанных А.Г.Аветисовым, Дк.Дсорденом, В.'и .Добрыниным, М.Заморой, Б.Итоном, К. Маг ара, О.Ширли и др. Особое внимание уделено разработанным в последнее время подходам к прогнозированию поровых давлений с помощы)

зависимостей механической скорости проходки от дифференциального давления, параметров режима бурения и других факторов, которые рассмотрены в работах А.Г.Аветисова, Б.Л.Александрова, В.С.Войтен-ко, В.А.Матуса, В.И.Славина, В.В.Шевердяева и др.

Кратко освещены вопросы выбора рациональных технологических решений при проведении различных технологических операций в процессе разбуривания зон АВПД.

Проведенный обзор послужил основанием для формализации задачи выбора рационального технологического решения при разбуривании зон АВЦД в следующем виде:

- выделение переходной зоны;

- количество прогнозов поровых давлений в переходной зоне;

- построение модели принятия решений;

- выбор рационального технологического решения.

Результаты анализа научно-технической литературы послужили

также основанием для определения цели работы и постановки основных задач исследований, которые приведены выве.

Во втором разделе рассмотрены вопросы совершенствования методик качественного и количественного прогнозирования АВПД.

Известно, что отклонение фактических значений индикаторов давления от линии нормального изменения последних с глубиной в сторону больших или меньших значений ( в зависимости от используемого метода прогнозирования) свидетельствует о вскрытии переходной зоны. Таким образом, задача выделения переходной зоны при наблюдении в реальном масштабе времени за изменением вектора индикаторов давления сводится к определению глубины гп , на которой происходит скачек свойств параметров моделей 1Ж> (х)

в», при г < гп;

в,,Ирм *>«»,

в-

где в, и в, - векторы параметров моделей ШВ (г ) соответственно в зоне с нормальными поровыми давлениями и в переходной зоне.

При последовательном наблюдении за изменением одного индикатора эта задача может быть решена с помощью модифицированного алгоритма куммулятивных сумм (АКС) по правилу

( Щ-ш^ ч+ (I)

в»1Чб*ч-1 + 71-)> о*-О,

и|Н1 "

где gZt - значение счетчика решающей функции на глубине

и ШР1 - соответственно расчетное по модели 1ЫО (г) и фактическое значение индикатора давления на глубине г^;

6|М - оценка дисперсии величины 1ЫБ в зоне с нормальными поровыми давлениями; Ь - величина порога;

(*)+= та* £0, х ) - многократно возобновляющаяся с нуля последовательность оценки формального параметра х .

В работе приведены зависимости для оценки величины порога на основании шализа априорной статистической информации о глубине залегания и мощности переходной зоны или по результатам ретроспективной оценки данных проводки предыдущих скважин в сходных горно-геологических условиях.

Сущность алгоритма (I) заключается в оценке на каждом шаге наблюдения значения счетчика решающей функции и сравнения его с величиной порога Ь . В случае, если выполняется условие Ь , принимается гипотеза о начале переходной зоны. Уменьшить вероятность принятия ошибочного решения о вскрытии переходной зоны можно при одновременном наблюдении нескольких индикаторов, давления. В этом случае предлагается переходную зону выделять ^а основании анализа апостериорной вероятности ее вскрытия с помощью теоремы Байеса

р(Н:ЕУ__Р(Н) P(EjH)

где P ( H : E ! - апостериорная вероятность вскрытия переходной зоны на глубине zt при условии, что индикаторы давления подали сигнал о ее начале;

Р (Н) и Р (Н) - априорные вероятности нахождения в переходной и в зоне с нормальными поровыми давлениями, соответственно;

Р(Е:Н)и Р ( Е : Н ) - эмпирические вероятности принадлежности вектора фактических значений индикаторов давлений параметрическим пространствам 9, и 8, , соответственно;

- доверительная вероятность принятия гипотезы о вскрытии переходной зоны.

Алгоритм ввделения переходной зоны при одновременном наблюдении вектора независимых индикаторов давлений построен в предположении о нормальном законе распределения вероятностей, используемых -в (2) величин и оснозан на вычислении апостериорной вероятности ее вскрытия на каждом шаге наблюдения.

В работе также усовершенствованы возможные подходы к повышению достоверности оперативных прогнозов поровых давлений по данным процесса бурения с помощью статистических зависимостей некоторых индикаторов давления ( d- экспонента и механическая скорость проходки) от дифференциального давления &р, глубины z и других факторов. Такие модели, как считает ряд исследователей (Аветисов А.Г., Булатов А.И., Войтенко B.C., Матус Б.А., Сла -вин В.И., Фертль У.Х.,Шевердяев В.В. и др.).более адекватно отражают взаимосвязь между поровым давлением и режимно-технологи-ческими индикаторами.

Предполагается, что при разбуривании литологически однородных пород и прочих равных условиях (тип долота, очистка забоя и др.) для d, - экспоненты справедлива зависимость d ( z, Ар), принадлежащая некоторому классу V1 непрерывных дифференциируеиых

функций. Тогда существует обратная к ней функция Ар (2,(1), описываемая, например, аддитивными моделями вида

^-^^«»Ю+^ДО+^^Х»,«!), (3)

где v - номер модели; X"*- вектор коэффициентов модели; (г), <|>1 (<!•). 1рш (2,4.) - базисные функции, выбираемые априорно, исходя из представления-о возможной функциональной связи с1 (к Следовательно, задача прогноза поровых давлений сводится, по существу, к построении с помощью выборки промыслового материала в зоне с известными поровыми давлениями неизвестной функциональной связи Ьр (г,<1). Решение данной задачи получено с использованием метода группового учета аргументов и сводится к реализации следующих процедур.

1. Сформировать в зоне с известными (нормальными) поровыми давлениями представительную выборку наблюдений ¿Ц.Ар»}» 1е1Л.

2. Разбить исходную выборку на обучающую (объема ) и проверочную (объема N -N4) последовательности данных.'

3. Сформировать целенаправленным перебором базисных функций, с учетом возможных представлений о функциональной связи вида

<1 (г , Ар), класс моделей г/.

4. Оценить по обучающей группе данных векторы параметров моделей

{¿^ с &р4- фи*, г I Дд,-.)]!<} ^еЛ (4)

5. Сопоставить оценки векторов £*с допустимым множеством Л решений задачи. Если для некоторого подкласса то положить >«е для V е ( Ь1 - квадрат оценки стандартной ошибки по проверочной последовательности данных).

6. Определить из условия минимума $у по проверочной последовательности данных из подкласса оптимальную, с точки зрения прогноза, модель

где г„ - размерность вектора .

7. При необходимости уточнить по всей выборке наблюдений по (4) и (5) оценку вектора X" и для V « V .

8. Построить прогноз порового давления на глубине гА по схеме:

гДе - сглаженное по тренду для зоны с неизвестными поровыми давлениями значение <1- экспоненты на глубине прогноза; рй( %х) - оценка забойного давления на глубине тх.

Аналогичный подход использован для прогноза поровых давлений с помощью уравнения механического бурения В.С.Федорова

^-КвСЙ/ОГп»^), (7)

где кв - коэффициент буримости; 0 - нагрузка на долото; I) - диаметр долота; п - частота вращения долота; Ъ {%) - функция износа вооружения; х , ^ - эмпирические коэффициенты. Допустим, что при разбуривании литологически однородных пород и прочих равных условиях (тип долота, очистка забоя и др.) коэффициент буримости может быть представлен уравнением из класса мультипликативных моделей

Х8-К.П ^(«)<Г4(»р)1».(Мр). »е ^, (8)

где 1к (г), 1{р1 ( &.р >, ^С г, Ар) - базисные функции, выбираемые аналогично (3) и допускающие линеаризацию уравнения (4) с учетом (5) в явное аналитическое представление вида 1р » Ар(У„, б /V , п, а, ... ). Тогда задача выбора модели Ар (Ум , О /Б , п, а, ... ) для прогноза поровых давлений сводится, по

существу, к реализации алгоритма, описанного для с1- экспоненты,

С целью подтверждения эффективности предложенных методик качественного и количественного прогнозирования АВПД была проведена их апробация на промысловом материале, полученном при проводка 12 скважин в различных нефтегазоносных регионах. На рис.1 приведены результаты обработки данных механического каротажа и замеров плотности шлама с помощью предложенных алгоритмов выделения переходной зоны. Анализ результатов обработки промыслового материала показал, что предложенные алгоритмы позволяют эффективно и с малым средним запаздыванием (от 2-х до 6-ти дискретных наблюдений вектора ШО) определять в реальном масштабе времени глубину вскрытия бурением переходной зоны.

Рис.1. Пример выделения переходной зоны в масштабе реального времени при проводке скв.22-Мурманскаяз

1 - наблюдаемые изменения индикаторов давления;

2 - тренд'зависимости 1№>= ШР(г ) для зоны с нормальными поровыми давлениями; 3 - переходная зона; 4 -изменение счетчика решающей функции АКС: 5 - порог Ь; б и 7 - априорная и апостериорная по (2) вероятности вскрытия переходной зоны.

В табл. I приведены результаты оценки достоверности прогнозов по предлагаемому и наиболее распространенных методах оперативной оценки порог»<х давлений.

Как видно из приведенных примеров, достоверность прогнозов с помощью традиционных методов не всегда удовлетворяет требованиям практики и существенно снижается с ростом дифференциального давления (скв.44-Котелевская, 42-Харасавейская, 15-Котелевская, 63-Степовая, 42-Харасавейская и др.). Результаты расчетов сог,. л-суются с данными о величине погрешности прогнозов поровых давлений с помощью методов эквивалентных глубин, и.Заморы и Б.Итона, приведенных в раде публикаций.

Погрешность прогнозов с помощью предлагаемой методики значительно ниже и соизмерима с результатами оценки поровых давлений по данным ГИС (скв.44-Котелевская, 63-Степовая, 493-Можаровская и др.).

Из приведенных примеров следует, что предлагаемый подход более адекватно описывает взаимосвязь между режимно-технологичес-кими индикаторами давления и величиной порового (пластового) давления и может быть использован при построении оперативных прогнозов АВЦД.

Третий раздел посвящен представлению неточно известной прогнозной информации о величине порового (пластового) давления и разработке модели принятия решений в условиях информационной неопределенности.

В общем случае модель для прогноза поровых давлений с помощью различных методов имеет вид

(9)

где X « .¿а , ... .«¿я}' случайный вектор статистически за-

висимых величин с матрицей ковариации 0 ; р - вектор случайных статистически независимых величин; К - вектор точно известных величин.

Таблица I

Сравнительная оценка достоверности различных методов прогнозирования АВПД

Погрешность прогноза - абсолютная/относительная ( & ■10-f 8 , * )

Скважина Метод эквивалентных глубин Метод ! ! Метод 1 Б.Итона f ! » ! Предлагаемый

И.Заморы | по модели ] по модели

22-Мурманская* 0,02/1,8 0,21/22 0,24/21 0,01/0,8 0,02/1,8

98-Бованенковская* 0,18/11 .0,09/5,5 0,23/14 0,01/0,3 -

42-Харасавейская * 0,41/23,2 0,6/34,3 0,48/27,2 0,04/2,3 - ■

47-Крузенштерекая * 0,16/8,6 0,17/9,4 0,22/12,3 0,03/1,1 -

44-Котелевская 0,2/14 0,06/4,2 0,12/8,4 0,02/0,8 0,01/0,7

15-Котелевская 0,2/14 . 0,12/8,4 0,14/9,7 0,016/1,4 0,03/1,8

12-Восточно-Полтавская 0,12/7,4 0,3/18,5 0,23/14,3 0,019/1,1 0,021/1,2

И-^гденковская 0,13/7,9 0,2/12,1 0,12/7,2 0,02/1,3 0,023/1,4

I-Зап.СагаЯцакская* 0,42/21 0,38/18 0,24/И.З 0,025/1,2 0,023/1,1

493-Можаровская 0,02/1,4 0,12/8,4 0,12/8,4 0,01/0,6 0,01/0,6

63-Степовая 0,27/18 0,08/5,3 0,21/14 0,024/1,6 0,024/1,6

3 -Рожнятовсяая* 0,17/11,г 0,23/15,5 0,06/4,1 0,02/1,4 0,02/1,4

Примечания. Абсолютные погрешности приведены по модулю.

* Оценка достоверности прогнозов проводилась по результатам прямых замеров пластового давления

. - 15 'Построение прогнозов поровых давлений в условиях неточно известной исходной информации сводится к оценке статистических характеристик распределения величины g*adpn путем разыгрывания случайных величин, входящих в правую часть (6), с помощью методов ' статистического моделирования. Сущность последнего заключается в следующем.

1. На.основании известных статистических характеристик распределения производят п - кратное моделирование величин «£ и у

и вычисляю* я1 значений grad рп по (9).

2. По полученной выборке {gradpni} , leí,я оценивают статистические характеристики прогноза (математическое ожидание gradpn и дисперсию Ó1).

В работе описана имитационная модель для построения статистических прогнозов поровых давлений с помощью известных (эквивалентных глубин, М.Заморы, Б.Итона) и предложенных методов прогнозирования. Приведены примеры, иллюстрирующие раббту имитационной модели и показано влияние неопределенности исходной информации на эффективность (дисперсию) прогнозов.

В развитие идей ряда исследователей (Б.Л.Александров, У.Х.Фертль и др.) о необходимости комплексного прогноза в разделе рассмотрены вопросы объединения (синтеза) статистической информации о .величине градиента пластового (порового) давления, полученной из различных источников (сингулярные прогнозы, априорная информация до начала бурения и т.п.). Из условий минимума дисперсии синтез-прогноза и максимума апостериорной функции плотности распределения вероятностей получены зависимости для оценки статистических характеристик (математического ожидания gradp„. и дисперсии 6Í) результирующего прогноза. Построение синтез-прогнозов позволяет сузить неопределенность информации о величине градиента порового (пластового) давления адекватно коррелируемости результатов сингулярных прогнозов. Пример по-

вывения эффективности информации о величине градиента порового (пластового) давления при построении синтеза прогнозов приведен в табл.2.

Таблица 2

Результаты синтеза статистических прогнозов поровых давлений при проводке скв. 22 -Мурманская

Синтез - прогноз

Метод прогнозирования

, синтез • Результаты <-

' Статистически прогнозов , независимых

| прогнозов

г^р,-1 ó1 -ioV j i 6i • ío;%

■КГ/П^Ща/мУ I 'flT'lb/kj (Па/м)1

Статистически зависимых прогнозов

■Í0",4I4¿| (Па/м)1

По модели

Лр( z , d.,...) 1,13 5,13 По модели

АрСЧ«. 6/D,z,...) 1,15 5,84

1,14 4,16 1,14 2,41

Для принятия решений по разбуриванию зон АВПД, когда информация о величине градиента пластового (порового) давления представлена статистической моделью с характеристиками £г<*о1 рп< и 6' , может быть эффективно использована статистическая теория решений, основными элементами которой являются:

- множество возможных альтернатив А, которое представляет собой набор технологических решений, направленных на безаварийную проводку скважины при различных состояниях природы;

- пространство возможных состояний природы в, которое представляет собой непересекающееся дискретное множество значений градиента порового давления;

- матрица потерь 9 , элементы которой сйц представляют собой выражения затрат в стоимостном, временном иди условном выражений» связанных с реализацией альтернативы «ц если истин-

нов состояние природы.

Реализация данной модели выполнена следующим образом.

На основании технической, технологической и организационной готовности к вскрытию зоны АВДД формируется множество возможных альтернатив А. •. Из условий реализации методов плавного глушения флюидопроявлений при заданной плотности бурового раствора и технологической совместимости интервала бурения строится пространство возможных состояний природы 9 . На основании нормативных данных по УБР, площади, скважине и т.п. с учетом фактического состояния скважины и сформированного множества альтернатив \ производится оценка в денежном выражении элементов матрицы потерь ß .

Выбор рационального технологического решения осуществляется по правилу

min {at: rt = ^ ЬХ (tf*) a\j} а*, (Ю)

где гарантированный риск реализации 1-й альтернативы; •С СлУу) - вероятность, что j -е состояние природы окажется истинным. Случайная величина S с условным распределением ввда i, при "й ~ 1У4;

p(/<alzx), при S>Oi,

S=

которая характеризует эффективность 1-й альтернативы при априорной вероятности вскрытия зоны АВДД Р { гх) на глубине прогноза гх.

Пример работы статистической модели принятия решений приведен на рис.2.

Наиболее опасной технологической операцией с позиций воз-. никновения осложнений по причине снижения давлений в скважине при разбуривании зон АВЦЦ является подъем колонны труб. В работе рассмотрен возможный подход к решению задачи предупреждения

Рис.2. Пример работы статистической модели принятия решений в реальном масштабе времени: I - границы 9ЕЕ? доверительного интервала статистического прогноза дга<1ри; 2 и 3 - соответственно предлагаемая и фактическая динамики утяжеления плотности бурового раствора

этих осложнений при проведении данной операции. Сущность предложенного алгоритма заключается в оценке допустимых глубин подъема колонны труб на каждой скорости лебедки (с учетом ее грузоподъемности) и уровня бурового раствора с позиции предупреждения осложнений, связанных со снижением забойного давления в наиболее опасном сечении ствола скважины.

Предлагаемый алгоритм позволяет оценить величину гидродинамических давлений в классе реологически стационарных моделей, допускающих аналитическое представление вцда j = (f , j -соответственно касательные напряжения и градиент скорости сдвига).

Приведен пример расчета допустимых скоростей подъема колонны труб и допустимого уровня опорожнения скважины по предложенному алгоритцу.

В четвертом разделе приведено описание экспертной системы (X) PROTECTOR., которая является практической реализацией разработанных методик и алгоритмов.

" На основании анализа литературных источников по проблеме конструирования и функционирования ЭС и, в частности, их разновидностей-систем поддержки принятия решений (СППР) была выбрана функциональная структура проектируемой ЭС PROTECTOR . Такая структура применительно к задаче выбора рационального технологического решения при разбуривании зон АВПД предусматривает реализацию следующих процедур.'

1. формализация предметных знаний (накопление исходной информации для прогноза в базе данных).

2. С помощью процедурных знаний (пакета прикладных программ) преобразование предметных знаний в исходную информацию для выбора рационального технологического решения (построение оперативных прогнозов АВПД).

3. На основании понятийных знаний (формах реализации матри-

цы потерь) и преобразованных предметных знаний посредством системы управления базой знаний (СУБЗ) и процедурных знаний осуществление выбора рационального технологического решения при разбури-вании зон АВПД.

Архитектура разработанной X соответствует этапам декомпозиции задачи выбора рационального технологического решения и при-веденой в первом разделе.

СШ1Р PROTECTOR реализована в виде выполняемых файлов для 1ЪМ - совместимых компьютеров, поддерживающих операционную систему М&( Pt>) DOS версии 3.3 и выше, а также их аналоги и имеет следующие основные функциональные характеристики:

Общий объем СППР в развернутом

ввде, кБайт ................ 380

Количество модулей, шт ........... 10

Минимально необходимый объем

оперативной памяти ............ 280

Максимальное количество

директорий базы данных ............. -41

Максимальное количество файлов

данных в одной директории..............101

Максимальное количество точек замера режимно-технологических

параметров в одном файле данных ....... 401

ЭС PROTECTOR позволяет выполнять следующие операции: - с заданным пользователем шагом осуществлять ввод механической скорости проходки, параметров режима бурения (нагрузка на долото и частота его вращения, производительность насосов), параметров бурового раствора (плотность, реологические свойства) и плотности шлама (если контроль^ этого параметра проводился) с последующим расчетом режимно-технологических индикаторов давления ( d- экспонента, da- экспонента, ó - tog ) и забойного давления на каяком шаге дискретизации;

- выделение переходной зоны с помощью АКС при наблюдении одного из индикаторов давления, выбранных пользователем, или с помощью теоремы Байеса при одновременном наблюдении всех имеющихся в базе данных по данной скважине индикаторов давления;

построение статистических прогнозов поровых давлений (в т.ч. и впереди забоя) с помощью выбранных пользователей индикаторов давления и методов прогнозирования с последующим синтезом сингулярных прогнозов;

- создание базы знаний на основании нормативных и проектных данных по площади, УБР, скважине и т.п., которая является основой для формирования матрицы потерь;

- выбор рациональных технологических решений для вскрытия зоны ЛВПД по результатам прогноза и рекомендации по предупреждению осложнений при проведении СПО.

Для расширения возможного круга пользователей ЭС PROTECTOR снабжена интерфейсом - средством обеспечения интерактивной взаимосвязи в системе "пользователь - ЭВМ". Последний включает в себя системы меню, ввода/вывода информации, запросов и сообщений. Система меню имеет иерархическую структуру в соответствии с архитектурой ЭС и позволяет осуществлять быстрые и удобные переходы в различные режимы работы ЭС.

Системы ввода/вывода, сообщений и запросов посредством электронной таблицы, информационных окон и т.п. позволяет осуществлять ввод и редактирование информации, ее проверку и блокировку ошибок, выдавать сообщения о ходе работы ЭС и предоставляет пользователю возможность активно управлять рабочим процессом. Язык запросов и сообщений соответствует профессиональной терминологии. ЭС удобна в обращении и расчитана на широкий круг пользователей, не имеющих профессиональных навыков работы с ЭВМ.

При незначительной модификации ЭС PROTECTOR может принимать и обрабатывать информацию непосредственно с датчиков в ре-

альном масштабе времени.

ЭС PROTECTOR прошла апробацию на промысловом материале, основные фрагменты которой приведены в работе и передана для практического использования в Шебелинское УБР ГП "Укрбургаз" и Урайское УБР № 2 ПО "Урайнефтегаз". В приложениях к диссертации приведены копии документов, подтверждающие работоспособность ЭС и ее апробацию в промысловых условиях.

основные вывода

1. Анализ опубликованных работ по технологии разбуривания зон АВПД показал, что одной из важных проблем, возникающих при выборе и принятии рациональных технологических решений в процессе их разбуривания, является информационная неопределенность о зоне АВВД, включающая сведения о глубинах залегания переходной зоны и изменения величины порового (пластового) давления с глубиной. Указанное послужило основой для использования статистической модели выбора рационального решёния при разбуривании зон АВПД, основными элементами которой являются: выделение переходной зоны, построение статистических прогнозов поровых давлений

в переходной зоне и аппарат'принятия решений в условиях статистической неопределенности исходной информации.

2. Разработана методика оперативного выделения переходной зоны при наблюдении индикаторов давления в реальном масштабе времени. Предложено для последовательного наблюдения одного индикатора давления ввделять переходную зону с помощью модифицированного алгоритма куммулятивных сумм с адаптивной оценкой порога, а при одновременном наблюдении нескольких индикаторов давления - с помощью анализа апостериорной вероятности ее вскрытия.

eSpá8ÓTÚá fyátíkt-ádBbFd ИйЩиШ подзола, что предложен-

ные алгоритмы позволяют в реальном масштабе времени эффективно и с малым средним запаздыванием (от 2-х до 6-тй дискретных наблюдений) обнаруживать переходную зону.

3. Разработана методика прогнозирования поровых давлений с помощью статистических зависимостей режимно-технологических индикаторов давления ( А- экспонента и механическая скорость проходки) от глубины, дифференциального давления и других факторов.

В результате обработки промыслового материала, полученного

| '

из различных нефтегазоносных регионов, и сравнительного анализа прогнозов с помощью известных и предлагаемого методов установлено, что: .

- использование традиционных методов т эквивалентных глубин, Б.Итона, М.Заморы не всегда позволяет получить удовлетворительные с точки зрения практики оценки величины поровых давлений (погрешность прогноза в ряде случаев составляет 15 ... 25 % и выше);

• - достоверность прогнозов по предложенной методике значительно выше по сравнению с известными и сопоставима с результатами интерпретации геофизических исследований скважин (погрешность прогноза 0,5 ... 2,5 %);

- предлагаемый подход более адекватно описывает взаимосвязь между режимно-технологическими индикаторами давления и пластово-барическими условиями и может брть использован для построения оперативных прогнозов поровых давлений.

4. Разработаны методические принципы формирования неточно известной оперативной информации о величине пластового (порового) давления, включающие:

- построение статистических характеристик распределения .: прогноза градиента порового давления с помощью известных (метод эквивалентных глубин, М.Заморы, Б.Итона) и предложенной методик;

- синтез априорной и эмпирической (по результатам сингулярных методов прогнозирования) статистической информации о величине порового (пластового) давления.

Показано, что синтез статистических прогнозов позволяет существенно сузить информационную неопределенность о величине порового (пластового) давления.

5. Сформированы методические и алгоритмические основы статистической модели принятия технологических решений при разбуривании зон

На основании разработанных методик и алгоритмов создана экспертная система PROTECTOR , которая предназначена для оперативного выбора рационального'технологического решения при разбуривании зон АВПД в условиях неопределенности информации о величине порового (пластового) давления.

Экспертная система PROTECTOR апробирована на промысловом материале и передана для практического использования Шебелинскому 'УБР ГП "Укрбургаз" и Урайскоцу УБР * 2 ПО "Урайнефтегаз".

1. Программы расчета допустимых скоростей спуско-подъемных операций /Ы.А.Мыслюк, М.П.Мельник, А.В.Крайник, А.В.Лужаница // ЭИ ВНИИСЭНГ: Сер.Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море, 1991. - *9 - С.32-37.

2. Мыслюк U.A., Лужаница A.B. Методы прогнозирования аномально высоких порбвых давлений в процессе бурения скважин //Ивано-Франков-ский инст.нефти и газа. -Ивано-Франковск, 1991. - 36 с. Дел.в УкрНИИШИ, 19.11.91. * 1488 - Ук.91.

3. Лужаница A.B. О новых подходах прогнозирования аномально-высоких пластовых давлений //Проблемы бурения и испытания скважин, геологические и геофизические методы поиска и разведки нефтяных и газовых месторождений. - Полтава, 1991. - С.34-35.

4. Мислюк М.А., Мельник М.П., Лужаниця О.В. Розрахунок г1дроди-нам1чних тиск1в при спуско-п1д1ймальких операц1ях //Розв1дка та роз-робка нафтових I газових родовищ. - Вил.29. - Льв1в: CbIt, 1992.

АВПД.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В РАБОТАХ:

- 0.59-65,

Зам. 144, тир, 100 1 -

П1д писано до Друку 12.03.1993»формат па перу 60x84 /16,06 *ем - 1,0 д.арв. ■ В1дд1л оперативно! пол 1граф 11 ОУС,м. 1в-Франк1ьськ,вул. Панф1ловд1в,6