автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему: Система транспортного обслуживания процессов бурения, нефтедобычи и ремонта скважин

Автореферат диссертации по теме "Система транспортного обслуживания процессов бурения, нефтедобычи и ремонта скважин"

■ На правах рукописи

ДАНИЛОВ ОЛЕГ ФЕДОРОВИЧ

СИСТЕМА ТРАНСПОРТНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ПРОЦЕССОВ БУРЕНИЯ, НЕФТЕДОБЫЧИ И РЕМОНТА СКВАЖИН

Специальности 05.15.10 - Бурение скважин;

05.15.06 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождении; 05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Работа выполнена в Тюменском государственном нефтегазовом университете

Доктор технических наук, с.н.с. Кошелев А.Т.

Доктор технических наук, профессор Хайрединов Н.Ш.

Доктор технических наук, профессор Терехов A.C.

Ведущее предприятие: ОАО Кондпетролеум

Защита состоится 23 декабря 1997 года в 10 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 'ГюмГНГУ. Автореферат разослан 21 ноября 1997 года

Ученый секретарь диссертационно™ Совета, доктор технических наук, профессор л

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В процессе строительства скважин и добычи нефти имеется большая потребность в грузо- и пассажиропере-возках, а главное - в услугах специальной мобильной нефтепромысловой техники на шасси автомобилей и тракторов, которая по существующему положению относится к транспортным средствам. Затраты на транспортное обслуживание основного производства достигают по различным оценкам 16 - 20% себестоимости продукции и имеют тенденцию к дальнейшему увеличению.

В то же время простои подразделений бурения, нефтедобычи и ремонта скважин из-за отсутствия спецтехники продолжают оставаться высокими и занимают одно из первых мест среди других причин. В подобной ситуации попытки улучшить отдельные количественные показатели транспортного обслуживания основного производства не могут дать желаемого эффекта. Необходимо качественное совершенствование всей системы транспортного обслуживания. Это требует глубокого изучения проблемы на основе системного анализа и проведения не только параметрической, но и структурной оптимизации системы.

Увеличение парка специальной нефтепромысловой техники против объективно необходимого ведет к увеличению затрат на приобретение и эксплуатацию техники. Недостаточное количество спецтехники приводит к простоям бригад бурения, освоения, капитального и подземного ремонта скважин, а при отсутствии резервных машин в ряде случаев может вызвать аварию со всеми вытекающими последствиями.

Определение оптимального количества машин осложняется большим разнообразием конструктивного устройства, рабочих процессов, условий эксплуатации спецтехники и принятой системой ее технического обслуживания (ТО) и ремонта (Р), учет которых представляет собой сложную научную проблему. Рассмотрение отдельных аспектов этой проблемы позволяет качественно улучшить процесс транспортного обслуживания основного производства. Для достижения конечного результата необходимо комплексное рассмотрение и обоснование структуры и параметров всей системы.

Цель исследования - сокращение затрат на строительство и эксплуатацию скважин путем обоснования основных направлений повышения эффективности систем транспортного обслуживания процессов бурения, нефтедобычи и ремонта скважин и вытекающих из них организационно-технологических решений.

Научная: новизна. Разработаны: теория и методология обоснования структуры и параметров системы транспортного обслуживания основного производства;

методы определения потребности в специальной нефтепромысловой технике в рассматриваемом диапазоне условий ее эксплуатации;

способы обоснования и определения нормативов системы технического обслуживания, и ремонта спецтехники, в том числе периодичности ТО и Р, состав ремонтных комплектов и условия применения агрегатного метода ремонта;

механизм и степень влияния факторов, характеризующих условия эксплуатации спецтехники, на потребность в ней и на нормативы ее технического обслуживания и "ремонта;

методы решения задач материально-технического снабжения и кадрового обеспечения системы транспортного обслуживания основного производства.

Практическая ценность. Выполненные исследования позволяют снизить затраты на приобретение и эксплуатацию спецтехники и потери основного производства из-за простоев бригад при отсутствии спецтехники.

Реализация результатов исследований. Разработанные научные положения, методы оптимизации, методики, программы, рекомендации и нормативы использованы в отраслевой нормативно-технической документации по определению потребности в спецтехнике, организации их ТО и Р, справочно-нормативных материалах и внедрены в следующих предприятиях и организациях:

Главтюменьнефтегазе - методы обоснования стратегий ремонта спецтехники, состава ремонтных комплектов и управления их запасами, технологические процессы ремонта и диагностирования;

ОАО "Сургутнефтегаз" - нормативы потребности в спецгехнике, дифференцированные нормативы системы ее технического обслуживания и ремонта с учетом условий эксплуатации;

ОАО "Юганскнефтегаз" - нормативы потребности в спецтехнике, программа расчетов оптимального количества машин в зависимости от условий их эксплуатации, рекомендации по совершенствованию системы транспортного обслуживания процессов бурения, нефтедобычи и ремонта скважин;

ОАО "Кондпетролеум" - нормативы потребности в спецтехнике, дифференцированные нормативы системы ее технического обслуживания

и ремонта с учетом условий эксплуатации, рекомендации по материально-техническому и кадровому обеспечению системы транспортного обслуживания процессов бурения, нефтедобычи и ремонта скважин.

ОАО "Ноябрьскнефтегаз" - нормативы системы технического обслуживания и ремонта спецтехники.

Результаты исследования широко используются в учебном процессе при подготовке инженеров-механиков специальностей 1702 "Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов", 2301 "Сервис и техническая эксплуатация транспортных и технологических машин и оборудования", 1502 "Автомобили и автомобильное хозяйство". Поставлена новая учебная дисциплина "Конструкция, техническое обслуживание и ремонт спецтехники", по которой подготовлен конспект лекций и организованы лабораторно-практические занятия. Издано 7 учебных пособий.

За работы с ВНИИОЭНГ автор в числе других исполнителей удостоен Государственной премии им. академика И.М.Губкина.

Апробация. Основные разделы работы были доложены, обсуждены и одобрены на следующих научно-технических конференциях и семинарах: 2-й зональной научно-технической конференции "Нефть и газ Западной Сибири" (Тюмень, 1983 г.); научно-технической конференции "Исторический опыт КПСС по освоению новых районов Западной Сибири" (Тюмень, 1985 г.); областной межвузовской конференции молодых ученых (Тюмень, 1985 г.); областной научно-практической конференции "Взаимодействие отраслевых и региональных проблем в социальном развитии нефтегазового комплекса" (Тюмень, 1985 г.); областной научно-практической конференции "Опыт и проблемы повышения качества подготовки специалистов в вузах и техникумах области" (Тюмень, 1985 г.); областной научно-практической конференции "Совместная работа вузов и органов народного образования по реализации школьной реформы" (Тюмень, 1986 г.); областной научно-практической конференции "Проблемы совершенствования социальной поселенческой структуры районов нового промышленного освоения в условиях ускорения социально-экономического развития (Тюмень, 1987 г.); областной научно-технической конференции "Нефть и газ Западной Сибири" (Тюмень, 1987 г.); 2-й Всесоюзной научно-технической конференции "Нефть и газ Западной Сибири " (Тюмень, 1989 г.); 1-й Республиканской научно-технической конференции (Фрунзе, 1989 г.); региональной научно-технической конференции "Эксплуатация машин в суровых условиях" (Тюмень, 1989 г.); научно-технической конференции Иркутского политехнического института

(Иркутск, 1991 г.); международной научно-технической конференции "АМФ-94" (Нижний Новгород, 1994 г.); научно-практическом семинаре "Пути совершенствования технической эксплуатации и ремонта машин АТК" (Владимир, 1995 г.); Всероссийской международной научно-технической конференции "Концепция развития и высокие технологии индустрии производства и ремонта транспортных средств" (Оренбург, 1995 г.); 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.).

Публикации. Основное содержание диссертации и вопросы, связанные с решением проблемы, опубликованы в 64 работах автора, в числе которых монография, 7 учебных пособий, 7 нормативных документов, 48 печатных работ.

Предмет защиты - решение крупной народнохозяйственной проблемы совершенствования системы транспортного обслуживания процессов бурения, нефтедобычи и ремонта скважин и разработка организационно-технологических решений, обеспечивающих ускорение темпов научно-технического прогресса в нефтяной промышленности.

На защиту выносятся результаты решения комплекса научно- технических задач обоснования системы транспортного обслуживания процессов бурения, нефтедобычи и ремонта скважин, включающие:

общую методологию моделирования и обоснования структуры и параметров системы транспортного обслуживания основного производства;

методы обоснования потребности в спецтехнике с учетом условий ее эксплуатации;

методы обоснования нормативов системы технического обслуживания и ремонта спецтехники с учетом условий ее эксплуатации;

результаты экспериментальных исследований потоков заявок на спецтехнику и интенсивности ее использования, показатели надежности составных частей спецтехники и технико-экономических показателей предприятий, занятых ее техническим обслуживанием и ремонтом;

закономерности влияния факторов, характеризующих условия эксплуатации, на потребность и нормативы системы технического обслуживания и ремонта спецтехники;

результаты моделирования процессов транспортного обслуживания основного производства и поддержания работоспособности спецтехники.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи разделов, выводов, библиографии из наименований работ и 147 страниц приложений.

Объем работы 408 страниц, в том числе 15 рисунков и 44 таблицы..

Первый раздел диссертации посвящен анализу проблемы транспортного обслуживания процессов бурения, нефтедобычи и ремонта скважин.

Транспортное хозяйство нефтяной промышленности имеет особенности, отличающие его от транспортных хозяйств других отраслей. Транспортные средства технологического назначения составляют 46,5% всего подвижного состава. В последние годы наблюдается постоянный рост потребности в технологическом автотранспорте и специальной технике на базе автомобилей и тракторов из-за изменения удаленности осваиваемых и эксплуатируемых месторождений от основных баз снабжения и объектов социальной инфраструктуры. Опыт показывает, что при росте добычи нефти на 15% количество автотракторной техники в нефтедобывающих организациях увеличивается на 45%.

Показатели эффективности эксплуатации специальной нефтепромысловой техники нельзя рассматривать изолированно, так как ее основной целью является своевременное и качественное обслуживание основного производства. Степень достижения этой цели определяется многочисленными факторами, для выявления и управления которыми необходим системно-структурный анализ процесса транспортного обслуживания основного производства.

На рис. 1 представлены взаимосвязи составляющих системы транспортного обслуживания основного производства. По отношению к исследуемой системе основное производство предстает как внешняя среда, формирующая спрос на спецтехнику в определенные временные интервалы в необходимом ассортименте и количестве.

Проблеме определения потребности в оборудовании посвящены работы российских ученых В.К.Фальцмана, Д.М.Палтеровича, Д.С.Львова, И.А.Луйка, Г.И.Ли-нецкого и др. Методы определения потребности в специальной нефтепромысловой технике рассмотрены в работах А.А.Козорезова,

Рис. 1. Схема взаимосвязей составляющих системы транспортного обслуживания основного производства

С.П.Воляра, И.Е.Шевалдина, И.Н.Юрчишина, В.О.Петросянца, Р.И.Ри-хельгофа, В.А.Попова, А.Р.Орлова, Ю.Г.Адуллаева, Р.А.Фатхудцинова, А.Г.Богатырева и других авторов. Разнообразие нефтепромысловой техники и выполняемых работ, при обслуживании основного производства, вызывают необходимость дифференцированного подхода к определению объемов услуг спецте&ники, что приводит к громоздкости предназначенных для этого методик. При этом необходим довольно большой объем информации об использовании спецтехники за предшествующие годы для переноса сложившихся тенденций на расчетный год. Это, тем не менее, не гарантирует от ошибок при расчетах, так как незначительные изменения условий эксплуатации спецтехники могут привести к существенному искажению ранее выявленных тенденций. В действующих методиках основной акцент сделан на учете особенностей использования различных видов спецтехники и различных единиц измерения результатов ее работы: машино-час, тонна, тонно-километр, 100 м3, 1000 м2 грунта и т.д. Однако важно не то, какой показатель положен в основу расчета, важен сам метод расчета: детерминированный или стохастический. Стохастичность процессов транспортного обслуживания основного производства вызывает необходимость применения вероятностных методов расчета потребности в спецтехнике, которые до настоящего времени не нашли широкого применения.

Обоснование оптимального количества специальной нефтепромысловой техники осложняется большим разнообразием условий ее эксплуатации. Исследования влияния условий эксплуатации на надежность автомобильной техники и определение числа машин выполнялись Е.С.Кузнецовым, Ф.Н.Авдонькиным, Л.Г.Резником и его учениками. Однако глубокого анализа влияния различных факторов условий эксплуатации на потребность в спецтехнике до сих пор не проводилось.

Огромное влияние на эффективность транспортного обслуживания оказывает принятая система ее техшгческого обслуживания и ремонта. Общим вопросам обоснования системы ТО и Р технических устройств посвящены работы Д.Р.Кокса и В.Л.Смита, Р.Барлоу и Ф.Прошана, Е.Ю.Бар-зиловича, Р.Н.Колегаева и других авторов, обоснованию систем ТО и Р отдельных видов техники - работы Г.В.Крамаренко, А.М.Шейнина, Е.С. Кузнецова, Л.В.Дехтеринского, В.Г.Дажина, И.Е.Дюмина, А.С.Гальперина для автомобилей, А.И.Селиванова, С.С.Черепанова, А.А.Сельцера, Ю.И..Артемьева для сельскохозяйственных, Г.С.Рахутина для горных, Л.А.Завьялова для лесных, А.П.Крившина и Е.Г.Гологорского для дорож-

пых и строительных машин, Е.А.Палашкина и А.Л.Ильского для бурового оборудования, а также работы других авторов.

Существующие методы обоснования системы ТО и Р машин недостаточно учитывают различия условий эксплуатации специальной нефтепромысловой техники и в большинстве случаев непригодны для использования. Условия эксплуатации спецтехники характеризуются многочисленными факторами, механизм влияния которых на потребность в машинах и нормативы системы их ТО и ремонта недостаточно изучен.

Формирование целостной концепции транспортного обслуживания основного производства невозможно без совершенствования процессов материально-технического обеспечения транспортной системы. В диссертации детальному анализу "подвергнуты методы управления запасами оборотных агрегатов, применение которых в необходимых случаях для обоснования запасов других материально-технических ценностей обеспечивает технико-экономический эффект.

Большинство известных методов управления запасами оборотных агрегатов направлены на снижение потерь от простоев машин. Однако при эксплуатации нефтепромысловой спецгехники решающую роль играют не простои машин, а простои основного производства, в связи с чем рассмотренные методы требуют модификации.

Разработка системы транспортного обслуживания требует совершенствования ее кадрового обеспечения. Простои бригад из-за отсутствия спецтехники наряду с неисправностью агрегатов и отсутствием топлива во многих случаях обусловлены нехваткой водителей. Избежать этого можно при наличии их резерва, который должен быть обоснованным. Решающая роль в управлении процессами транспортного обслуживания основного производства принадлежит инженерному корпусу. Совершенствование подготовки инженеров для выполнения ими указанных работ относится к числу важнейших научно-методических задач, которые требуют своего решения.

Таким образом, разработка основ системы транспортного обслуживания процессов бурения, нефтедобычи и ремонта скважин является народнохозяйственной проблемой, вызывающей необходимость решения следующего комплекса научно-технических задач:

1) разработать теорию и методологию обоснования структуры и параметров системы транспортного обслуживания основного производства;

2) разработать методику обоснования и экспериментально определить потребность в специальной нефтепромысловой технике;

3) разработать методические положения обоснования нормативов системы технического обслуживания и ремонта спецтехники;

4) провести экспериментальные исследования показателей использования и надежности спецтехники в характерных условиях ее эксплуатации;

5) обосновать нормативы системы технического обслуживания и ремонта спецтехники для ее представителей, выбранных в качестве прототипов;

6) выявить перечень и механизм влияния факторов, характеризующих условия эксплуатации спецтехники на потребность в ней;

7) обобщить механизм влияния факторов, характеризующих условия эксплуатации на нормативы системы технического обслуживания и ремонта спецтехникн.

Во втором разделе работы рассмотрены вопросы теории и методологии обоснования структуры и параметров системы транспортного обслуживания основного производства.

В качестве критерия, определяющего оптимальное число единиц спецтехники, выбран минимум затрат на ее приобретение и эксплуатацию с учетом потерь от простоев бригад основного производства при отсутствии спецтехники. Посредством выбранного критерия обеспечивается функциональная связь системы транспортного обслуживания с основным производством и ее нацеленность на достижение конечного результата работы всей отрасли.

Поддержание действующего парка машин на оптимальном уровне осуществляется подсистемами исследуемой системы. Критерии оценки их деятельности не могут быть одинаковыми. Низкая эффективность работы подсистем материально-технического снабжения и кадрового обеспечения не может быть компенсирована содержанием избыточного парка машин, так как при отсутствии топлива и рабочих бригад (водительских экипажей) резервные работоспособные машины не могут быть переведены в действующий парк. Низкая эффективность работы подсистемы ТО и ремонта, наоборот, может быть компенсирована содержанием резервных машин.

Таким образом, в подсистемах системы транспортного обслуживания необходимо резервирование:

в подсистеме материально-технического снабжения - топлива при обслуживании работоспособного парка машин (для его беспрепятственного перевода в действующий парк), запасных частей и оборотных агрегатов

- при обслуживании подсистемы ТО и ремонта для ее эффективной работы;

в подсистеме кадрового обеспечения - рабочих бригад (водительских экипажей) для поддержания действующего парка на оптимальном уровне и ремонтно-обслуживающих рабочих для эффективной работы подсистемы ТО и ремонта;

в подсистеме ТО и ремонта (в случае неэффективной ее работы) -резервных работоспособных машин.

Для решения остальных задач выбираются следующие критерии. Критерием оценки эффективности работы подсистемы кадрового обеспечения является сумма затрат на содержание резервных водительских экипажей и потерь от простоев^ основного производства при невыходе техники из-за нехватки водителей. Критерием оценки эффективности работы подсистемы ТО и ремонта может служить сумма приведенных затрат на ее функционирование и затрат на приобретение и содержание (или аренду) резервных работоспособных машин. В качестве критерия оценки эффективности работы подсистемы материально-технического снабжения рассматривается сумма затрат на создание, содержание и пополнение запасов оборотных агрегатов и затрат на приобретение и содержание (или аренду) резервных работоспособных машин при отсутствии оборотных агрегатов на складе. Разработанная система критериев позволяет согласовать цели отдельных подсистем для достижения конечной цели - своевременного и качественного транспортного обслуживания основного производства.

Система транспортного обслуживания рассматривается как многоканальная система массового обслуживания (рис. 2), в которой требованиями является поток заявок на спецтехнику. Процедура обслуживания состоит в выделении спецтехники на определенное количество дней. Заявка считается обслуженной по окончании работы данной машины на объекте. Дисциплиной очереди является удовлетворение требований в порядке их поступления. Заявка, заставшая все машины занятыми, остается в системе до момента ее удовлетворения.

При решении задачи предполагается, что в системе транспортного обслуживания основного производства (специализированном управлении технологического транспорта) имеются N машин рассматриваемого наименования и модели. Спрос на спецтехнику характеризуется потоком заявок от отдельных подразделений, выполняющих ус виды работ (бурение, освоение, капитальный и подземный ремонт скважин и т.д.). Интенсивность потока заявок на спецтехнику от ¡-го подразделения, выпол -

Виды Подразделения работ

Рис. 2 . Система транспортного обслуживания основного производства система массового обслуживания

няющего ,)-й вид работ (среднее значение числа заявок в единицу времени), составляет величину Ху. Продолжительность использования спецтехники на объекте ¡-го подразделения, выполняющего ^й вид работ, составляет 1у дней. Предполагается, что ^ - случайная величина, имеющая тот или иной закон распределения. Продолжительность использования спецтехники на объекте измеряется разностью моментов начала и окончания работ, когда потребность подразделения в работе данной машины отпадает хотя бы на один день. При этом вопрос о том, возвращается ли спецтехника в конце рабочего дня на базу или остается на объекте до окончания работ, имеет второстепенное значение. Относительно видов законов распределения потоков заявок на спецтехнику и продолжительностей ее использования на объектах не делается никаких специальных предположений.

Если обозначить через

где Ту - средняя продолжительность использования машины на объекте,

то условием существования стационарного режима работы системы массового обслуживания (когда очередь заявок на обслуживание стабилизируется) является

Величина р - показатель интенсивности использования спецтехники. При отсутствии в системе свободных машин для удовлетворения очередной заявки возникает простой бригады ¡-го подразделения, выполняющег о ]-й вид работ, продолжительность которого ц в сутках зависит от момента освобождения машины, выполняющей предыдущую заявку.

Принятое при постановке задачи условие, что относительно видов законов распределения потоков заявок на спецтехнику и продолжительностей ее использования на объектах не делается никаких специальных предположений, исключает возможность решения задачи аналитическими методами и вынуждает прибегнуть к имитационному моделированию процесса транспортного обслуживания основного производства.

Целевая функция математической модели процесса обеспечения спецтехникой основного производства имеет вид

где С„ - среднегодовые затраты на приобретение и эксплуатацию машины;

Су - среднесуточные потери от простоя бригады ¡-го подразделения, выполняющего 3-й вид работ; Тс - момент стабилизации процесса.

Расчет суммарных затрат производится когда относительные продолжительности простоев бригад стабилизируются, т.е. считается выполненным условие

где Дт(Тс) - накопленная относительная продолжительность простоев бригад в момент Тс:

£ - наперед заданная величина, зависящая от точности расчетов.

В связи с тем, что затраты на приобретение и эксплуатацию машин рассчитываются как среднегодовые, моделирование должно продолжаться до момента времени, равного году. В связи с этим необходимо выполнение дополнительного условия

где Тг - один год в единицах измерения времени моделирования.

Если условие (5) не выполняется, моделирование должно быть продолжено до двух, трех лет и, при необходимости, далее, что необходимо учесть при определении масштабов затрат на приобретение и эксплуатацию спецтехники.

Выражения (2 - 5) составляют математическую модель процесса транспортного обслуживания основного производства, где выражение (3) является целевой функцией, а остальные - ограничениями.

Моделирование проводилось по каждому наименованию спецтехники раздельно. Блок-схема моделирующего алгоритма представлена на рис. 3.

Моделирование процесса транспортного обслуживания основного производства позволяет определить оптимальный количественный состав действующего парка машин для заданных условий эксплуатации. При изменении условий эксплуатации процедуру моделирования необходимо повторить при новых исходных данных, что затрудняет практическое использование разработанной общей методики. В связи с этим возникла необходимость установления общих закономерностей изменения оптимального количественного состава действующего парка машин в зависимости от факторов, характеризующих условия их эксплуатации.

Рис. 3. Укрупненная блок-схема алгоритма моделирования

Из общей методики следует, что основным параметром, характеризующим интенсивность эксплуатации спецтехники и определяющим ее

оптимальное количество, является параметр р. В случае, когда факторы, характеризующие условия эксплуатации спецтехники, некоррелированы, связь между исследуемым параметром и влияющими факторами может

быть отражена с помощью зависимости

где Ь0 - свободный член уравнения;

Ьр - коэффициенты при факторах;

При коррелированности рассматриваемых факторов предусмотрено использовать метод главных компонент. Переход от совокупности взаимозависимых факторов к совокупности независимых главных компонент позволяет получить искомую зависимость вида (6) от главных компонент.

Для анализа влияния факторов условий эксплуатации на показатели эффективности использования спецтехники проведен опрос группы экспертов, обработка результатов которого позволила установить наиболее существенные факторы. В априорный перечень факторов, характеризующих условия эксплуатации специальной нефтепромысловой техники и влияющих на потребность в ней, включены: Х( - способ эксплуатации скважины; Хг - глубина скважины; Х3 - диаметр насосно-компрессорных труб; Х4 - склонность нефти к образованию гидратных пробок; Х5 - качественный состав нефти; Хб - состав пород, слагающих нефтеносный слой (песчаники, глинистые сланцы, известняки, гипсы, мрамор, кварциты); Х7 - удаленность скважины от базы.

Экспериментальные исследования параметров системы транспортного обслуживания основного производства и обоснование потребности в спецтехнике рассмотрены в третьем разделе работы.

Информация о потоках заявок на спецтехнику и продолжительности ее использования на объектах собиралась в специализированном управлении технологического транспорта (СУТТ) НГДУ "Красноленинскнефть". Источником информации служили ежедневные оперативные сводки о выходе техники СУТТ за 1995 год. В число обслуживаемых подразделений входили четыре цеха по добыче нефти, по два - капитального и подземного ремонта скважин, транспортная база, центральная инженерно-техническая служба (ЦИТС) и др. Номенклатура рассматриваемой спецтехники была ограничена теми моделями, по которьм имелась наиболее полная и достоверная информация. Это насосные агрегаты АДПМ-12/150У1(АДПМ) и ЦА-320А, компрессорные агрегаты СД-9/101, промысловые паровые передвижные установки (ППУ), агрегаты АПШ для перевозки штанг, агрегаты АТЭ-6 для погрузки, перевозки и разгрузки устано-

вок ЭЦН, промысловые самопогрузчики ПС-0,5, трубовозы и автоцистерны.

Для каждой модели спецтехники и каждого использующего их подразделения исследовались законы распределения заявок на спецтехнику и продолжительности ее использования на объектах. Во всех 58 рассмотренных случаях потоки заявок на спецтехнику оказались пуассоновскими. В 30 случаях исходных данных оказалось достаточно для проверки гипотез о законах распределения продолжительности использования спецгех-ники на объектах. Из них в 3 случаях проверяемые гипотезы были отвергнуты, т.е. закон распределения изучаемых величин установить не удалось. В 12 случаях оказалось, что изучаемые величины достаточно хорошо описываются экспоненциальным законом распределения, а в 15 - нормальным. "

Различия в спросе на спецтехнику и интенсивности ее использования различными подразделениями определяются объективными различиями условий эксплуатации. Величина р, характеризующая интенсивность использования спецтехники, зависит, в первую очередь, от объемов работ, выполняемых нефтедобывающими подразделениями. Для цехов по добыче нефти измерителем объемов выполняемых работ выбран эксплуатационный фонд скважин, и удельная величина р определялась в расчете на 1000 скважин эксплуатационного фонда. Для цехов по капитальному и подземному ремонтам скважин удельная величина р определялась в расчете на 100 тыс. часов продолжительности ремонтов.

Сбор данных о значениях измерителей факторов, характеризующих условия эксплуатации спецтехники, показал, что глубины скважин варьируют в весьма узких пределах, а глубина спуска насосного оборудования на всех скважинах находится в диапазоне 1500-1700 м. Диаметр НКТ на подавляющем большинстве скважин составляет 73 мм. Основу пород, слагающих нефтеносный пласт, в подавляющем большинстве случаев составляют песчаники. Относительное постоянство значений измерителей указанных факторов на всех скважинах вынуждает отказаться от учета их влияния на потребность в спецтехнике.

Таким образом, окончательно принятый перечень факторов, характеризующих условия эксплуатации спецтехники, и их измерители сведены в табл. 1.

Построение зависимостей удельных значений величины р от факторов, характеризующих условия эксплуатации спецтехники, осложнялось мультиколлинеарностыо (взаимной коррелированностыо) факторов. Установлено, что для цехов добычи нефти факторы Х1 и Хг можно считать некоррелированными между собой, однако остальные факторы взаимно кор-релированы. Следовательно, для дальнейшего анализа можно использо-

Факторы, характеризующие условия эксплуатации спецтехники

Обозначение фактора Наименование фактора Измеритель фактора

X, Способ эксплуатации Доля скважин, эксплуатируе-

скважины мых установкой ШСН, %

Х2 Качественный состав неф- Содержание попутного газа в

Х3 Коррозионная активность Содержание воды, %

Х4 Удаленность скважины Среднее расстояние от базы, км

вать только пару факторов Х1 и Х2, что ведет к потере значительной части информации. Это вызывает необходимость применения метода главных компонент.

Перед расчетами главных компонент было выполнено нормирование факторов, для чего их значения были разделены на значения соответствующие показатели факторов выбранного эталонного подразделения (Цеха-1). Результаты расчетов главных компонент представлены в табл. 2.

Результаты расчета главных компонент по цехам добычи нефти

Номер Наименование и обозначение факто- Значе- Доля То же,

глав- ров ния сум- нарас-

ной Доля Содер- Содер- Рассто- харак- марной таю-

компо- ШСН, жание жание яние до терис- диспер- щим

ненты % попут. воды, базы, тичес- сии, итогом,

газа, % км кого учиты- %

м3/м3 корня ваемой

х. х2 Х3 Х4 главной

Значения коэфс шциентов веса компо-

dgp при с акторах нентой

1 0,4815 0,4695 0,5271 0,5195 3,5127 0,8782 87,82

2 -0,6198 0,6969 0,2242 -0,2828 0,4641 0,1160 99,42

3 -0,5608 -0,1183 -0,1720 0,8012 0,0233 0,0058 100,00

4 -0,2637 -0,5291 0,8014 -0,0906 0,0000 0,0000 100,00

Результаты расчета главных компонент показывают, что две первые компоненты охватывают почти 100% суммарной дисперсии факторов. С достаточной для практических целей точностью можно ограничиться первыми двумя компонентами. В первой компоненте все факторы имеют примерно одинаковые веса, что позволяет интерпретировать ее как компоненту общей характеристики условий эксплуатации. Во второй компоненте наиболее весомы факторы, отражающие содержание попутного газа в нефти и долю скважин, эксплуатируемых установкой ШСН. В третьей компоненте основным фактором является расстояние до базы, а в четвертой - содержание воды в скважинной жидкости.

Затем были построены регрессионные модели, отражающие влияние главных компонент на удельные значения величины р уравнения вида (6). Полученные в результате множественного корреляционно-регрессионного анализа коэффициенты уравнения (6) и значения критериев оценки полученных уравнений сведены в табл. 3.

Параметры уравнений зависимости удельных значений величины р от главных компонент

Наименование Значение Коэффи-

и модель спец- Коэффициенты уравнения (6) критерия циент

техники Фишера множественной

Ь0 ь, ь2 детерминации

АДПМ 2,28 0,20 - 14,23 0,77

СД-9/101 1,73 0,38 -1,47 4,48 0,81

ППУ 2,03 - 0,71 3,74 0,54

Автоцистерны 1,81 1,91 - 10,91 0,71

Для цехов по капитальному и подземному ремонтам скважин, в отличие от предыдущего случая, некоррелированных пар факторов не оказалось. Результаты расчетов главных компонент представлены в табл. 4. Они показывают, что две первые компоненты охватывают почти 100% суммарной дисперсии факторов.

Результаты расчета главных компонент и критериев оценки полученных уравнений регрессии для цехов подземного и капитального ремонта сведены в табл. 5.

Результаты расчета главных компонент по цехам капитального и подземного ремонта скважин

Номер Наименование и обозначение факто- Значе- Доля То же,

глав- ров ния сум- нарас-

ной Доля Содер- Содер- Рассто- харак- марной таю-

компо- ШСН, жание жание яние до терис- диспер- щим

ненты % попут. воды, базы, тичес- сии, итогом,

газа, % км кого учиты- %

м3/м3 корня ваемой

XI х2 Х3 Х4 главной

Значения коэфс шциентов веса компо-

¿го ПРИ « )акторах нентой

1 0,4288 0,5139 0,5347 0,5159 3,4430 0,8608 86,08

2 -0,8205 0,4090 -0,1066 0,3849 0,5425 0,1356 99,64

3 -0,3594 -0,0753 0,8070 -0,4626 0,0145 0,0036 100,00

4 0,1175 0,7503 0,2271 0,6096 0,0000 0,0000 100,00

Параметры уравнений зависимости удельных значений величины р от главных компонент

Наименование Значение Коэффи-

и модель спец- Коэффициенты уравнения (6) критерия циент

техники Фишера множественной

Ь0 Ь] ь2 детерминации

ЦА-320А 4,44 0,17 - 5,40 0,60

ПГ1У -2,06 1,68 - 19,43 0,82

По уравнениям, коэффициенты которых представлены в табл. 3 и 5, рассчитаны удельные значения величины р для эталонных условий эксплуатации (Цеха-1) и условий, отличающихся от эталонных по каждому из действующих факторов. Анализ полученных данных показал, что ужесточение условий эксплуатации вызывает заметный рост величины р.

Для агрегатов АДПМ, ЦА-320А, ППУ и автоцистерн удалось установить зависимости параметра р, характеризующего интенсивность их использования, от факторов условий эксплуатации. Поэтому потребность в указанных агрегатах может быть выявлена для широкого комплекса условий, определяемых различными сочетаниями рассматриваемых факторов.

Для остальных агрегатов общность решения задачи ограничивается конкретными условиями эксплуатации спецтехники в НГДУ "Красно-ленинскнефть".

Для удобства пользования результатами величина р по цехам капитального и подземного ремонтов скважин была пересчитана на 1000 скважин эксплуатационного фонда.

Для каждой рассматриваемой градации условий эксплуатации спецтехники и каждого рассматриваемого числа машин выполнялось по 50 реализаций случайного процесса транспортного обслуживания основного производства. Затраты на эксплуатацию спецтехники и потери от простоев бригад определялись как среднеарифметические величины по 50 реализациям.

Результаты моделирования потребности в спецтехнике показали, что с увеличением числа машин в парке У'ГТ затраты на их эксплуатацию растут пропорционально числу машин, но одновременно снижаются потери от простоев бригад. Указанные закономерности шипострируются рис. 4 на примере агрегата ЦА-320А.

Установлено, что с ростом значений измерителей каждого фактора оптимальное количество машин имеет тенденцию к увеличению. Это можно проследить по рис. 5 на примере агрегата ЦА-320А.

Полученные результаты молено представить в привычном и более удобном для практического использования виде, задав нормы потребности в спецтехнике для эталонных условий и коэффициенты их корректирования для реальных условий эксплуатации, отличных от эталонных.

Эталонными условиями являются:

доля скважин, эксплуатируемых установкой ШСН, %. 50;

глубина спуска насосного оборудования, м. 1700;

диаметр насосно-компрессорных труб, мм. 73;

содержание попутного газа в нефти, м3/м3. 50;

содержание воды в скважинной жидкости, %. 30;

состав пород, слагающих нефтеносный слой. песчаники;

среднее расстояние до базы, км. 15;

12 13 14 13 16 количество машин, ед.

12 13 И 15 16 количество машин, ед. г)

Рис. 4. Зависимость составляющих затрат от количества машин:

а) для скважин, эксплуатируемых установкой ШСН, 90%;

б) содержание попутного газа нефти, 100 м3/м3;

в) содержание воды в скважинной жидкости, 90%;

г) среднее расстояние до базы 35 км.

1 - затраты на приобретение и эксплуатацию машин; 2 - потери от простоев бригад; 3 -суммарные затраты

число скважин эксплуатационного фонда. 3000;

средняя продолжительность капитальных и подземных

ремонтов на 1000 скважин эксплуатационного фонда, тыс. ч. 68,4;

коэффициент готовности техники. 1,00.

Нормы потребности в спецтехнике для эталонных условий эксплуатации составляют:

Доля скважин, эксплуатируемых установкой ШГН, %

Содержание попутного газа в нефти, м3/м3

Содержание воды в скважинной жидкости, %

Среднее расстояние до базы, км

Рис.5. Зависимости оптимального количества агрегатов ЦА-320А от условий эксплуатации

Коэффициенты корректирования потребности в спецтехнике для условий эксплуатации, отличных от эталонных, представлены п табл. 6.

Коэффициенты корректирования потребности в спецтехнике в зависимости от условий ее эксплуатации

Варьируемые факторы и их значения Удельные значения величины р для машин

АДПМ СД-9/101 ППУ автоцистерн

Эталонные усл-я 1,00 1,00 1,00 1,00

50 1,00 1,00 . 1,00 1,00

60 1,00 1,00 1,00 1,04

70 1,00 1,00 1,00 1,04

80 1,07 1,00 1,06 1,04

90 1,07 1,00 1,06 1,07

60 1,00 1,00 1,06 1,04

70 1,00 1,00 1,06 1,04

80 1,07 1,00 1,06 1,04

90 1,07 1,00 1,12 1,04

100 1,07 1,07 1,18 1,11

40 1,00 1,00 1,06 1,04

50 1,07 1,00 1,06 1,07

60 1,07 1,07 1,12 1,11

70 1,07 1,07 1,18 1,15

80 1,14 1,07 1,24 1,19

90 1,14 1,13 1,35 1,26

Расст. до базы, км:

20 1,00 1,00 1,06 . 1,04

25 1,07 1,00 1,06 1,04

30 1,07 1,00 1,06 1,11

35 1,07 1,07 1,12 1,15

на 1000 скв.э.ф., тыс.

ч: 40 1,00 0,59 0,85 0,98

50 1,00 0,82 0,91 0,99

60 1,00 0,88 0,96 0,99

70 1,00 1,02 1,01 1,00

80 1,00 1,17 1,06 1,01

90 1,00 1,31 1,11 1,02

100 1,00 1,46 1,16 1,03

Значение коэффициента готовности техники (как и коэффициента выпуска на линию), равное единице, задано в связи с тем, что оптимальное количество машин получено для действующего парка. Вопросы о том, какими должны быть коэффициенты выпуска на линию и готовности, а соответственно - размеры работоспособного и списочного парка спецгех-ники, рассматриваются в следующих главах диссертации.

В четвертом разделе диссертации приведено теоретическое и экспериментальное обоснование системы технического обслуживания и ремонта спецтехники.

Общая методика обоснования нормативов системы ТО и Р спецтехники содержит следующие основные этапы (рис. 6).

В рассмотренном комплексе задач центральной является обоснование оптимальной периодичности ТО для рассматриваемой градации условий эксплуатации. Было принято условие, что если отказ составной части машины не предупрежден при выполнении ТО, это приведет к необходимости использования резервной машины, а при ее отсутствии - к простою бригады в течение определенного промежутка времени. Если обозначить через С[ затраты на выполнение операций технического обслуживания ¡-й составной части машины, Са - стоимость машино-часа резервного агрегата, С0 - потери от простоя бригады в единицу времени. Тогда суммарные затраты на единицу наработки агрегата составят

где, 1- периодичность данного вида технического обслуживания, маш.-ч; Р„ - вероятность отказа агрегата; Т0 - продолжительность простоя бригады, ч.

Вероятность отказа агрегата зависит от периодичности ТО и может быть определена исходя из вероятностей отказов его составных частей:

где P¡ - вероятность отказа 1-й составной части.

Для решения поставленной задачи предлагается следующая методика, основанная на направленном переборе возможных решений.

Рис. 6. Общая схема обоснования периодичности ТО и Р спецтехники

1. Задаются начальное значение периодичности ТО 1ц и шаг Д1 ее изменения.

I 2. Для заданной периодичности ТО рассчитываются вероятности от-

каза рассматриваемых составных частей, лимитирующих надежность агрегатов. По полученным значениям вероятностей отказа составные части группируются по видам ТО.

3. Для рассматриваемого вида ТО в зависимости от видов законов распределения наработок на отказ рассчитываются вероятности отказов Р1 составных частей.

4. По формуле (8) определяется вероятность отказа агрегата.

5. Рассчитываются входящие в формулу (7) затраты на содержание резервного агрегата за период между двумя смежными ТО и потери от простоя бригады при отсутствии резервного агрегата, из двух величин потерь выбирается наименьшая.

6. По формуле (7) определяются суммарные затраты на единицу наработки агрегата.

7. Задается новое значение периодичности ТО 1Р = 1н + Л1 и для него выполняются пункты 2-6.

8. Новое значение суммарных затрат сравнивается с предыдущим. Если оно уменьшилось, задается новое значение периодичности ТО 1Р = 1н+ + 2Д1 и т.д. до тех пор, пока суммарные затраты не начнут возрастать. Минимальному значению суммарных затрат соответствует оптимальная периодичность рассматриваемого вида ТО.

9. Составные части, для которых данным видом ТО не предусмотрен контроль технического состояния, рассматриваются в другом виде ТО.

10. Задача считается решенной, когда видами ТО охвачены все составные части, лимитирующие надежность агрегатов.

При обосновании структуры и параметров системы ремонта тракторов рассматривались три стратегии замен их составных частей: по отказу, по назначенной наработке и по техническому состоянию.

Первая стратегия предусматривает эксплуатацию составных частей до наступления отказа. В этом случае их фактические наработки и средние значения наработок Т^ соответствуют полученным при обработке информации об их надежности. Наступление непредвиденного отказа составной части приводит к потерям Сс. Удельные затраты на единицу наработки машины при первой стратегии составят

где Тер - средняя наработка на отказ, маш.-ч;

С0 - потери от отказа, тыс. руб.;

C¡ - затраты на замену отказавшей составной части, тыс. руб.;

Са - стоимость отказавшей составной части, тыс. руб.

Вторая стратегия предусматривает снятие с эксплуатации и направление в ремонт составной части трактора при достижении ею назначенной наработки Тц. Рассматриваемая составная часть может отказать до достижения наработки Тн с вероятностью Р0. Удельные затраты на единицу наработки машины при второй стратегии составят

где Тсв - средневзвешенная наработка рассматриваемых составных частей, отказавших до достижения назначенной наработки Тн и достигших ее.

Третья стратегия предусматривает периодический контроль технического состояния составных частей трактора с помощью средств технического диагностирования. Периодичность контроля Тэ обычно соответствует периодичности ТО-2. Имеющиеся нормативы диагностических параметров позволяют определить, возможна ли безотказная работа рассматриваемой составной части на интервале наработки до очередного момента диагностирования, т.е. на интервале Та- При отрицательных результатах составная часть трактора снимается с эксплуатации. Таким образом, величина недоиспользованного ресурса составной части в среднем составит 0,5 Тэ. Удельные затраты на единицу наработки машины при третьей стратегии составят

где Р'0 - вероятность ошибки диагностирования второго рода (пропуска неисправности);

Сд - затраты на однократное диагностирование, тыс. руб.

Наилучшей стратегией замены составной части трактора будет та, при которой удельные затраты на единицу наработки минимальны.

Следующим этапом исследований является обоснование периодич-ностей ремонтов машины в целом. Изменение периодичностей замены отдельных составных частей по сравнению с оптимальной при их объединении в ремонтные комплекты вызывает дополнительные потери от возможных отказов и простоев тракторов в течение подготовительного периода перед ремонтом, если замена произведена позже оптимальных сроков, и потери от недоиспользования ресурса составных частей, если замена произведена раньше. С другой стороны, объединение составных частей машины в ремонтный комплект уменьшает общее число ремонтов и связанные с этим затраты, особенно для составных частей, взаимосвязанных в технологической схеме разборки-сборки машины, так как при совместной

замене технологически связанных составных частей уменьшается трудоемкость дополнительных разборочно-сборочных работ по обеспечению доступа к заменяемой составной части. При проведении планового ремонта подготовка ремонтных рабочих мест, запасных частей и др. может производиться заблаговременно, в период работы машины, что исключает потери от простоя машины в течение подготовительного периода, неизбежные при отказе составной части.

Условие целесообразности включения составной части в ремонтный комплект может быть представлено в виде неравенства

где С,к(Тк) - удельные затраты при замене составной части в составе ремонтного комплекта с периодичностью Тк, тыс.руб./100 маш.-ч;

C¡ - удельные затраты при замене составной части с оптимальной для нее периодичностью, тыс.руб./100 маш.-ч;

U - потери от простоя трактора в течении суток, тыс.руб.

Сбор информации о надежности составных частей верхнего оборудования подъемных агрегатов А-50 осуществлялся по результатам их подконтрольной эксплуатации в УТТ-1 АО "Сургутнефтегаз" в период с марта 1994 г. по март 1995 г. Под наблюдением находились 42 подъемных агрегата. В течение рассматриваемого года они работали на 116 скважинах. Дополнительно собиралась информация о скважинах, которая характеризовала условия эксплуатации подъемных агрегатов. Поскольку все скважины, на которых работали подконтрольные подъемные агрегаты, эксплуатировались установкой ЭЦН, а диаметр насосно-компрессорных груб составлял 73 мм, разница в условиях эксплуатации характеризовалась четырьмя факторами (табл. 7).

Факторы, влияющие на периодичность технического обслуживания подъемных агрегатов

Обозна- Наименование Измеритель

чение фактора фактора

х, Вид выполняемых работ Бурение или ремонт скважины

х2 Глубина скважины Глубина спуска насосного обору-

Х3 Качественный состав неф- Содержание попутного газа в неф-

Х4 Состав пород разреза Содержание глины и аргиллитов, %

При обработке информация разделялась на выборки, полученные в однородных условиях эксплуатации. Выборки рассматривались как многократно цензурированные, т.е. такие, где для части спецтехники эксплуатационные наблюдения были прекращены до наступления отказа изучаемого характера, а значения наработок до цензурирования (моментов прекращения наблюдений) не равны между собой. Установлено, что в большинстве случаев наработки на отказ распределены по закону Вейбулла. Влияние условий эксплуатации на безотказность спецтехники устанавливалось с помощью методов статистической проверки гипотез о принадлежности разных выборок одной генеральной совокупности.

Обработка информации о надежности подъемных агрегатов показала, что вид выполняемых работ (бурение или ремонт скважин) не влияет на безотказность рассмотренных составных частей. Оптимальная периодичность технического обслуживания подъемных агрегатов устанавливалась для каждой градации условий их эксплуатации, определяемой сочетаниями влияющих факторов. Зависимость составляющих суммарных затрат на единицу наработки подъемного агрегата за цикл ТО-2 от периодичности ТО-2 показана на рис. 7. Удельные затраты на техническое обслуживание линейно снижаются с увеличением его периодичности. Одновременно с увеличением периодичности ТО растут вероятность отказа верхнего оборудования и вызванные этим потери от простоев бригад. Суммарные удельные затраты за цикл ТО-2 вначале снижаются, а затем, ввиду роста потерь от простоев бригад, имеют тенденцию к росту.

Установлено, что содержание попутного газа в нефти, хотя и влияет на параметры законов распределения наработок на отказ некоторых составных частей, но практически не влияет на оптимальную периодичность технического обслуживания. Получены зависимости оптимальной периодичности технического обслуживания от глубины спуска насосного оборудования и содержания глины и аргиллитов в составе пород разреза. Для удобства практического использования полученных зависимостей установлены коэффициенты корректирования нормативной периодичности технического обслуживания в зависимости от значений указанных двух факторов на скважинах, где работают подъемные агрегаты.

Зависимость оптимальной периодичности ТО-2 подъемных агрегатов от факторов, характеризующих условия их эксплуатации, определялась в виде линейной модели вида (6). В результате расчетов получено следующее уравнение

Рис. 7. Зависимость составляющих суммарных затрат на

единицу наработки подъемного агрегата за цикл ТО-2 от периодичности технического обслуживания:

а) для всех условий эксплуатации;

б) при различной глубине подвески;

в) при различном содержании глины и аргиллитов;

г) при различном содержании попутного газа в нефти.

-<ц-з- - удельные затраты на техническое обслуживание;

-X-X- ■ суммарные удельные затраты;

-О-О- - удельные потери от простоев бригад.

Тто = 369 - 0,029 X, - 1,242 Х2, маш.-ч, (13)

где X] - глубина спуска насосного оборудования, м;

Хг - содержание глины и аргиллитов в составе пород разреза, %. Рассчитанные по уравнению (13) оптимальные значения периодичности ТО-2 представлялись затем в более удобном для графического использования виде.

Tro = TTo3kik2, (14)

где ТТОэ - оптимальная периодичность ТО-2 для эталонных условий эксплуатации, маш.-ч; ki - коэффициент, учитывающий глубину спуска насосного оборудования;

к2 - коэффициент, учитывающий содержание глины и аргиллитов

в составе пород разреза. Исходя из принятой периодичности ТО-2, равной 240 маш.-ч, были заданы эталонные условия эксплуатации подъемных агрегатов:

работа на скважинах с глубиной спуска насосного оборудования 2300 м;

содержание глины и аргиллитов в составе пород разреза - 50%. Значения коэффициентов корректирования периодичности технического обслуживания, полученные из выражения (13), следующие:

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎