Замятин М.В.
РАЗРАБОТКА ЦИФРОВОЙ МОДЕЛИ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА БУРОВЫХ ПРОМЫВОЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ *
Аннотация:
рассмотрен авторский алгоритм комплексной оценки качества буровых промывочных жидкостей (БПЖ) для бурения глубоких скважин на нефть и газ по совокупности физико-химических, технологических, экологических и экономических показателей качества буровой промывочной жидкости с применением весовых коэффициентов, показаны результаты апробации цифровой модели комплексной оценки качества буровых промывочных жидкостей на основе экспериментальных данных.
Ключевые слова:
промывочная жидкость, квалиметрия, показатель качества
Качество буровых промывочных жидкостей (БПЖ) играет ключевую роль в обеспечении эффективности и безопасности строительства глубоких скважин на нефть и газ. Применение классических методов оценки, ориентированных на отдельные параметры, не позволяет получить целостную картину. В связи с этим актуальной задачей является разработка квалиметрической модели, обеспечивающей комплексную оценку качества БПЖ.Квалиметрия, как научное направление, занимается разработкой методов количественной оценки качества продукции и технологических процессов [2]. Основными элементами квалиметрической оценки являются показатели качества, весовые коэффициенты и модель комплексного (обобщающего) показателя качества. Применение теории квалиметрии к оценке качества буровых промывочных жидкостей предоставляет возможность объективного и воспроизводимого анализа их свойств.Цель исследования заключалась в разработке и апробации модели, позволяющей формализовать процесс оценки качества БПЖ, включающий ряд этапов.Первый этап. Показатели качества БПЖ разделяются на следующие группы:1) показатели физико-химических свойств: плотность, вязкость, показатель фильтрации, pH, удельное электрическое сопротивление,2) технологические характеристики: ингибирующая способность, устойчивость к термическому разложению, коэффициент трения, липкость фильтрационной корки,3) экологические параметры: токсичность, степень биологической разлагаемости,4) экономические показатели: стоимость компонентов, рентабельность применения.Второй этап. Поскольку каждый из перечисленных выше показателей вносит определенный индивидуальный вклад в качество БПЖ, для количественной оценки последнего требуется определение параметров весомости (весовых коэффициентов) показателей качества [1]. Для этого можно применить метод анализа иерархий (МАИ), позволяющий определить весовые коэффициенты на основе попарного сравнения важности параметров [5]. На практике данный подход реализован в виде матрицы предпочтений, нормализованной по среднему геометрическому, с последующим определением весов Wᵢ, удовлетворяющих условию ΣWᵢ = 1.Третий этап. Определение единичных показателей качества БПЖ. После определения весов производится нормализация каждого параметра с использованием функции принадлежности. Это позволяет учесть диапазон допустимых отклонений относительно проектных (эталонных) значений. Функция принадлежности Kᵢ задаётся следующим образом:Значения по умолчанию: δ = 0,05 (5%), γ = 0,10 (10%).Для обеспечения объективной оценки требуется агрегировать разнородные параметры в единый комплексный показатель.Четвертый этап. Вычисление комплексного показателя качества (КПК) по формуле:где:Wᵢ - весовой коэффициент i-го единичного показателя качества БПЖ,Kᵢ - значение функции принадлежности для соответствующего i-го показателя.Пятый этап. Интерпретация КПК по шкале, приведенной на рисунке.Рисунок 1. Интерпретация комплексного показателя качества БПЖ.Особое значение оценка качества БПЖ приобретает на стадии разработки проектной документации на строительство скважины, когда возникает необходимость обоснования наилучших систем БПЖ для конкретных условий бурения [3]. На примере данных таблицы 1, где приведены проектные и фактические значения единичных показателей качества для трёх альтернативных вариантов буровой промывочной жидкости, далее показана процедура оценки качества по рассмотренной выше методике с применением авторского программного обеспечения.Таблица 1. Проектные и фактические значения единичных показателей качества для альтернативных вариантов буровой промывочной жидкости.Для каждого варианта раствора рассчитывается значение функции принадлежности по каждому параметру, затем итоговый КПК. Например, раствор 1 получил значения Kᵢ ≈ [0,9, 1,0, 1,0, 1,0], и итоговое Q = 0,9 × 0,23 + ... ≈ 0,94.Важно, чтобы сумма показателей Wi была равна единице. Ошибка, которая возникает если данные некорректны. Нужно ввести все показатели, значение которых рассчитывалось методом анализа иерархий.Рисунок 2. Модуль программного обеспечения для определения весовых коэффициентов единичных показателей качества БПЖ.Таблица 2. Результаты вычисления весовых коэффициентов единичных показателей качества БПЖ.Рисунок 3. Результат оценки качества вариантовбуровых промывочных жидкостей.Таким образом, разработанная модель комплексной оценки качества бурового раствора на основе МАИ и функции принадлежности обладает существенными преимуществами для практического применения. Она обеспечивает количественное обоснованное и воспроизводимое сравнение альтернативных составов БПЖ по совокупности критериев, повышая объективность выбора оптимального типа (виды, рецептуры). Сильные стороны модели – объективность, повторяемость результатов, гибкость настройки и наглядность представления информации – делают ее эффективным инструментом поддержки решений в области буровых технологий. В то же время ряд ограничений, таких как чувствительность к настройкам функции принадлежности, зависимость от качества входных данных, субъективность оценок экспертов на этапе задания весов, указывают направления для дальнейшего совершенствования методики. Адаптация под различные типы растворов, автоматическая калибровка параметров оценки и интеграция с цифровыми системами позволят повысить надежность методики и ее цифровой модели, внедрить в практику управления качеством буровых промывочных жидкостей, обеспечить оптимальный контроль над свойствами бурового раствора в процессе бурения глубоких скважин на нефть и газ, что будет способствовать более эффективному и безопасному ведению буровых работ.
Номер журнала Вестник науки №5 (86) том 4
Ссылка для цитирования:
Замятин М.В. РАЗРАБОТКА ЦИФРОВОЙ МОДЕЛИ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА БУРОВЫХ ПРОМЫВОЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ // Вестник науки №5 (86) том 4. С. 1883 - 1890. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/23508 (дата обращения: 17.07.2025 г.)
Вестник науки © 2025. 16+