Выбор оптимального метода оценки качества строительства скважин

Качество буровых работ

Термин «качество» является гораздо более многозначным, чем, пожалуй, любой другой применяющийся в науке и технике [1]. В этой связи прежде всего определимся, что под качеством буровых работ в рамках настоящей работы понимается совокупность критериев, характеризующих степень соответствия производственного процесса строительства нефтяной или газовой скважины требованиям проектной документации и отраслевых нормативных документов. Данное определение сформулировано в соответствии с термином «качество продукции» по ГОСТ 15467-79, термином «качество» по ГОСТ Р ИСО 9000-2015 и определением «качество работы», приведенным в монографиях [1, 2].

Отметим, что в отечественном ТЭК до сих пор отсутствуют руководящие документы или методические указания отраслевого уровня, регламентирующие оценку качества строительства нефтяных и газовых скважин. При этом доля буровых работ в бюджете пользователей недр может достигать 50 % и более [2], что, в свою очередь, безусловно, делает процесс строительства скважин одним из самых финансово емких видов геолого-технических мероприятий, а вопрос об их качестве и эффективности – достаточно актуальным.

В этих условиях отдельными пользователями недр самостоятельно разрабатываются локальные нормативные документы (ЛНД) по оценке качества буровых работ, например, такие методики как [3], [4] и т.д. Анализ данных ЛНД показывает, что большинство из них не учитывает теоретические основы измерения качества. В силу чего представляется целесообразным рассмотреть такие подходы, как графоаналитический метод [5], метод анализа иерархий [6], метод квалиметрии [7] (рис. 1), и определить наиболее оптимальный для количественной оценки качества строительства скважин.

Графоаналитический метод

Графоаналитический метод оценки качества базируется на графическом отображении зависимости между показателями качества и рядом параметров, так или иначе на него влияющих. Метод позволяет наглядно представить характеристики производственного процесса и связи между ними, а также приоритизировать области повышения качества. Он часто используется не только в управления качеством, но и в оптимизации бизнес-процессов. Метод многокритериального графического анализа требует наличия количественной зависимости качества от сопряженных с ним показателей в виде явно выраженной математической функции. Как правило, это аналитические эмпирические уравнения. Именно отсутствие такой неоспоримой эмпирической формулы, учитывающей все составляющие качества буровых работ, является главным препятствием для использования графоаналитического метода при оценке качества строительства скважин. Измерить качество бурения с помощью графоаналитического метода было бы возможно, если бы существовал некий один-единственный критерий, всецело характеризующий строительство скважин. Но качество строительства скважин не определяется одним доминирующим признаком и не может быть выражено какой-либо одной эмпирической формулой. Более того, как отмечается в монографии [1], предметы, к которым применимо понятие одного-единственного доминирующего признака качества, называемого «определяющим» [8] или «символизирующим» [1], встречаются довольно редко. По этому поводу в работе [9] справедливо указывается, что попытки разработать единые формулы объясняются в значительной мере отношением к оценке качества как к задаче сравнительно несложной, а также стремлением создать методики с небольшим объемом вычислений и небольшим количеством принимаемых во внимание критериев качества.

Таким образом, можно констатировать, что оценка качества строительства скважин, включающего в себя целый комплекс различного рода работ, не может быть выражена через один-единственный доминирующий признак и в силу этого не может удовлетворительно определяться с помощью графоаналитического метода.

Метод анализа иерархий

Метод анализа иерархий (МАИ) используется для оценки качества производственных процессов, а также для принятия управленческих решений при многовариантном сценарии развития событий [6]. В основном к данному методу апеллируют зарубежные исследователи. Вместе с тем подходы к оценке качества, используемые в методах МАИ и квалиметрии, достаточно схожи. За пределами стран СНГ метод МАИ воспринимается научным сообществом как новаторский и независимый от квалиметрии, что при ближайшем рассмотрении оказывается не совсем верным [7]. Даже простая хронология возникновения этих дисциплин показывает, что подходы к оценке качества на основе МАИ появились в США спустя 6–8 лет после выхода в нашей стране первых теоретических трудов по квалиметрии [9]. Тем не менее зарубежные специалисты по оценке качества предпочитают использовать термин «метод анализа иерархий», введенный в научный обиход его основателем Т. Саати.

Большинство российских ученых, включая одного из основоположников квалиметрии Г.Г. Азгальдова, считают, что при внимательном рассмотрении метод МАИ по существу оказывается частным случаем квалиметрии, причем далеко не самым лучшим, поскольку в нем не используются правила построения иерархий (деревьев критериев) и не применяется такой важный элемент квалиметрического анализа, как определение ситуации оценивания [7].

С учетом этого можно сказать, что для целей оценки качества подход квалиметрии превалирует над методом МАИ, поскольку при аналогичной теоретической базе квалиметрия имеет более детальный аппарат, как в части построения иерархий критериев объектов, так и при детерминации условий ситуации оценивания. Это, в свою очередь, склоняет чашу весов в пользу квалиметрии, как наиболее оптимального метода оценки качества, в том числе для буровых работ.

Квалиметрия

Как отмечалось ранее, в отрасли существуют ЛНД по оценке качества строительства нефтяных и газовых скважин ограниченного действия (в рамках отдельных групп компаний). Их краткое содержание можно изложить следующим образом. Задается ряд критериев, характеризующих качество строительства скважины. Затем для каждого критерия определяется его фактическое значение, которое на следующем шаге сопоставляется с проектной величиной, в результате чего получается набор безразмерных коэффициентов, так называемых показателей качества. Итоговый результирующий показатель качества строительства скважины рассчитывается как среднее арифметическое значение всех безразмерных коэффициентов. В первом приближении логика такого подхода близка квалиметрии, хотя и содержит ряд недостатков. Для иллюстрации методического аппарата квалиметрии оттолкнемся от изложенного выше алгоритма (отраженного в существующих ЛНД) и рассмотрим, каким образом он мог бы быть усовершенствован за счет использования квалиметрии.

Во-первых, в существующих ЛНД оценка качества бурения производится на предмет его соответствия проектной документации, но при этом не указываются ограничения на область применения методик, что представляется не совсем корректным. Ведь если проектная документация на эксплуатационное бурение действительно содержит проработанные технические решения, то это не всегда справедливо в отношении проектов на строительство поисковых и разведочных скважин (ввиду отсутствия достаточной геологической информации). А это, в свою очередь, не позволяет утверждать, что соответствие поисково-разведочных буровых работ проекту автоматически обеспечивает высокой уровень качества, поскольку сам проект в этом случае может быть несовершенным. По этому поводу в монографии [1] отмечается: «Если проект будет низкокачественным, то этот уровень будет обязательно воспроизведен во всей продукции, созданной на его основе». Анализ и детерминация подобного рода граничных условий является первым и важным этапом разработки методики оценки качества с позиций квалиметрии. Данные граничные условия должны быть явно сформулированы, чтобы не допустить использование методики в тех случаях, когда она может дать неоднозначные результаты [2, 10].

Во-вторых, в существующих ЛНД отсутствует обоснование того, каким образом выбраны критерии строительства скважины, являются ли они необходимыми и достаточными, не являются ли они избыточными. В квалиметрии данная задача – задача определения и обоснования необходимого и достаточного числа критериев решается путем построения специального иерархического дерева (являющегося разновидностью математических объектов – графов), подчиняющегося правилам синтеза иерархических объектов, изложенных в работах [2, 7, 9, 10]. Пример такого иерархического дерева критериев строительства скважины по [2, 11] приведен на рис. 2.

В-третьих, в существующих ЛНД показатели, характеризующие качество строительства скважин в численном виде, определяются разными способами: в одних случаях они вычисляются по математическим формулам в зависимости от фактических значений абсолютных параметров, в других – назначаются дискретно в зависимости от попадания абсолютных параметров в определенный диапазон измерения. Такой достаточно гибкий и не всегда прозрачный подход противоречит принципам квалиметрии, где доказано, что для корректной оценки качества все показатели должны вычисляться по одной и той же функциональной зависимости, описанной формулой нормирования [7, 10]:

где

– относительный показатель i-го критерия в безразмерном виде;

– абсолютный показатель i-го критерия в соответствующей шакале измерения (например, МПа, в град/10 м, г/см3, м, м3/сут и т.д.);

– эталонное, т.е. наилучшее значение абсолютного показателя i-го критерия, взятое из проектной документации на строительство скважины или отраслевых нормативных документов;

– браковочное значение абсолютного показателя i-го критерия, которое определяется как ближайшее к допустимому значению и вместе с тем худшее, чем допустимое.

Также отметим, что в существующих ЛНД браковочные значения не учитываются вовсе, а ведь именно они делают возможным использование формулы (I) вместо различных способов вычисления показателей качества (определяемых по математическим формулам или назначаемых дискретно).

Приведем пример использования формулы (I) для критерия «Обсаживание ствола скважины колоннами труб» (четвертый критерий сверху на рис. 2), который характеризуется величиной падения давления ( ) при опрессовке обсадной колонны за 30 мин [12]. За эталонное значение в данном случае принимается отсутствие падения давления при опрессовке (т.е. МПа). Для назначения браковочного значения сначала определяется допустимое, но в то же время наихудшее значение. Согласно Правилам безопасности, допустимо падение давления за 30 мин на 0,5 МПа [12]. С учетом этого браковочное значение (ближайшее к допустимому, но хуже него) принимается равным 0,6 МПа ( ) [0]. Способы определения эталонных и браковочных значений, а также вычисление на их основе по формуле (I) относительных показателей всех остальных критериев строительства скважины (рис. 2) изложены в работах [2, 11].

В-четвертых, итоговый коэффициент качества строительства скважин в существующих ЛНД рассчитывается как простое среднее арифметическое значение коэффициентов качества различных видов буровых работ, что подразумевает влияние каждого критерия на итоговое результирующее качество в равной мере. Это не соответствует научным положениям квалиметрии о том, что разные критерии влияют на качество в разной мере и для учета этого влияния в средней арифметической формуле должны использоваться специальные коэффициенты весомостей, определяемые экспертным или аналитическим путем. Экспертный способ подразумевает проведение опроса группы специалистов с последующей математической обработкой полученных результатов. Аналитический способ по сравнению с экспертным более строгий, его основу составляют статистические данные, например, стоимостные или затратные. Для строительства скважин коэффициенты весомостей целесообразно определять аналитическим способом, поскольку пользователи недр, как правило, располагают всей необходимой статистикой по структуре затрат на бурение [2, 11].

Отсутствие коэффициентов весомостей при свертке (агрегации) критериев в единый комплексный показатель качества приводит к искажению результата оценки за счет того, что малозначимые критерии могут нивелировать влияние других, существенно важных критериев [7].

В-пятых, в существующих ЛНД при свертке (агрегации) критериев в единый комплексный показатель качества не используется специальный дополнительный множитель, получивший в квалиметрии название коэффициента вето, главное назначение которого заключается в уменьшении или падении до нуля комплексного показателя качества строительства скважины в зависимости от невыполнения критически важных требований к производству буровых работ. Например, помня о том, что строящаяся скважина является опасным производственным объектом [12], представляется очевидным, что о качестве не может быть и речи, если в процессе буровых работ происходит несчастный случай со смертельным исходом. Качество таких работ должно рассматриваться как неприемлемое (т.е. равное нулю), так как оно не может достигаться ценой человеческой жизни. По этой причине в формулу свертки (агрегации) целесообразно ввести коэффициент вето, обнуляющий значение комплексного показателя качества, если в процессе бурения произошло какое-либо чрезвычайное происшествие. Коэффициент вето принимает дискретные значения, например, 0 – когда в процессе строительства скважины произошел несчастный случай со смертельным исходом или какое-либо другое существенное чрезвычайное происшествие и 1 – в случае отсутствия такого рода событий. Коэффициент вето, равный единице, не влияет на результат вычисления комплексного показателя качества бурения, а равный нулю – обращает его значение в ноль. В зависимости от уровня детализации чрезвычайных происшествий допустимо введение дополнительных дробных значения коэффициента вето.

Заключение

Резюмируя вышеизложенное, отметим, что при всех достоинствах графоаналитического метода и метода анализа иерархий, квалиметрия является наиболее оптимальным способом измерения качества строительства нефтяных и газовых скважин.

Количественная оценка качества буровых работ, согласно теоретическим основам квалиметрии, должна включать следующие основные этапы [2, 7, 9, 10]:

1. Определение граничных условий применения методики измерения качества.

2. Построение дерева критериев строительства скважины по правилам синтеза иерархических объектов.

3. Вычисление относительных показателей критериев на основе их абсолютных значений по единой унифицированной математической формуле (I) с учетом браковочных значений.

4. Определение коэффициентов весомостей критериев аналитическим способом.

5. Свертка (агрегация) относительных показателей критериев в комплексный показатель качества с использованием коэффициента вето, обнуляющим итоговое качество в зависимости от невыполнения критически важных требований к производству буровых работ.

1. Азгальдов Г.Г., Гличев А.В., Панов В.П. Что такое качество? – М.: Экономика, 1968. – 135 с.

2. Ахмадуллин Э.А. Как измерить качество бурения и КРС? [монография] – Москва, 2022. – 234 с.: ил., табл. – ISBN 978-5-600-03289-7. URL: http: // www. elibrary.ru / item.asp?id=54295269.

3. Качество скважины. Оценка соответствия при строительстве скважин: Р Газпром 2-3.2-520-2010 // Северо-Кавказский НИПИ природных газов. Документы нормативные для проектирования строительства и эксплуатации объектов ПАО «Газпром»: срок действия с 26.08.2011 до 26.08.2014.

4. РД 153-39.0-349-05 «Методика оценки качества строительства скважин нефтяной компании «Татнефть» // ТатНИПИнефть: Утв. приказом ОАО «Татнефть» от 10.09.2005.

5. Методические указания по определению уровня качества промышленной продукции серийного производства // М.: Изд. ВНИИС, ВНИИМАШ. – 1970.

6. Саати Томас. Принятие решений: Метод анализа иерархий (перевод с англ. Р.Г. Вачнадзе) – М.: Радио и связь, 1993. – 278 с.

7. Азгальдов Г.Г., Костин А.В., Садовов В.В. Квалиметрия для всех: Учеб. пособие – М.: ИД ИнформЗнание, 2012. – 165 с.: ил. – ISBN 978-5-906036-03-2.

8. ГОСТ 15467-79. Управление качеством продукции. Основные понятия. Термины и определения // Утв. постановлением Госстандарта СССР от 26.01.1979 № 244. Дата введения: 01.07.1979.

9. Азгальдов Г.Г., Райхман Э.П. О квалиметрии. Под ред. Гличева А.В. – М.: Издательство стандартов, 1973. – 172 с.

10. Азгальдов Г.Г. Теория и практика оценки качества товаров (основы квалиметрии) – М.: Экономика, 1982. – 256 с.

11. Ахмадуллин Э.А. Квалиметрия буровых работ // Науч.-тех. журн. Вестник ассоциации буровых подрядчиков. – 2023. – № 1. – С. 23–26. – ISSN 2073-9877.

12. Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности: Утв. Приказом Ростехнадзора от 15.12.2020 №534. – Собрание законодательства Российской Федерации, 2004, № 32, ст. 3348, 2020, № 27, ст. 4248.

13. Ахмадуллин Э.А. К вопросу количественного измерения качества бурения // Производственно-технический журнал. Инженерная практика. – 2021. – № 11–12. – С. 72–75.