Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,813

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ КОМБИНАТОРНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ПРИ РЕШЕНИИ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНЫХ ЗАДАЧ ОРГАНИЗАЦИИ РЕМОНТНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РАБОТ НА СКВАЖИНАХ

Мамчистова Е.И. 1 Назарова Н.В. 1
1 ФГБОУ ВО «Тюменский государственный нефтегазовый университет»
Стабильность работы нефтегазовой отрасли определяется эффективностью использования фонда скважин и плановых объемов добычи нефти. В настоящее время больше половины фонда скважин простаивают по причине ожидания текущих и капитальных ремонтов, ремонтно-изоляционных работ по ограничению водопритоков и т.д. В связи с ухудшением условий работы добывающего фонда скважин на поздней стадии разработки нефтяных месторождений резко выросли объемы ремонтных работ. Все это привело к необходимости наращивания количества бригад. Ремонтные работы становятся более затратными и продолжительными, несмотря на незначительное увеличение сложности ремонтов. Низкой остается выработка на одну бригаду планового ремонта скважин. Поэтому одной из основных задач всех подразделений сервисной службы является обслуживание и обеспечение надежной, бесперебойной работы скважины. Для сокращения бездействующего фонда скважин и увеличения производительности труда бригад необходимо планировать организационно-технические мероприятия, разработать новые методические решения на основе законов распределения отказов скважин.
комбинаторная оптимизация
моделирование
ремонтно-восстановительных работ
скважина
1. Мамчистова Е.И., Кучумов Р.Р. Об одной задачи Хичкока по оптимизации распределения и обслуживания заявок на оборудование с использованием алгоритма АЛЬФАБЕТА // Сб. науч. трудов «Моделирование технологических процессов нефтедобычи». – Тюмень: «Вектор-Бук», 2005. – Вып. 6.
2. Мамчистова Е.И., Кучумов Р.Р. Оптимальная организация ремонтных работ на скважинах с использованием алгоритма Дейкстры // Сб. науч. трудов «Моделирование технологических процессов нефтедобычи». – Тюмень: «Вектор-Бук», 2005. – Вып. 6.
3. Назарова Н.В. Планирование ремонтных работ на скважинах методами целочисленного линейного программирования / Р.Я. Кучумов, Н.В. Назарова // Нефть и газ. – Тюмень, 2008. – № 1. – С. 22-28.
4. Назарова Н.В Моделирование организации ремонтных работ на скважинах методом жадного алгоритма / Е. И. Мамчистова, Н. В. Назарова // Материалы VIII Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Новые технологии – нефтегазовому региону» по секции «Моделирование и управление процессами добычи и транспорта нефти и газа». – Тюмень: Нефтегазовый университет, 2009.
5. Пападимитриу Х., Стайглиц Н. Комбинаторная оптимизация. Алгоритмы и сложность.
6. Ухалов К.А., Кучумов Р.Я., Наместников С.В. Моделирование экономической эффективности технического обслуживания и ремонта скважин // Сб. научных трудов «Моделирование технологических процессов нефтедобычи». – Тюмень: «Вектор Бук», 2003. – Вып. 4. – С. 291-298.

Анализ осложнений показывает необходимость разработки эффективных методов управления работой фонда скважин. Кроме того, разработка и эксплуатация нефтяных месторождений в осложнённых условиях нуждается в развитии определённых форм обслуживания, обуславливающих повышение эффективности нефтедобычи. При этом важно оценить существующие техники и технологии, определить основные направления и задачи их совершенствования. Высокая надежность нефтепромысловых систем и малый объём ремонтных работ способствуют увеличению межремонтного периода и коэффициента эксплуатации скважин, создают благоприятные условия в организации и управлении процессом нефтедобычи.

Важнейшей задачей современного этапа развития нефтегазодобывающей промышленности является задача оптимального назначения ремонтных бригад на проведение ТОР скважин и планирования сроков их проведения.

Таким образом, оптимальный подбор назначений ремонтных бригад на проведение ТОР должен быть достигнут за счет максимизации или минимизации определенной меры эффективности назначения: прибыли, стоимости, затрат и т.д. Для каждого потенциального назначения оценивается мера эффективности.

Решению задачи об организации ремонтных работ на скважинах может быть реализовано с помощью прямо-двойственного алгоритма Хичкока-АЛЬФАБЕТА, алгоритма Дейкстры, метода Жадного алгоритма на пересечении взвешенных матроидов, алгоритма Флойда, метода взвешенного паросочетания [1, 2].

Данные методы основаны на построении сетевой модели. Для создания модели рассмотрим некоторый участок месторождения. Количество добывающих скважин составляет n, дебиты скважин равны (i=1, …, n1). В центре расположена база, к которой относится m ремонтных бригад, прямыми линиями будет изображена сеть дорог, связывающая кусты и базу между собой.

Существует необходимость в постоянном поддержании скважинного оборудования в работоспособном состоянии. В связи с этим составляется план-график проведения технического обслуживания и ремонта скважин. При этом учитывается, что каждая бригада может обслуживать только одну скважину и переходить на обслуживание другой только после завершения ремонта на предыдущей скважине. Отказавшую скважину либо ремонтируют, если имеется хотя бы одна свободная бригада, либо выстраивают в очередь. Отремонтированная скважина начинает работать.

Для эффективного назначения ремонтных бригад на скважины в качестве оптимизирующих параметров рассматриваются:

1) время межремонтного периода;

2) дебит скважины до и после ремонта;

3) количество ремонтных бригад;

4) расстояние, на котором находится ремонтная бригада от требующей ремонта скважины.

В связи с тем, что число ремонтных бригад ограничено, очерёдность проведения планово-профилактических мероприятий в течение оптимального периода составляется с учётом расстояний между скважинами и их дебитов. При этом приоритет отдаётся скважине с максимальным дебитом, находящейся на кратчайшем расстоянии от ремонтной бригады.

Так как одним из параметров оптимизации является расстояние от бригады до скважины, то данная задача представляется как экстремальная задача на графах. В данном случае вершинами графа являются кусты, а рёбрами – дороги. В качестве весов рёбер используются расстояния между скважинами. Таким образом, задача сводится к определению кратчайшего пути при обходе всех скважин.

Определение кратчайшего расстояния производится с помощью жадного алгоритма. Для этого задаётся матрица расстояний между кустами и базой. В результате расчёта получены минимальные остовные деревья, которые и являются кратчайшими путями при обходе всех скважин.

Приведём алгоритм, который работает для произвольного взвешенного матроида. Его работу легко будет понять из блок-схемы (рис. 1).

Рис. 1. Блок-схема жадного алгоритма

В качестве входных данных в этом алгоритме выступает взвешенный графический матроид M=(Е,I) и связанная с ним весовая функция. Алгоритм возвращает оптимальное подмножество ОЕ – минимальное остовное дерево.

Для повышения эффективности работы бригад требуется составить очередность проведения планово-профилактических мероприятий в течение периода оптимального ремонта, учитывая расстояние между скважинами и их дебиты. Приоритет отдается скважине с максимальным дебитом, находящейся на кратчайшем расстоянии от ремонтной бригады. Расчет производится с помощью методов целочисленного линейного программирования. Алгоритм для нахождения минимальных расстояний между ремонтной базой и скважинами легко понять из блок-схемы, представленной на рис. 2.

Рис. 2. Блок-схема алгоритма Флойда

Задачу о назначениях можно описать как упрощенную задачу линейного программирования, являющуюся частным случаем задачи Хичкока, и поэтому ее можно решать, применяя венгерский метод. Венгерский метод оптимизирует распределение ремонтных бригад на основе их типов, кратчайших расстояний от базы до скважин и обратно.

В качестве графа может быть взята произвольная схема, ребрами которого являются дороги. Предлагаемый способ решения позволяет классифицировать ремонтные бригады при их назначении на скважины и дороги транспортной сети могут быть с двусторонним движением.

р(х) = (кратчайшая длина пути из s в х, в котором все промежуточные вершины принадлежат W).

p(y)= тiп{р(у), р(х)+сху} для всех yW.

Данное выражение показывает, что либо р(у) для yW не изменяется при добавлении х к W, либо новое р(у) равняется кратчайшему расстоянию от s до х по вершинам из W плюс, расстояние непосредственно от х до у.

Таким образом, задачу можно сформулировать в виде задачи линейного программирования (ЛП).

Пусть даны m, nZ+,запасы aiR+(i=1, …, m) в пунктах отправления, потребности
bjR+(j=1, ..., п) в пунктах назначения и cijR+ (i=1, ..., m и j=1, ..., п). Индивидуальной задачей Хичкока является следующая задача ЛП с переменными fij:

min

где .

Однако данные равенства не приводят к потере общности, поскольку всегда можно ввести фиктивный пункт назначения с потребностью:

и стоимостями ci,n+1=0, i=l, ..., т.

Использование алгоритма Альфабета позволяет оптимизировать распределение и обслуживание заявок при следующих критериях: минимальные затраты, максимум прибыли предприятия.

Одной из основных задач сервисной службы всех подразделений является обслуживание и обеспечение надежной, бесперебойной работы скважин.

Задача состоит в оптимизации распределения и обслуживания заявок при заданном плане добычи нефти при минимальных затратах на его выполнение или при максимуме прибыли предприятия. Пусть на склад, через определенный промежуток времени, поступают заявки с цехов о потребности в том или ином оборудовании. Необходимо развести оборудование на цеха через базы с учетом 25 %-го резерва. Рассмотрим заявку, поступившую на склад: требуется оборудование для ремонта.

Для решения данной задачи использован алгоритм для задачи Хичкока – АЛЬФАБЕТА. Таким образом, данную задачу (рис. 3) можно представить как экстремальную задачу на графах. В частности, если представить цеха и базы вершинами графа, а дороги к ним – дугами графа с определенными весами (расстояние или стоимость), то задача сводится к определению оптимального пути при обходе и обслуживании всех цехов.

Рис. 3. Схема расположения сервисной службы

Выводы и предложения:

1. Уменьшение непроизводительных работ и простоев, обусловленных в основном организационно-техническими причинами и нарушениями трудовой дисциплины, является резервом снижения затрат времени на проведение ремонта.

2. Необходимо разрабатывать новые методы и способы организации ремонтно-восстановительных работ, позволяющих оптимизировать графики назначения ремонтных бригад на скважины для повышения эффективности их работы.

3. Разработаны методики назначения ремонтных бригад на скважины и план-график проведения технического обслуживания и ремонта скважин с учетом приоритетов.

Рецензенты:

Грачев С.И., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», Институт геологии и нефтегазодобычи, ФГБОУ ТюмГНГУ, г. Тюмень;

Сохошко С.К., д.т.н., заведующий кафедрой «Моделирование и управление процессами нефтегазодобычи», Институт геологии и нефтегазодобычи, ФГБОУ ТюмГНГУ, г. Тюмень.


Библиографическая ссылка

Мамчистова Е.И., Назарова Н.В. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ КОМБИНАТОРНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ПРИ РЕШЕНИИ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНЫХ ЗАДАЧ ОРГАНИЗАЦИИ РЕМОНТНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РАБОТ НА СКВАЖИНАХ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 2-2.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=23003 (дата обращения: 23.02.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074