بهینه سازی ریاضی مصرف انرژی عملیات حفاری چاه های نفت و گاز

با توجه به محدود بودن منابع انرژی، لزوم صرفه جویی در مصرف انرژی در هر واحد صنعتی بدیهی می باشد. در عملیات حفاری چاه های نفت، گردش سیال حفاری و انتقال کنده ها به سطح چاه، مستلزم مصرف انرژی زیادی می باشد: در واقع پمپ های رفت و برگشتی سیستم چرخش سیال حفاری اصلی ترین مصرف کننده انرژی در دکل-های حفاری می باشند. بهینه سازی مصرف انرژی این پمپ ها، مستلزم به حداقل رساندن افت فشار در سیستم چرخش گل می باشد که انجام این امر، با استفاده از روش های بهینه سازی ریاضی، موضوع این مقاله می باشد. بهینه سازی مصرف انرژی این عملیات منجر به کاهش ضایعات زیست محیطی ناشی از راندن موتورهای دیزلی برای تولید برق مورد نیاز این پمپ ها می گردد، علاوه بر اینکه میزان پسماندی که به طبیعت وارد می شود نیز کاهش می یابد.در این مقاله، روابط افت فشار در بخش های مختلف چرخش سیال حفاری؛ در مسیر تجهیزات سرچاهی و لوله های سطحی، درون لوله حفاری و لوله وزنه، در مته ودر فضای حلقوی اطراف لوله حفاری و لوله وزنه تعیین شدهاند، تابع افت فشار کل و قیود محدود کننده در چرخش سیال حفاری مشخص شده اند. افت فشار سیال حفاری جریان بستگی به طول لوله حفاری، دبی حجمی و سطح مقطع عبوری جریان سیال، لزجت و وزن گل حفاری دارد. محدودیت های بهینه سازی ریاضی افت فشار ناظر بر دبی حجمی سیال می باشد: بدین صورت که اولاً دبی حجمی باید به مقداری کافی باشد که جریان سیال قادر به انتقال کنده ها به تاسیسات سر چاهی سطحی باشد و ثانیا به منظور انتقال مؤثرتر کنده ها، بهتر است دبی حجمی در حدی باشد که رژیم جریان گل درون فضای حلقوی مغشوش باشد؛ و ثالثا باید فشار گل حفاری به منظور جلوگیری از نفوذ سیال مخزن به گل، از فشار سازند بیشتر باشد.کمینه کردن تابع افت فشار (objective function) با استفاده از روش بهینه سازی ریاضی Sequential Quadratic Programming و نیز روش موسوم به Penalty Function Method برای عملیات حفاری چاه 257 گچساران دکل 46- فتح با موقعیت لیشتر 123 شمال انجام شده است و نتایج حاصل با پاسخ حاصل از کدنویسی در نرم افزار MATLAB اعتبار سنجی شده است. نتایج بدست آمده نشاندهنده موفقیت بهینه سازی ریاضی انجام شده است که باعث کاهش بیش از 40 درصدی مصرف انرژی می شود.

Keywords:

انرژی , عملیات حفاری , سیستم گل حفاری , بهینه سازی ریاضی