يك روش جديد براي بهينه سازي سيستم هيدروليك حفاري با استفاده از الگوريتم كلوني مورچگان

A New Approach for Hydraulic Optimization Using Ant Colony Algorithm

از مهم ترين وظايف سيستم هيدروليك دكل خارج كردن خرده ها از زير مته، خنك كردن مته و تميزكاري چاه مي باشد. در گذشته تصور مي شد استفاده از پمپ هاي گل قوي تر سبب بهبود عمليات حفاري مي شود در حالي كه استفاده از پمپ با فشار و شدت جريان بالاي گل در بسياري از موارد سبب ساييدگي لوله هاي حفاري، پاره شدن لوله ها، آسيب به مته، شكستن سازند و هرزروي گل حفاري مي شد. مطالعات نشان مي دهند آنچه اهميت دارد ميزان توان مصرفي در مته مي باشد. در حقيقت بايد سعي شود تا حد امكان توان سيستم هيدروليك، در مته مصرف شود. عملكرد مته به تعداد نازل هاي مته، سايز نازل هاي مته و شدت جريان گل بستگي دارد. در نتيجه هدف پيدا كردن شدت جريان بهينه و سايز بهينه نازل هاي مته مي باشد. در سيستم قديمي بهينه سازي هيدروليك تمام افت فشار سيستم غير از افت فشار در مته با فرض اينكه جريان در همه قسمت هاي سيستم ناآرام است با يك معادله تجربي مدل سازي مي شد و با جاگذاري آن در معيار بهينه سازي و مشتق گيري از آن نقطه بهينه پيدا مي شد. اگرچه اين روش دقت قابل قبولي دارد اما روش دقيق تر آن است كه افت فشار قسمت هاي مختلف سيستم با در نظر گرفتن نوع رژيم سيال، نوع سيال، اندازه و سايز قسمت هاي مختلف به دست آيد. در اين حالت نمي توان با مشتق گرفتن نقطه بهينه هيدروليك را تعيين كرد. در اين بررسي ابتدا سيستم هيدروليك مدل سازي شد سپس براي تعيين شدت جريان بهينه گل، سايز و تعداد نازل هاي مته از الگوريتم كلوني مورچگان استفاده شد. نتايج دقت بالاتر و سرعت بالاي اين روش را در مقايسه با روش قديمي تر نشان مي دهند. در موارد خاص كه با كمي تغيير در فشار، هرزروي يا كيك اتفاق مي افتد استفاده از اين روش مي تواند موثرتر واقع بشود و سبب كاهش مشكلات حفاري بشود.

The most important functions of hydraulic system are hole cleaning, bit cleaning and bit cooling. In the past decades drilling engineers thought that using mud pumps with high horse power improves the drilling performance and increases the drilling rate while field tests showed that drilling with high pump pressure and high mud flow rate causes drillstring wear, wash out, bit damage, fracturing and lost circulation. Researches show that amount of pressure drop across the bit nozzles is very important. Therefore, for optimum hydraulics the bit pressure drop must be a certain fraction of the maximum available surface pressure. The pressure loss across the bit is greatly influenced by the mud flow rate and sizes of nozzles used. Classical hydraulic optimization criteria that have been used for decades are maximum hydraulic horse power and maximum jet impact force. Traditionally the parasitic pressure loss is modelled using an empirical equation. Although, this method is accurate but more accurate method is to calculate the pressure drop of different parts of the system considering the flow regime, fluid type and size and length of bottom hole assemblies (BHAs). In this study, parasitic pressure drop is modelled considering the flow regime, fluid type and size of BHAs. Then we utilized Ant Colony Algorithm for optimization of hydraulic system and determining the optimum mud flow rate and total flow area of the bit. In special cases that a little change in bottom hole pressure causes lost or gain, this method can improve the drilling operation and reduce the drilling problems. Results show the proficiency and accuracy of this new method.