Комплексный подход к выбору рационального способа механизированной добычи на нефтяном месторождении при неопределённости входных данных тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.17, кандидат технических наук Шакиров, Антон Михайлович

• Шакиров, Антон Михайлович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шакиров, Антон Михайлович

Введение

Глава 1. Анализ проблемы выбора способа механизированной добычи нефти.

1.1. Методические и практические трудности при выборе способа эксплуатации.

1.2. Анализ существующих работ.

1.3. Основные проблемы выбора способа механизированной добычи.

1.4. Разработка комплексной методики.

Глава 2. Предварительный выбор способа механизированной добычи.

2.1. Сбор, оценка качества входных данных и анализ неопределённостей.

2.2. Методы прогнозирования эксплуатационных проблем и требования для обеспечения бесперебойной добычи.

2.3. Предварительный выбор способа механизированной добычи с помощью мультикритериальной ранжированной матрицы.

Глава 3. Комплексная технико-экономическая оценка предварительно отобранных способов механизированной добычи.

3.1. Построение моделей скважин и анализ влияния неопределённостей входных данных.

3.2. Экономическая модель сравнения.

3.2.1. Структура.

3.2.2. Капитальные затраты.

3.2.3. Эксплуатационные затраты.

3.3. Выводы.

Глава 4. Применение методики на примере нефтяного месторождения

Восточной Сибири.

4.1. Анализ входных данных.

4.2. Анализ возможности возникновения эксплуатационных проблем.

4.3. Предварительный выбор способа добычи.

4.4. Технико-экономическая оценка способов добычи.

4.4.1. Техническая оценка.

4.4.2. Удельная потребляемая мощность.

4.4.3. Наработки.

4.4.4. Экономическая оценка.

4.5. Итоговый выбор и рекомендации.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Комплексный подход к выбору рационального способа механизированной добычи на нефтяном месторождении при неопределённости входных данных»

Большинство нефтяных скважин, пробуренных на первых этапах разработки месторождения, имеют достаточный потенциал для естественного фонтанирования, однако, в процессе эксплуатации происходят изменения, связанные с пластом, призабойной зоной, характеристиками рабочих жидкостей, или подъемником, которые снижают дебит естественного фонтанирования. Для сохранения начальных темпов добычи, оптимизации и обеспечения требуемой депрессии на сегодняшний день более половины от числа всех нефтяных скважин мира эксплуатируются механизированными системами добычи. Наиболее распространёнными системами являются газлифт, установки штанговых глубинных насосов и установки погружных электронасосов. В России широко представлены только два последних, в то время как доля остальных способов механизированной добычи составляет около семи процентов.

С вводом . новых месторождений или при анализе эксплуатации существующих, целесообразно применять структурированную методику для оценки и выбора рационального способа добычи из всех известных. Это позволяет расширить число сравниваемых методов от нескольких, широко применяемых в России, до десяти — пятнадцати, распространённых в мире.

Входные данные для выбора способа эксплуатации зачастую доступны с высокой степенью неопределённости в связи с различными проблемами отрасли: ограниченным числом разведочных скважин или их испытаний, недостаточным опытом работы в условиях нового месторождения, удалённостью нефтяного объекта, наличием данных десяти - пятнадцатилетней давности по причине консервации месторождений трудноизвлекаемых запасов в прошлом, ограниченности лабораторных испытаний жидкостей и породы, и многих других.

В данной работе предложена методика интегрированного технико-экономического анализа для выбора рационального способа механизированной добычи нефти, важными элементами которой являются оценка возможности возникновения технологических осложнений, связанных с неопределённостью входных данных и технико-экономических условий эксплуатации нефтяного объекта.

Цель работы.

Разработка комплексной методики выбора рационального способа механизированной добычи нефти на основе входных данных, имеющих повышенную степень неопределённости.

Основные задачи исследований:

1. Изучение существующих методик выбора способов механизированной добычи нефти.

2. Изучение проблем эксплуатации механизированных систем добычи нефти и технологий, применяемых для их решения.

3. Разработка мультикритериальной ранжированной матрицы для предварительного выбора способа эксплуатации.

4. Анализ ключевых неопределённостей данных эксплуатации скважин, влияющих на выбор механизированных систем добычи.

5. Создание методики сравнения способов механизированной добычи по удельной потребляемой мощности на объем добытой нефти.

Методы решения поставленных задач.

Задачи решены с использованием программного обеспечения для моделирования и узлового анализа механизированных систем добычи, подъемника и призабойной зоны скважин (SubPUMP, Perform, Автотехнолог, WellFlo). Также использовались пакеты программного обеспечения для анализа жидкостей и газов (PVTLib, NORSOK М-506, онлайн ресурсы портала

Технического Университета штата Нью-Мексико США). Ранжированные матрицы, экономическая модель сравнения способов механизированной добычи и удельной потребляемой мощности были разработаны с помощью Microsoft Office Excel. Оценка рисков проводилась с помощью специализированного программного обеспечения RISK@Analysis. Разработка необходимых корреляций выполнялась с помощью программы Curve Expert. Оценка наработок осуществлялась при помощи программы OilStat. Трёхмерные модели скважин разработаны в программе Adept Field Service. Лицензии на коммерческое программное обеспечение были предоставлены ООО «ПК «Борец», Alkhorayef Petroleum Company и CMSProdex Company. Использовались фактические данные, полученные автором при анализе разработки нефтегазовых месторождений с различными геолого-физическими условиями.

Научная новизна.

1. Предложена комплексная методика выбора рационального способа добычи нефти, которая предусматривает оценку возможности возникновения технологических осложнений, связанных с неопределённостью входных данных и технико-экономических условий эксплуатации нефтяного объекта.

2. Для предварительного выбора способа механизированной добычи разработана усовершенствованная ранжированная матрица решений, учитывающая 6 основных классов: заканчивание скважин, история добычи, история давлений, текущая характеристика скважин, ожидаемые проблемы и стоимость-эффективность-логистика.

3. Сформулированы принципы анализа ожидаемых проблем эксплуатации и сгруппированы пути для их решения.

Защищаемые положения.

1. Комплексная методика выбора рационального способа механизированной добычи нефти, которая предусматривает оценку возможности возникновения технологических осложнений, связанных с неопределённостью входных данных и технико-экономических условий эксплуатации нефтяного объекта.

2. Усовершенствованная ранжированная матрица решений, учитывающая 6 основных классов: заканчивание скважин, история добычи, история давлений, текущая характеристика скважин, ожидаемые проблемы и стоимость-эффективность-логистика.

3. Принципы анализа неопределённостей входных данных и выявления потенциальных проблем эксплуатации скважин при выборе способа механизированной добычи.

Практическая значимость.

Предложенная комплексная методика может применяться для выбора рационального способа эксплуатации нефтяных месторождений с различными геолого-физическими условиями пластов, на разных стадиях их разработки. Основные результаты диссертационной работы были использованы на проекте ООО «ПК «Борец» по выбору способа механизированной добычи на вводимом в разработку месторождении Восточной Сибири, что позволило:

Оценить неопределённости входных данных и их влияние на выбор способов механизированной добычи

Разработать ряд технологических решений для предупреждения и борьбы с ожидаемыми проблемами добычи нефти в заданных условиях

Спрогнозировать затраты на различные периоды эксплуатации месторождения

Обосновано выбрать стратегию ввода механизированного фонда на месторождении

Апробация работы.

Основные результаты исследований докладывались на международных конференциях и семинарах, в том числе на: НТС ООО «ПК «Борец» «Основные проблемы выбора способа эксплуатации на новых месторождениях и пути решения», г. Москва, 2007 год; II Ближневосточном форуме по механизированной добыче нефти, Королевство Бахрейн, г. Манама в 2011 году; НТС ПАО «Укрнафта» «Анализ фонда механизированной добычи», Украина, г. Киев, 2011 год; 9-й Международной конференции «Механизированная Добыча», РФ, г. Москва, 2012 год.

Публикации.

По теме диссертации опубликованы 7 работ, в том числе 3 работы в изданиях, входящих в перечень рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объём работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения. Общий объём работы составляет 151 страницу, в том числе 88 рисунков, 43 таблицы и списка литературы из 77 наименований.

Заключение диссертации по теме «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», Шакиров, Антон Михайлович

3.3. Выводы.

Для выбора рационального способа механизированной добычи рекомендуется использовать типичный метод экономической оценки, но учитывающий дополнительные факторы: изменяющаяся цена на продукцию (нефть/газ), дебит, основанный на характеристике оборудования и ожидаемая наработка оборудования, в зависимости от производителя.

Для экономической оценки необходимо определить капитальные и эксплуатационные затраты (на подъем продукции, обслуживание и ремонты) с использованием текущих цен. В экономической модели можно предположить, что прибыль получена от продажи нефти и дополнительная прибыль может быть получена от реализации попутного газа (если применимо). Также необходимо определить цены на нефть в соответствии с экспертным прогнозом.

Сердцем экономической оценки с точки зрения эксплуатации, станет модель прогноза удельной потребляемой мощности, которая позволит определить изменения эксплуатационных затрат в зависимости от ожидаемых профилей добычи (нефти, обводнённости, типа скважин). Из всех типичных экономических индикаторов оценки возвращения капитальных инвестиций рекомендуется выбрать скорость дисконтированного денежного потока (СДДП) и чистую приведённую стоимость (ЧПС).

Необходимо понимать, что такая количественная оценка рентабельности должна быть использована в комбинации с другими методами анализа, такими как, анализ риска, для учета непредсказуемых факторов и неопределённостей, существующих, в частности, на первых этапах реализации проектов (неопределённости по пласту, скважинам и оборудованию). Учитывая это, можно провести анализ риска ЧПС по следующим показателям: количество скважин, продуктивность/характеристика скважин, стоимость оборудования и химических реагентов для предупреждения ожидаемых проблем (соли, гидраты, эмульсии, коррозия и другие), определённая наработка оборудования и др.

Экономическая оценка предварительно отобранных способов механизированной добычи и необходимые инвестиции являются решающими в выборе стратегии ввода механизированной эксплуатации в современных реалиях отрасли. Поэтому оценка точных и актуальных затрат, связанных с будущим механизированным фондом является основным фактором при экономическом сравнении.

Глава 4. Применение методики на примере нефтяного месторождения

Восточной Сибири.

4.1. Анализ входных данных.

На момент начала проекта по выбору способа механизированной добычи на месторождении имелись законсервированные скважины, пробуренные в 80-х годах, и были доступны следующие данные о месторождении, пластах, жидкостях и газах:

Обзор геологии и пластов

Исследования вязкости пластовой нефти и ингибиторов парафинизации

Свойства нефти и газа

Промышленный проект разработки месторождения

Испытания пробуренных вертикальных скважин

Проекты бурения 3-х новых типов скважин различной конструкции

Стоит отметить, что в проекте разработки месторождения, эксплуатация скважин предполагалась методом непрерывного газлифта, поэтому анализу газлифта в данном исследовании было отведено особое значение.

За исключением одной наклонной скважины, все имеющиеся данные относились только к вертикальным скважинам, но в целом по проекту бурения были запланированы 3 типа наклонных скважин, то есть на месторождении предполагалась эксплуатация всех 4 типов скважин:

1. Вертикальные скважины (существующие, верх перфорации/открытый забой — 1620 м)

2. Наклонные скважины с отходом 600 м (одна существующая, верх перфорации/открытый забой - 1800 м)

3. Наклонные скважины с отходом 1200 м (план, верх перфорации/открытый забой - 2160 м)

4. Наклонные/горизонтальные скважины с отходом 2200 м (план, верх перфорации/открытый забой — 3090 м)

Для дальнейшего анализа были приняты обозначения типов скважин соответственно Т-0, Т-1, Т-2 и Т-3.

Колонны существующих вертикальных скважин имеют схожую конструкцию, подобную скважине № В:

1. Направление 426 мм, глубина спуска 20 м, ВПЦ до устья.

2. Техническая колонна 219 мм, глубина спуска 560 м, ВПЦ 196 м.

3. Эксплуатационная колонна 140 мм, глубина спуска 1646.3 м, ВПЦ до устья. Толщина стенок э/колонны: «Д» 8.5мм (1646-1636м); 9.2мм (1636-10м) 8,5мм (10-0м).

4. Открытый ствол d - 190мм: в интервале 1646,3м -1674м.

Подземное оборудование: НКТ 073 мм низ оборудован воронкой.

Глубина установки: башмак -1646.3м. ЦКОД -1635.5м (разбурен).

Текущий забой - 1674.2 м

По плану бурения предполагалось, что все новые скважины будут иметь колонны API диаметром 9 5/8" (378,9 мм) и хвостовики 6 5/8" (260 мм), либо 7" (275,6 мм). В плане бурения был представлен календарный график на 440 работ в течение 2007 - 2017 года по 3 новым типам скважин Т-1, Т-2 и Т-3.

Трёхмерные модели скважин представлены на рис. 16 - 18.

Рисунок 16. Трёхмерная модель скважины Т-1.

Рисунок 17. Трёхмерная модель скважины Т-2.

Рисунок 18. Трёхмерная модель скважины Т-3.

Анализ существующих вертикальных скважин (Т-0).

Около 100 вертикальных скважин были пробурены в начале разработки месторождения, также имелось более 30 результатов испытаний скважин со значениями продуктивности, пластового давления, скин фактора и проницаемости (представлены ниже в таблице 12).