Прогнозирование геолого-физических и технологических показателей разработки нефтегазовых месторождений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.17, кандидат технических наук Захарченко, Евгения Ивановна

• Захарченко, Евгения Ивановна
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Захарченко, Евгения Ивановна

ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИЗ РАБОТ ПО МОДЕЛИРОВАНИЮ И УПРАВЛЕНИЮ РАЗРАБОТКОЙ НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ.

1.1 Основные направления исследований в области моделирования разработки месторождений.

1.2 Краткий анализ современного состояния моделирования системы "скважина — пласт".

1.3 Выбор направлений исследований и постановка задач.

2 РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОПЕРАТИВНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛЛЕКТОРСКИХ СВОЙСТВ ПРОДУКТИВНЫХ ПЛАСТОВ.

2.1 Прогнозирование случайных процессов в нефтегазодобыче.

2.2 Методы идентификации пластовых систем и выявление неод-нородностей геологических разрезов.

2.2.1 Обоснование принципов построения динамической модели продуктивного пласта.

2.2.2 Альтернативные методы идентификации моделей пластовых систем.

2.2.3 Корреляционное сжатие для выявления неоднородностей геологических разрезов.

2.3 Определение пластового давления и коллекторских свойств по данным нормальной эксплуатации скважин.

Выводы.

3 ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА. ПРАКТИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПРИМЕНЕНИЮ МАРКОВСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ РАЗРАБОТКИ НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Прогнозирование геолого-физических и технологических показателей разработки нефтегазовых месторождений»

Актуальность работы

Традиционные методы проектирования управления, контроля и анализа разработки нефтяных месторождений в последние 10-15 лет претерпели значительные изменения, связанные с широким применением постоянно действующих геолого-технологических моделей (ПДГТМ) эксплуатационных объектов. По оценкам экспертов применение ПДГТМ позволяет более эффективно решать задачи интенсификации нефтедобычи и повышения нефтеотдачи пластов. Считается, что текущая нефтеотдача может быть увеличена на 15. .20 %, а коэффициент нефтеотдачи на 5. .10 %.

Анализ опыта и публикаций по созданию полномасштабных ПДГТМ в российских нефтяных компаниях (на основе западных программных продуктов (1111), исключая ОАО "Сургутнефтегаз" с собственным 1111) показывает, что их адаптация к конкретным объектам разработки требует длительного времени (от нескольких месяцев до года и более). При этом возникает необходимость дополнительных исследовательских работ с привлечением квалифицированных разработчиков и программистов.

Несмотря на большие достоинства численного геолого-гидродинамического моделирования качество получаемых моделей зависит от точности исходной информации, "плотности" сетки измерений и синхронности съема информации. Погрешность моделирования может быть определена только после её построения и сопоставления расчетных значений признака с фактическими в точках, в которых проводились измерения. В основе погрешности лежат объективные и субъективные факторы. К ним относятся: пространственно-временная анизотропия свойств продуктивных пластов; неточность и ограниченность исходной информации; процедуры ремасштаби-рования и др. Все это сказывается на прогнозных оценках, и в частности на прогнозных оценках извлекаемых запасов. Кроме того, для месторождений, находящихся на поздней стадии разработки, пространственно-временные поля (ПВП) на локальных участках подвергаются мощным внешним воздействиям (обработка призабойной зоны (ОПЗ), гидравлический разрыв пласта (ГРП), закачка воды, порывы газа и др.). Все это приводит к неконтролируемым изменениям фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) пласта и требуется оперативная корректировка информации об изменении геолого-технических показателей ПВП в непосредственной близости от данных участков (поведение геофизических или гидродинамических исследований), что весьма проблематично.

Таким образом, актуальной является проблема повышения качества и оперативности информации для решения текущих задач, мониторинга разработки месторождений и обеспечения полноты информации при адаптации и сопровождении ПДГТМ.

Цель работы

Повышение эффективности разработки месторождений путем создания и совершенствования принципов сбора и обработки информации о состоянии эксплуатационного объекта для решения текущих задач разработки и адаптации ПДГТМ.

Задачи исследования

1. Анализ методов оценки коллекторских свойств продуктивных пластов и методов прогнозирования динамики изменения состояния фонда скважин, объема добычи и извлекаемых запасов.

2. Обоснование и разработка методов оперативного определения пластового давления и коллекторских свойств продуктивных пластов по данным нормальной эксплуатации скважин.

3. Разработка практических рекомендаций по применению теории марковских процессов при решении задач прогнозирования послойной неоднородности свойств продуктивных пластов, дебитов скважин и динамики изменения состояния фонда скважин.

4. Разработка методов прогнозирования геолого-физических полей, корректировки прогноза и оценки его точности.

Научная новизна

1. Предложен метод оценки параметров призабойной зоны продуктивных пластов (гидропроводности и пьезопроводности) по данным о дебите скважины и устьевом (забойном) давлении при нормальном режиме эксплуатации скважин. Метод основан на модификации интегрального решения М. Маскета прямой задачи подземной гидромеханики для точечного стока.

2. Установлено, что распределение вертикальной послойной неоднородности (пористость, проницаемость и др.) продуктивных пластов описывается односвязной цепью Маркова, позволяющей установить финальные вероятности чередования свойств пород.

3. Показано, что изменение состояния фонда (агрегированных по деби-там групп) скважин на месторождении описывается марковской моделью с непрерывным временем и дискретным числом состояний.

Практическая ценность работы

1. Разработаны инженерные методы оперативного определения оценок гидропроводности и пьезопроводности призабойной зоны продуктивного пласта по данным замеров дебита и устьевого (забойного) давления. Эти методы позволяют решить проблемы синхронного информационного обеспечения адаптации ПДМ ГТМ, а для "интеллигентных" скважин (smart wells) — определять по запросу состояние скважины и призабойной зоны.

2. Разработан и опробован алгоритм корреляционного сжатия при обработке данных геофизических исследований скважин (ГИС) для выявления локальных зон изменения структуры неоднородности пластов без привязки к вертикальному разрезу скважин.

3. Марковские модели прогнозирования финальных вероятностей послойной неоднородности пластовых систем (пористость, проницаемость, нефтенасыщенность и др.) дают возможность упорядочить процесс ремас-штабирования вертикального шага дискретизации сеточной модели пласта, организовать имитационное моделирование при создании и адаптации ПДГТМ, а также использовать их при оперативном решении текущих задач.

4. Марковские модели динамики изменения состояния фонда скважин дают оценки переходных вероятностей в виде относительных частот пребывания агрегированных групп скважин в определенных состояниях, на основе которых можно прогнозировать объем добычи нефти на заданный промежуток времени, конечное состояние фонда скважин и извлекаемые запасы.

5. Предложен и опробован метод прогнозирования полей геолого-физических показателей продуктивного пласта, метод оптимальной корректировки прогноза по данным в скважинах - точках, который применим для решения текущих задач разработки и приближенной оценки результатов численного моделирования пластовых систем в произвольной области или точке поля.

6. Методические рекомендации по прогнозированию геолого-физических полей продуктивных пластов, алгоритм прогнозирования полей геолого-физических признаков, алгоритм корректировки прогноза, алгоритм построения карт геолого-физических показателей и результаты контрольного расчета внедрены на предприятиях ОАО "Гемма" (г. Краснодар) и ОАО "СибНИИНП" (г. Тюмень).

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались на региональной молодежной научной конференции "Геологи XXI века" (г. Саратов, 2000 г.), на региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов (г. Саратов, 2001 г.), на втором международном симпозиуме "Геотехнология: скважинные способы освоения месторождений полезных ископаемых" РУДН (г. Москва, 2005 г.), на четвертой международной научно-технической конференции "Современные технологии освоения минеральных ресурсов" (г. Красноярск, 2006 г.), на заседании научно-технического совета ОАО "РосНИПИтермнефть" (г. Краснодар, 2004 г.), на кафедре прикладной математики КГУ (г. Краснодар, 2006 г.), на совместном заседании кафедр нефтегазового промысла и оборудования нефтегазового промысла (г. Краснодар, 2008, 2009 г.г.).

Публикации

Основное содержание диссертации отражено в 9 печатных работах, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объём работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников из 68 наименований. Работа изложена на 126 страницах машинописного текста, содержит 9 таблиц, 21 рисунок.

Заключение диссертации по теме «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», Захарченко, Евгения Ивановна

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Создание современных постоянно действующих моделей (ПДМ) разработки месторождений нефти и газа невозможно без использования синхронизированных во времени результатов промысловых исследований по всему эксплуатационному фонду скважин.

2. Дефицит промысловых исследований по текущему состоянию объекта разработки необходимо компенсировать регистрацией, анализом и обработкой временных рядов, получающихся при периодическом опросе датчиков забойного (устьевого, затрубного) давления, дебита скважины, содержания воды и др. по всем добывающим и нагнетательным скважинам. Дан формальный вывод уравнения Винера - Хопфа - Колмогорова на основе решения М. Маскета для точечного стока. Разработан метод определения пластового давления по данным нормальной эксплуатации скважины. На примере обработки стационарных процессов изменения текущего забойного давления и дебита скважины при нормальной эксплуатации построена локальная модель системы "скважина — пласт", определены пластовое давление, гидро-проводность и пьезопроводность продуктивного пласта в прискважинной зоне (зоне влияния).

3. Предложен и опробован алгоритм корреляционного сжатия при обработке данных ГИС и сейсморазведки для выявления локальных зон неодно-родностей пластов без привязки к вертикальному разрезу скважины.

4. На основании анализа пористости, проницаемости, размеров керна образцов показано, что послойная неоднородность пород (пористость, проницаемость, прочность и др.) описывается односвязной цепью Маркова, позволяющей установить финальные вероятности чередования свойств пород.

5. Для прогнозирования количества скважин с дебитами в заданных интервалах, объема добычи нефти, конечного состояния фонда скважин и извлекаемых запасов разработан метод агрегированного подхода к изменению состояния фонда скважин как к марковской модели с непрерывным временем и дискретным числом состояний.

6. Разработана процедура оценки эффективности эксплуатации скважины по суточной прибыли, позволяющая решать задачи оперативного управления объемом добычи в зависимости от коньюктуры цен на мировом рынке, определять оптимальный момент времени для проведения ГТМ, оперативно контролировать состояние всего фонда скважин и динамику изменения состояния скважин.

7. Предложен и опробован метод и алгоритмы прогнозирования геолого-физических показателей продуктивного пласта, включающие расчет оптимального радиуса прогноза (в смысле заданного значения дисперсии поля), процедуру прогноза в известные скважино-точки поля, корректировку прогноза и собственно прогноз в произвольную точку сетки, нанесенную на месторождение с заданным шагом по осям Y и X.

8. Все указанные разработки, алгоритмы и программы используются в курсах лекций по дисциплинам нефтегазовых специальностей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Захарченко, Евгения Ивановна, 2010 год

1. Азиз А., Сеттари Э. Математическое моделирование пластовых систем. — М.: Недра, 1982. — 295 с.

2. Баренблат Г.И. и др. Теория нестационарной фильтрации жидкости и газа. — М.: Недра, 1972. — 330 с.

3. Батурин А.Ю. Геолого-технологическое моделирование разработки нефтяных и газовых месторождений. — М.: ОАО "ВНИИОЭНГ", 2008. — 116 с.

4. Браун Р., Мэзон Р., Фламгольц Э. и др. Исследование операций. — М.: Мир, 1981. —678 с.

5. Бузинов С.Н., Умрихин И.Д. Исследование пластов и скважин при упругом режиме фильтрации. — М.: Гостоптехиздат, 1964. — 265 с.

6. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. — М.: Наука, 1969. — 576 с.

7. Власов С.П. Эффективные вычислительные технологии для геолого-технологического моделирования и разработки нефтегазовых месторождений./ Автореф. канд. диссерт. на соискание уч. ст. канд. техн. наук. — Ижевск, 2007. — 24 с.

8. Воронский В.Р., Максимов М.М. Система обработки информации при разработке нефтяных месторождений. — М.: Недра, 1975. — 232 с.

9. Временное методическое руководство по анализу технологических процессов нефтедобычи в условиях недостаточной информации./ Мирзад-жанзаде А.Х., Вахитов Г.Г. и др. — М.: ВНИИнефть, 1978. — 88 с.

10. Гроп Д. Методы идентификации систем. — М.: Мир, 1979. — 302 с.

11. Данильченко О.Н. Методические принципы информационной поддержки адаптации геолого-технологических моделей./ Автореф. канд. диссерт. на соискание уч. ст. канд. техн. наук. — Краснодар, 2006. — 24 с.

12. Душейко Д.П. Совершенствование подбора кривых фазовых прони-цаемостей при моделировании разработки нефтяных залежей./ Автореф. канд. диссерт. на соискание уч. ст. канд. техн. наук. — Краснодар, 2005. — 24 с.

13. Дэвис Дж. С. Статистический анализ данных в геологии. — М.: Недра, т. 2, 1990.—472 с.

14. Захарченко Е.И. Изучение скоростей продольных и поперечных волн в ПМ ВСП.// Сборник докладов. "Геологи XXI века". Материалы региональной молодежной научной конференции, Саратов, 2001. — с. 62 — 63.

15. Захарченко Е.И. Интерпретация данных ГИС, ВСП и ОГТ (на примере Варавенской площади).// Сборник докладов. "Геологи XXI века". Материалы региональной молодежной научной конференции, Саратов, Саратов, 2002. — с. 63 — 68.

16. Захарченко Е.И. Обоснование принципов построения динамической модели продуктивного пласта./ Гнездов А.В.// Научно-технический журнал "Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море", Москва, 2008, №4. — с. 45 — 48.

17. Захарченко Е.И. Приложение цепей Маркова к оценке извлекаемых запасов нефти и газа.// Сборник докладов. "Современные технологии освоения минеральных ресурсов". Материалы 4 международной научно-технической конференции, Красноярск, 2006. — с. 132 — 134.

18. Захарченко Е.И. Применение марковских процессов при рассмотрении механизма кернообразования и прогнозирования размеров керна.// Аналитический научно-технический журнал "ГеоИнжиниринг", "Омега-Принт",2006. —с. 83 — 88.

19. Захарченко Е.И. Прогнозирование геолого-физических полей в нефтегазодобыче./ Вартумян Г.Т., Гилаев Р.Г., Савчук Д.В.// Научно-технический журнал "Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море", Москва, 2009, №12. — с. 24 — 27.

20. Захарченко Е.И. Сравнительный анализ волновых полей (на примере Морозовской площади).// Сборник докладов. Государственный учебно-научный центр "Колледж", Саратов, 1999. — с. 41 — 44.

21. Захарченко Е.И. Изучение неоднородностей геологического разреза ПМ ВСП в условиях сложных сред (на примере Хадыженской площади

22. ЗКП)./ Мирзоян Ю.Д.// Сборник докладов. Государственный учебно-научный центр "Колледж", Саратов, 1999. — с. 71.

23. Ивахненко А.Г., Пека П.Ю., Востров Н.Н. Комбинированный метод моделирования водных и нефтяных полей. — Киев: Наукова думка, 1984. — 152 с.

24. Инструкция по оценке технико—экономической эффективности применения физико-химических методов повышения нефтеодачи пластов и интенсификации добычи нефти. — Тюмень, СИБНИИНП, 1990. — 60 с.

25. Иоффе О.П. Материалы научно-практической конференции "Проектирование и разработка нефтяных месторождений". — М.: ОАО ВНИИО-ЭНГ, 1999. — с. 389 — 390.

26. Казакевич Д.И. Основы теории случайных функций и её применение в гидрометеорологии. — Л.: Гидрометеоиздат, 1977. — 318с.

27. Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. — М.: Химия, 1968. — 378 с.

28. Кемени Дж., Снелл Дж. Конечные цепи Маркова. — М.: Наука, 1970. —235 с.

29. Кендал М.Дж., Стюарт А. Статистические выводы и связи. — М.: Наука, 1973. —899 с.

30. Ли Ц., Джавж Д., Зельнер А. Оценивание параметров марковских моделей по агрегированным временным рядам. — М.: Статистика, 1977. — 312 с.

31. Лившиц Н.А., Пугачёв В.Н. Вероятностный анализ систем автоматического управления. — М.: Советское радио, 1967. — 886 с.

32. Липатов Л.П. Типовые процессы химической технологии как объекты управления. Л.: Химия, 1973. — 392 с.

33. Лыков А.В. Теория теплопроводности. — М.: Высшая школа, 1967.600 с.

34. Лысенко В.Д. Инновационная разработка нефтяных месторождений.1. М.: Недра, 2000. — 516 с.

35. Лысенко В.Д. Оптимизация разработки нефтяных месторождений.1. М.: Недра, 1991. — 320 с.

36. Лысенко В.Д. Проектирование разработки нефтяных месторождений. — М.: Недра, 1987. — 320 с.

37. Лысенко В.Д. Разработка нефтяных месторождений. Теория и практика. — М.: Недра, 1996. — 367 с.

38. Маскет М. Течение однородных жидкостей в пористой среде. — М.: Гостоптехиздат, 1949. — 316 с.

39. Методическое руководство по оценке технической эффективности применения методов увеличения нефтеотдачи пластов. — М.:, ВНИИ, 1994. — 56 с.

40. Мирзаджанзаде А.Х., Караев А.К., Ширинзаде С.А. Гидравлика в бурении и цементировании нефтяных и газовых скважин. — М.: Недра, 1977. — с. 169—173.

41. Мирзаджанзаде А.Х., Степанова Г.С. Математическая теория эксперимента в добыче нефти и газа. — М.: Недра, 1977. — с. 138 — 145.

42. Никифоров С.В. Оптимизация систем разработки нефтяных месторождений на поздней стадии эксплуатации./ Автореф. канд. диссерт. на соискание уч. ст. канд. техн. наук. — Тюмень, 2006. — 24 с.

43. Организация ремонтного обслуживания в нефтегазовой промышленности США.// Обз. инф. Серия экономика. — М.: ВНИИОЭНТ, 1985. — 40 с.

44. Основы автоматического управления./ Под ред. Пугачева B.C. — М.: Наука, 1974. — 192 с.

45. Отт В.И. Проблема и перспективы развития технологий заканчива-ния, эксплуатации и ремонта скважин./ Автореф. канд. диссерт. на соискание уч. ст. канд. техн. наук. — Тюмень, 2001. — 24 с.

46. Петров В.А., Мальцев В.А. Зависимость оценки сложности геологических объектов от плотности сети наблюдений. — М.: Разведка и охрана недр, 1986, №12. —с. 18 — 21.

47. Пугачев B.C. Теория случайных функций и её применение к задачам автоматического управления. — М.: Физматгиз, 1962. — 630 с.

48. Райбман Н.С., Чадеев В.М. Построение моделей процессов производства. — М.: Энергия, 1975. — 376 с.

49. РД 39Р-0148463-0001 -90. Руководящий документ "Методика и регламент расчета на ЭВМ технологической эффективности ГТМ "ВНИИ", М., 1990. —60 с.

50. Роберте С.М. Динамическое программирование в процессах химической технологии и методы управления. — М.: Мир, 1965. — 488 с.

51. Романенко А.Ф., Сергеев Г.А. Вопросы прикладного анализа случайных процессов. — М.: Советское радио, 1968. — 256 с.

52. Руководство пользователя. Построение прокси-модели пласта. ООО "РН — УфаНИПИнефть". — Уфа, 2008. — 46 с.

53. Сидельников К.А. Гидродинамическое моделирование пластовых систем на основе линий тока./ Автореф. канд. диссерт. на соискание уч. ст. канд. техн. наук. — Ижевск, 2007. — 24 с.

54. Соколов B.C. Обоснование технологий интенсификации добычи и повышения нефтеотдачи пласта на основе литолого-фациальной модели продуктивных коллекторов./ Автореф. канд. диссерт. на соискание уч. ст. канд. техн. наук. — Тюмень, 2006. — 24 с.

55. Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождений. Проектирование разработки./ Под ред. Ги-матудинова Ш.К. — М.: Недра, 1983. — 600 с.

56. СТП35-95. Место оценки эффективности геолого-технических мероприятий ОАО "Сургутнефтегаз", 1995. — 46 с.

57. Сулейманов Э.И., Низамов В.В., Землянска Я.С. Определение эффективности методов увеличения нефтеодачи. — М: Нефтяное хозяйство, 1996, №12. —с. 37 — 38.

58. Тейл Г. Прикладное экономическое прогнозирование. — М.: Прогресс, 1970. —510 с.

59. Трахман Г.И. Эффективность ремонта скважин за рубежом.// Обз. инф. Серия нефтепромысловое дело. — М.: ВНИИОЭНТ, 1984, вып. 5. — 60 с.

60. Урсул А.Д. Информация и мышление. — М.: Знание, 1970. — 48 с.

61. Фарлоу С. Уравнения с частными производными. — М.: Мир, 1985.384 с.

62. Химмельблау Д. Анализ процессов статистическими методами. — М.: Мир, 1973. —957 с.

63. Чарный И.А. Подземная гидрогазодинамика. — М.: Гостроптехиз-дат, 1963. — 196 с.

64. Чикин А.Е. Мониторинг воздействия на нефтяные пласты (часть 1).//Нефтяное хозяйство, Москва, 2003, №9. — с. 71 — 73.

65. Чикин А.Е. Мониторинг воздействия на нефтяные пласты (часть 1).//Нефтяное хозяйство, Москва, 2003, №10. — с. 106 — 107.

66. Швидлер М.И. Фильтрационные течения в неоднородных средах. — М.: Гостоптехиздат, 1963. — 135 с.

67. Швидлер М.И., Данилов Б.Л. О расщеплении задач многомерной фильтрации несжимаемых жидкостей.// Докл. АН СССР, 1973, №5. — с. 10771078.