Разработка методов комплексного проектирования размещения кустов скважин и установок подготовки газа тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.12, кандидат технических наук Соловьев, Владимир Владимирович

• Соловьев, Владимир Владимирович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Соловьев, Владимир Владимирович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ, ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛИ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Краткая характеристика процесса проектирования разработки газовых месторождений

1.2. Основные принципы размещения технологических объектов

1.2.1. Размещение эксплуатационных газовых скважин

1.2.2. Размещение кустовых площадок (кустование)

1.2.3. Размещение объектов подготовки

1.3. Проектирование разработки залежей газа на основе постоянно-действующих геолого-технологических моделей

1.4. Постановка задач автоматизированного формирования вариантов размещения технологических объектов

1.4.1. Постановка и математическая формулировка задачи размещения добывающих скважин

1.4.2. Постановка и математическая формулировка задачи размещения кустовых площадок и распределение скважин по кустам

1.4.3. Постановка и математическая формулировка задачи размещения УКПГ

Выводы по разделу

2. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ РАЦИОНАЛЬНОГО РАЗМЕЩЕНИЯ СКВАЖИН, КУСТОВЫХ ПЛОЩАДОК, РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СКВАЖИН ПО КУСТАМ И РАЗМЕЩЕНИЯ УКПГ

2.1. Применение метода анализа иерархий для расчета исходных параметров модели размещения скважин

стр

13 13 15

17

24

24

27

29

33

2.2. Алгоритм решения задачи размещения скважин

2.3. Алгоритм решения задачи размещения кустовых площадок и распределения скважин по кустам

2.4. Алгоритмы решения задач размещения УКПГ 54 Выводы по разделу 2 57 3. ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ МОДЕЛЕЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РАЗМЕЩЕНИЯ СКВАЖИН, КУСТОВЫХ ПЛОЩАДОК И УКПГ

3.1. Краткая характеристика исследуемого объекта разработки

3.2. Теоретические основы трехмерного

газогидродинамического моделирования

3.3 Основные этапы создания газогидродинамической модели 77 Ханчейского ГКМ

3.4. Применение алгоритмов автоматизированного размещения технологических объектов при проектировании

разработки Ханчейского ГКМ

3.4.1. Размещение скважин

3.4.2. Размещение кустовых площадок и распределение 99 скважин по кустам

3.4.3. Размещение УКПГ 101 3.5. Сравнение сформированного варианта разработки и обустройства Ханчейского месторождения с экспертным вариантом 106 Выводы по разделу 3 114 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 115 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методов комплексного проектирования размещения кустов скважин и установок подготовки газа»

ВВЕДЕНИЕ

В настоящей работе объектом исследования является разработка алгоритмов автоматизированного формирования рациональных вариантов размещения скважин, кустовых площадок (при кустовом размещении скважин) на газовых (газоконденсатных) залежах и объектов промысловой подготовки газа. Такие алгоритмы могут являться частью математического обеспечения систем автоматизированного проектирования разработки и обустройства месторождений природного газа. Одним из основных путей повышения качества проектных вариантов являются обеспечение тесного взаимодействия моделей фильтрации и оптимизации, учет данных различного характера (измеряемых природных факторов, рассчитываемых технологических параметров и технико-экономических показателей, экспертных оценок). Именно на реализацию этого направления предлагается акцентировать исследования, представленные в данной работе.

Как известно, целью проектирования процессов освоения нефтяных и газовых месторождений являются формирование и выбор вариантов их разработки, обеспечивающих приемлемые значения технико-экономических показателей эффективности эксплуатации залежей. Одним из направлений, ориентированных на достижение этой цели, является внедрение средств автоматизированного проектирования, позволяющих расширить возможности проектировщиков за счет привлечения строгих математических методов, реализованных в виде программных комплексов, основным назначением которых является имитация поведения сложных пластовых систем при различных управляющих воздействиях и технико-экономическая оценка эффективности таких воздействий. Причем потребность в таких математических и программных средствах поддержки принимаемых проектных решений возрастает с каждым годом в связи с тем, что тенденция увеличения доли запасов углеводородного сырья, относимых к трудноизвлекаемым, сохранится не только на ближайшую перспективу, но и

в будущем. Уже в настоящее время половина запасов углеводородного сырья относится к трудноизвлекаемым.

К месторождениям с трудноизвлекаемыми запасами нефти и газа относятся месторождения углеводородов, характеризующиеся сложным геологическим строением, большой степенью неоднородности и значительной глубиной залегания продуктивных пластов, неблагоприятными физико-химическими свойствами пластовых флюидов, сложными термобарическими условиями.

При проектировании таких месторождений приходится формировать значительное число исходных проектных вариантов, из которых впоследствии выбирается окончательный вариант. Поэтому в таких случаях требуется дополнять знания, опыт и интуицию проектировщиков большим объемом геолого-промысловой информации и значительным объемом расчетных данных, что с необходимостью влечет применение средств автоматизированного проектирования. Т.к. поиск рационального размещения технологических объектов (скважин, кустовых площадок, установок комплексной подготовки газа), распределения скважин по кустам относится к числу основных задач проектирования разработки и обустройства месторождений газа, то все отмеченные выше обстоятельства, прежде всего, касаются формализованного решения этих задач, что предопределяет актуальность данной работы.

Следует также отметить, что особенностью разработки и обустройства месторождений природного газа является то, что именно добываемый газ является основным «носителем» энергии, необходимой для его продвижения от пласта к головным сооружениям магистрального транспорта. Поэтому возрастает значение согласованного решения задач разработки и обустройства залежей газа, на что ориентированы предлагаемые модели и алгоритмы.

С учетом необходимости преодоления отмеченных выше проблем целью настоящих исследований является разработка автоматизированных

процедур формирования схем расстановки скважин и распределения скважин по кустам, размещения кустовых площадок и установок комплексной подготовки газа (УКПГ), направленных на обеспечение высоких значений технико-экономических показателей эффективности разработки залежей природного газа.

Для достижения поставленной цели предлагается решить следующие основные задачи:

1) проанализировать существующие средства автоматизированного формирования схем размещения скважин, кустовых площадок, УКПГ и распределения скважин по кустам на месторождениях нефти и газа;

2) исследовать математические модели выбора рациональных схем размещения скважин на газовых залежах, и их модификация;

3) разработать процедуры формирования исходной информации для решения задачи размещения скважин и обоснование алгоритмов её решения;

4) поставить и математически сформулировать задачи оптимального размещения кустовых площадок и распределения скважин по кустам, размещения УКПГ;

5) разработать алгоритмы решения задач размещения кустовых площадок, УКПГ и распределения скважин по кустам;

6) провести апробацию предлагаемых моделей, алгоритмов и их программной реализации на примере проектирования разработки реальных объектов добычи газа.

Таким образом, на защиту выносятся следующие основные положения и результаты:

1) комплекс моделей и алгоритмов для автоматизированного формирования схем размещения добывающих скважин, кустовых площадок, УКПГ, распределения скважин по кустам;

2) результаты численного исследования и апробации предлагаемых моделей и алгоритмов при их использовании для проектирования разработки реальных объектов добычи газа.

Исследования, представленные в настоящей диссертации базируются на трудах видных российских и зарубежных специалистов таких, как X. Азиз [1], С.Н. Закиров [28], Г.А.Зотов [33], Ю.П. Коротаев [37], Г.Б. Кричлоу [40], В.Н. Кулибанов [6], М.В. Мееров[64], Р. В. Сенюков[57], В.В. Скворцов [60], В.Р. Хачатуров [66], А.Х. Шахвердиев [67].

Основные результаты диссертации были опубликованы в работах [24, 25, 26, 42, 52, 62, 73] и представлены на VI-й Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов "Новые технологии в газовой промышленности" (Москва, 2005), VIII-й Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов "Новые технологии в газовой промышленности" (Москва, 2009), Международных конференциях «WGRR-10» (Москва, 2010), «12th European Conference on the Mathematics of Oil Recovery» (Оксфорд, 2010), IX-й Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов "Новые технологии в газовой промышленности" (Москва, 2011).

Диссертация выполнялась на кафедре Разработки и эксплуатации газовых и газоконденсатных месторождений РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина под руководством д.т.н., проф. А.И. Ермолаева, которому автор выражает искреннюю благодарность. Автор также выражает свою признательность коллективу кафедры за внимание и поддержку, проявленные к данной работе.

1. ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ» ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛИ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ 1Л. Краткая характеристика процесса проектирования разработки газовых месторождений

Рост потребности в энергоносителях стимулирует вовлечение в разработку трудноизвлекаемых запасов углеводородного сырья, что, в свою очередь, требует внедрения сложных и весьма затратных технологий разработки месторождений нефти и газа.

Усложнение самих объектов добычи газа, а также технологий их разработки влечет и оправдывает применение автоматизированных систем проектирования и управления разработкой газовых месторождений, помогающих осуществлять выбор и реализацию наиболее приемлемых технологических способов извлечения запасов углеводородов в заданных природных и экономических условиях [35, 47, 56].

В последнюю четверть XX века и в начале XXI столетия для решения технико-экономических задач все большее применение находят различные методы математического программирования и моделирования, использующие новейшие средства компьютерной поддержки. Эти методы успешно применяются для оптимизации систем и технологий разработки нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений.

На открытие и разведку нефтегазовых месторождений затрачиваются значительные материальные и финансовые средства. Поэтому важной задачей является повышение степени извлечения углеводородов из продуктивных пластов. Следовательно, при сопоставлении различных систем разработки месторождения и выборе наилучшего варианта разработки должное внимание необходимо обращать на достигаемые величины коэффициентов извлечение нефти, газа и конденсата. Кроме внедрения более совершенных технических установок и технологических решений поставленную цель можно достичь и с помощью разработки математических средств поддержки принимаемых проектных решений.

В настоящее время в этом направлении зарубежными и отечественными компаниями создано множество программных и аппаратных средств, которые успешно применяются во всех сферах нефтегазодобывающей промышленности. С помощью таких средств инженеры-проектировщики могут прогнозировать показатели разработки на весь период эксплуатации месторождения, что является отправной точкой для процедур формирования и выбора наилучших вариантов размещения скважин и других характеристик, оставляющих основу проектов разработки месторождения.

Все это реализуется благодаря возросшей вычислительной мощности компьютеров и новейшим прикладным программным комплексам, которые позволяют сформировать целый перечень вариантов разработки месторождений с различным расположением стволов скважин в продуктивном пласте [7], что направлено на выбор стратегии разработки месторождения, обладающей высокими значениями показателей технико-экономической эффективности.

Но даже при использовании современных программных продуктов по моделированию разработки месторождений инженеру-проектировщику приходиться тратить большое количество времени на создание и анализ множества вариантов разработки пласта, отличающихся различным размещением и конфигурацией скважин, режимами их работы. Учитывая все это, в первую очередь, крайне важной является разработка различных средств автоматизированного проектирования, позволяющих сократить время, необходимое для создания проектов, приемлемых по технико-экономическим показателям. При учете значительного числа природных и технико-технологических факторов возможны ситуации, когда для рационального размещения скважин кроме опыта и интуиции специалистов необходимо привлечение формализованных алгоритмов поиска и выбора лучшего варианта размещения скважин. При решении этих задач необходимо переходить от знаний, интуиции и опыта эксперта-проектировщика к

9

автоматизированному проектированию систем разработки [14], использующему эти знания, интуицию и опыт наравне с объективной информацией, получаемой с помощью гидродинамического моделирования и алгоритмов оптимизации.

При решении задач прогнозирования и проектирования разработки месторождений природных углеводородов одним из основных этапов является процесс рационального размещения эксплуатационных скважин в пласте [12]. Схема размещения скважин является основной характеристикой варианта разработки. Под рациональным размещением скважин обычно понимают такое их расположение, которое обеспечивает наиболее высокие технико-экономические показатели при выполнении заданных условий разработки. Проблема рационального размещения скважин - часть проблемы проектирования рациональной системы разработки, так как схема размещения скважин и их число входят в понятие системы разработки.

Вопросы рационального размещения скважин освещались во многих работах российских и зарубежных авторов [2, 5, 9, 18, 29, 31, 36, 38, 43, 51, 57 ,58, 67, 70, 71, 75, 76, 77, 79, 81].

На ранней стадии развития газовой промышленности выбор схемы размещения газовых скважин основывался на опыте размещения нефтяных скважин. Но в 60-х и в начале 70-х годах XX столетия отечественная наука столкнулась с задачей разработки уникальных по запасам газовых и газоконденсатных залежей Западной Сибири и ряда других месторождений. Это потребовало создания теоретических основ проектирования разработки таких месторождений. В геологическом плане большинство из этих месторождении имели мощные газонасыщенные пласты с достаточно однородным строением. Для их разработки применимы системы вертикальных скважин с регулярной схемой размещения. Вопрос о рациональном размещении скважин в этом случае трансформируется в проблему поиска рациональных расстояний между скважинами (проблему поиска оптимальной плотности сетки скважин).

В одной из первых работ [41] по теоретическим основам разработки газовых месторождений было показано, что размещение газовых скважин должно включать в себя такие важные вопросы как:

1) расположение скважины на структуре;

2) форма сетки размещения на структуре;

3) расстояние между скважинами;

4) порядок ввода скважин в эксплуатацию.

Руководствуясь вышеуказанными факторами, влияющими на размещение скважин, авторы работы [3] считают, что для решения вопроса о размещении скважин на структуре необходимо исходить из формы и типа залежи; величины пластового давления по толщине и по площади; характера изменения толщины газоносного пласта — точнее изменения емкостных параметров пласта по площади; наземных условий бурения скважин (шельфовая зона, наличие исторических или оборонных объектов, населенных пунктов, заповедных зон и т.д.) и т.д.

Необходимо также отметить, что проектирование разработки газовых месторождений является многостадийным в силу того, что процесс разработки газового месторождения подразделяется на два периода: опытно-промышленной эксплуатации и промышленной разработки месторождения.

Назначение опытно-промышленной эксплуатации заключается в следующем:

1) введение в разработку месторождения до полного окончания его разведки;

2) осуществление дальнейшей разведки месторождения;

3) определение запасов газа по данным опытно - промышленной эксплуатации месторождения и подготовка исходных данных для проектирования промышленной разработки.

В соответствии с названными периодами разработки выделяют два этапа в проектировании разработки газового месторождения: первый этап -

составление проекта опытно - промышленной эксплуатации месторождения, второй этап - составление проекта разработки.

Проект опытно-промышленной эксплуатации месторождения составляется на основе небольшого объема геолого-промысловой информации при утвержденных по категориям С1 и С2 запасах газа.

Проектом опытно-промышленной эксплуатации месторождения предусматривается проведение комплекса геолого-геофизических, газогидродинамических, термодинамических, акустических исследований скважин и пластов.

В результате этих исследований уточняется тектоническое строение месторождения и водоносного пласта, конфигурация месторождения и характеристика газо-водяного контакта (ГВК) коллекторские свойства газоносного и водоносного пластов, допустимые технологические режимы эксплуатации.

Для решения названных задач проектом предусматривается, бурение эксплуатационных и наблюдательных скважин, обосновывается их размещение в области газоносности, водоносности и на структуре. Исходя из характеристики коллекторов, рекомендуются для апробации те или иные методы интенсификации добычи газа, обосновывается технологическая схема сбора, обработки газа и подготовки его к дальнейшему транспорту в период опытно - промышленной эксплуатации месторождения.

По данным опытно-промышленной эксплуатации месторождения уточняются начальные запасы газа по месторождению в целом, а при возможности и по отдельным пластам.

Для опытно-промышленной эксплуатации месторождения предусматривается срок до 5 лет.

Опытно-промышленная эксплуатация после её окончания переходит в промышленную разработку месторождения, осуществляемую в соответствии с проектом.

В процессе промышленной разработки месторождения требуется бурение значительного числа скважин. Каждая новая скважина уточняет, а иногда и меняет представление о месторождении и водоносном бассейне. Изучение месторождения и процессов, протекающих при его разработке, не заканчиваются бурением последней скважины. На каждом этапе разработки представления о месторождении все более уточняются.

При реализации проекта разработки, ведется контроль процессов, происходящих в пласте. Обобщаются новые геолого-геофизические и промысловые данные. На основе накапливаемого материала анализируется разработка месторождения.

Итак, к основным вопросам, которые решаются на стадии проектирования разработки и обустройства месторождений природного газа, следует, прежде всего, отнести формирование и выбор схем размещения скважин на структуре, размещение кустовых площадок и распределения скважин по кустам, размещение установок комплексной подготовки газа (УКПГ).

1.2. Основные принципы размещения технологических объектов 1.2.1. Размещение эксплуатационных газовых скважин В теории и практике разработки газовых месторождений известны различные системы размещения скважин на площади газоносности [30, 32 и др.]. Некоторые исследователи разделяют схемы на две группы: гидродинамически равномерное и неравномерное размещение скважин [ 11 и др.]. В работе [30] их делят на следующие виды:

1) равномерное размещение по квадратной или треугольной сетке;

2) размещение скважин в виде кольцевых батарей или цепочек скважин;

3) размещение скважин в центральной (сводовой) части залежи;

4) размещение скважин в виде кустов;

5) неравномерное размещение скважин на площади газоносности.

Равномерное размещение газовых скважин используется, если продуктивный пласт имеет постоянную толщину по всей площади (в природе такие залежи практически отсутствуют) и постоянные емкостные и фильтрационные параметры. Следует отметить, что с точки зрения теории разработки природных газов эта система является наиболее простой и изученной. Как правило, даже на достаточно пологих структурах приконтурной части залежи газонасыщенная толщина снижается, и становится равной нулю у внешнего контура водоносности. Следовательно, площадь, дренируемая приконтурными скважинами, должна быть намного больше, чем в сводовой части залежи. С учетом этого обстоятельства, если производиться равномерное размещение скважин, то удельные запасы, и соответственно дебиты, приходящиеся на одну скважину на этой части залежи будут намного меньше, чем в центральной зоне. Из этого следует, что перед тем, как бурить скважины в приконтурной части продуктивного пласта, необходимо тщательно оценить их стоимость, дренируемые запасы, подключение их к УКПГ, возможность их быстрого обводнения. Все эти факторы, несомненно, должны учитываться при рациональной разработке залежи [3].

Можно отметить, что влияние формы сетки размещения на однородной залежи вертикальных газовых скважин изучено в достаточной степени. В частности, исследовано влияние квадратной и треугольной сетки размещения на дебит газовой скважины. Различие этих сеток с практической точки зрения минимально, так как еще в работе [32] было показано, что форма удельной площади дренирования мало влияет на дебит скважины, и с высокой степенью точности ее можно заменить равновеликим кругом. Следуя этому выводу, равномерное размещение скважин можно охарактеризовать двумя параметрами: числом скважин и общей площадью газонасыщенной залежи (отношение второго к первому определяет удельную площадь дренирования). Равномерное размещение скважин рекомендуется при разработке газовых (газоконденсатных) месторождений в условиях

14

газового режима и однородности продуктивного пласта по коллекторским свойствам. В этих условиях, при равномерном размещении скважин на площади газоносности пластовое давление на границах их зон дренирования в течение всего времени разработки (эксплуатации) примерно одинаково и близко к средневзвешенному пластовому давлению. Если продуктивный пласт однороден по коллекторским свойствам, то гидродинамически равномерное размещение совпадает с геометрически равномерным размещением: расстояние между скважинами будут приблизительно равны между собой. Несомненно, что понятие равномерного размещения скважин как системы, позволяющей равномерно дренировать залежь, весьма важно при нахождении рациональных подходов к решению проблемы рационального размещения скважин.

Равномерное размещение не является эффективным, когда разрабатывается коллектор с неоднородными и сложными фильтрационно-емкостными свойствами. В таких случаях оправдано использование неравномерных схем размещения скважин. Например, при освоении ряда крупных месторождений Крайнего Севера более выгодным оказалось батарейно-кустовое размещение скважин. Этому, с одной стороны, способствовали удаленность объектов от обжитых мест, полное отсутствие инфраструктуры, суровый климат, сложный рельеф местности, а, с другой -высокие коллекторские свойства газовых пластов, позволяющие сконцентрировать скважины в сводовой части пласта (в центральной зоне) без образования высокой общей воронки [4,29].

1.2.2. Размещение кустовых площадок (кустование)

Преимущество кустового размещение скважин очевидно, поскольку

позволяет значительно снизить капитальные затраты, связанные с

повышенной металлоемкостью, протяженностью дорог и коммуникаций, а

также платы за использование земель под строительство скважин,

предотвратить значительный ущерб, наносимый при этом поверхностным

15

участкам, особенно в тундре и зонах многолетнемерзлых пород Крайнего Севера. Эксперты также отмечают преимущества таких систем размещения скважин [4, 32, 41], а также сокращение сроков разбуривания площади и освоения месторождения [4, 29].

Существующие технологии наклонно-направленного бурения позволяют реализовывать скважины практически любого профиля, увеличивая тем самым количество скважин в кусте, и, реализуя при этом предусмотренную систему размещения скважин. Однако стоит отметить, что при увеличении длины ствола скважины растут потери давления на трения, что, в свою очередь, приводит к более быстрому снижению устьевого давления, и вследствие этого сокращению бескомпрессорного периода эксплуатации месторождения и более раннему ввода дожимной компрессорной станции (ДКС).

Удлинение скважин также ведет к удорожанию ее строительства, поэтому должен быть некий баланс между количеством кустов и максимально возможным отходом скважины от вертикали, который определяется возможностью конкретной буровой установки.

Также существует необходимость учета ряда дополнительных факторов при размещении кустов. Так, в частности, в отличие от месторождений других регионов система размещения эксплуатационных скважин (кустов скважин) на Крайнем Севере выбирается не только в результате гидрогазодинамических расчетов течения пластовых флюидов (критериями в которых обычно служат требования достаточно равномерной отработки залежей и в итоге повышения газо-, нефте- и конденсатоотдачи продуктивных пластов), но и исходя из реалистической оценки инженерно-геологических условий территории [13], таких, как, например, заболоченность местности, наличие водоохранных и заповедных зон.

Таким образом, важной задачей, кроме поиска наилучшего расположения кустовых площадок, является рациональное распределение

скважин по кустам. Причем для получения обоснованных вариантов обустройства необходим одновременный и согласованный поиск наилучшего расположения кустовых площадок на залежи и наиболее предпочтительного распределения скважин по кустам при известном расположении забоев скважин. В зависимости от используемых критериев оптимальности, ограничений и исходных данных задача кустования может иметь различную математическую интерпретацию.

1.2.3. Размещение объектов подготовки

При размещении УКПГ в качестве исходной информации используются результаты решения предыдущих задач. Поиск оптимального размещения объектов подготовки, сводится к поиску такой топологии сети, при которой минимизируются потери пластовой энергии из-за штуцирования скважин или шлейфов. При этом необходимо также учитывать топографическую основу и расположение уже имеющихся объектов инфраструктуры.

На стадии проектирования систем сбора и подготовки газа (а эти материалы входят составной частью в комплексный проект обустройства месторождений) должны быть уже зафиксированы и согласованы основные показатели проекта разработки.

Таким образом, приведенный выше анализ подтверждает необходимость постановки и решения задач рационального размещения эксплуатационных скважин, кустовых площадок, УКПГ и распределения скважин по кустам с учетом природных характеристик и особенностей конкретного месторождения.

1.3. Проектирование разработки залежей газа на основе постоянно-

действующих геолого-технологических моделей

Современный подход к решению задач прогнозирования,

проектирования и управления разработкой месторождений углеводородов

17

должен основываться на систематическом использовании комплексных геолого-гидродинамических и промысловых моделей. Для краткости их называют геолого-технологическими моделями. Под геолого-технологической моделью понимается комплекс, состоящий из адресной трехмерной геологической модели, детальной гидродинамической и

Заключение диссертации по теме «Системы автоматизации проектирования (по отраслям)», Соловьев, Владимир Владимирович

Выводы по разделу 3

1. С помощью гидродинамического симулятора и учетом геолого-промысловых данных выполнено построение гидродинамической модели Ханчейского ГКМ, что позволило оснастить необходимой информацией для автоматизированного формирования варианта разработки и обустройства этого месторождения.

2. С помощью предлагаемого подхода к комплексному решению задач размещения скважин, размещения кустовых площадок и УКПГ и распределения скважин по кустам сформирован вариант разработки и обустройства пластов Ханчейского ГКМ.

3. Сравнение полученного варианта с вариантом разработки и обустройства Ханчейского ГКМ, сформированного экспертами, позволяет отметить, что варианты обладают близкими значениями основных технологических показателей эффективности процессов разработки и эксплуатации газовых залежей (незначительное превосходство экспертного варианта). Таким образом, проведенные расчеты позволяют сделать вывод о работоспособности предлагаемого подхода к автоматизации процедур формирования вариантов разработки и обустройства реальных объектов добычи газа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные результаты выполненных исследований могут быть сформулированы в виде следующих выводов.

1. Предложены процедуры формализации эвристических правил рационального размещения скважин на газовых залежах, проверенных многолетней практикой разработки залежей углеводородов. Процедуры основаны на методе анализа иерархий, относящегося к методам многокритериального анализа. Это позволяет проводить оценку эффективности той или иной схемы размещения скважин по нескольким показателям, включающим природные, технологические и технико-экономические характеристики. С учетом особенностей конкретной залежи перечень характеристик может быть дополнен и изменен. В отличие от существующих алгоритмов аналогичного назначения, процедуры дают возможность сформировать критерий оптимальности, при использовании которого нет необходимости в проведении расчетов на гидродинамическом симуляторе при каждом изменении координат скважин в процессе оптимизации. Тем самым резко сокращается время, необходимое для поиска оптимальной схемы размещения скважин.

2. Разработана модификация метода ветвей и границ для решения задачи размещения скважин, учитывающая специфику задачи (блочный характер ограничений, наложенных на булевы переменные). Это позволяет не прибегать на каждой итерации поиска оптимального решения к алгоритмам линейного программирования, что также облегчает решение задачи.

3. Предложен алгоритм согласованного решения задачи размещения кустовых площадок и распределения скважин по кустам по критерию стоимости скважин и обустройства газового промысла. Алгоритм за конечное число итерации позволяет получить допустимое решение задачи и проверить полученное решение на оптимальность.

4. Предложены постановки задач размещения УКПГ, учитывающие потери давления во внутрипромысловой газосборной сети. Показано, что задача размещения одной УКПГ может быть сведена к перебору всех допустимых решений, а для решения задачи размещения нескольких УКПГ предлагается её преобразование к модели линейного целочисленного программирования, что позволяет для решения преобразованной задачи применить известные алгоритмы дискретной оптимизации.

Практическая ценность работы заключается в следующем.

1. Разработанные модели и алгоритмы предназначены для решения взаимосвязанных задач, начиная с расстановки скважин на газоносной площади, и, заканчивая размещением УКПГ. Тем самым реализуется принцип единого (комплексного) подхода к проектированию систем разработки и обустройства месторождений природного газа. Это, в конечном счете, повышает степень обоснованности принимаемых проектных решений.

2. Разработанные модели и алгоритмы, как средства автоматизированного формирования схем размещения скважин, кустовых площадок, УКПГ и распределения скважин по кустам на газовом промысле позволяют при фиксированных временных сроках, выделяемых на проведение проектных работ, подвергнуть анализу большее число допустимых вариантов разработки залежей. Это также способствует повышению эффективности проектирования.

3. Предлагаемые модели и алгоритмы оптимизации, реализованные в виде программного комплекса, можно рассматривать в качестве средств автоматизированной генерации предварительных вариантов разработки и обустройства, которые могут быть уточнены специалистами-экспертами.

4. Проведенное численное исследование предлагаемого подхода и его апробация на примере Ханчейского ГКМ показало возможность его использования при проектировании разработки и обустройства реальных объектов добычи газа.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Соловьев, Владимир Владимирович, 2012 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Азиз X., Сеттари Э. Математическое моделирование пластовых систем. -М.: Недра, 1982. - 407 с.

2. Айда-заде K.P., Багиров А.Г. О задаче размещения нефтяных скважин и управления их дебитами.// Автоматика и телемеханика, №1, 2006, с. 5262.

3. Алиев З.С., Бондаренко В.В. Руководство по проектированию разработки газовых и газонефтяных месторождений. - г. Печора: Печорское время, 2002. - 894 с.

4. Андреев О.Ф., Бузинов С.Н., и др. Освоение газовых месторождений Крайнего Севера. - М.: ВНИИГАЗ, 1975. - 213 с.

5. Андреев О.Ф., Бузинов С.Н., и др. Рациональное размещение эксплуатационных скважин на газовых месторождениях Севера Тюменской области // Геология, разработка, транспорт, хранение и переработка природного газа. Сборник трудов института. - М.: ВНИИГАЗ, 1973.-с. 31-49.

6. Ахметзянов A.B., Кулибанов В.Н. К проблеме оптимального управления разработкой нефтяных месторождений // Автоматика и телемеханика. -1998.-№4.-с. 5- 13

7. Басниев К.С. Новый этап в развитии фундаментальных научных основ разработки месторождений углеводородов. / Сб. Разработка нефтяных и нефтегазовых месторождений. Состояние, проблемы и пути их решения. - М.: ВНИИОЭНГ, 1996. - с. 49-53.

8. Батурин Ю.Н., Майер В.П., Дегтянников Е.А. и др. Проектирование разработки и создание постоянно действующих геолого-технологических моделей нефтегазовых месторождений с использованием комплекса программ "Техсхема" // Нефтяное хозяйство. -2003.- №4 -с. 61-64

9. Белитченко В.А. Прогнозирование продуктивности и обоснование размещения скважин при разработке уникальных месторождений в

карбонатных коллекторах Прикаспийской впадины: На примере Астраханского газоконденсатного месторождения. - М.: Дисс. канд. техн. наук: 25.00.17 2002. - 154 с.

10. Вопросы автоматизации решения задач фильтрации на ЭВМ. / Ляшко И.И., Сергиенко И.В., Мистецкий Г.Е., Скопецкий В.В. - Киев: Наукова думка, 1981.-296 с.

11. Вяхирев Р.И., Коротаев Ю.П. Теория и опыт разработки месторождений природных газов. - М.: Недра, 1999. - 412 с.

12. Гиматудинов Ш.К., Борисов Ю.П. Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождении. -М.: Недра, 1983.-463 с.

13. Гриценко А.И., Истомин В.А., Кульков А.Н., Сулейманов P.C. Сбор и промысловая подготовка газа на северных месторождениях России». -М.: ОАО «Издательство Недра, 1989. - 473 с.

14. Двуреченский В.А., Гарипов В.З., Гогоненков Г.Н. и др. Создание на базе компьютерных технологий систем контроля и управления разработкой нефтяных месторождений. Состояние и проблемы. / Сб. Разработка нефтяных и нефтегазовых месторождений. Состояние, проблемы и пути их решения. - М.: ВНИИОЭНГ, 1996. - с. 383-410

15. Дзюба В.И. Гидродинамическое моделирование разработки месторождений углеводородов. Проблемы и перспективы // Нефтяное хозяйство. - 2007. -№ 10. - С. 78-81.

16. Дмитриевский С.А., Юфин П.А., Зайцев И.Ю. и др. Постоянно действующие геолого-математические модели месторождений природных углеводородов. / Сб. Фундаментальный базис новых технологий нефтяной и газовой промышленности. - М.: Наука, 2000. - с. 245-252

17. Дятлов ВА., Беляев А.И., Коротаев А.Ф. и др. Модели управления трудовыми ресурсами. - М.: Изд-во «Нефть и газ», 1999. - 192 с.

18. Евстафьев И.Л., Алхимов Р.Г., Голиченко Е.Ю., Семенов A.M.

Оптимизация схемы размещения скважин на начальной стадии разработки Северо-Каменномысского месторождения.// Газовая промышленность, 2011, №7. - с. 35-38

19. Ермолаев А.И. Модели и методы оптимизации в проектировании АСУ. -М.: МИНГ им. И.М. Губкина, 1991. - 38 с.

20. Ермолаев А.И. Модели формирования вариантов размещения скважин на залежах нефти и газа. - М.: МАКС Пресс, 2010,- 80 с.

21. Ермолаев А.И., Абдикадыров Б.А. Оптимизация размещения скважин на нефтяных залежах на основе алгоритмов целочисленного программирования // Проблемы управления, 2007, №6, с. 45-49.

22. Ермолаев А.И., Абдикадыров Б.А. Формирование рациональных вариантов размещения скважин на газовой залежи // Газовая промышленность, 2008, №5, с.52-55.

23. Ермолаев А.И., Ибрагимов И.И. Модели рационального размещения скважин при разработке газовых и газоконденсатных месторождений // Труды Института проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН. Том XXVII, 2006.-с. 118-123.

24. Ермолаев А.И., Кувичко A.M., Соловьев В.В. Модели и алгоритмы размещения кустовых площадок и распределения скважин по кустам при разработке нефтяных и газовых месторождений.// Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности, №9, 2011, с. 2932.

25. Ермолаев А.И., Кувичко A.M., Соловьев В.В. Модели и алгоритмы рациональной расстановки скважин на газовой залежи. // Труды II Международной научно-практической конференции «Мировые ресурсы и запасы газа и перспективные технологии их освоения» («WGRR-2010»), Москва, 28-29 октября 2010 г.

26. Ермолаев А.И., Кувичко A.M., Соловьев В.В. Модели формирования фонда нагнетательных скважин на нефтяных залежах. // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности, №6, 2010, с. 6-9.

27. Ермолаев С.А. Применение агрегированных моделей разработки нефтяных залежей. / Сб. тезисов докладов Межвузовской студенческой научной конференции "Нефть: наука, экология и экономика". -Альметьевск: Альметьевский нефтяной институт.- 2001. - с. 19

28. Закиров С.Н. Анализ проблемы «Плотность сетки скважин -нефтеотдача». - М.: Грааль, 2002. - 314 с.

29. Закиров С.Н. и др. Вопросы размещения скважин и анализа разработки на электронных моделях. - М.: ВНИИОЭНГ, 1972. - с.67.

30. Закиров С.Н. Разработка газовых, газоконденсатных и нефтегазо-конденсатных месторождений. - М.: Струна, 1998. - 628 с.

31. Закиров С.Н., Зотов Г.А., Маргулов Г.Д., Турниер В.Н. К оптимизации системы размещения скважин на площади газоносности // Разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений. Реф. сб. - М.: ВНИИЭГазпром, 1972, № 2, с. 3 - 9

32. Закиров С.Н., Лапук Б.Б. Проектирование и разработка газовых месторождений. - М.: Недра, 1974. - 376 с.

33. Зотов Г.А. Продуктивность и добывные возможности куста газовых скважин. / Сб. Вопросы методологии и новых технологий разработки месторождений природного газа. Часть III. - М.: ВНИИГАЗ, 1998. -с.116-134

34. Каневская Р.Д. Математическое моделирование гидродинамических процессов разработки месторождений углеводородов. - Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований. - 2003. - 128 с.

35. Ковалев B.C., Сазонов Б.Ф., Попков В.И. и др. Опыт компьютерного моделирования разработки нефтяных залежей ГИПРОВОСТОКнефти. / Сб. Разработка нефтяных и нефтегазовых месторождений. Состояние, проблемы и пути их решения. - М.: ВНИИОЭНГ, 1996. - с. 410 - 423

36. Колбиков C.B., Губанова Е.Б. О приближенном подходе к решению задачи размещения эксплуатационных скважин по площади залежи. Сб. тез. докл. Научно-практической конференции «Проблемы разработки

газовых и газоконденсатных месторождений». Москва, 12-15 ноября, 1998. - с.24-26

37. Коротаев Ю.П., Сенюков Р.В. Методы оптимизации и их применение в задачах нефтяной и газовой промышленности. - М.: МИНХ и ГП им. И.М. Губкина, 1976. - 59 с.

38. Коротаев Ю.П., Умрихин Н.Б. Разработка методов оптимизации размещения эксплутационных скважин. Разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений.// Реф. сб. ВНИИЭГазпром, 1975, №9, с.32-35.

39. Краснова Т.П., Телков А.П. Расчет оптимального местоположения и дебита горизонтальной скважины, дренирующей нефтегазовую залежь с подошвенной водой. / Сб. Геология, геофизика и разработка нефтяных месторождений. - 1997. - № 6. - с. 34 - 39

40. Кричлоу Г.Б. Современная разработка нефтяных месторождений -проблемы моделирования. - М.: Недра, 1979. - 303 с.

41. Лапук Б.Б. Теоретические основы разработки газовых месторождений. -М.: Гостоптехиздат, 1948. - 347 с.

42 Ларионов А. С., Соловьев В.В. Применение генетического алгоритма для поиска оптимального расположения ствола скважины в пласте. // Сб. тезисов VI-й конференции «Новые технологии в газовой промышленности», Москва 27-30 сентября 2005 г.

43 Ларионов A.C. Разработка методики и прикладных средств для оптимизации и контроля размещения скважин в нефтегазовых пластах: Дисс. канд. техн. наук: 05.13.11 М., 2005. - 160 с.

44 Лысенко В. Д. Адаптивная система разработки нефтяных месторождений./ Сб. Разработка нефтяных и нефтегазовых месторождений. Состояние, проблемы и пути их решения. - М.: ВНИИОЭНГ, 1996. - с. 445 - 453.

45 Лысенко В.Д. Инновационная разработка нефтяных месторождений. -М.: Недра, 2000.-516 с.

46 Лэсдон JI.С. Оптимизация больших систем. - М.: Наука, 1975. - 431 с.

47 Максимов В.М. Новые подходы в теории разработки нефтегазовых месторождений. / Сб. Фундаментальный базис новых технологий нефтяной и газовой промышленности. - М.: Наука, 2000. - с. 165-172.

48 Методические указания по созданию постоянно действующих геолого-технологических моделей нефтяных и газонефтяных месторождений (Часть 2. Фильтрационные модели). - М.: ОАО «ВНИИОЭНГ». - 2003. -228 с.

49 Мину М. Математическое программирование. Теория и алгоритмы. - М.: Наука, 1990 - 486 с.

50 Михалевич B.C., Кукса А.И. Методы последовательной оптимизации. -М.: Наука, 1983.-207 с.

51 Назыров М.Р., Баишев В.З., Кривина Т.Г., Левина H.A. Обоснова-ние и выбор системы размещения скважин при освоении крупных газоконденсатных месторождений.// Геология, бурение, разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений. Научно-технический сборник. - М.: ИРЦ Газпром, 2001, №5, с.67-73.

52 Полупанова В.В., Воронов С. А., Исхаков P.P., Соловьев В.В. Поддержание уровней добычи газа путем забуривания боковых стволов на месторождениях Западной Сибири, находящихся на завершающей стадии эксплуатации. // Труды РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, № 2/259, 2010.

53 Регламент по созданию постоянно действующих геолого-технологических моделей нефтяных и газонефтяных месторождений (РД 153-39.0-047-00). - М.: Минтопэнерго РФ, 2000. - 89 с.

54 Регламент составления проектных технологических документов на разработку нефтяных и газонефтяных месторождений (РД 153-39-00796). - М.: Минтопэнерго РФ, 1996. - 202 с.

55 Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий. - М.: Радио и связь, 1993.- 315 с.

56 Саттаров М.М., Полудень И.А., Майленова В.Г. Совершенствование методики проектирования разработки нефтяных месторождений в условиях рыночной экономики. / Сб. Разработка нефтяных и нефтегазовых месторождений. Состояние, проб-лемы и пути их решения. - М.: ВНИИОЭНГ, 1996. - с. 365-382.

57 Сенюков Р.В. Оптимизация размещения скважин на газовых месторождениях. Разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений. Научно-технический обзор, М.: ВНИИЭГазпром, 1977.-23 с.

58 Сенюков Р.В., Умрихин Н.Б. Вопросы оптимального размещения скважин и распределение дебитов по критерию минимума потерь пластовой энергии. - М.: Газовое дело, 1972, №9. - с.9-12.

59 Сигал И.Х., Иванова А.П. Введение в прикладное дискретное программирование: модели и вычислительные алгоритмы. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. - 240 с.

60 Скворцов В.В. Математический эксперимент в теории разработки нефтяных месторождений. - М.: Наука, 1970. - 224 с.

61 Соколов А.А. Современные средства геостатистики в интегрированном моделировании газовых месторождений. - М.: ИРЦ Газпром, 1999. - 35 с.

62 Соловьев В.В. Модели автоматизированного размещения кустовых площадок и распределения газовых скважин по кустам// Сб. тезисов IX-й конференции «Новые технологии в газовой промышленности», Москва 4-7 октября 2011 г.

63 Триус Е.Б. Задачи математического программирования транспортного типа. - М.: Советское радио, 1967. - 208 с.

64 Управление разработкой нефтяных месторождений. / Под ред. М.В. Меерова. - М.: Недра, 1983. - 309 с.

65 Хавкин А .Я. Физические аспекты многофазной фильтрации в пористой среде. - М.: ВНИИОЭНГ, 1991.- 60 с.

66 Хачатуров В.Р. Математические методы регионального

программирования. - М.: Наука, 1989. - 302 с.

67 Шахвердиев А.Х., Мандрик Н.Э. Оптимизация плотности сетки скважин и ее влияние на коэффициент извлечения нефти // Нефтяное хозяйство, № 12,2007.-с. 54-57.

68 Швидлер М.И. Статистическая гидродинамика пористых сред. - М.: Недра, 1985. - 288 с.

69 Abasov М.Т., Babayev D.A., Karayeva Е.М. A system approach to the problem of drilling and developing gas fields. - Appl. Comput. Meth. Miner. Ind. Proc. 14th Symp. 1976.- New York, N. Y. - 1977. - p. 740 - 745

70 Badru O. «Well - placement optimization using the quality map approach». A report in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science. Stanford University. 2003.

71 Cullik A.S., Navayanan K., Gorell S. Optimal field development planning of well locations with reservoir uncertainty // paper SPE 96986 presented at the SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Dallas, U.S.A., 9-12 October 2005.

72 Datta-Gupta A., Vasco D.W. Production tomography merges geophysics with reservoir engineering // Oil and Gas Joural. - № 4. - 2001. - p. 75 - 81

73 Ermolaev A.I., Kuvichko A.M., Solovyev V.V. Formation of Set of Injectors on Oilfields. // Proceedings of the EAGE Conference ECMOR XII, 6-8 September 2010, Oxford, UK.

74 Ermolaev A.I., Larionov A.S., Nifantov A.V. Efficient Well Spacing Algorithms.// Proceedings of the EAGE Conference ECMOR X. -Amsterdam, 2006.

75 Guyaguler B. Optimization of well placement and assessment of uncertainty. A dissertation for the degree of doctor of philosophy. Stanford University. 2002. 137 p.

76 Guyaguler B, Home R. N. Uncertainty assessment of well placement optimization. In SPE Annual Technical Conference and Exhibition, New Orleans, Louisiana, September, October 2001. SPE 71625.

77 Guyaguler, В., Home, R. N., Rogers, L, and Rosenzweig, J. J. (2002), "Optimization of Well Placement in a Gulf of Mexico Water flooding Project", SPEREE (June 2002) 229.

78 Land A.H., Doig A.G. An automatic method of solving discrete programming problems // Econometrica, 1960 - 28, №3, p. 497-520

79 Rosenwald G.W., Green D.W. «А method for determining the optimum location of wells in reservoir using mixed-integer programming.» SPE J., 1973.

80 Schlumberger GeoGuest. Справочное руководство. - M., 2006.

81 Wen H. Chen, Pallav Sarma «Efficient well placement optimization with gradient-based algorithms and adjoint models», Intelligent energy conference and exhibition, 25-27 February 2008, Amsterdam, The Netherlands.