Развитие технологий системно-структурированного проектирования разработки месторождений углеводородов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.17, кандидат технических наук Павлов, Владимир Анатольевич

• Павлов, Владимир Анатольевич
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Павлов, Владимир Анатольевич

Введение.

Глава 1. Системно-структурированный подход к проектированию разработки месторождений.

1.1 Неопределенность данных и выделение главных факторов.

1.2 Интегрированный подход к проектированию.

1.3 Системно - структурированное проектирование.

1.4 Выводы.

Глава 2. Алгоритмы и инструменты создания базы данных проекта.

2.1 Алгоритмы количественного использования данных месторождений-аналогов.

2.2 Восстановление концевой точки ОФП по воде.

Глава 3. Методы инженерных расчетов на этапе концептуального проектирования.

3.1 Расширение метода материального баланса на случай трещиноватых коллекторов.

3.2 Задача о выборе оптимального давления на первой ступени сепарации.

3.3 Алгоритм оптимизации системы трубопроводов.

3.4 Построение модели для предварительного ТЭО вариантов разработки

3.5 Интегральный способ анализа эффективности проведения ГТМ.

Глава 4. Интегрированное проектирование.

4.1 Основные понятия интегрированного проектирования.

4.2 Проектирование разработки нового актива (на примере Ванкорского месторождения).

4.3 Оптимизация доразработки месторождения (на примере Приобского месторождения).

4.4 Газоконденсатное месторождение (Ковыктинское месторождение)

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Развитие технологий системно-структурированного проектирования разработки месторождений углеводородов»

Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений представляет собой комплексный процесс, объединяющий этапы предпроектных исследований, проектирования системы разработки, реализации проектных решений, контроля технологических показателей и дальнейшего совершенствования проектных решений с учетом уточнения геологической информации, появления новых технологий, изменения сценарных условий. Все эти этапы характеризуются дефицитом и ограниченной достоверностью исходной информации. При этом, как правило, наиболее ответственные решения принимаются в начале разработки, а наиболее полная информация появляется только к концу разработки.

Для решения проблемы координации и синхронизации данных, получаемых на различных этапах разработки месторождений, в 1990-ых годах многие нефтяные компании осуществили переход от процессного к проектному принципу работы в попытке достичь лучшего понимания и взаимодействия между группами специалистов при выполнении всех этапов проектирования. Однако в большинстве случаев подходы и инструменты оптимизации разработки месторождений были не до конца интегрированы, то есть специалисты продолжали использовать свои инструменты для решения определенной части общей проблемы [1, 2, 3].

Одновременно с внедрением проектного принципа работы росло количество инструментов, способных одновременно описать все дисциплины и изменение параметров систем со временем. В зарубежной литературе подходы с использованием подобного инструментария связаны с построением единых самосогласованных моделей пласта и поверхности и называются Integrated Asset Modeling (IAM) или Integrated Production Modeling (IPM), т.е. интегрированная модель актива.

Интерес к работам, связанным с объединением всех частей системы разработки в единое целое, обусловлен следующими факторами:

• очевидным сокращением разведанных запасов «легкой нефти» и вовлечением в разработку все более сложных объектов, требующих более детального анализа и выработки гибких проектных решений;

• разработкой шельфовых и арктических месторождений с платформ;

• разработкой месторождений со слаборазвитой инфраструктурой;

• разработкой месторождений с большой глубиной залегания продуктивных пластов;

• желанием своевременно вовлечь в разработку все большее количество объектов и необходимостью проведения быстрых инженерных расчетов.

Таким образом, общей тенденцией в последние два десятилетия является пересмотр подходов к проектированию с целью повышения эффективности самого процесса и вырабатываемых проектных решений [4, 5]. Назрела необходимость пересмотра и соответствующих регламентных документов. Так, отмечается [6], что существующий регламент не нацеливает на поиск рационального варианта разработки нефтяного месторождения, т.к. «жестко требует использовать физически содержательные детерминированные математические модели пластов».

В настоящее время становится все более очевидным, что как при моделировании, так и при проектировании разработки месторождения в целом, основные усилия должны быть сосредоточены на решении концептуальных задач, оптимальном планировании, эффективном контроле, а не переборе вариантов. Проектирование разработки должно составлять согласованную последовательность действий, структурированную в рамках имеющихся представлений о системе (месторождении, регионе) в целом. При таком системно-структурированном подходе для создания качественного проекта и воплощения его в жизнь необходимы:

• Выделение главных факторов, использование моделей, адекватных качеству и объему данных

• Самосогласованность описания пласта, скважин, поверхностного обустройства, технологических решений

• Оптимизация процессов проектирования и инженерного сопровождения проектов

Создание технологий системно-структурированного проектирования разработки месторождений с учетом перечисленных положений и составляет содержание данной диссертационной работы.

Целью работы являлось развитие эффективных технологий системно-структурированного проектирования разработки месторождений нефти и газа. Для достижения этой цели были решены следующие задачи:

• Разработка схемы эффективного проектирования;

• Создание и апробация способов получения информации о подземном резервуаре из данных нормальной эксплуатации скважин;

• Разработка методов комплексного анализа аналогов;

• Разработка алгоритмов инженерных расчетов на концептуальном уровне с апробацией алгоритмов на реальных задачах;

• Разработка способа контроля над эффективностью проведения геолого-технических мероприятий на месторождении;

• Реализация полного цикла интегрированного проектирования на месторождениях ОАО «НК «Роснефть»;

Проведенная работа позволила развить потенциал комплексного подхода к проектированию разработки месторождений полезных ископаемых, в т.ч. со слаборазвитой инфраструктурой. Предложенные подходы к комплексированию данных и инженерных расчетов на этапе концептуального проектирования планируются к использованию при разработке корпоративного программного обеспечения (ПО). Интегральный способ анализа эффективности результатов проведения геолого-технических мероприятий (ГТМ) используется на ежемесячных защитах ГТМ в НК «Роснефть». Результаты проведенных исследований вошли в корпоративный стандарт «Подготовка, экспертиза и защита интегрированных проектов», методические указания «Подготовка интегрированных проектов разработки месторождений» и ряд других документов компании.

Диссертация состоит из литературного обзора, четырех глав и заключения.

В первой главе рассматривается представление о системно-структурированном подходе к проектированию, являющееся основой данной работы.

Во второй главе рассмотрены проблемы создания базы данных проекта. Предложены подходы к комплексированию и восполнению информации о пласте.

В третьей главе предложено несколько методов инженерных расчетов на этапе концептуального проектирования.

В четвертой главе описана предлагаемая схема интегрированного проектирования и рассмотрены практические примеры выполнения интегрированных проектов новых и разрабатываемых месторождений.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Научные основы технологии создания интегрированного проекта.

2. Методы комплексирования базы данных проекта: количественный подход к анализу месторождений-аналогов, восстановление концевой точки кривых относительных фазовых проницаемостей по воде.

3. Методы инженерных расчетов на этапе концептуального проектирования: расширение метода материального баланса на случай трещиноватых коллекторов, выбор оптимального диаметра труб нефтесборных сетей.

4. Методики построения модели для предварительного ТЭО вариантов разработки: оценка нормативов капитальных затрат и их зависимости от цен на основные материалы, оценка минимального рентабельного дебита нефти.

5. Способ интегрального анализа эффективности проведения геолого-технических мероприятий.

Основные результаты диссертации представлены в 13 публикациях, включенных в прилагаемый перечень. Содержание диссертации докладывалось на научно-практической конференции «Математическое моделирование и компьютерные технологии в разработке месторождений», (Россия, Уфа, 1-4 апреля 2008г.), 6-ом Российском Нефтегазовом Конгрессе / RPGC 2008 (Россия, Москва, 24-26 июня 2008г), российской технической нефтегазовой конференции и выставке SPE 2008, (Россия, Москва, 28 - 30 октября 2008г), на научно-практической конференции «Методы интенсификации добычи углеводородного сырья. Опыт и перспективы» (Россия, Москва, 27-28 ноября 2008г.), ), на II Международном научном симпозиуме «Теория и практика применения методов увеличения нефтеотдачи пластов» (Россия, Москва, 15-16 сентября 2009г), на международных конференциях «Global Petroleum Show» (Канада, Калгари, 6-10 июня 2008г), ежегодной конференции EAGE (Италия, Рим, 9-12 июня 2008) и на научно-технических советах ОАО «НК «Роснефть».

Результаты проведенных исследований вошли в стандарт ОАО «НК «Роснефть» «Подготовка, экспертиза и защита интегрированных проектов» и ряд методических указаний Компании, в том числе «Подготовка интегрированных проектов разработки месторождений» [7]. Предлагаемые подходы к проектированию были высоко оценены при прохождении экспертиз в Государственной комиссии по запасам полезных ископаемых и Центральной комиссии по разработке месторождений углеводородного сырья.

Заключение диссертации по теме «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», Павлов, Владимир Анатольевич

Заключение

Главный результат работы заключается в разработке научно обоснованных подходов к проектированию разработки и контроля эффективности выполнения проектных решений. Предложенные методы являются либо новыми, либо оригинальной адаптацией существующих подходов. Применение подхода позволило:

• Существенно сократить сроки выполнения проектов

• Повысить эффективность проектных решений

В заключение рассмотрим видение организации работ по проектированию в НК «Роснефть» и предпринятые в ходе подготовки данной работы шаги, направленные на то, чтобы изложенные принципы и созданные в последующем разработки не остались «теорией на бумаге», а использовались на практике.

Как было сказано* в первой главе, при системно-структурированном проектировании с одной стороны необходимо обеспечение диффузии знаний по направлениям проекта и по этапам выполнения, а с другой стороны - развитие механизмов накопления и систематизации знаний. Для обеспечения диффузии знаний одни и те же люди должны иметь целостное представление о том, что такое поверхностное обустройство, и как его нужно менять и оптимизировать под планируемые мероприятия, рассчитывать экономический эффект проекта, т.е. необходимо участие одних и тех же людей на всех этапах проектирования.

В системно-структурированном подходе1 корпоративные институты обеспечивают комплексное инжиниринговое сопровождение проекта от начала до конца: от проектирования разработки, обустройства, до сопровождения экспертизы проектов, участия в выборе поставщиков. Эти же люди должны участвовать в выполнении рабочей документации, детальном моделировании, осуществлять авторский надзор за выполнением проектов разработки, в том числе, принимать участие при реализации выработанных ими решений.

Необходимость комплексного инжиниринга обусловлена тем, что невозможно формализовать в томах проектного документа весь опыт и допущения, особенно, касающиеся нововведений, сделанных при создании проекта. Фактически, даже геометрия содержит множество привнесенных, скрытых утверждений. Так, Пуанкаре отмечает: «Являются ли аксиомы, формулируемые в руководствах, единственными основаниями геометрии? Мы можем убедиться в противном» [125].

В зарубежной практике, при проведении анализа проектов в Мексиканском заливе, было замечено, что большинство аварий приходится на первый год разработки. В результате было установлено, что высокая аварийность обусловлена не столько начальными высокими уровнями добычи, сколько неготовностью персонала к работе с новым оборудованием, к принятию во внештатных ситуациях правильных решений. С тех пор, персонал, который будет работать на платформе, привлекается к заключительным стадиям проектирования для ознакомления с особенностями технологических процессов добычи, подготовки и транспорта продукции [10].

Привлечение одних людей ко всем этапам проектирования и инжинирингового сопровождения не только повышает качество проектных решений, снижает риски, но и сокращает сроки выполнения проекта. Например, известно, что сроки проектирования обустройства сильно связаны с поставкой оборудования, и, в частности, этап проведения тендера вполне может оказаться лимитирующим звеном в выполнении проекта.

Систематизированные знания являются основой качественного проектирования. Помимо накопления знаний необходима разработка механизмов их систематизации и оперативного распространения, внедрения. Как уже указывалось, распространение знаний, накопленных в виде томов отчетов практически невозможно. Сама суггестивная природа знания указывает на возможность его распространения в виде идей, выводов, правил которые могут быть представлены в форме графиков, таблиц, корреляций, стандартов.

В ходе выполнения данной работы основной практический опыт внедрения системно-структурированного подхода к проектированию получен при выполнении т.н. интегрированных проектов на основных месторождениях ОАО «НК «Роснефть».

Вначале, для внедрения интегрированного проектирования была преобразована структура Корпоративного научно-производственного комплекса с введением проектного принципа работы. Проектная группа включает в себя сотрудников НИПИ, Добывающих объединений (ДО) и профильных департаментов Компании, что позволяет принимать решения с привязкой к производственной деятельности ДО, оперативно реагировать на изменения геологических и производственных условий разработки месторождения. Опыт также показал эффективность, по завершению подготовки проектной документации, последующего мониторинга разработки месторождения.

Интегрированные проекты является постоянно обновляемыми, обращаясь к ним можно в любой момент времени получить актуальную информацию по месторождению. По мере накопления изменений за время работы с интегрированным проектом месторождения решается вопрос о необходимости инициирования нового проектного документа.

• В настоящее время по интегрированным проектам ведется разработка месторождений, дающих более 70% добычи ОАО «НК «Роснефть»

• Выполнение проекта разработки происходит в несколько стадий с контрольными точками, которые являются принципиальными с точки зрения разработки, на них проводится экспертиза и обсуждение перед дальнейшей детализацией.

• Интегрированное проектирование позволило повысить чистый дисконтированный доход проектов в среднем на 15%.

• Реинжиниринг процессов проектирования позволяет увеличить за время внедрения (1-2 года) эффективность труда в 2 раза.

• Повышение эффективности труда при представленном подходе следует из построения более тесных взаимосвязей между этапами проектирования, анализа временных затрат на всех этапах.

Проанализировав существующие подходы и методики построения интегрированных моделей, были инициированы работы по разработке собственной методологии и программного обеспечения для интегрированного проектирования на базе корпоративного программного комплекса «Геология и добыча». Данный продукт в настоящее время выступает как средство накопления и анализа данных. Универсальным форматом для систематизации методик в Компании являются*. Шаблоны применения технологий. При необходимости; разрабатываемые алгоритмы реализуются в рамках программного комплекса «Геология и добыча».

На опыте последних лет отмечено, что в целом при системно структурированном подходе улучшается взаимодействие между структурами, когда группы интегрированного проектирования выступают связующим звеном между добывающими объединениями, институтами и профильными департаментами.

Суммируя, можно выделить следующие результаты данной работы: 1. Предложены, принципы эффективного проектирования, состоящие в целостном видении проекта разработки, использовании моделей, соответствующих неопределенности данных, взаимосвязанности этапов проектирования от построения геологической модели до оценки экономических показателей.

2. Формализованы подходы восполнения информации о пласте методами: количественного анализа месторождений-аналогов, анализа данных нормальной эксплуатации скважин и натурных экспериментов.

3. Предложены методы инженерных расчетов на этапе концептуального проектирования: расширение метода материального баланса на случай трещиноватых коллекторов; решение задачи о выборе оптимального давления на первой ступени сепарации; алгоритм подбора оптимального диаметра труб разветвленной сети нефтесбора; методика оценки нормативов капитальных затрат для нефтяного месторождения, исходя из минимального объема информации (фонд скважин) и расчета изменения величины капитальных затрат при изменении цен на основные материалы; методика оценки минимального рентабельного дебита нефти. Также рассмотрен способ интегрального анализа эффективности проведения совокупности геолого-технических мероприятий.

4. Представлена5 предлагаемая схема интегрированного проектирования и рассмотрены практические примеры выполнения нескольких интегрированных проектов.