Роль ЭВМ в разработке нефтяных и газовых месторождений
Расчеты проведения мероприятий указанных трех групп основываются на переработке большого количества информации. Применение математических методов и ЭВМ позволило существенно повысить скорость переработки информации и, что самое главное, оперативно определять степень информативности данных для каждой группы мероприятий. Так, например, методами математической статистики определяется информативность геолого-промысловых факторов при проведении солянокислотных обработок, зависимость уровня дебита от этих и технологических факторов.
Методы диагностирования позволяют при относительно небольшой выборке классифицировать мероприятия и скважины на группы, характеризующиеся определенными значениями факторов, повысить эффективность выбора скважин и видов работы на них.
При решении задач квалификации (распознавания объектов) применяются методы адаптации, позволяющие прогнозировать продолжительность эффекта после проведения каждого вычисленного мероприятия по всем скважинам месторождения. Множество мероприятий и скважин обусловливает задачу выбора части работ, ограничиваемой уровнями добычи во времени и наличием ресурсов, т.е. необходимость планирования добычи по ожидаемым результатам на части скважин месторождения.
В настоящей работе при планировании геолого-технических мероприятий (ГТМ) и выборе скважин используется теория графов, позволяющая проанализировать дебиты ряда скважин и, следовательно, добычу по месторождения в целом. При этом рассчитывается последовательность проведения вычисляемых геолого-технических мероприятий с наименьшими затратами ресурсов.
Планирование геолого-технических мероприятий
Планирование применяемых геолого-технических мероприятий (ГТМ) ранее проводилось без использования ЭВМ и обосновывалось в большинстве случаев субъективным мнением специалистов. При этом затрачивалось сравнительно много времени. Впервые выбор с помощью ЭВМ эффективных геолого-технических мероприятий проводился в 1973г. в НГДУ Чекмагушнефть. Сейчас выбор видов геолого-технических мероприятий осуществляется с помощью ЭВМ во всех НГДУ объединения Башнефть. Проведен анализ окупаемости моделей расчетов (сравнение расчетных и фактических данных – результатов проведенных ГТМ).
В объединении Башнефть эксплуатируется свыше 12 тыс. скважин из пробуренных более 40 тыс. за время разработки нефтяных месторождений Башкирии. Многие годы состояние разработки характеризуется устойчивой добычей на уровне 40 млн. т нефти с конденсатом в год. Эта добыча достигается открытием и вводом в эксплуатацию небольшого числа новых месторождений и залежей и проведением большого объема работ по интенсификации добычи нефти из старых обусловленных промысловых площадей. Интенсификация включает мероприятия по дальнейшему совершенствованию системы воздействия на пласты, проведение различных организационно-технических и геолого-технических мероприятий по фонду скважин.
До 1973 г. планирование ГТМ велось на основе данных о скважинах без применения вычислительных методов и ЭВМ, часто носило субъективный характер и не обосновывалось технико-экономическими расчетами. Это потребовало совершенствования планирования проведения мероприятий. Совершенствование должно обеспечить:
1. Исключение субъективности при оценке эффективности проведенного мероприятия.
2. Решение о проведении того или иного мероприятия в скважине, обусловленное результатами проведения всех подобных работ на данном месторождении.
3. Сокращение до минимума времени и труда инженерно-технических работников (ИТР) по подбору скважины и выбору (назначению) методов интенсификации.
4. Повышение оперативности обработки исходной и конечной информации.
5. Использование достижений отечественной и зарубежной науки и техники при выборе скважин, назначении мероприятий и технологических параметров их выполнения.
Развитие математических методов, появление электронно-вычислительной техники определили направления, позволяющие решать проблемы оптимизации добычи по каждой скважине и месторождению в целом. Пути достижения цели на видимом этапе возможны при реализации семи направлений деятельности (рис.1). Приведенная схема отображает динамическую модель по подземному и капитальному ремонту скважин, т.е. модель главного направления работ по переходящему фонду и повышению добычи или снижению темпов ее падения. Как видно из схемы, весь объем работ по ее реализации можно разделить на три основных вида.
1. Работа с большим объемом информации:
- сбор, накопление, хранение, постоянное пополнение и корректировка геолого-технических характеристик скважин и опыта ранее проведенных работ с начала разработки месторождений (блок 1);
- сведение этой информации в документы учетно-отчетного и аналитического характера для наблюдений за состоянием скважин, в которых проводятся ремонты, за результатами этих ремонтов и для других целей добычи и оперативного управления работами (блок 2);
- разработка с помощью вероятностно-статистических методов и ЭВМ расчетно-статистических нормативов по всем видам ГТМ для скважин объекта (блок 3).
2. Вычислительные работы:
- выбор объектов (месторождений, залежей) для назначения и проведения вычисленных ГТМ (блок 4);
- выбор скважины и назначение вида ГТМ на ней в соответствии с расчетно-статистическими нормативами блока 3 (блок 5);
- определение последовательности проведения вычисленных ГТМ в календарные промежутки по ограничениям, т.е. оптимизации добычи в целом по объекту (блок 6);
- расчет потребностей в материалах и оборудовании при вычисленном объеме ГТМ по объекту (месторождению, залежи, промыслу, НГДУ) на планируемый период (блок 7).
3. Принятие решений для выполнения вычисленного объема подземного и капитального ремонта скважин.
Приведенная блок-схема показывает, что выбранное направление является формализацией системы управления работами по подземному и капитальному ремонту скважин, работы с фондом скважин.
Наиболее важное отличительное свойство такого подхода – переход от производства расчетов и применения результатов этих расчетов по каждой отдельной скважине к рассмотрению всех результатов расчетов по скважинам пласта, залежи или месторождения. Из этой совокупности определяем объем ГТМ для выполнения различных целей по добыче: достижение заданного суточного уровня отборов жидкости или нефти на определенную дату, накопление добычи нефти за планируемый период. При этом главные эти цели рассчитываются в зависимости от ограничений по трудовым, материально-техническим или другим ресурсам.
Формализация системы управления подземным и капитальным ремонтом скважин стала возможной благодаря широкому освоению вероятностно-статистических методов для обработки огромного числа фактических данных, включающих коллекторские свойства пластов, флюидов, конструкции скважин и опыт работ по проведению геолого-технических мероприятий. Математические методы и ЭВМ позволили на основании опыта сделать расчетно-статистические нормативы ряда ГТМ для каждого месторождения, в результате чего стал возможным выбор наиболее "выгодных" работ для оптимизации добычи нефти.
В настоящей работе для оптимизации добычи рассматривается проведение не просто набора ГТМ, а определенного ряда ГТМ в наивыгоднейшей последовательности. Для определения этой последовательности используется теория графов, а существенно сокращает время и число расчетов применение ЭВМ. Таковы главные отличительные черты формализованной системы управления.
Результаты планирования геолого-технических мероприятий
Основная задача изучения результатов проведения ГТМ – выявление закономерностей распределения текущих дебитов, дающих наибольший прирост добычи от тех или иных ГТМ при сложившемся порядке их планирования без расчетов на ЭВМ.
Так, опыт проведения обработки призабойной зоны (ОПЗ) за 1974-1976 гг. в трех НГДУ объединения (Арланнефть, Южарланнефть, Чекмагушнефть) представляется следующими результатами (табл.1).
Таблица 1
Вид ОПЗ
Всего ОПЗ
Число
эффективных ОПЗ
Эффективность ОПЗ, %
КОС
262 (66)
111 (23)
0,42 (0,35)
ГРП
235 (131)
156 (87)
0,66 (0,66)
ЭП
213 (137)
146 (114)
0,68 (0,83)
ВО
28 (-)
18 (-)
0,64 (-)
ПАВ
8 (-)
5 (-)
0,62 (-)
ТГХВ
105 (105)
48 (48)
0,48 (0,46)
ИТОГО
851 (449)
384 (272)
0,45 (0,60)
Примечание. В скобках приведены данные по НГДУ Арланнефть.
Анализы результатов ГТМ были проведены во всех НГДУ объединения. Планирование ГТМ проводилось для 12 тыс. скважин, из которых 30% эксплуатировалось ЭЦН, 70% - ШГН. Основными ГТМ, дающими заметный прирост к плану добычи, были мероприятия по смене режимов работы скважин, эксплуатируемых насосами. Эффективность назначения этих мероприятий в объединении составляла 65 – 70%. Ремонтно-изоляционные работы (РИР) и обработка призабойной зоны пласта (ОПЗ) давали 0,8% годовой плановой добычи по объединению. Эффективность проведения РИР составляла 30 – 50%, а обработки призабойной зоны – 60 – 65% в целом по объединению.
По результатам анализа проведенных ГТМ выявлено, что наибольшая эффективность получена при РИР в скважинах с дебитом до 10 т/сут обводненностью более 70%; ОПЗ в скважинах с дебитом 15 – 20 т/сут; смене режимов ЭЦН в скважинах с дебитом от 25 т/сут и более; смене режимов ШГН в скважинах с дебитом от 5 до 45 т/сут.
Изучение результатов планирования и проведения ГТМ позволило разработать алгоритм машинной реализации планирования мероприятий с решением вопросов выбора и назначения этих мероприятий и их технологических параметров на ЭВМ.
В настоящее время организован учет результатов проводимых ГТМ, которые назначаются "вручную" и с помощью ЭВМ. Постоянно ведется сравнительный анализ реализуемых на ЭВМ следующих комплексов задач.
1. Выбор видов ремонтно-изоляционных работ (РИР). Сюда входит нагнетание специальные и перфорационные отверстия цемента на водной и углеводородной основе, гипана, смол, полиакриламида, пен и взрыв пакера (всего 14 видов ремонтов).
2. Выбор способов обработок призабойной зоны пласта. Они включают в себя: гидроразрыв пласта (ГРП), гидропескоструйную перфорацию (ГПП), кислотные обработки скважин (КОС), термокислотные и нефтекислотные обработки (ТКО, ПКО, НКО), закачку ПАВ, термогазохимические воздействия (ТГХВ), электропрогрев пласта (ЭП), прогрев забоя горячей нефтью (ПЗ) (всего 10 видов).
3. Расчеты режимов скважин, эксплуатируемых насосами (ЭЦН, ШГН). Имеем 10 видов таких расчетов (замена насоса в скважине, изменение подвесок, числа качаний, длины хода и т.п.).
Проведение расчетов на ЭВМ, т.е. выбор скважины и эффективного для нее ГТМ, основывается на полном использовании имеющейся информации о результатах и параметрах проведенных мероприятий на скважинах месторождений за весь период разработки. При этом за критерий эффективности принята окупаемость затрат на проведение того или иного мероприятия.
Суть анализов заключается в следующем: изучить существующую информацию об эксплуатации скважин; определить необходимый объем данных для ведения анализа, частоту их представления для проведения анализа расчетов, последовательность работ для развития комплекса задач планирования с учетом результатов анализа. Алгоритм анализа представлен на рис. 2.
Реестр программ для ЭВМ, рекомендуемых к использованию
при решении задач выделения эксплуатационных объектов
и управления разработкой многопластовых нефтяных месторождений
1. "Определение эффективных значений граничного давления и гидравлического сопротивления скважины по известным пластовым давлениям, дебитам и коэффициентам продуктивности нефтяных скважин, оцененным путем анализа индикаторных диаграмм, относящихся к скважинам, каждая из которых разрабатывала только один пласт (OGI – 01)". Разработчик – кафедра РНГМ ПГТУ Краткие сведения о программе приведены в методической разработке. Выполняется на IBM – совместимых персональных компьютерах.
2. "Расчет коэффициентов снижения дебитов пластов при их совместной разработке (OGI – 02)". Разработчик – кафедра РГНМ ПГТУ. Краткие сведения о программе приведены в методической разработке. Предназначена для предварительной (предшествующей имитационному моделированию разработки и экономическим расчетам) оценки качества различных решений по расчленению многопластового нефтяного месторождения на эксплуатационные объекты. Использует значения характеристик "эксплуатационных" условий взаимодействия совместно эксплуатируемых пластов, которые определены с помощью программы OGI – 01. Выполняется на IBM – совместимых персональных компьютерах.
3. "Обработка результатов гидродинамических скважинных исследований, выполненных с применением подвижного штуцера со ступенчато регулируемым гидравлическим сопротивлением (PRI – 04)". Разработчик – кафедра РНГМ ПГТУ. Сведения о программе излагались в печатных источниках. Предназначена для обработки данных гидродинамического исследования скважины, выполненного по методике, изложенной в а.с., в целях отличия пластов и линз пород - неколлекторов, образующих гидродинамические разделы между продуктивными пластами, от имеющих локальное распространение и гидродинамическими разделами не являющихся. Выполняется на IBM – совместимых персональных компьютерах.
4. "Выявление внескважинных межпластовых перетоков по данным о коэффициентах продуктивности скважин, работающих на различные сочетания пластов – составляющих одной продуктивной толщи (PRI – 03)". Разработчик - кафедра РГНМ ПГТУ. Сведения о программе приводились в печатных источниках. Предназначена для решения задач выделения элементарных эксплуатационных объектов по информации, полученной в результате обработки индикаторных диаграмм скважин, работавших на разные пласты и сочетания пластов на одном многопластовом месторождении. Может применяться к данным по одной скважине, исследовавшейся при работе на разные пласты и сочетания пластов. Выполняется на IBM – совместимых персональных компьютерах.
5. "Обработка данных о пластовых давлениях для выделения элементарных эксплуатационных объектов (PRI – 02)". Разработчик – кафедра РНГМ ПГТУ. Информация о программе приводилась в печатных источниках. Предназначена для решения задач выделения элементарных эксплуатационных объектов по сведениям о пластовых давлениях (зафиксированных до начала разработки многопластового месторождения в разных пластах на разных абсолютных отметках). Выполняется на IBM – совместимых персональных компьютерах.
6. "Выделение элементарных эксплуатационных объектов по информации об абсолютных отметках поверхностей водонефтяных контактов (PRI – 01)". Разработчик – кафедра РГНМ ПГТУ. Сведения о программе публиковались в печатных источниках. Назначение ясно из наименования программы. Используемые исходные данные должны характеризовать состояния многопластового месторождения, предшествующее началу его разработки. Выполняется на IBM – совместимых персональных компьютерах.
7. "Корреляция разрезов многих скважин с известными положениями доказанных и предполагаемых гидродинамических разделов между продуктивными пластами по критерию минимизации максимальной погрешности "предсказаний" отметок кровель и подошв разделов в каждой скважине по данным, относящимся к другим скважинам (PERM – 02)". Разработчик – кафедра РГНМ ПГТУ. Сведения о программе приводились в печати. Задача корреляции решается в специфической постановке, обеспечивающей прослеживание гидродинамических разделов, отмеченных и проиндексированных в разрезах трех или большего количества "опорных" скважин, в других скважинах той же площади, в разрезах которых есть как доказанные, так и предполагаемые гидродинамические разделы, еще не проиндексированные в соответствии со схемой, принятой для "опорных" скважин. Цель корреляции – площадное прослеживание элементарных эксплуатационных объектов, выделенных при исследовании "опорных" скважин. Программа выполняется на IBM – совместимых персональных компьютерах.
8. "корреляция геологических разрезов двух скважин с выявлением и индексацией гидродинамических разделов, прослеживаемых в обеих скважинах (PERM – 01)". Разработчик – кафедра РНГМ ПГТУ. Краткая характеристика приводилась в печати. Используется в связи с решением задач выделения элементарных эксплуатационных объектов, в частности при формировании описаний разрезов "опорных" скважин, подаваемых на вход программы PERM – 02. Корреляция осуществляется путем сопоставления формализованных описаний геологических разрезов двух скважин как совокупностей слоев, пластов и пачек, охарактеризованных в отношении литологического состава, структуры, принадлежности к заведомым или возможным гидродинамическим разделам или к "образованиям, гидродинамическими разделами не являющимся". Программа выполняется на IBM – совместимых персональных компьютерах.
9. "Литолого-стратиграфическая интерпретация данных ГИС (ЛСИ ИС)". Разработчики – В.Н. Косков и Ю.В. Шурубор. Полное описание программы приводилось в печати. Предназначена для решения задач определения литологического состава пород, характера насыщения коллекторов и детальной межскважинной корреляции геологических разрезов скважин по данным ГИС. Интерпретация диаграмм ГИС реализуется на основе использования материалов по эталонным скважинам и так называемых псевдостатических описаний каротажных кривых. Программа выполняется на старших моделях ЕС ЭВМ.
10. "Плоские модели геологических полей (ПМГП)". Разработчик – ИВЦ производственного объединения "Пермнефть". Описание программы дано в печатных источниках. Предназначена для расчета числовых горногеометрических моделей нефтяных и газовых залежей, отображения моделей на картах в изолиниях, проведения различных расчетов по моделям, включая подсчет запасов объемным методом и моделирование полей отношений плотности запасов нефти к гидропроводности продуктивного пласта. Выполняется на старших моделях ЕС ЭВМ.
11. "Построение карт фильтрационных потоков по данным о дебитах и приемистостях скважин с учетом площадной изменчивости гидропроводности элементарного эксплуатационного объекта (FLGN)". Разработчик – кафедра РНГМ ПГТУ. Назначение ясно из наименования программы. Программа выполняется на IBM – совместимых персональных компьютерах.
12. "Построение карт расчленения площадей распространения элементарных эксплуатационных объектов на зоны дренирования скважин (DREN)". Разработчик – кафедра РНГМ ПГТУ. Предназначается для построения карты, на которой выделены зоны дренирования каждой из добывающих и нагнетательных скважин, одновременно работающих на один элементарный эксплуатационный объект. Задача решается по данным о пространственных координатах, дебитах и приемистостях скважин, без учета внутренней геологической неоднородности объекта. Программа выполняется на IBM – совместимых персональных компьютерах.
13. "Оценка качества функционирования системы разработки на уровне элементарного эксплуатационного объекта (КС)". Разработчик – кафедра РНГМ ПГТУ. Предназначена для получения количественных показателей, характеризующих реализуемую систему разработки с точки зрения ее отличия от "идеальной" системы, обеспечивающей для всех зон, дренируемых отдельными добывающими (нагнетательными) скважинами, одинаковые величины отношения связанных с этими зонами подвижных запасов углеводородов к дебитам (приемистостям) скважин. Учитывается неоднородность пласта по параметру "плотность запасов", игнорируется неоднородность по параметру "гидропроводность". Программа выполняется на IBM – совместимых персональных компьютерах.
14. "Оценка дебитов одно-, двух-, трех-, четырех - и пятизабойных скважин с вертикальными, наклонными и горизонтальными работающими стволами и многоярусных скважин с горизонтальными стволами, дренирующих изометричные в плане участки субгоризонтально залегающих пластов (MZC)". Разработчик – кафедра РНГМ ПГТУ. Упоминается в печати. Назначение ясно из наименования программы. Программа выполняется на IBM – совместимых персональных компьютерах.
15. "Имитационное моделирование разработки многопластового месторождения на режиме вытеснения нефти водой с применением внутриконтурного заводнения (IMPPBB)". Разработчик – кафедра РНГМ ПГТУ. Предназначена для ретроспективного и перспективного имитационного моделирования разработки нефтяной залежи с количеством продуктивных пластов не более трех. Значения технологических показателей разработки оцениваются под любую совокупность добывающих и нагнетательных скважин, часть из которых работает на один, часть на два или три пласта. Выполняется на IBM – совместимых персональных компьютерах.
Список литературы
1. А.с. 1514922 СССР, МКИ Е 21 В 47/10. Способ гидродинамического исследования в скважине/ О.М. Гордиенко, Ю.В. Шурубор, Л.Ф. Дементьев (СССР). 1989. Бюл. №38. 4с.
2. Шурубор Ю.В., Гордиенко О.М. Комплекс программ для решения задач выявления и прослеживания гидродинамических разделов в целях выделения элементарных эксплуатационных объектов// НТИС. Сер. "Геология, геофизика и разработка нефтяных месторождений". М.: ВНИИОЭНГ, 1992. Вып. II. С.15-17.
3. Шурубор Ю.В., Марков Н.Н. программное обеспечение промыслово-геологического обслуживания разработки нефтяных месторождений, осуществляемой с применением новых технологий// Проблемы повышения эффективности разработки, подсчета запасов и извлечения углеводородов в Пермском Прикамье. Пермь: ПермНИПИнефть, 1991. С. 3-9.
4. Геометризация и подсчет запасов нефтяных и газовых месторождений с помощью ЭВМ: метод. указания/ Сост. Ю.В. Шурубор; Перм. политехн. ин-т. Пермь, 1988. 36с.
2