63380

Системный принцип при управлении процессами разработки и эксплуатации нефтяных месторождений

Лекция

География, геология и геодезия

Если рассматривается эксплуатация группы взаимовлияющих скважин то судить об эффективности того или иного мероприятия способа варианта необходимо по суммарному эффекту по всей группе который может оказаться даже отрицательным несмотря...

Русский

2014-06-19

240 KB

5 чел.

Лекция 2

Тема: «Системный принцип при управлении процессами разработки и эксплуатации нефтяных месторождений»

При решении задач управления процессами РиЭНМ целесообразно рассматривать группу скважин, что связано с их взаимовлиянием (изменение режима работы одной из скважин приводит к изменению режимов работы других). Если рассматривается эксплуатация группы взаимовлияющих скважин, то судить об эффективности того или иного мероприятия (способа, варианта) необходимо по суммарному эффекту по всей группе, который может оказаться даже отрицательным, несмотря на положительные эффекты на отдельных скважинах. Кроме того, стремление повысить рентабельность эксплуатации скважин требует учета экономических, ресурсных критериев и ограничений, а также эксплуатационной надежности при оптимизации их работы. Таким образом, скважины связаны между собой не только «по гидродинамике», но и общими ограниченными ресурсами.

Указанные особенности обуславливают необходимость использования системного подхода при выборе вариантов эксплуатации скважин, основанного на согласовании работы следующих взаимосвязанных элементов: «пласт – призабойная зона скважины – скважина – скважинное оборудование» с учетом имеющейся совокупности критериев и ресурсных ограничений.

Под ресурсами могут пониматься:

- объемы добычи нефти;

     - капитальные и эксплуатационные затраты (финансы и оборудование) и т.п.

Возможный перечень критериев и ограничений приведен при использовании методов управления, направленных на увеличение производительности скважин при снижении забойного давления (позиция 1) приведен в таблице 1.

Системный подход должен использоваться при применении всех методов управления по позициям 1- 9 и др.

Реализация системного подхода для решения практически любой задачи требует формирования рациональных  вариантов компоновки оборудования, учитывающих изменение во времени дебитов, забойных давлений, обводненности, и других показателей работы установок. Причем, расчет динамики этих параметров должен проводиться для каждой скважины месторождения. Схематично основные компоненты  системного подхода представлены на рис. 1.

Рис 1 - Применение системного подхода

при выборе варианта компоновки скважинного оборудования
Таблица 1 Критерии и ограничения, используемые при выборе

рациональной технологии добычи нефти

Класс критериев

Критерии

Ограничения

1. Технологические

min   отбора воды

(min обводненности),

max  добычи  нефти

на дебиты, забойные давления, обводненность продукции

2. Экономические и ресурсные

max  прибыли,

min   себестоимости,

min   энергозатрат,

min   расхода оборудования,

на капитальные вложения, эксплуатационные затраты, на количество оборудования

3. Дополнительные  (экологические, надежностные и пр.)

max  унификации оборудования,

min    простоев,

max  межремонтного периода

на количество бригад подземного ремонта скважин

На рис. 1 показана входная и выходная информация, а также перечень моделей, необходимых для реализации системного подхода. Таким образом, реализация системного подхода для выбора рациональных вариантов эксплуатации требует проведения многовариантных расчетов по моделям фильтрации, подбора и оптимизации (выбора вариантов эксплуатации).

Как правило, такие расчеты при общей постановке задачи провести затруднительно из-за большой трудоемкости расчетов по каждой отдельной подсистеме. В связи с этим необходима декомпозиция исходной задачи на комплекс взаимосвязанных задач, представляющих систему с обратными связями (рис. 2)

Рис. 2 - Структура методики обоснования рациональной технологии добычи нефти

Приведенная схема является наиболее общей, а в зависимости от конкретной поставленной задачи она может меняться.

Рассмотрим последовательность расчетов в соответствии с алгоритмом, представленном на рис. 2.

Решение начинается с определения совокупности критериев. Задачи со второй по четвертую общеизвестны: это расчеты по моделям  процессов фильтрации и подъема жидкости. Для этих задач известны методики решения в зависимости от особенностей месторождения.

В наиболее простом случае схема работает следующим образом. Задается вариант начальных и граничных условий. Для него решаются третья и четвертая задачи. В результате этого для каждой скважины определяются в динамике дебит, забойное давление и обводненность, а также множество возможных способов эксплуатации с вариантами компоновки скважинного оборудования, обеспечивающих заданную динамику. Далее решается задача 5, в результате которой из всего множества выбирается один рациональный вариант компоновки оборудования (свой для каждой скважины), который учитывает все взаимосвязи скважин по дебитам и по ресурсам. Таким образом, в результате решения задач со второй по пятую для каждого режима работы группы скважин определяются «рациональные» способы эксплуатации с вариантами компоновки оборудования каждой скважины и, соответственно, значения ресурсных и технологических критериев. Задача 6 позволяет из множества ранее рассчитанных режимов работы группы скважин выбрать оптимальный режим. При этом рассматриваются только те варианты режима работы, которые удовлетворяют ограничениям (Задача 5). В данном пособии изучаются задачи 5 и 6.

Изучение математических аспектов указанных проблем является основной целью настоящей учебно-методической работы. Очевидно, что сложность решения этих проблем обусловлена не только неопределенностью в значениях пластовых характеристик, но и неопределенностью в самом понятии оптимальности способа эксплуатации скважин (варианта их технического оснащения или варианта разработки). Часто не ясно, что считать оптимальным способом эксплуатации скважин (вариантом компоновки, вариантом разработки), т.е. в наибольшей степени удовлетворяющим поставленным целям. Поэтому для ответа на этот вопрос приходится пользоваться совокупностью критериев эффективности, в той или иной степени, отражающих цели, поставленные при освоении месторождений природных углеводородов. Кроме этого, необходимо оценивать важность критериев с точки зрения поставленных целей.

Таким образом, выбор наилучших стратегий должен осуществляться методами многокритериального анализа. Одними из наиболее употребительных методов многокритериального анализа являются методы теории статистических решений (выбор по критериям Вальда, Гурвица, Сэвиджа), метод анализа иерархий, методы построения обобщенного критерия. Изучение и применение указанных методов для формирования рациональных вариантов технического оснащения нефтяных скважин и выбора наиболее целесообразных способов их эксплуатации являются основными задачами данного пособия.

Пример постановки задачи выбора

рационального варианта разработки нефтяной залежи

Рассмотрим пример, иллюстрирующий необходимость применения методов многокритериальной оптимизации для выбора рационального варианта разработки нефтяной залежи. На стадии оценки эффективности вариантов возникает необходимость в учете нескольких показателей эффективности. Если оценка эффективности проектного  решения  осуществляется на основе совокупности показателей, то выбор наилучшего проекта из заданного перечня осуществляется в условиях  неопределенности, когда заранее неизвестно какой из используемых показателей будет наиболее важным в будущем - на этапе реализации проектов. Если к тому же конкурирующие проекты (варианты) не связаны по ресурсам, то может оказаться целесообразным применение рассмотренных выше методов теории статистических решений или метода анализа иерархий для выбора оптимального из них.

К показателям эффективности процессов разработки нефтяных залежей можно отнести:

- число скважин (чем меньше значение этого показателя, тем меньше затраты на разработку залежи);

- коэффициент нефтеизвлечения (КИН) за весь срок разработки или нефтеотдача (чем больше значение этого показателя, тем выше эффективность варианта);

- срок разработки (более предпочтительный вариант соответствует меньшим значениям срока разработки).

Будем считать, что уже известны результаты расчета технико-экономических показателей и технологических параметров вариантов разработки некоторого гипотетического месторождения (схема размещения скважин - пятиточечная). Эксплуатацию месторождения предполагается вести одним из трех вариантов, отличающихся плотностью сетки скважин (25, 36 и 49 га/скв). Исходная информация, необходимая для выбора наилучшего варианта, приведена в таблице 2.

Следует еще раз подчеркнуть, что однозначность при выборе вариантов не имеет места, что и обуславливает необходимость использования методов принятия решений в условиях неопределенности.   

Таблица 2. Исходные данные

Вариант

Плотность сетки скв., га/скв

Число скв.

КИН

Срок разработки,

годы

1

25

91

0,30

36

2

36

62

0,29

50

3

49

45

0,28

67

Пример расчета показателей разработки для объема залежи, дренируемого скважиной с заданным вариантом компоновки оборудования, за период совместной добычи нефти и воды при заводнении

Допущения:

  1.  ФЕС в объеме дренирования осреднены по поровому пространству,  средняя проницаемость (пористость) системы на начало расчетов, т.е. при водонасыщенности объема дренирования .
  2.  Пластовое давление на контуре питания поддерживается постоянным при реализации технологии ППД.
  3.  Движение нефти и воды осуществляется в соответствии с зависимостями относительных фазовых проницаемостей  системы нефть-вода от водонасыщенности объема дренирования.

При этих допущениях динамика накопленной добычи нефти может быть получена при решении нелинейного дифференциального уравнения вида:

,                  (1)

где  - динамика отбора жидкости,

         - динамика обводненности продукции скважины.

При заданных допущениях динамика водонасыщенности  объема дренирования определяется, исходя из балансовых соотношений, определяется как:

,                 (2)

- водонасыщенность объема на начало расчетов (при добыче  за безводный период).

- объемный коэффициент нефти.

- заданный объем дренирования.

В общем случае дифференциальное уравнение (1) с учетом эмпирических зависимостей для относительных фазовых проницаемостей системы нефть-вода решается методом Рунге-Кутта, причем нулевая итерация метода Рунге-Кутта – метод Эйлера.

При использовании численных методов динамика накопленной добычи нефти  оценивается с учетом временного шага h, например, с шагом 30 суток, т.е. ежемесячная.

При отсутствии ретроспективных данных

                  (3)

V- геометрический объем участка пласта,

- осредненная открытая пористость,

,

- коэффициент охвата пласта заводнением (из промыслового опыта).

По методу Эйлера ежемесячная динамика накопленной добычи  при известной добыче за безводный период  и шаге расчетов h за период  есть:

  1.                                                           (4)

где - накопленная добыча нефти за месяцев с начала расчетов;

- дебит скважины по жидкости при водонасыщенности пласта ; ;

- обводненность продукции скважины, .

Таким образом  определяется на основе состояния пласта на предыдущем  шаге расчетов.

Понятно, что для решения указанной задачи в качестве основных исходных данных необходимо знать относительные фазовые проницаемости системы нефть-вода и , .

При указанных допущениях по механизму движения флюидов (по закону Дарси в соответствии с фазовыми проницаемостями) обводненность продукции скважины в -ом месяце:

,           (5)

Далее необходимо построить зависимость дебита скважины по жидкости  с учетом варианта компоновки оборудования и изменения коэффициент продуктивности скважины в -ом месяце с начала расчетов:

        (6).

Следует отметить, что фактический   зависит от варианта компоновки скважинного оборудования и продуктивности скважины в -ый временной срез.

Фактический дебит определяется с помощью методик подбора скважинного оборудования; для фонтанных скважин может быть использована программа “Нефтяной калькулятор”. В результате может быть построена вспомогательная зависимость  , например, в табличном виде;

 

Рис. 3. – Зависимость дебита по жидкости от обводненности продукции

Алгоритм решения задачи

Расчеты проводились с использованием программы “Нефтяной калькулятор”.

  1.  В качестве основных исходных данных используются: данные на начало расчетов - ,,; Зависимости относительных фазовых проницаемостей от водонасыщенности пласта; физические свойства нефти и воды; данные по скважине – глубина, устьевое и затрубное давление, вариант компоновки оборудования.
  2.  Рассчитывается фактический дебит скважины по жидкости на начало расчетов  (по методикам подбора); ;
  3.  Если  , рассчитывается - накопленная добыча нефти к концу первого месяца с начала расчетов (формула 4);
  4.  Рассчитывается прирост водонасыщенности участка пласта (объема дренирования), т.е. новое состояние объема дренирования через месяц:

  1.  Рассчитывается обводненность продуктивной скважины , формула 5, причем по зависимостям ОФП оцениваются ;
  2.  Рассчитывается коэффициент продуктивности скважины (6),
  3.  По методикам подбора скважинного оборудования рассчитывается - фактический дебит по жидкости.

Если , расчеты повторяются по позициям 3-7 до конечного временного среза.

С помощью программы “Нефтяной калькулятор” можно наглядно продемонстрировать расчеты по подбору оборудования скважин по кривым распределения давления и свойств ГЖС в скважине и НКТ. Для механизированных скважин существуют методики подбора скважинного оборудования при заданных пластовом давлении, коэффициенте продуктивности скважины, обводненности продукции, а также необходимых данных по пласту и скважине.

PAGE  2


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

57523. Люблінська унія. Початок польського володарювання на українських землях 89.5 KB
  Мета: розкрити причини основні положення Люблінської унії з’ясувати політику Речі Посполитої щодо України її політичний устрій та державну систему; показати суттєву зміну становища українських земель...
57524. Політичний і соціально-економічний розвиток Галицького і Волинського князівств. Піднесення Галицького князівства за Володимира та Ярослава Осмомисла 86 KB
  Піднесення Галицького князівства за Володимира та Ярослава Осмомисла. Вчити учнів вмінню показувати на карті території князівств часів роздробленості Русі порівнюючи їх із територіями колишніх племінних союзів східних слов’ян...
57525. Україна в період кризи радянської системи (1964-1985 рр.) 143.5 KB
  Навчальна: Продовжити формування хронологічної, просторової, логічної компетенцій в процесі узагальнення, систематизації та конкретизації подій, явищ та фактів з теми.
57526. The Golden Horse-shoe of Cherkasy Region 48.5 KB
  Objectives: to develop students’ cognitive and creative skills; to provide students with an opportunity to practise listening, reading, writing and speaking skills; to encourage students to work on projects...
57527. Об'єднане королівство Великобританії та Північної Ірландії 96 KB
  There are a lot of countries in the world. And every country has its own customs and traditions. So has Great Britain. Every country has its own flag, symbols and national holidays.
57528. Проблеми жінки у світі. Статус жінки у суспільстві (The problems of a woman in the world. The status of a woman in the society) (Граматичний матеріал) Пряма/Непряма мова - Direct/reported speech) 53.5 KB
  Everyone knows that men and women are very often confused by each other (it`s not surprising). The author of the international bestseller John Gray says it is so because they are from different planets. Men are from Mars, women are from Venus.
57529. Письменники англомовних країн. Книги в нашому житті 54 KB
  Розвиток навичок аудіювання з метою вилучення інформації з прослуханого тексту; активізація вживання граматичних структур Past Indefinite Passive в усному мовленні; Виховувати в учнів почуття любові та інтерес до книги. Розширювати літературний кругозір учнів.
57530. Свята в англомовних країнах 50 KB
  Освітня Познайомитись з традиціями англомовних країн Познайомитись з історією деяких свят Виховна Виховувати в учнів повагу до традицій інших народів.
57531. Защита окружающей среды на Украине 58 KB
  The problem of environment protection has become of vital importance not obly in Ukraine. After watching some shots you must answer the question: What will we do to help to protect the environment?