автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.06, диссертация на тему:Регулирование работы нагнетательных скважин в условиях проявления неравновесности с целью повышения эффективности заводнения

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ НЕРАВНОВЕСНЫХ ЭФФЕКТОВ В ПРОЦЕССАХ НЕФТЕДОБЫЧИ

1.1. Обзор работ по неравновесной фильтрации нефти в пластах.

1.2. Фильтрация омагниченной воды в глинизированных пластах.^

1.3. Влияние неравновесных явлений при фильтрации жидкости в неоднородных пластах на режим работы нагнетательных скважин.

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФИЛЬТРАЦИИ ЖИДКОСТИ В НЕОДНОРОДНОЙ ПО ПРОНИЦАЕМОСТИ СРЕДЕ.

2.1. Вывод уравнения неустановившейся фильтрации жидкости в неоднородной среде.

2.2. Проверка адекватности модели

3. РЕГУЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ НАГНЕТАТЕЛЬНЫХ СКВАЖИН ПРИ ПЕРИОДИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ НА ЗАЛЕЖЬ

3.1. Постановка задачи по определению оптимальных значений технологических параметров работы нагнетательных скважин.

3.2. Численный метод решения и обсуждение результатов

3.3. Оперативное отыскание наиболее эффективных режимов периодической работы скважин.

4. КОНТРОЛБ ЗА ПРОЦЕССОМ ПРОВЕДЕНИЯ ЗАВОДНЕНИЯ.

4.1. Прогнозирование приемистости нагнетательных скважин.

4.2. Оптимальное распределение времени работы кустовых насосных станций

Актуальность темы. В оснобных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981-1985 годы и на период до 1990 года, принятых ХХУ1 съездом КПСС, предусмотрено довести добычу нефти и газового конденсата в 1985 году до 630 млн.тонн. Успешное выполнение этой задачи в значительной мере связано с основной проблемой нефтяной промышленности - совершенствованием методов разработки нефтяных и газовых месторождений.

Теоретические и экспериментальные исследования последних десятилетий показали, что целый ряд технологических процессов нефтедобычи следует рассматривать, учитывая степень неравновесности системы. Так, в ряде случаев целесообразна периодическая работа нагнетательных скважин, поскольку временная остановка их позволяет регулировать степень взаимодействия системы нагнетаемая вода -пласт, способствует внутренней перестройке потока. В частности, отрицательные эффекты, связанные с набуханием глин, можно уменьшить при периодическом нагнетании омагниченной воды; периодичность нагнетания в неоднородных коллекторах способствует увеличению коэффициента охвата заводнения.

На сегодняшний день недостаточно полно исследован вопрос выбора оптимальных режимов периодической работы нагнетательных скважин в зависимости от конкретных реофизических параметров системы вода-пласт. Отмеченное и определяет актуальность представляемой работы.

Цель работы. Разработка методики установления и регулирования оптимальных режимов периодической работы нагнетательных скважин в условиях проявления неравновесных эффектов.

Б работе решены следующие задачи:

1. Определена модель фильтрации жидкости в глинизированной среде;

2. Предложена и численно реализована методика определения оптимальных значений основных технологических показателей периодической работы нагнетательных скважин с учетом физико-геологических характеристик пласта, ограничений на уровень давления нагнетания и объем нагнетаемой воды;

3. Разработан способ уточнения длительности цикла на основе текущей промысловой информации;

4. Предложена модель прогноза приемистости нагнетательных скважин;

5. Создана схема оптимального распределения рабочего времени кустовых насосных станций.

Методы решения поставленных задач. Поставленные задачи решались различными методами:

- адекватность выбранной математической модели фильтрации в неоднородной по проницаемости среде исследуемому процессу движения жидкости в глинизированной среде устанавливалась на основе применения существующих методов решения обратных задач;

- определение оптимальных значений основных технологических показателей работы скважин основывалось на теории оптимального управления; предлагаемый алгоритм метода последовательных приближений реализован на ЭВМ;

- уточнение длительности цикла основывалось на анализе промысловых данных и теории оптимального управления;

- в модели прогноза приемистости нагнетательной скважины и в предложенной схеме оптимального распределения рабочего времени КНС использовались элементы теории нечетких множеств, расчеты по этим задачам проводились на ЭВМ.

Научная новизна.

1. Разработаны методы расчета длительности воздействия и времени остановки при периодическом нагнетании воды.

2. Разработана модель прогноза приемистости нагнетательных скважин.

3. Предложена схема оптимального распределения рабочего времени кустовых насосных станций.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Разработанная методика уточнения длительности цикла, учитывающая динамику показателей заводнения и позволяющая оперативно контролировать работу нагнетательных скважин, вошла в "Методику по закачке омагниченной воды в пласт с применением постоянных магнитов", утвержденную ПО "Татнефть". Указанные рекомендации находятся на стадии промышленного внедрения на Восточно-Сулеевской и Алькеевской площадях.

Предложенная модель прогноза приемистости нагнетательных скважин позволяет решать задачу планирования заводнения. Указанная модель вошла в "Методическое руководство по анализу технологических процессов при разработке морских нефтяных, газовых и га-зоконденсатных месторождений", утвержденное Министерством газовой промышленности СССР; может быть применена при прогнозировании других технологических параметров нефтедобычи (пластовое давление,количество добытой нефти и т.д.).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на:

I. У Республиканской научной конференции аспирантов вузов

- 7

Азербайджана. Баку, 1982 г,

2* У Всесоюзной школе-семинаре по вопросам гидродинамики, технического диагностирования и надежности трубопроводного транспорта. Уфа, 1982 г.

3. 2 - ой областной теоретической школе-семинаре "Термодинамические методы в разведке, разработке и эксплуатации нефтяных и газоконденсатных месторождений Западной Сибири". Тюмень, 1983 г.

4-. Всесоюзном семинаре "Пути повышения нефтеотдачи пластов и интенсификации разработки нефтяных месторождений путем совершенствования технологических процессов". Уфа, 1983 г.

5. Совещании в производственном объединении "Татнефть". Альметьевск, 1984 г.

6. 1У Всесоюзной конференции "Применение вероятностно-статистических методов в бурении и нефтедобычи". Баку, 1984 г.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и рекомендаций. Изложена на 119 страницах, в том числе: 91 страница текста, 22 рисунка, б таблиц. Библиография содержит 83 наименования литературы советских и зарубежных авторов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Анализ результатов обработки лабораторных исследований показал, что оптимальным значением длительности остановки при периодическом нагнетании омагниченной воды в глинизированный коллектор является 6-7 суток.

2. Предложена методика определения оптимальных значений длительности воздействия и давления нагнетания при периодической работе нагнетательных скважин. Указанную методику, учитывающую средние по месторождению реофизические параметры пласта, целесообразно применять на этапе проектирования.

3. Предложена методика уточнения значения длительности цикла по каждой нагнетательной скважине, основанная на модели,построенной методами линейной идентификации по статистическим рядам замеров расхода и давления нагнетания, и на применении принципа максимума Л.С.Понтрягина.

4. Показано, что влияние различных случайных факторов приводит к тому, что величину приемистости нагнетательных скважин во времени целесообразно характеризовать не конкретным числом, а интервалом ее возможных изменений. В этом случае детерминированная модель прогноза дает худшее приближение, чем предложенная модель прогноза приемистости, использующая элементы теории нечетких множеств.

5. Для ограниченного числа кустовых насосных станций разработана схема оптимального распределения времени работы КНС, учитывающая:

- плановое ограничение на объем нагнетаемой воды;

- ограничение на длительность воздействия;

- условие полной загруженности КНС.

6. Предложенные рекомендации по уточнению длительности цикла вошли в "Методику по закачке омагниченной воды с применением постоянных магнитов", утвержденную ПО "Татнефть"; находятся на стадии промышленного внедрения на Босточно-Сулеевской и Алькеев-ской площадях Ромашкинекого нефтяного месторождения.

Модель прогноза, использующая элементы теории нечетких множеств, вошла в "Методическое руководство по анализу технологических процессов при разработке морских нефтяных, газовых и газокон-денсатных месторождений", утвержденное Министерством газовой промышленности.

1. Абасов М.Т.,Кулиев A.M. Методы гидрогазодинамических расчетовразработки многопластовых месторождений нефти и газа. / Ин-т проблем глубинных нефтегазовых месторождений.-Баку: "Элм",1976. 204 с.

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

3. Атанов Г.А.,Боксерман A.A.,Сургучев М.Л. К определению эффективности циклического заводнения неоднородных нефтяных пластов. НХ, 1973,№ I,с.46-52.

4. Байрамов A.M. ,Мамед-заде A.M. .Михайлов В.М. и др. Влияние магнитной обработки воды на процесс вытеснения углеводородного флюида из пористой среды. Изв.вузов. Нефть и газ. 1977, № 12,с.25-29.

5. Байрамов A.M.,Мамед-заде A.M.Михайлов Б.М. и др. Влияние магнитной обработки воды на процесс вытеснения углеводородной жидкости в пористой среде, содержащей остаточную воду. Изв. вузов. Нефть и газ. 1978,1 2,с.27-30.

6. Баренблатт Г.И.,Ентов Б.И.,Рыжик В.М. Теория нестационарнойфильтрации жидкости и газа. М.:Недра,1972,-288 с.

7. Баренблатт Г.И. Делтов Ю.П. Об основных уравнениях фильтрацииоднородных жидкостей в трещиноватых породах.- ДАН СССР,I960, т.132,вып.3,с.545-548.

8. Баренблатт Г.И.Делтов Ю.П.,Кочина И.Н. Об основных представлениях теории фильтращш однородных жидкостей в трещиноватых породах. ПММ, I960,т.24,вып.5,с.852-962.

9. Еаренблатт Г.И.»Мамедов Ю.Г.,Мирзаджанзаде А.Х. Неравновесные эффекты при фильтрации вязкоупругих жидкостей. ЖГ,1973, Jfc 5,с.76-83.

10. Бахтизин Р.Н. Обоснование некоторых гидравлических и тепловыхрасчетных моделей в трубопроводном транспорте нефти. Баку, 1982, 105 с.

11. Еоксерман A.A.,Шалимов Б.Б. О циклическом воздействии на пласты с двойной пористостью при вытеснении не^ти водой.- Изв. АН СССР,сер. Механика жидкости и газа,1967,№ 2,с.168-174.

12. Бочкарева Т.Ю. Нечеткий подход к прогнозу добычи нефти.- Тезисы докл.науч.конф.аспирантов вузов Азербайджана.-Баку,1982, 100 с.

13. Бочкарева Т.Ю. Об одной задаче прогрева пласта.-Изв.вузов.

14. Нефть и газ,1983,№ I,с.32-35.

15. Бочкарева Т.Ю. Прогнозирование некоторых технологических показателей нефтедобычи с помощью нечетких множеств.-Б сб.: Диагностирование технологических процессов и принятие решений в нефтедобыче.-Баку,1983,с.39-42.

16. Бочкарева Т.Ю. Оптимальное управление процессом закачки воды.-Изввузов. Нефть и газ. 1984,№ 4,с.31-34.

17. Буевич Ю.А.,Ясников Г.П. О применении методов неравновеснойтермодинамики для описания релаксационных эффектов в процессах добычи, транспорта и обработки нефти. Изв.вузов. Нефть и газ, 1981, Iii 10,с.54-59.

18. Бузинов С.Н.,Умрихин И.Д. Исследование пластов при гармоническом законе возбуждения пластов.-Изв.АН СССР. Механика и машиностроение, 1960,1 4,с.48-53.

19. Бутковский А.Г. Теории оптимального управления системами сраспределенными параметрами.-М.:Наука,1965, 474 с.

20. Бутковский А.Г. Методы управления системами с распределеннымипараметрами.-М.:Наука,1975,-481 с.

21. Бутковский А.Г.,Малый С.А.»Андреев Ю.Н. Управление нагревомметалла.-М.¡Металлургия,1981,с.272.

22. Гадаев К.А. Задача об определении поля давления пласта при периодической эксплуатации.-Б сб.аспирантских работ. Точные науки. Математика. Изд.Казанского ун-та,1970,с.45-50.

23. Генри Б. Кричлоу. Современная разработка нефтяных месторождений проблемы моделирования.М.:Недра,1979,с.42-60.

24. Горбунов А.Т. Разработка аномальных и нефтяных месторождений.1. М.:Недра,1981,-239 с.

25. Гусев JI.А. »Смирнов И.М. Размытые множества. Теория и практикаобзор) Автоматика и телемеханика,1973,В 5,с.66-85.

26. Де Гроот С.,Мазур П. Неравновесная термодинамика. М.:Мир,1964,456 с.

27. Дцанов A.C.,Стасенков В.Б. Комплексное изучение коллекторскихсвойств продуктивных пластов.М. -.Недра, 1976,-137 с.

28. Желтов Ю.П. ,Кутляров B.C. О неустановившемся движении жидкостив трещиновато-пористом пласте при периодическом изменении давления на его границе.-ПМТФ,1965,1 6,с.69-76.

29. Желтов Ю.П. Возможности метода физического моделирования приоценках механизмов нефтегазоотдачи.-В сб'.'Физическое и математическое моделирование механизмов нефтегазоотдачи".М. ,1981, с.3-7.

30. Зйббаров И.К. ,Мухаметзянов Ф.М. ,Теплов Ю.А. К задаче о максимальном отборе нефти в условиях двухфазной фильтрации.-Б сб.: Численные методы решения задач фильтрации многофазной несжимаемой жидкости.-Новосибирск,1980,с.98-102.

31. Ившин Б.П. К вопросу оптимального управления продвижением контура нефтеносности в условиях неоднородной среды.-В сб.: Численные методы решения задач фильтрации несжимаемой жидкости. -Новосибирск, 1972,с.II0-II8.

32. Кац P.M. Нелинейная установившаяся фильтрация жидкости в слоистом пласте.-Изв.АН СССР. Механика жидкости и газа,1972, в i,с.180-186.

33. Коган Л.Г.»Карпов Б.П. О влиянии неоднородности пласта по проницаемости на коэффициент охвата и другие параметры разработки. М.:Недра, Тр.ВНИИ,1963,вып.60,с.182-191.

34. Коробов А.П.,Лихушин Э.К. Постановка и решение задач оптимального управления объектами системы поддержания пластового давления. Тр.Гипровос токнефть,вып.31,1978,с.3-7.

35. Костерин A.B. Об уравнениях неравновесной фильтрации. ИФЖД980,т.39,№ I,с.77-79.

36. Кринари А.И. Новые данные о строении и коллекторских свойствахпород терригеновой формации девона юго-восточной Татарии.-Тр.совещ.по проблеме нефтегазоносноети Урало-Поволжья. М.: Изд.АН СССР,1956,с.124-130.

37. Кубо Р. Термодинамика.-М.:Мир,1970,-304 с.

38. Кузьмин Б.Б. Построение групповых решений в пространствах четких и нечетких бинарных отношений.-М.:Наука,1982,-168 с.

39. Кулиев A.M.»Азимов Э.Х. Определение параметров трещиновато-пористых коллекторов. Нефтепромысловое дело,1975,$ 10,с.5-8.

40. Курант Р.,Гильберт Д. Методы математической физики. Изд.2-е.

41. M-JI.,Гос.изд.техн.-теорет.лит. ,1951,т.2 , 544 с.

42. Кутляров B.C. Об определении параметров трещиновато-пористыхпластов по данным нестационарного притока жидкости к скважинам . -М.: Недра, Тр. ВШИ, вып. 50,1967, с. I09-II6.

43. Леви Б. И. ,3айдель Я.М. Численное моделирование циклического заводнения нефтяных пластов.-В сб.: Численные методы решения задач фильтрации многофазной несжимаемой жидкости.-Новосибирск, 1980, с. 145-150.

44. Лукашин Ю.П. Адаптивные методы краткосрочного прогнозирования.

45. М. -.Статистика, 1979, 254 с.

46. Маслянцев Ю.В. ,Огаджанянц В.Г. ,Сургучев М.Л. Опыт циклическоговоздействия на пласт А4 Покровского месторождения.-М.: ВНИИОЭНГ,сер.Нефтепромысловое дело,1969,f I,с.17-20.

47. Математическая теория оптимальных процессов /Понтрягин JI.С.,Болтянский В.Г. ,Гамкрелидзе Р.В. и др. Изд.4,М.:Наука, 1983, 392 с.

48. Мееров М.Л.,Литвак М.Л.,Байрамов A.M. Оптимальное управлениенефтедобычей на многопластовом месторождении.-Докл.АН Аз ерб.ССР,т.32,В 5,1976,с.34-38.

49. Мелик-Пашаев B.C. Современная оценка геологической неоднородности пластов в практике разработки нефтяных месторождений.-М.:ВНИИОЭНГ, 1973,с.32-48.

50. Методика по закачке ©магниченной воды в пласт с применениемпостоянных магнитов /А.Х.Мирзаджанзаде,В.Г.Азизов,Т.Ю.Боч-карева и др. Альметьевск,1984, 54 с.

51. Методическое руководство по применению теории расплывчатыхмножеств для анализа и проектирования показателей строите лства нефтяных скважин /Мирзаджанзаде А.Х.,Агаев С.Г., Барановский В.Д. и др. М.,1978,с.3-5.

52. Методическое руководство по анализу технологических процессовпри разработке морских нефтяных, газовых и газоконденсат-ных месторождений /Мирзаджанзаде А.Х. ,Садыхзаде Э.С.,Боч-карева Т.Ю. и др. Баку,1983, 241 с.

53. Методические рекомендации по применению теории нечеткости впроцессах контроля и управления объектами газоснабжения / Алтунин А.Е. Дуклеев С.Н.,Семухин М.В. и др. Тюмень,1983, 134 с.

54. Мирзаджанзаде А.Х.,Аметов И.М. Прогнозирование промысловой эффективности методов теплового воздействия на нефтяные пласты. М.-.Недра, 1983, 205 с.

55. Мирзаджанзаде А.Х.»Степанова Г.С. Математическая теория эксперимента в добыче нефти и газа. М. -.Недра, 1977 229 с.

56. Мирчинк М.Ф.Мирзаджанзаде А.Х.,Желтов Ю.В. Физико-геологические проблемы повышения нефтегазоотдачи пластов. М. -.Недра, 1975. 230 с.

57. Михельман А.И.,Федореев Л.В. Изменение приемистости нагнетательных скважин при обработке воды магнитным полем. Изв. вузов. Нефть и газ.1978.№ 7,с.50. 55. Моисеев H.H. Элементы теории оптимальных систем.М.:Наука,1975, 526 с.- не

58. Муслимов Р.Х.,Мамед-заде A.M.,Салаватов Т.Ш. и др. Некоторыемероприятия по увеличению приемистости нагнетательных скважин. Изв.вузов.Нефть и газ, 1983,А? 5,с.22-24.

59. Негойце К. Применение теории систем к проблемам управления.1. М. :Мир,1981, 180 с.

60. Оганджанянц Б.Г. Теория и практика добычи нефти при циклическом заводнении.-В сб.Разработка нефтяных и газовых месторождений. М. :Недра,1970,с.39-79.

61. Оганджанянц В.Г. »Егорова И.И. Об устойчивости водо-нефтяногоконтакта в слоистых пористых средах. Докл.АН СССР,I960,т. 134,1 I,с.59-61.

62. Огибалов П.М.»Мирзаджанзаде А.Х. Механика физических процессов.1. М.:МГУ,1976, 368 с.

63. Осипов Ю.Б. Магнетизм глинистых грунтов.М.,Недра,1978, 200 с.

64. Оценка параметров модели при типовой идентификации линейныхобъектов. Препринт. /Райбман Н.С.Днисимов С.А.,Яралов А.А. и др. М. :ИПУ,1973, 103 с.

65. Построение математических моделей химико-технологических объектов. /Дудников Е.Г.»Балакирев B.C. ,Кривсунов В.Н. и др. Л., Химия,1970, 311 с.

66. Разработка месторождений при забойном давлении ниже давлениянасыщения /Вахитов Г.Г.»Максимов В.П.»Мирзаджанзаде А.Х. и др. М.:Недра,1982, 229 с.

67. Райбман Н.С.,Чадеев В.М. Построение моделей процессов производства. М.:Энергия,1975, 375 с. 57. Салаватов Т.Ш. Пути увеличения приемистости нагнетательных скважин. Изв.вузов.Нефть и газ. 1983,№ 2,с.26-29.

68. Салехов Г.С.,Иванов Н.ф. К вопросу об оптимальном режиме эксплуатации нефтяных месторождений. Докл.АН СССР,1953,т.39, В 2,с.237-239.

69. Саттаров P.M. Термодинамические исследования кинетическихэффектов релаксирующих нефтей. Изв.вузов.Нефть и газ.1982, I 8,с.61-65.

70. Сургучев М.Л. Импульсное /циклическое/ воздействие на пласткак метод повышения нефтеотдачи. НХ,1965Дч 3,с.52-57.

71. Сургучев М.Л. Методы контроля и регулирования процесса разработки нефтяных месторождений. М.-.Недра, 1968, 300 с.

72. Сургучев М.Л.Кузнецов О.Л.,Симкин Э.М. Гидродинамическое,акустическое, тепловое циклические воздействия на нефтяные пласты. М.:Недра,1975.

73. Сургучев М.Л.Делтов Ю.В. ,Симкин Э.М. Физико-химические микропроцессы в нефтегазоносных пластах. М. -.Недра, 1984 , 215 с.

74. Типовые линейные модели объектов управления /С.А.Анисимов,И.С.

75. Зайцев,Н.С.Райбман и др.,под ред.Н.С.Райбмана.-М.:Энерго-атомиздат,1983, 234 с.

76. Тихонов А.Н.,Самарский A.A. Уравнения математической физики.1. М.:Наука,1977, 735 с.

77. Федоренко Р.П. Приближенное решение задач оптимального управления. М.-.Наука, 1978. 487 с.

78. Швидлер М.И.,Башиев Б.Г. Некоторые вопросы оптимизации разработки нефтяных месторождений.-В сб.¡Численные методы решения задач фильтрации несжимаемой жидкости. Новосибирск,1972, с.208-211.

79. Циклическое заводнение нефтяных пластов. /Горбунов А.Т.,Мыхтарянц С.А.,Сафронов В.И. и др. М.:ВНИИ0ЭНГ,1977.

80. Tong Sj//iUes¿s о/ /шгр moc/efs fov Шг/st

81. Cff proceses, SO/r?P ïece/it Zest/ft, Jatean J, Genezcfâ System J /^7SJ vof.4^ pp.965, pp. 338-353.