автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Имитационное моделирование систем поддержания пластового давления при технологии дискретных закачек

На правах рукописи

ЗУБОВ МАКСИМ ВЛАДИСЛАВОВИЧ

ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ПОДДЕРЖАНИЯ ПЛАСТОВОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИ ТЕХНОЛОГИИ ДИСКРЕТНЫХ ЗАКАЧЕК

05.13.18 — Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тюмень - 2006

Работа выполнена на кафедре механики многофазных систем Тюменского государственного университета

Научный руководитель

доктор физико-математических наук, профессор

Кислицын Анатолий Александрович

Научный консультант

кандидат технических наук Горбатиков Виктор Андреевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор

Файзуллин Рашит Тагирович

кандидат физико-математических наук, доцент

Мусакаев Наиль Габсалямович Ведущая организация ОАО «СибНИИНП», г. Тюмень

Защита диссертации состоится « » 2006 г., в « /If »

часов на заседании диссертационного совета К 212.274.01 при Тюменском государственном университете по адресу 625003, г. Тюмень, ул. Перекопская 15А, ауд. 217.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тюменского государственного университета.

Автореферат разослан «_ А6» Аивв/1% 2006

г.

Ученый секретарь ^frfi*^

диссертационного совета ^ •/ Булгакова Н. Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

В настоящее время приобретают особую актуальность проблемы повышения эффективности разработки нефтяных месторождений — увеличение добычи нефти и снижение ее обводненности, повышение нефтеотдачи пластов, достижение экономической эффективности.

Заводнение является основным способом поддержания пластового давления при разработке нефтяных месторождений, а системы поддержания пластового давления (системы ППД) — одним из наиболее крупных потребителей электроэнергии в нефтедобыче, поэтому в общей проблеме повышения эффективности разработки одним из основных аспектов является совершенствование технологий заводнения и модернизация систем ППД.

Применяемая технология заводнения — технология непрерыв-' ных закачек (ТНЗ) не соответствует новым требованиям вслед-

ствие ее низкого уровня управляемости и информативности, а ориентированные на нее системы ППД не отвечают новым повышенным требованиям как в части эффективности заводнения (маневренность, избирательность, набор, диапазон и виды воздействий) так и в части собственной энергоэффективности.

Разработанная в институте ОАО «Гипротюменнефтегаз» технология дискретных закачек — ТДЗ (патент на изобретение № 2186954, приоритет от 19.07.2000) не имеет недостатков присущих технологии непрерывных закачек. При технологии дискретных закачек заводнение, как основной способ воздействия на эксплуатационный объект, приобретает ряд дополнительных возможностей как в сфере разработки — расширение диапазона воздействий до пределов технических возможностей системы ППД с их дифференциацией по скважинам (объемы закачки, расходы, давления, режимы закачки — непрерывный, прерывистый, импуль-5 сный, волновой), так и в области эксплуатации самих систем

ППД — исключение непроизводительных затрат энергии, оптимизация режимов работы систем по минимуму энергозатрат (Э ) , на выполнение технологического задания (энергосбережение).

Реализация данной технологии в полном объеме и достижение высоких показателей, как в эффективности заводнения, так и в энергосбережении, возможны только при наличии соответствующего программного обеспечения — имитационной модели

РОС. НАЦИОНАЛиялч 3 БИБЛИОТЕКА } СПетарбург /а /*>, ОЬ «%) »<1/Р}

(ИМ), позволяющей моделировать работу систем ППД и решать задачи контроля и управления системой ППД.

Перечень основных задач по контролю и управлению системами ППД при ТДЗ, решаемых на имитационной модели:

1) Оценка суточного задания по закачкам \У,ад = ^ , на техническую возможность выполнения и на величину энергетических затрат.

2) Расчет оптимального по Эт(л графика закачек на сутки (цикл) для данного IV^ = Х •

3) Контроль исправности сети водоводов высокого давления (ВВД) — обнаружение и локализация порывов и утечек.

4) Получение в процессе эксплуатации данных по характеристикам скважин, трубопроводов, насосных агрегатов и отображение динамики их изменения, ведение баз данных (БД) по этим показателям.

5) Оперативный контроль состояния систем ППД.

Здесь же и оперативное решение таких задач текущей эксплуатации, как определение и устранение узких мест сети высоконапорных водоводов путем введения колец и лупингов.

Современный уровень разработки и эксплуатации месторождений связан с постоянно действующими геолого-технологическими моделями (ПД ГТМ) эксплуатационных объектов, для формирования и использования которых нужны управляемые воздействия, что в полной мере и обеспечивается новой технологией. Имитационная модель с ее базами данных по нагнетательным скважинам является источником дополнительных данных для ПД ГТМ с возможностью оперативно отслеживать динамику их изменений.

При технологии дискретных закачек с использованием имитационной модели характеристики скважин могут быть получены прямо в процессе эксплуатации без прекращения закачки и проведения специальных исследований.

Цели и задачи:

1) Проанализировать существующие методы и алгоритмы гидравлического расчета трубопроводных систем и выбрать наиболее приемлемые для реализации в имитационной модели.

2) Разработать математическую модель системы ППД и на ее основе — программный комплекс для моделирования режимов работы систем ППД при ТДЗ.

3) Разработать методику определения оптимального графика закачки.

4) Разработать методику определения местоположения (локализации) утечек в сети высоконапорных водоводов.

Методы решения задач:

— Метод математического моделирования для разработки имитационной модели.

— Методы последовательных приближений.

— Метод оптимизации при определении режимов работы систем ППД.

Научная новизна результатов полученных в работе:

1. Разработана имитационная модель систем ППД. Модель реализована в виде пакета программ, который позволяет выполнять гидравлические расчеты систем ППД и моделирование режимов их функционирования.

2. Выбраны рациональные алгоритмы гидравлического расчета систем: для систем древовидной структуры — алгоритм на основе метода простой итерации; для систем с наличием кольцевых участков — метод узловых давлений. Оба метода адаптированы для расчета систем ППД.

3. Разработана методика настройки имитационной модели на конкретную реальную систему ППД, включающая процедуру расчета фактических значений коэффициента эквивалентной шероховатости для водоводов сети.

4 Разработана процедура определения оптимального графика закачек.

5. Разработана методика обнаружения и локализации утечек в сети водоводов и нарушений работы нагнетательных скважин.

6. Смоделированы режимы работы в цикле для реальных систем ППД с определением оптимального из них.

Практическая ценность работы.

Разработка имитационной модели дает возможность организовать управление ТДЗ с реализацией в полной мере ее возможностей и преимуществ: высокая управляемость воздействий на пласт, оптимизация режимов закачки и энергоэффективность, а также возможность получения в процессе эксплуатации оперативной информации об объекте разработки (информативность).

Апробация работы.

Основные материалы и результаты представленной диссертационной работы докладывались на Всероссийских и международных конференциях и семинарах: VI Всероссийский семинар «Моделирование неравновесных систем» (ИВМ СО РАН, г. Красноярск, 2003 г.), международная научно-техническая конференция, посвященная 40-летию ТюмГНГУ (ТюмГНГУ, г.Тюмень, 2003 г.), 27-я Научно-практическая конференция ОАО «Гипротюменнефтегаз» (ОАО «Гипротюменнефтегаз», г. Тюмень, 2003 г.), межотраслевой научно-методический семинар «Теплофизика, гидродинамика, теплотехника» (ТюмГУ, г. Тюмень, 2004 г.), V Научно-практическая конференция молодых специалистов организаций, осуществляющих виды деятельности, связанной с пользованием участками недр на территории ХМАО Югры, (ЮГУ, г. Ханты-Мансийск, 2005 г.).

Кроме того, данная работа обсуждалась на семинарах, проводимых на физическом факультете в ТюмГУ и в ТФ ИТПМ СО РАН.

Данная работа была поддержана грантом министерства образования РФ, министерства промышленности, науки и технологий РФ и РАН в 2003 году по федеральной целевой программе «Интеграция науки и высшего образования России на 2002-2006 годы» (гос. контракт от 01 октября 2003 г. № 3 3016).

Публикации: По результатам диссертации опубликовано 8 научных работ, перечень которых представлен в конце автореферата.

ОБЩЕЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определены основные цели и задачи исследования, сформулирована научная новизна и практическая ценность проведенных работ.

В первой главе рассматриваются гидравлические сети, их составляющие элементы и математическое описание, обзор основных подходов и методов решения задач гидравлического расчета — метод поконтурной увязки перепадов давлений (иногда его называют методом Лобачева-Кросса), метод поузловой увязки расходов, экстремальный подход.

Также приводится описание некоторых имеющихся программных продуктов для решения задач проектирования и текущей эксплуатации трубопроводных систем посредством гидравлического расчета.

Во второй главе поясняется основное назначение систем поддержания пластового давления при разработке нефтяных месторождений и краткое описание применяемой технологии заводнения — технологии непрерывных закачек с указанием недостатков присущих данной технологии.

Структурная схема системы ППД представлена в виде графа на (рис. 1).

Также в этой главе освещается суть новой технологии дискретных закачек (ТДЗ), разработанной в институте ОАО «Гипро-тюменнефтегаз». Определяются состав и структура имитационной модели систем ППД как неотъемлемого элемента при реализации ТДЗ, позволяющего моделировать работу систем ППД и решать задачи контроля и управления системой.

Формируется математическая модель системы ППД. В основе решения большинства задач, решаемых посредством имитационной модели, лежит задача гидравлического расчета (или определения потокораспределения) сложных трубопроводных систем с установившимся изотермическим движением однофазной среды.

В работе реализовано два метода решения задачи гидравлического расчета: метод узловых давлений (МУД); алгоритм, основанный на методе простой итерации. Основная идея реализа-

ска.5

сга.19

Рис. 1. Структурная схема системы ППД.

ции двух методов заключается в следующем: для расчета систем ППД, умеющих кольцевые участки, оправдано использования метода узловых давлений, так как при применении метода простой итерации итерационный процесс расходится. Но при расчете древовидных систем за счет того, что в основе МУД лежит процедура линеаризации нелинейных уравнений, точность метода ниже по сравнению с методом итераций. Поэтому для расчета систем не кольцевой структуры используется метод простой итерации при решении системы нелинейных уравнений. Помимо этого, при использовании метода простой итерации не накапливается ошибка округления, хотя скорость сходимости ниже, чем у метода узловых давлений.

Используемые методы были адаптированы для расчета систем ППД.

Метод узловых давлений. Данный метод обобщает известный электротехнический метод узловых напряжений и сочетает преобразования Максвелла к узловым величинам с методом Ньютона. Исходной является система т уравнений, составленных из условий материального баланса по каждому узлу (в сети т узлов).

=0 для 1-го узла, %<221 =0 для 2-го узла, (1)

=0 для т-го узла,

где п,,п2,...,пт — количество водоводов, пересекающихся в ]-м (1-м,2-м,...,т-м) узле причем {и,,л2}е [1..л], а (¿^ — расход жидкости по этим водоводам (входящий поток считается положительным, выходящий — отрицательным). В векторной форме ее можно записать как

Ад = 0, = 2$, (2)

где А — матрица соединений (Ат — транспонированная матрица соединений).

Процесс последовательных приближений в методе узловых давлений сводится к последовательным поправкам узловых давлений, определяемых через невязки расходов на ветвях. Для математичес-

кого описания этого процесса необходимо иметь взаимосвязь двух векторов приращений: ДР и Ад. С этой целью проведя линеаризацию уравнений системы (2) и соответствующие преобразования, система уравнений по узлам сети сведется к системе линейных уравнений относительно т-1 узла и т-1 неизвестных ЛР У=1,_.,т-1):

= -2Д<2СЛ0. (3)

где У АТ =М "" — квадратная матрица Максвелла (4)

Далее имеем итерационный процесс для определения вектора давлений Р, решаем систему из т линейных уравнений (3) и производим уточнение вектора Р путем определения небалансов давлений АР по узлам сети через невязки расходов АО, на ветвях. Условием для прекращения данного процесса является выполнение заданной точности расчета.

Алгоритм на основе метода простой итерации. Данный метод предназначен для численного решения систем нелинейных уравнений. Для сети водоводов состоящей из т узлов имеем систему т нелинейных алгебраических уравнений (1) из условия материального баланса по узлам сети. В свою очередь, расход жидкости по каждому водоводу является функцией от перепада давлений между его начальным и конечным узлами, поэтому система уравнений (1) может быть записана в виде:

¿/и(АР1,) = ° для 1-го узла, 1=1

. ¿Л/АРг,)= 0 для 2-го узла, (5)

1=1 4

^/тДАР™) = 0 для т-го узла.

В каждом из уравнений системы (5) фигурирует величина АР^, характеризующая перепад давления на концах г-того водовода связанного с ]-тым узлом (;=1...тп). Приводим все уравнения системы к виду:

pm = f(PJ (6)

И решаем их, подставляя в правую часть уравнений начальные приближения вектора давлений Р(0>=(Р 1<0>,...,Рт°>) по узлам сети, нахождение начальных приближений является отдельной задачей.

^т — ПРт )

Получаем уточненное значение вектора давлений по узлам сети и далее используем их как начальное на следующем шаге (итерации). Итерационный процесс повторяется п-тое число раз,

Рт = /(^т ') ДО тех пор, пока не будет выполняться конечное условие. Конечным условием для прекращения итерационного процесса является обеспечение заданной точности расчета.

Таким образом, в результате вычислений получаем значения вектора давлений Р в исследуемой сети водоводов высокого давления. Далее, используя конечные зависимости, определяем значения вектора расходов {2 по системе, соответствующие вычисленному вектору давлений Р.

Вид «узловых» уравнений системы (1) определяется в зависимости от того, какие элементы сети примыкают к данному узлу. Уравнение материального баланса по каждому узлу включает сумму конечных зависимостей взаимосвязи Р и Q, описывающих работу элементов непосредственно связанных с узлом (нагнетательная скважина, водоводы, кустовая насосная станция).

Водоводы высокого давления. В качестве функции связи между расходами и давлениями на участках сети ВВД принята формула Дарси-Вейсбаха:

д(8)

где АР^ - перепад давлений между ¿-м и г-м конечными узлами водовода (МПа), Qjt — расход жидкости (м3/сут), Ь^ — длина водовода (м), — внутренний диаметр (мм), Я^ — коэффициент гидравлического сопротивления водовода; р — плотность жидкости (кг/ж3), к — эмпирический коэффициент пропорциональности.

Коэффициент гидравлического сопротивления А в зависимости от установившегося режима течения жидкости в водоводе I вычисляется по следующим формулам:

, _ 64

• При ламинарном течении — И, - —— (формула Стокса); (9)

Кб

• При турбулентном течении использована упрощенная универсальная формула для условий наиболее вероятных в практике расчета трубопроводов:

Я, =0.11

г

Кэ1 68 -!- +-

<1. Яе,

\0,25

(формула Альтшуля)'

(10)

где Кэ — коэффициент эквивалентной шероховатости (иш), <1 — внутренний диаметр водовода (мм). На пределах формула Альтшуля переходит в известные и хорошо отвечающие опытам зависимости для коэффициента гидравлического сопротивления.

В координатах Р, Q характеристика водоводов сети имеет вид (рис. 2), где кривые 1, 2 характеризуют падение давления от расхода жидкости для водоводов одного диаметра и прочих равных условий, но разной длинны.

рг 0

Рис. 2. P(Q) характеристика водовода Нагнетательные скважины. Характеристика работы нагнетательных скважин принята линейной, но возможно использование и нелинейной зависимости. При моделировании работы нагнетательной скважины и ее характеристики в координатах Р, Q, имеющей линейный вид, следует, что в пласте установилась фильтрация воды по линейному закону Дарси и работа нагнетательных скважин (т. е. определение количества жидкости поступающей к забою скважины и закачиваемое в пласт) описывается по уравнению Дюгаои (уравнение установившейся приемистости нагнетательной скважины при закачке воды в пласт):

(П)

где £? — приемистость скважины (м3/сек); [г — вязкость жидкости (Яа-с); Кк — радиус контура питания (м); к — коэффициент проницаемости пласта (ж2); к — толщина продуктивного пласта (ж); К — радиус скважины (м).

При этом если ^ 2пкк

Л. —-

ц-Ьп

то уравнение Дюпюи примет вид:

К=-

<2 = К(Рзаб-Рт) = КР. (12)

А это есть уравнение индикаторной диаграммы, получаемое в результате исследований скважины Здесь К — коэффициент приемистости нагнетательной скважины, его размерность — м?/(сут ■МПа). Коэффициент приемистости скважины, прежде всего, определяет поглощающую способность пластов, и определяется как отношение расхода закачиваемой в пласт воды к давлению на забое скважины (разность между пластовым и забойным давлениями).

й =й

Р^-Рп, Р (13)

При соблюдении линейного закона фильтрации жидкости на всех режимах работы скважины коэффициент приемистости — величина постоянная.

При эксплуатации нагнетательных скважин коэффициент приемистости со временем изменяется, его уменьшение обуславливается множеством факторов.

Характеристика нагнетательной скважины в координатах Р, 2 как уже было отмечено, может быть линейной — 1 или нелинейной — 2 (рис. 3).

Рис. 3. Р( Q) характеристики нагнетательной скважины Кустовые насосные станции. Для характеристики работы насосных агрегатов КНС используется их суммарная напорная характеристика. Напорная характеристика насосного агрегата — Р(0) зависимость, т. е. соотношение, отображающее как изменяется

давление на выходе насоса при изменении расхода среды, транспортируемой насосом. Р(0 характеристика насосного агрегата получена путем аппроксимации экспериментальных данных. Для центробежных насосов (ЦН) напорная характеристика хорошо аппроксимируется полиномиальным уравнением второй степени:

Р(.0) = аОг +Ь(} + с (14)

где а, Ъ, с — рассчитываемые коэффициенты полинома. Суммарная напорная характеристика КНС в случае оснащения центробежными насосами и при различном их числе приведена на (рис. 4а), плунжерными насосами (ПН) — на (рис. 46).

а) б)

Рис. 4. Р(<2) характеристика КНС при различном оснащении и числе рабочих насосов: а) КНС оснащена ЦН, б) КНС оснащена ПН

При этом на Р(0 характеристике есть область, соответствующая максимальному К.П.Д. насоса, в которой обеспечивается нормальная эксплуатация насоса — рабочий диапазон (РД).

По мере увеличения срока службы насоса происходит изменение напорной характеристики Р(0 в сторону уменьшения параметров (давление на выходе насоса, К.П.Д.). Для учета этого фактора в имитационной модели были использованы данные технических паспортов представленных заводами изготовителями насосных агрегатов. Поправка Р( 0 характеристики осуществляется с учетом срока эксплуатации насосов и средней величины снижения напора.

При проведении расчетов исходными данными являются следующие характеристики системы:

— трубопроводы: длина, внешний диаметр, толщина стенки, год введения в эксплуатацию;

— КНС: число насосов, их тип и Р(£>) характеристика, срок эксплуатации;

— нагнетательные скважины: внутренний диаметр и длина колонны насосно-компрессорных труб (НКТ), коэффициент приемистости, диаметр штуцера (если есть), задание по объему закачки.

Также, в этой главе представлены результаты тестирования имитационной модели. Тестирование осуществлялось путем расчета систем ППД реальных месторождений. Для тестирования использовались данные по системам ППД различной структуры, масштаба. Результаты тестирования хорошо согласуются с фактическими данными, в пределах достоверности последних.

В третьей главе освещаются основные алгоритмы и методики для решения задач, поставленных перед имитационной моделью.

Настройка модели на реальную систему. В большинстве случаев при расчете реальных систем ППД будет иметь место ситуация, когда расчетные значения имитационной модели расходятся с фактическими данными, в этом случае необходима настройка модели на конкретную систему. Настройка подразумевает максимальное приближение значения коэффициента гидравлического сопротивления через поправки коэффициента эквивалентной шероховатости Кэ по участкам сети высоконапорных водоводов к реальному для того, чтобы обеспечить заданную точность, соблюдение которой необходимо при решении поставленных перед имитационной моделью задач, в первую очередь для решения задачи контроля исправности сети высоконапорных водоводов.

Для настройки модели необходимо и достаточно знать: давления во всех узлах сети, расходы в начальных и конечных точках системы, что предусмотрено схемами контроля и управления системами ППД.

Как правило, в водоводах систем ППД имеет место турбулентный режим течения жидкости в трубе. В этом случае коэффициент гидравлического сопротивления зависит от числа Рей-нольдса и коэффициента эквивалентной шероховатости — Я = /(Ке,Аэ) (по мере увеличения числа Яе, на величину Я преобладающее значение начинает оказывать Кэ при этом зависимость от Ее уменьшается). Тогда алгоритм настройки сводится лишь к определению расходов на неизвестных участках и определению фактического коэффициента эквивалентной шероховатости по каждому водоводу системы воспользовавшись формулами Дарси-Вейсбаха (8) и Альтшуля (10).

Контроль исправности сети ВВД. Задача контроля исправности сети высоконапорных водоводов является достаточно актуальной и ее решение имеет большое технико-экономическое и практическое значение для своевременного оперативного определения мест аварийных повреждений (порывов) и утечек в сети водоводов, так как эти повреждения влекут за собой в первую очередь крупный экологический ущерб, вследствии того что в качестве рабочего агента для закачки в пласт используют пластовую воду, являющуюся высоко агрессивной средой.

При нарушении целостности водовода сети и как следствие -появлении утечки, происходит изменение режима течения транспортируемой среды. До аварии в сети был установившийся стационарный режим течения. Новый же установившийся режим с дополнительным расходом на утечку отличается от режима до появления утечки. Сравнение установившегося режима течения жидкости в водоводе сети после его повреждения с нормальным режимом (до появления порыва), а также переходные процессы, проявившиеся вследствие аварии, позволяют судить о появлении утечки, о ее величине и месте нахождения.

Кроме того, при функционировании системы ППД возможен еще один вид нарушений нормальных режимов эксплуатации, связанный с работой нагнетательных скважин — это либо прорыв потока воды внутри пласта по направлению к добывающей скважине, сопровождающийся резким увеличением приемистости скважины, либо закупоривание поровых каналов призабойной зоны скважины, сопровождающееся — снижением приемистости скважины.

При появлении утечки в результате порыва водовода характерно значительное уменьшение коэффициента гидравлического сопротивления на данном участке (т. е. Д _>()), а появление утечки в скважине характеризуется резким и значительным увеличением ее коэффициента приемистости (т. е. К °° )• Поэтому методика определения местоположения порывов и утечек в сети высоконапорных водоводов основана на сопоставлении фактического и расчетного значений коэффициента гидравлического сопротивления по всем водоводам сети. А определение факта нарушения режима работы скважины (появление утечки в скважине, либо снижение приемистости скважины) определяется путем отслеживания изменений коэффициента приемистости.

Для решения данной задачи необходимо оснащение трубопроводов сети высоконапорных водоводов соответствующими средствами контроля. Их количество и местоположение должно обеспечивать получение максимума информации о сети: каждый водовод должен быть оборудован одним датчиком расхода жидкости, каждый узел сети — датчиком давления.

На имитационной модели производилось моделирование систем ППД при наличии утечек, как в результате порыва водоводов, так и в результате прорыва потока жидкости в пласте, имитационная модель имеет хорошую чувствительность к изменению соответствующих параметров систем ППД и адекватно реагирует на достаточно малые изменения характеристик элементов (К, Л).

Расчет оптимального графика закачек. Технология дискретных закачек обеспечивает поскважинное управление закачками с возможностью установить и реализовать для каждой скважины индивидуальное суточное задание по объему закачки и всем ее параметрам: расход qJ и давление р1 во всем диапазоне технических возможностей системы, продолжительность закачки и ее место в пределах суточного графика, режим закачки — непрерывный, прерывистый, периодический. Если задание не выходит за пределы технических возможностей системы ППД, то оно может быть выполнено практически неограниченным числом вариантов — соответственно будет изменяться и суточный график закачки и затраты энергии на него. Причем различия в затратах энергии могут быть весьма значительными.

Очевидно, что минимум затрат энергии на выполнение задали

ния № = будет в том случае, когда каждой скважине в

пределах"фафика будет предоставлено максимально возможное время работы при минимально возможном для закачки давлении.

Поскольку системы ППД месторождений региона являются наиболее крупными потребителями электроэнергии (не менее 30% от общего электропотребления нефтедобычи), то в задачу управления системой при технологии дискретных закачек входит не только выполнение задания по закачке, но и обеспечение при этом наименьших затрат энергии — энергосбережение.

Т. е. ставится задача выбрать из множества возможных вариантов графиков закачки оптимальный по критерию Э .

На основе имитационной модели системы ППД разработана методика расчета оптимального графика закачки при ТДЗ, последовательность операций которой приведена на (рис. 5).

Физическая суть оптимального графика закачки заключается в том, чтобы выбрать такое начальное значение расхода , когда все скважины открыты, которое без каких-либо управляющих воздействий обеспечило бы к концу цикла (суток) выполнение заданий \\>зад 1 по всем скважинам с полным использованием времени цикла (суток).

Рис. 5. Оптимальный график закачки в координатах Р, Q Для определения оптимального графика закачек в координатах Р, с помощью имитационной модели построим характеристику сети при полностью открытых скважинах — характеристика а (рис. 5) и характеристику сети при работе неотключае-мых малоприемистых скважин — характеристика б (рис. 5).

Первая рабочая точка системы с расходом Q1 — точка 1 располагается на характеристике а, определение ее местоположения с учетом указанных выше условий и является целью расчета. Вторая рабочая точка — точка 2 лежит на пересечении характеристики сети при работе неотключаемых скважин с линией предельного давления Рпред- В качестве оптимальной траектории рабочей точки (ТРТ) системы принимается прямая 1-2 (оптимальность линейной траектории может быть проверена последующими расчетами). Положение точки 1, соот-

ветствующее оптимальному режиму, находится методом последовательных приближений.

Экономия энергии при оптимизации графика оценивается в 5-7%.

Формирование БД по элементам систем ППД. В процессе эксплуатации систем ППД происходит изменение основных параметров работы составляющих ее элементов (нагнетательные скважины, водоводы сети, насосные агрегаты). При функционировании нагнетательных скважин системы ППД, основной параметр, характеризующий их работу — коэффициент приемистости скважины. На практике коэффициент приемистости, как правило, величина не постоянная и может изменяться.

В процессе эксплуатации водоводов сети вследствие различных факторов происходит изменение: шероховатости внутренней поверхности водовода, его внутреннего диаметра — в результате коррозии и появлению солеотложений, следовательно, будет изменяться значение коэффициента гидравлического сопротивления.

С течением времени по мере выработки основных узлов происходит изменение эксплуатационных характеристик насосных агрегатов КНС: подачи Q и развиваемого давления Р (или напора Н) и др.

Учитывая все вышесказанное можно сказать, что в процессе работы систем ППД, вследствие динамичного изменения основных эксплуатационных параметров ее составляющих элементов с течением времени, возникает необходимость фиксирования и сохранения этих параметров как для нужд эксплуатации самих систем ППД (контроля фактического состояния и нарушения в работе насосных агрегатов КНС и нагнетательных скважин и т. п.), так и для установления взаимосвязей между добывающими и нагнетательными скважинами, что позволит получать информацию о состоянии пласта (формирование постоянно действующей геолого-технологической модели пласта).

Формирование баз данных (БД) осуществляется по нагнетательным скважинам, водоводам сети, насосным агрегатам кустовой насосной станции.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана имитационная модель для систем ППД, основанная на решении системы уравнений материального баланса по узлам сети с использованием функций связей между Р и Q для элементов системы (водоводы, нагнетательные скважины, кустовые насосные станции). Модель реализована в виде пакета программ с соответствующим внешним интерфейсом, которые позволяют выполнять расчет гидравлических параметров систем ППД и моделирование режимов их функционирования.

2. Имитационная модель позволяет:

— производить оценки суточного задания по закачкам №зад = ^ \\>зад . на возможность его выполнения системой ППД и на величину затрат энергии;

— производить расчет оптимального графика закачек на цикл

по критерию Этт с учетом выполнения условий: \Узад - ^ \\>зад ,,

1 =т.

раб 1ц,

— осуществлять оперативный контроль состояния элементов систем ППД (скважины, водоводы, КНС) с обнаружением и локализацией их неисправностей (утечки и порывы водоводов, нарушения в работе нагнетательных скважин);

— формировать и вести базы данных по характеристикам элементов систем ППД.

3. Имитационная модель протестирована путем гидравлического расчета систем ППД реальных месторождений и получено хорошее совпадение расчетных данных с практическими значениями.

4. Смоделирован ряд аварийных ситуаций (порывы водоводов, нарушения в работе скважин) и показано, что с помощью имитационной модели можно оперативно и с хорошей точностью обнаруживать и локализовать места аварий.

5. Имитационная модель при некоторой доработке может быть использована в практике проектирования систем ППД как для вновь обустраиваемых месторождений, так и для реконструируемых (анализ сетей, определение узких мест, устранение этих мест путем введения колец и лупингов).

ПУБЛИКАЦИИ ОСНОВНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ ДИССЕРТАЦИИ

1. Создание системы управления гидродинамическими и теплофизи-ческими процессами при движении многофазных сред в системах трубопроводного транспорта: Отчет по НИР (заключ.) / ТюмГУ; рук А. А. Кислицын. - № 3 3016. - Тюмень. 2003. - 19 с.

2. Зубов М. В. Моделирование гидродинамических процессов в системах трубопроводного транспорта // Материалы VI Всероссийского семинара «Моделирование неравновесных систем» (Красноярск, 24-26 окт. 2003 г.). - Красноярск: ИВМ СО РАН, 2003. - С. 79.

3. Зубов М. В. Разработка имитационной модели для систем ППД // Материалы международной научно-технической конференции, посвященной 40-летию ТюмГНГУ «Нефть и газ Западной Сибири» (Тюмень, 12-13 нояб. 2003 г.). - Тюмень: ТюмГНГУ, 2003. - Т. 2. - С. 86-88.

4. Разработка алгоритма опытного образца технического комплекса интеллектуальной системы поддержания пластового давления, разработка технологического процесса на основе технологии дискретных закачек, проведение испытаний и опытной эксплуатации опытного образца на Лонтынь-Яхском нефтяном месторождении: Отчет по НИР (1 этап) / ОАО «Гипротюменнефтегаз»; рук. В. А. Горбатиков. - № 7186. - Тюмень. 2003.-И с.

5. Горбатиков В. А., Зубов М. В., Кислицын А. А. Имитационная модель системы поддержания пластового давления // Теплофизика, гидродинамика, теплотехника: Сборник статей. - Тюмень: ТюмГУ, 2004. -Вып. 2. - С. 68-76.

6. Зубов М. В. Моделирование систем ППД и реализация технологии дискретных закачек // Сборник тезисов докладов V конференции молодых специалистов организаций осуществляющих виды деятельности связанной с пользованием участками недр на территории ХМАО -Югры (Ханты-Мансийск, 16-18 фев. 2005 г.). - Уфа: Изд-во «Монография», 2005. - С. 237.

7. Кислицын А. А., Зубов М. В., Горбатиков В. А. Математическая модель технологии дискретных закачек в системах поддержания пластового давления // Вестник ТюмГУ. - Тюмень: ТюмГУ, 2005. - № 4. - С. 76-81.

8. Горбатиков В. А., Зубов М. В., Кислицын А. А. Системы ППД в новых условиях, новые требования и пути их реализации // Нефтяное хозяйство. - 2006. - № 1. - С. 73-75.

Подписано в печать 12 01.2006. Тираж 100 экз. Объем 1,0 уч.-изд. л. Формат 60x84/16. Заказ 4.

Издательство Тюменского государственного университета 625000, г. Тюмень, ул. Семакова, 10 Тел./факс (3452) 46-27-32 E-mail: izdatelstvo@utmn.ru

4

t f

! f

Г

CIOOC fi

ъьъъ

Содержание.

Введение.

1. ГЛАВА I. Гидродинамическое моделирование и расчеты сложных гидравлических систем.

1.1. Сложные гидравлические системы.

1.1.1. Примеры сложных гидравлических систем, объект исследования.

1.1.2. Математические модели элементов сложных гидравлических систем.

1.1.2.1. Математическая модель пассивных элементов системы.

1.1.2.2. Математическое описание активных элементов и потребителей гидравлических систем.

1.1.3. Методы решения задач потокораспределения для сложных гидравлических систем.

1.1.3.1 Методы поконтурной и поузловой увязки для расчета гидравлических систем.

1.1.3.2. Использование метода итерации при решении систем нелинейных уравнений для расчета гидравлических систем.

1.1.3.3. Экстремальный подход для расчета потокораспределения гидравлических систем.

1.2. Анализ имеющихся программных продуктов для решения задач гидравлического расчета сложных трубопроводных систем.

Выводы по главе 1.

2. ГЛАВА II. Имитационная модель систем поддержания пластового давления для контроля и управления технологией дискретных закачек.

2.1. Системы поддержания пластового давления. Технология дискретных закачек.

2.2. Функциональное назначение имитационной модели.

2.3. Структура и описание имитационной модели.

2.3.1. Математическая модель блока гидравлических расчетов.

2.3.1.1 Исходные данные и результаты гидравлического расчета при моделировании систем поддержания пластового давления.

2.3.1.2 Решение системы нелинейных уравнений по узлам сети методом простой итерации.

2.3.1.3 Решение задач потокораспределения в системах поддержания пластового давления методом узловых давлений.

2.3.1.4 Моделирование водоводов.

2.3.1.5 Моделирование нагнетательных скважин.

2.3.1.6 Моделирование работы кустовых насосных станций.

2.4. Тестирование имитационной модели.

Выводы по главе II.

3. ГЛАВА III. Моделирование реальных систем поддержания пластового давления при технологии дискретных закачек. Результаты моделирования.

3.1. Настройка имитационной модели.

3.2. Решение на имитационной модели оптимизационных задач.

3.2.1. Вычисление оптимального графика нагрузки.

3.2.2. Расчет оптимального графика нагрузки для КНС, оснащенных центробежными насосами.

3.2.3. Расчет оптимального графика нагрузки для КНС, оснащенных плунжерными насосами без регулируемых приводов.

3.3. Задача контроля исправности сети водоводов высокого давления и нагнетательных скважин.

3.4. Сбор и обработка информации, ведение баз данных по элементам систем ППД.

3.5. Моделирование реальных систем поддержания пластового давления на имитационной модели.

Выводы по главе III.

Заводнение является основным способом поддержания пластового давления при разработке нефтяных месторождений, а системы поддержания пластового давления (системы ППД) - одними из наиболее крупных потребителей электроэнергии в нефтедобыче. Системы ППД представляют собой разветвленную сеть высоконапорных водоводов, соединяющую кустовые насосные станции с нагнетательными скважинами, и предназначены для искусственного поддержания пластовой энергии путем закачки воды в продуктивные пласты.

Повышение эффективности заводнения в технологии разработки месторождений и рациональное расходование энергии в системах ППД относятся к наиболее актуальным проблемам нефтедобычи.

В новых условиях (к ним относятся снижение качества запасов по вновь вводимым месторождениям, поздние стадии разработки и осложненные условия добычи по основным действующим месторождениям, высокий физический износ основных фондов) заводнение, как основное средство воздействия на эксплуатационный объект, должно стать максимально управляемым и расширить диапазон воздействий.

Новым усложнённым условиям разработки и требованиям эффективности заводнения и энергосбережения в наибольшей мере отвечает технология дискретных закачек (ТДЗ), разработанная в ОАО «Гипротюменнефтегаз» [13,15,19,59,64], патент на изобретение № 2186954 (приоритет от 19.07.2000). Здесь поскважинное управление закачками осуществляется путем подключения скважин к сети водоводов в течении цикла (суток) на время, достаточное для выполнения их индивидуальных заданий w3adi, в то время как при существующей технологии (технологии непрерывных закачек) скважины работают в непрерывном режиме без возможности оперативного управления закачками.

При ТДЗ заводнение как основной способ воздействия на эксплуатационный объект приобретает ряд дополнительных возможностей, как в сфере разработки, так и в сфере эксплуатации самих систем.

В сфере разработки:

1) выполнение заданий по закачкам вида fV3ad = ]> w3ad,, расширение диапазона воздействий до пределов технических возможностей системы ПГГД с их дифференциацией по скважинам - объем закачки, расход, давление, режим закачки - непрерывный, прерывистый, импульсный, волновой;

2) организация в системе ППД дополнительных функций, расширяющих как возможности заводнения, так и эксплуатационные возможности самой системы ППД.

В сфере эксплуатации — оптимизация работы систем по минимуму затрат энергии на выполнение задания W3ad = ]> ,.

Актуальность темы.

Своевременность и значимость, суть проблемной ситуации. Как уже было отмечено, в новых условиях разработки нефтяных месторождений традиционные методы заводнения малоэффективны, поэтому в общей проблеме повышения эффективности разработки одним из основных аспектов является совершенствование технологий заводнения и модернизация самих систем поддержания пластового давления. А разработанная технология дискретных закачек в полной мере удовлетворяет этим требованиям эффективности и сложившимся условиям разработки.

Реализация данной технологии в полном объеме и достижение высоких показателей как в эффективности заводнения, так и в энергосбережении возможны только при наличии соответствующего программного обеспечения — имитационной модели (ИМ), позволяющей моделировать работу систем ППД, решать задачи контроля и управления системой ППД, а также дополнительно решать задачи, имеющие практическое значение как при эксплуатации систем

ППД (контроль исправности сети высоконапорных водоводов и определение нарушений в работе нагнетательных скважин, оперативный контроль состояния системы, ведение баз данных характеристик элементов системы и т.п.), так и при их проектировании (исследование систем ППД на способность соответствовать изменяющимся условиям эксплуатации как по стадиям разработки, так и вследствие неполноты исходных данных; анализ сети водоводов и определение ее «узких мест», их устранение путем введения лупингов, перемычек и т.п.).

Современный уровень разработки и эксплуатации месторождений связан с постоянно действующими геолого-технологическими моделями (ПД ГТМ) эксплуатационных объектов, для формирования и использования которых нужны управляемые воздействия, что в полной мере и обеспечивается новой технологией. Имитационная модель с ее базами данных по нагнетательным скважинам является источником дополнительных данных для ПД ГТМ с возможностью оперативно отслеживать динамику их изменений.

При технологии дискретных закачек с использованием имитационной модели характеристики скважин могут быть получены прямо в процессе эксплуатации без прекращения закачки и проведения специальных исследований.

Суть научной проблемы. Для исследования возможностей систем ППД при изменяющихся режимах и объемах закачки, для эффективного и оптимального планирования работы системы на предстоящий цикл необходимо разработать имитационную модель, позволяющую производить расчет оптимального графика закачки на цикл, проигрывать различные варианты режимов закачки системой в течение цикла и выбирать оптимальный, удовлетворяющий следующим критериям: выполнение задания по закачке, минимальное энергопотребление кустовыми насосными станциями (КНС), эффективное распределение времени работы нагнетательных скважин в течение всего цикла, а также решение ряда других дополнительных прикладных задач.

Цели и задачи исследования.

1. Проанализировать существующие методы и алгоритмы гидравлического расчета трубопроводных систем и выбрать наиболее приемлемые для реализации в имитационной модели.

2. Разработать математическую модель системы ППД и на ее основе -программный комплекс для моделирования режимов работы систем ППД при технологии дискретных закачек.

3. Разработать методику расчета оптимального графика закачки.

4. Разработать методику определения местоположения (локализации) утечек в сети водоводов высокого давления.

Методы исследования.

Получение фактического материала осуществлялось путем изучения и анализа действующих систем ППД, изучения материалов института ОАО «Гипротюменнефтегаз» по исследованию проблем энергосбережения в нефтедобыче региона, по разработке технологии дискретных закачек систем ППД.

Основные методы, использованные в работе:

- метод математического моделирования для разработки самой имитационной модели;

- методы последовательных приближений;

- метод оптимизации при определении режимов работы систем ППД.

Степень достоверности результатов исследований

Достоверность полученных результатов подтверждается корректным использованием основных законов гидравлики и численных методов гидравлических расчетов, количественным сопоставлением результатов моделирования с практическими данными для участков реальных систем ППД.

Научная новизна результатов полученных в работе:

1. Разработана имитационная модель систем ППД. Модель реализована в виде пакета программ, который позволяет выполнять гидравлические расчеты систем ППД и моделирование режимов их функционирования.

2. Выбраны рациональные алгоритмы гидравлического расчета систем: для систем древовидной структуры - алгоритм на основе метода простой итерации; для систем с наличием кольцевых участков - метод узловых давлений. Оба метода адаптированы для расчета систем ППД.

3. Разработана методика настройки имитационной модели на конкретную реальную систему ППД, включающая процедуру расчета фактических значений коэффициента эквивалентной шероховатости для водоводов сети.

4. Разработана процедура определения оптимального графика закачек.

5. Разработана методика обнаружения и локализации утечек в сети водоводов и нарушений работы нагнетательных скважин.

6. Смоделированы режимы работы в цикле для реальных систем ППД с определением оптимального из них.

Практическая ценность:

Разработанная имитационная модель дает возможность организовать управление технологией дискретных закачек с реализацией в полной мере ее возможностей и преимуществ: высокая управляемость воздействий на пласт, оптимизация режимов закачки и энергоэффеткивность, а также возможность получения в процессе эксплуатации оперативной информации об объекте разработки (информативность).

Апробация.

Перечень конференций и семинаров, где обсуждалась данная работа:

1. VI Всероссийский семинар «Моделирование неравновесных систем», 24-26 октября 2003 г. (ИВМ СО РАН, г.Красноярск).

2. Международная научно-техническая конференция, посвященная 40-летию ТюмГНГУ, 12-13 ноября 2003 г. (ТюмГНГУ, г.Тюмень).

3. 27-я Научно-практическая конференция ОАО «Гипротюменнефтегаз», 19-20 ноября 2003 г. (ин-т ОАО «Гипротюменнефтегаз», г. Тюмень).

4. Межотраслевой научно-методологический семинар «Теплофизика, гидродинамика, теплотехника», 12 мая 2004 г. (ТюмГУ, г. Тюмень).

5. V Научно-практическая конференция молодых специалистов организаций, осуществляющих виды деятельности, связанной с пользованием участками недр на территории ХМАО Югры., 16-18 февраля 2005 г. (ЮГУ, г. Ханты-Мансийск).

Кроме того, данная работа обсуждалась на семинарах, проводимых на физическом факультете в ТюмГУ и в ТФ ИТПМ СО РАН.

Основное содержание и результаты данной работы опубликованы в следующих статьях, тезисах докладов и отчетах:

1. Создание системы управления гидродинамическими и теплофизическими процессами при движении многофазных сред в системах трубопроводного транспорта: Отчет по НИР (заключ.) / ТюмГУ; рук. А.А.Кислицын. — № 3 3016. - Тюмень. 2003. - 19 с.

2. Зубов М.В. Моделирование гидродинамических процессов в системах трубопроводного транспорта // Материалы VI Всероссийского семинара «Моделирование неравновесных систем» (Красноярск, 24-26 окт. 2003 г.). - Красноярск: ИВМ СО РАН, 2003. - С. 79.

3. Зубов М.В. Разработка имитационной модели для систем ППД // Материалы международной научно-технической конференции, посвященной 40-летию ТюмГНГУ «Нефть и газ Западной Сибири» (Тюмень, 12-13 нояб. 2003 г.). - Тюмень: ТюмГНГУ, 2003. - Т.2. - С. 86-88.

4. Разработка алгоритма опытного образца технического комплекса интеллектуальной системы поддержания пластового давления, разработка технологического процесса на основе технологии дискретных закачек, проведение испытаний и опытной эксплуатации опытного образца на Лонтынь-Яхском нефтяном месторождении: Отчет по НИР (1 этап) / ОАО «Гипротюменнефтегаз»; рук. В.А.Горбатиков. - №7186. - Тюмень. 2003. -11 с.

5. Горбатиков В.А., Зубов М.В., Кислицын А.А. Имитационная модель системы поддержания пластового давления // Теплофизика, гидродинамика, теплотехника: Сборник статей. - Тюмень: ТюмГУ, 2004. -Вып. 2. - С. 68-76.

6. Зубов М.В. Моделирование систем ППД и реализация технологии дискретных закачек // Сборник тезисов докладов V конференции молодых специалистов организаций осуществляющих виды деятельности связанной с пользованием участками недр на территории ХМАО - Югры (Ханты-Мансийск, 16-18 фев. 2005 г.). - Уфа: Изд-во "Монография", 2005. - С. 237.

7. Кислицын А.А., Зубов М.В., Горбатиков В.А. Математическая модель технологии дискретных закачек в системах поддержания пластового давления // Вестник ТюмГУ. - Тюмень: ТюмГУ, 2005. - №4. - С. 76-81.

8. Горбатиков В.А., Зубов М.В., Кислицын А.А. Системы ППД в новых условиях, новые требования и пути их реализации // Нефтяное хозяйство. -2006.-№1.-С. 73-75.

Данная работа была поддержана грантом министерства образования РФ, министерства промышленности, науки и технологий РФ и РАН в 2003 году по федеральной целевой программе "Интеграция науки и высшего образования России на 2002-2006 годы" (гос. контракт от 01 октября 2003 г. № 3 3016).

Аннотация глав диссертации.

Диссертационная работа содержит три главы, краткое описание каждой из них: в первой главе - рассматриваются гидравлические сети, их составляющие элементы и математическое описание, методы решения задач гидравлического расчета, также рассматривается подробное описание некоторых имеющихся программных продуктов для решения задач гидравлического расчета; во второй главе — системы ППД, их предназначение, применяемые технологии заводнения, описание технологии дискретных закачек, состав и структура имитационной модели, математические описания элементов систем ППД, приведены результаты тестирования имитационной модели путем расчета реальных систем ППД; в третьей главе — приводятся алгоритм настройки имитационной модели на реальную систему, алгоритмы решения задачи контроля исправности сети водоводов и задачи поиска оптимального графика закачки, реализованные в имитационной модели, а также результаты моделирования режимов работы реальных систем ППД при технологии дискретных закачек.

Краткий обзор литературы. В диссертационной работе приведен обзор литературы по следующим аспектам темы:

- материалы по математическому моделированию гидравлических систем и методам решения оптимизационных задач;

- публикации и материалы по расчету параметров и характеристик работы элементов систем ППД;

- публикации, имеющие отношение к технологии дискретных закачек;

- материалы по вопросам энергосбережения и оптимизации систем поддержания пластового давления;

- публикации и отчеты по программному обеспечению, применяемому для решения прикладных задач путем расчета и моделирования гидравлических систем.

Проведенный обзор литературы позволяет сделать вывод о том, что тема диссертации до ее постановки в данной работе раскрыта частично, следовательно, нуждается в дальнейшей разработке.

Благодарности.

Выражаю благодарность за содействие и помощь при выполнении диссертационного исследования научному руководителю - профессору кафедры механики многофазных систем ТюмГУ, д.ф.-м.н. Кислицыну А. А., куратору и научному консультанту работы в проектном и научно-исследовательском институте ОАО «Гипротюменнефтегаз», ведущему научному сотруднику - референту, к.т.н. Горбатикову В. А., зав. кафедрой механики многофазных систем ТюмГУ профессору, д.т.н. Шабарову А. Б., зав. кафедрой моделирования физических процессов и систем ТюмГУ профессору, д.ф.-м.н. Федорову К. М, профессору кафедры механики многофазных систем ТюмГУ, д.ф.-м.н. Даниэляну Ю. С. за помощь в работе, обсуждение результатов и консультации.

Основные выводы и результаты работы:

1. Разработана имитационная модель для систем ППД, основанная на решении системы уравнений материального баланса по узлам системы с использованием функций связей между Р и Q для элементов системы (водоводы, нагнетательные скважины, кустовые насосные станции). Модель реализована в виде пакета программ с соответствующим внешним интерфейсом, позволяющим применять ее для расчета гидравлических параметров систем ППД и моделирования режимов их функционирования.

2. Имитационная модель позволяет:

- осуществлять оценку суточного задания по закачкам вида = ^ , на возможность его выполнения системой ППД и на величину затрат энергии;

- производить расчет оптимального графика закачек на цикл по критерию Этт с учетом выполнения условий: W3ad = J , tpa6 = Тц;

- осуществлять оперативный контроль состояния элементов систем ППД (скважины, водоводы, КНС) с обнаружением и локализацией их неисправностей: утечки и порыва водоводов, нарушения в работе нагнетательных скважин; - формирование и ведение баз данных по характеристикам элементов систем ППД.

3. Имитационная модель протестирована путем гидравлического расчета систем ППД реальных месторождений и получено хорошее совпадение расчетных данных с практическими значениями.

4. Смоделирован ряд аварийных ситуаций (порывы водоводов, нарушения в работе скважин) и показано, что с помощью имитационной модели можно оперативно обнаруживать и локализовать места утечки.

5. Имитационная модель при некоторой доработке программного обеспечения может быть использована в практике проектирования систем ППД как для вновь обустраиваемых месторождений, так и для реконструируемых - анализ сетей, определение «узких мест» и их устранение путем введения перемычек и лупингов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В новых условиях, сложившихся в нефтедобыче, заводнение остается основным способом воздействия на пласт, как в виде самостоятельного средства, так и в качестве основы для целой гаммы физико-химических методов. При этом требования новых условий к заводнению и системам ППД в общем виде можно сформулировать как требования обеспечения высокой управляемости и информативности, расширения диапазона и видов воздействий на пласт, экономичности. Новая технология в системах ППД — технология дискретных закачек (ТДЗ) в полной мере соответствует этим требованиям. Для эффективного управления системами ППД при ТДЗ и реализации ее технологических возможностей, а также выполнения функций контроля состояния и решения задач текущей эксплуатации необходима имитационная модель систем ППД с набором программных средств.

1. Абызбаев И.И. Методы расчета процесса заводнения водонефтяных залежей / И.И.Абызбаев, В.Е.Андреев, Г.Х.Габитов // Нефтепромысловое дело. -2005.-№4.-С. 29-33.

2. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1982. - 224 с.

3. Бахвалов Н.С. Численные методы (анализ, алгебра, обыкновенные дифференциальные уравнения). М.: Наука, 1973. - 632 с.

4. Белашов В.Ю., Чернова Н.М. Эффективные алгоритмы и программы вычислительной математики. Магадан: СВКНИИ ДВО РАН, 1997. - 160 с.

5. Блажевич В.А. Регулирование объемов закачиваемой воды в процессе разработки месторождения с применением заводнения / В.А.Блажевич, В.Г.Уметбаев, А.А.Блажевич. М: ВНИИОЭНГ, 1973. - 56 с.

6. Вагнер М.А., Цариков В.И. Методика определения оптимального давления нагнетания насосов КНС // Нефтяное хозяйство. — 1989. №10. - С. 49-50.

7. ВНТП 3-85. Нормы технического проектирования объектов сбора, транспорта, подготовки нефти, газа и воды нефтяных месторождений. -Куйбышев: Гипровостокнефть, 1985.-218 с.

8. Гидравлика на все случаи жизни // CADmaster. 2003. - №1(21). - С.66.68.

9. П.Горбань А.Н. Термодинамические равновесия и экстремумы: Анализ областей достижимости и частичных равновесий в физико-химических и технических системах / Горбань А.Н., Каганович Б.М., Филиппов С.П. -Новосибирск: Наука, 2001.-296 с.

10. Горбатиков В. А. Имитационная модель системы поддержания пластового давления / Горбатиков В.А., Зубов М.В., Кислицын А.А. // Теплофизика, гидродинамика, теплотехника: Сборник статей. Тюмень: ТюмГУ, 2004. - Вып. 2. - С. 68-76.

11. Горбатиков В. А. Контроль и управление закачкой воды в нагнетательные скважины систем ППД / Горбатиков В.А., Гохберг Ж.Л., Пальянов А.П. // Известия вузов. Нефть и газ. Тюмень: ТюмГНГУ, 1998. - №2. -С. 112-116.

12. Горбатиков В.А. Системы ППД в новых условиях, новые требования и пути их реализации / Горбатиков В.А., Зубов М.В., Кислицын А.А. // Нефтяное хозяйство. 2006.-№1.-С. 73-75.

13. Горбатиков В.А. Технология дискретных закачек — основа для модернизации систем ППД и совершенствования методов заводнения нефтяных залежей / Горбатиков В.А., Костюченко С.В., Пальянов А.П. // Вестник инжинирингового центра ЮКОС. 2001. - №2. - С. 45-53.

14. Горбатиков В.А. Энергосбережение в системе ППД на основе оперативного управления процессом закачки / В.А.Горбатиков, И.А.Ниссенбаум, А.П.Пальянов // Энергетика тюменского региона. — Тюмень: НТЦ «Энергосбережение», 2000. №3(9). - С. 10-12.

15. Горбатиков В.А., Пальянов А.П. Модернизация систем ППД // Нефтяное хозяйство. 2000. - №10. - С. 82-83.

16. Горбатиков В.А., Пальянов А.П. Новый подход к проектированию систем ППД // Известия вузов. Нефть и газ. Тюмень: ТюмГНГУ, 2000. - №6. -С. 34-38.

17. Горбатиков В.А., Пальянов А.П. Технология дискретных закачек в системах ППД, контроль и управление системой // Известия вузов. Нефть и газ.- Тюмень: ТюмГНГУ, 2001. №1. - С. 33-40.

18. Гукасов Н.А. Механика жидкости и газа. М.: Недра, 1986.- 443 с.

19. Джавадян А.А. Оптимизация систем заводнения в различных геолого-промысловых условиях на разных стадиях разработки / Джавадян А.А., Гавура В.Е., Лапидус В.З. //Нефтяное хозяйство. — 1995. №11. - С. 40-43.

20. Джефф К. Кэмбел. Эффективность детектирования утечек из трубопроводов // Инженер нефтяник. 1973. - №7-8. - С. 29-30.

21. Евдокимов А.Г. Минимизация функций и ее приложения к задачам автоматизированного управления инженерными сетями. Харьков: Высшая школа, 1985.-288 с.

22. Евдокимов А.Г. Оптимальные задачи на инженерных сетях. —Харьков: Высшая школа, 1976. 153 с.

23. Евдокимов А.Г., Тевяшев А. Д. Оперативное управление потокораспределением в инженерных сетях.- Харьков: Высшая школа, 1980. -144 с.

24. Жеребцов Е.П. Приоритетное решение проблем в области поддержания пластового давления // Нефтяное хозяйство. 1996. - №12. - С. 3940.

25. Жеребцов Е.П. Расчет времени восстановления температуры охлажденной зоны после прекращения подачи холодной воды / Е.П. Жеребцов,

26. Захарова Е.Ф. Совершенствование системы поддержания пластового давления на Березовском месторождении /Е.Ф. Захарова, О.Д. Пашанина, В.П. Тронов // Нефтяное хозяйство. 2003. - №9. - С. 68-70.

27. Зубов М.В. Моделирование гидродинамических процессов в системах трубопроводного транспорта // Материалы VI Всероссийского семинара «Моделирование неравновесных систем» (Красноярск, 24-26 окт. 2003 г.). — Красноярск: ИВМ СО РАН, 2003. С. 79.

28. Зубов М.В. Разработка имитационной модели для систем ППД // Материалы международной научно-технической конференции, посвященной 40-летию ТюмГНГУ «Нефть и газ Западной Сибири» (Тюмень, 12-13 нояб. 2003 г.). Тюмень: ТюмГНГУ, 2003. - Т.2. - С. 86-88.

29. Ибатуллин P.P. Применение нестационарного заводнения на нефтяных месторождениях Татарстана / P.P. Ибатуллин, A.M. Шавалиев, Н.З. Ахметов // Нефтяное хозяйство. 2003. - №8. - С. 54-57.

30. Иванов С.В., Бриллиант JI.C. Основные направления совершенствования физико-химического заводнения на Самотлорском месторождении // Нефтяное хозяйство. 2000. - №9. - С. 47-50.

31. Инструкция по проектированию систем ППД на месторождениях Западной Сибири. Тюмень: СибНИИНП, 1976. -38 с.

32. Исакович Р.Я. Методы управления объектами заводнения нефтяных горизонтов / Исакович Р.Я., Меланифиди Г.Ф., Салимжанов Э.С., Ковайкин Н.Г. М.: Недра, 1979. - 236 с.

33. Каганович Б.М. Потокораспределение в сетях и экстремальные принципы механики и термодинамики / Каганович Б.М., Меренков А.П., Сумароков С.В., Ширкалин И.А. // Изв. РАН. Энергетика. 1995. - №5.- С. 107115.

34. Каганович Б.М. Термодинамика цепей. Иркутск: СЭИ СО РАН, 1991.-35 с.

35. Каганович Б.М. Термодинамические интерпретации экстремальных моделей потокораспределения в гидравлических сетях. // Изв. РАН. Энергетика. 2000. - №2. - С. 77 - 83.

36. Каганович Б.М. Физико-математические аспекты развития теории гидравлических цепей / Каганович Б.М., Меренков А.П., Сумароков С.В. -Иркутск: СЭИ СО РАН , 1993. 37 с.

37. Каганович Б.М. Элементы теории гетерогенных гидравлических цепей / Каганович Б.М., Меренков А.П., Балышев О.А. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1997. - 120 с.

38. Кислицын А.А. Математическая модель технологии дискретных закачек в системах поддержания пластового давления / Кислицын А.А., Зубов М.В., Горбатиков В.А. // Вестник ТюмГУ. Тюмень: ТюмГУ, 2005. - №4. - С. 76-81.

39. Корелыптейн Л.Б. Гидравлические расчеты от прошлого к будущему // CADmaster. - 2005. - №3. - С. 54-59.

40. Кублановский Л.Б. Определение мест повреждений напорных трубопроводов. М.: Недра, 1971. -134 с.v.

41. Кутепов A.M. Математическое моделирование потокораспределения в транспортных гидравлических системах с переменной структурой / Кутепов A.M., Мешалкин В.П., Панов М.Я., Квасов И.С. // ДАН. 1996. - Т.350. - №5. -С. 653-654.

42. Лапшин В.И. Поддержание пластового давления путем закачки воды в пласт: Учеб. пособие для рабочих. М.: Недра, 1986. - 160 с.

43. Лысенко В.Д. Применение плунжерных насосов при заводнении нефтяных месторождений // Нефтяное хозяйство. 1996. - №5. - С. 42-43.

44. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул: Учеб. пособие. М.: Высшая школа, 1982. - 224 с.51 .Мак-Кракен Д., Дорн У. Численные методы и программирование на Фортране. М.: Мир, 1977. - 584 с.

45. Меренков А.П. Математическое моделирование и оптимизация систем тепло-, водо-, нефте- и газоснабжения / Меренков А.П., Сеннова Е.В., Сумароков С.В. и др. Новосибирск: Наука. Сиб. изд. фирма РАН, 1992. -407 с.

46. Меренков А.П., Хасилев В.Я. Теория гидравлических цепей. М.: Наука, 1985. -278 с.t

47. Методика расчёта гидравлических сопротивлений в стволах и ВВД нагнетательных скважин. / Под рук. Р.И.Медведского: Сиб. науч. исслед. ин-т нефт. пром. Тюмень: СИБНИИНП, 1975.-33 с.

48. Миркин А.З., Усинын В.В. Трубопроводные системы: Справ, изд. -М.: Химия, 1991.-256 с.

49. Пальянов А.П. Технология дискретных закачек в системах поддержания пластового давления при разработке нефтяных месторождений: Дис. канд. техн. наук. — Тюмень, 2001. 164 с.

50. Панов М.Я., Курганов A.M. Многоконтурные гидравлические сети: теория и методы расчета. Воронеж: ВГУ, 1989. - 424 с.

51. Пехович А.И. Основы гидроледотермики. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1983. - 200 с.

52. Пехович А.И., Жидких В.М. Расчеты теплового режима твердых тел. — Л.: Энергия, 1976. -352 с.

53. Рабинович Е.З. Гидравлика: Учеб. пособие для вузов. М.: Недра, 1980.-278 с.

54. РД 39-0144832-86-Р. Управление электропотреблением нефтяных месторождений Западной Сибири. Перевод КНС в режим потребителя-регулятора. Тюмень: Гипротюменнефтегаз, 1986. - 26 с.

55. РД 39-0147323-803-89-Р. Указания по расчету и регулированию электрических нагрузок и электропотребления предприятий нефтяной промышленности. Тюмень: Гипротюменнефтегаз, 1989. — 83 с.

56. РД 39-0148070-025-86. Методика анализа и проектирования параметров систем ППД на действующих и новых месторождениях Западной Сибири. -М.: ВНИИОЭНГ, 1986. 69 с.

57. Ройзрах В.Б., Лунина И.А. Некоторые формальные постановки задачи оптимизации систем ППД // Проблемы нефти и газа Тюмени: Научно-технический сборник. Тюмень - 1973. - Вып. 18. - С. 67 - 71.

58. Скворцов А.В., Сарычев Д.С. Моделирование элементов трубопроводов // Изв. Вузов. Физика. 2002. - Т.45. - №2. - С. 57-63.

59. Создание системы управления гидродинамическими и теплофизическими процессами при движении многофазных сред в системах трубопроводного транспорта: Отчет по НИР (заключ.) / ТюмГУ; рук. А.А.Кислицын. -№ 3 3016. — Тюмень. 2003. 19 с.

60. Тазетдинов Р.К., Тазетдинов P.P. Методика определения оптимальных параметров работы нагнетательных скважин // Нефтяное хозяйство. 2001. -№12.-С. 65-67.

61. Тахаутдинов Ш.Ф. Энергосберегающие технологии в нефтяной промышленности / Тахаутдинов Ш.Ф., Панарин А.Т., Калачев И.Ф. // Нефтяное хозяйство. 1998. - №7. - С. 18-20.

62. Тахаутдинов Ш.Ф., Жеребцов Е.П. Проблемы поддержания пластового давления и их решение в АО «Татнефть» // Нефтепромысловое дело. — 1995. -№11-12.-С. 2-4.

63. Терпунов В.А., Айрапетов С.А. Блочная кустовая насосная станция БКНС-160x400/20 для дискретной закачки воды в пласт // Нефтяное хозяйство. -2004. №1. - С. 78-80.

64. Файзулин Р.Т. Расчёт и оптимизация больших гидравлических сетей // Международная конференция RDAMM-2001, посвященная 80-летию академика Н.Н.Яненко: Сб. трудов. Новосибирск. - 2001. - Т.6. - 4.2. - С. 638-641.

65. Филин В.А. Методологические принципы математического описания и расчёта цепей неэлектрической природы // Электронный журнал «Исследовано в России». Астраханский государственный университет. - 2001. (http://zhurnal.ape.relarn.rU/articles/2001/l 14.pdf)

66. Хасилев В.Я. О применении математических методов при проектировании и эксплуатации трубопроводных систем. // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1971. - №2. - С. 18-27.

67. Хасилев В.Я. Обобщённые зависимости для технико-экономических расчётов тепловых и других сетей // Теплоэнергетика. — 1957. №1. — С. 28-32.

68. Хасилев В.Я. Элементы теории гидравлических цепей // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт.- 1964. -№1.- С. 69-88.

69. Хасилев В.Я. Элементы теории гидравлических цепей: Автореф. дис. д-ра техн. наук. Новосибирск, 1966. - 98 с.

70. Хранение нефти и нефтепродуктов: Учебное пособие / Под общей редакцией Ю.Д. Земенкова. Тюмень: ТюмГНГУ, 2001. - 550 с.

71. Чачин Э.И. Методы технической диагностики центробежных насосов систем поддержания пластового давления. М.: ВНИИОЭНГ, 1986. - 42 с.

72. Шахвердиев А.Х. Оптимизация системы поддержания пластового давления при заводнении залежей // Нефтяное хозяйство. 2001. - №3. - С. 4244.