автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Моделирование процессов управления при разработке нефтегазовых месторождений

и

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ «КИБЕРНЕТИКА»

На правах рукописи

НАЗАРОВ Улугбек Султанович

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ УПРАВЛЕНИЯ ПРИ РАЗРАБОТКЕ НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность 05.13.01 —Управление в технических системах

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

ТАШКЕНТ -

1995

Работа выполнена в ордена Трудового Красного Знамени Институте кибернетики научно-производственного объединения «Кибернетика» АН Республики Узбекистан.

Научный консультант — доктор технических наук, профессор

Р. САДУЛЛАЕВ.

Официальные оппоненты:

Академик АН Республики Узбекистан, доктор физико-математических наук, профессор КАБУЛОВ В. К. Доктор технических наук, профессор ИГАМБЕРДЫЕВ X. 3. Доктор технических наук, профессор ШИРКОВСКИИ А. И.

Ведущая организация — Самаркандский Государственный Университет им. А. Навои.

Защита состоится « /Г » ^Ссл^унр, 1995 года в лу час на заседании специализированного Совета Д 015.12. 21. в научно производственном объединении «Кибернетика» АН Республик! Узбекистан, по адресу: Ташкент, 700143, ул. Ф. Ходжаева, 34.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Институт« кибернетики АН Республики Узбекистан.

Автореферат разослан « ¿ИлЛл?^ 1995

Учёный сксретарь специализированного совета, доктор технических наук, профессор ^---3. 3. ШАМСИП

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Совершенствование управления промышленностью, особенно сложными технологическими комплексами, неразрывно связано с внедрением интегрированных систем автоматизированного проектирования и управления. Это один из важнейших путей сбережения воспроизводимых и невоспроизводимых ресурсов. Внедрение систем автоматизированного управления производством на основе современных компьютерных технологий позволяет перейти к мощным средствам количественного и качественного анализа сложных систем, каковыми является объекты добычи нефти и газа.

В настоящее время достигнуты огределбнные результаты' в создании автоматизированных технологических комплексов по добыче нефти и газа, основанных на математических моделях функционирования объектов. Использование теоретических основ математического моделирования и оптимизации технологических процессов позволило на базе комплекса системно увязанных математических моделей, алгоритмов управления и программно-инструментальных средств, решать задачи оптимальной эксплуатации, регулирования и прогнозирования систем добычи нефти и газа.

В частности, разработанные детерминированные и стохастические модели течения жидкости и газа в пористых средах, основанные на общих законах механики сплошных сред и их адаптация к реальным условиям, позволили создать метода прогноза показателей разработки месторождений на перспективу. Созданные модели движения газожидкостных систем в скважинах с учетом перехода фаз, позволили совершенствовать методики получения достоверной информации по ко л лекторским свойствам продуктивных горизонтов и параметрам насыщающих флюидов.

Разработанные математические модели, алгоритмы и программные средства вошли в различные математические и информационные обеспечения АСУ, САПР и АСУТП разработки нефтяных и газовых месторождений. Однако эти системы не привели к радикальному повышению эффективности прогнозирования, регулирования и управления объектами добычи нефти и газа. Основная причина заключается в том, что разработанные системы в основном строились не по принципу охвата всей процедуры принятая решений по управлению всемл

этапами жизненного цикла объекта, а фрагментально - по принципу использования известных математических моделей и методов, без учета ряда факторов, присущих реальному объекту, которые приводят к существенным изменениям на различных стадиях принятия решений.

Современное состояние развития автоматизированных систем управления нефтегазодобывающего предприятия основывается на реализации принципов системного подхода, при котором сама система добычи представляется сложной многосвязной системой с сосредоточенными и распределенными параметрами. Этот подход использует концепцию абстрактных систем как моделей реально существующих целостных образований.

Анализ опубликованных работ по системному исследованию различных технологических объектов показывает, что в настоящее время сложилось представление о системном принципе научных исследований в естествознании, как общем подходе выявления закономерностей объединения частей в целое - в систему взаимосвязанных элементов, образующих устойчивое единство и целостность. При этом, на наш взгляд, основная содержательная, а вместе с тем и методологическая проблема исследования состоит в том, чтобы выявить связи и отношения в системе, установить закономерности структуры фуикцио.чирор.-ния, управления и развития в целом.

Настоящее исследование пссвящено поиску возможностей применения совокупности детерминированных и стохастических моделей функционирования систем с сосредоточенными и распределенными параметрами для оперативного анализа функционирования и прогнозирования показателей эксплуатации нефтегазового месторождения как объекта с причинно-следственными связями.

Исследование базируется на разработке и доведении до практического использования методологически и информационно-логически взаимосвязанного-комплекса методов, моделей, вычислительных алгоритмов и прогреми на основе теории алгоритмизации, позволяющих осуществлять оперативный анализ эксплуатации объектов добычи нефги и газа, принимать наиболее достоверные решения по осуществлению упрззляюцих воздействий.

Разработанные модели, алгоритмы и программно-инструментальные средства являются соответствующим развитием работ в этом направлении для создания и дополнения математического и информационного обеспечения АСУ, АСУТП и САПР объектов добычи Еефги и га-

за с различными технологическими и экономическими ограничениями.

ОБЪЕКТАМИ ИССЛЕДОВАНИЙ являются нефтегазовые месторождения, представленные гидродинамическими системами "нефтетазосодержэщий пласт - скважина - пефтегазопромнсловов оборудование", со специфическими особенностями и характеристиками, как объект математического моделирования, модельного представления и управления.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. Методологическую основу работы составляют методы системного анализа, теории иерархических, многоуровневых систем, методы математического моделирования, численные методы оценки параметров линейных и нелинейных моделей, а также прямые геолого-промысловкэ наблюдения.

ЦЕЛЬЮ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ является создание методологически и информационно-логически взаимосвязанного алгоритмического комплекса (системы), адекватно отражающего ретроспективу, текущее состояние и перспективу объекта управления,' позволяющего осуществлять оперативный анализ процесса разработки нефтегазовых месторождений и обеспечивать их эффективность.

Для достижения цели решаются следуидие задачи:

1. Разработка и исследование основных принципов системного моделирования для управления и прогнозирования процессов эксплуатации объектов добычи нефти и газа.

2. Разработка концептуальных-основ "построения и формализации системных соглашений по исследуемому объекту управления.

3. Разработка структуры алгоритмической системы управления многосвязными объектами с сосредоточенными и распределенными параметрами.

4. Разработка и исследование методов, моделей и алгоритмов обработки информации для принятия решений по эффективной эксплуатации и регулированию системой добычи нефти и газа.

5. Практическая реализация многофункциональных задач в единой алгоритмическом комплексе оперативного анализа процессов функционирования и управления многосвязными технологическими объектами с сосредоточенными и распредол5нными параметрами.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. На основе применения методологии системного подхода и системного анализа выделены специфические особенности и характеристики эксплуатации объектов добычи нефти и газа - как многосвязных объектов с сосредоточенными и распределЗннными параметрами. Разработана структура алгоритмической системы оперативного анализа - процессов

эксплуатации объектов добычи нефти и газа, проведены декомпозиция и структуризация системы и системных соглашений, выявлены основные задачи и предложены основные принципы взаимодействия их элементов.

Обобщены теоретические предпосылки и выведены- статистические закономерности по влиянию различных факторов на эффективность функционирования системы- Исследован • характер осложнений при эксплуатации объектов добычи нефти и газа, разработана методика количественной оценки влияния жидкости в стволе на условия эксплуатации скважин при различных геолого-физических параметрах пласта. Разработаны математические модели функционирования и управления системой "пласт-скважина" ("П-С") с распределёнными и сосредоточенными параметрами с учетом динамики' переходных, процессов.

На основе моделей многомерного корреляционного анализа исследована динамика изменения параметров системы "П-С", предложены модели функционирования системы и прогнозирования показателей эксплуатации на перспективу.

Разработана алгоритмическая система оперативного анализа функционирования и управления объектами добычи нефти и газа, представленная: алгоритмами обработки геологэ-промысловой и геофизической информации; алгоритмом определения характера осложнений при эксплуатации объекта и принятия решений по осуществлению управлянцих воздействий; алгоритмом ■ оптимального перераспределения плановой добычи в зависимости от технико-экономических условий системы; алгоритмом анализа динамических состояний пластовой фильтрационной системы (ЩС).

Осуществлена системная увязка разработанных алгоритмов в единый алгоритмический комплекс анализа функционирования, прогнозирования, регулирования и управления объектами добычи нефти и газа.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ состоит в том, что изложенные модели, алгоритмы и программно-инструментальные средства направлены на решение крупной научной проблемы по оптимальному управлению и прогнозированию показателей эксплуатации нефтегазовых месторождений. Созданная система операшвного анализа процессов эксплуатации объектов добычи нефти и газа, на основ© формализации "геолого-промысловых материалов и стамс-тическкх данных по добыче углеводородов, позволяет надбкно

прогнозировать технологические режимы эксплуатации объектов в целом, изыскивать наиболее оптимальные решения по корректировке уровней добычи в условиях изменчивости рыночной конъюнктуры на энергоносители.

Разработанные схемы по системному изучению эффективности эксплуатации объекта управления позволяют принимать наиболее правильные решения по возможности внедрения различных технологий интенсификации добычи нефти и газа.

Результата работы обеспечивают создание, интеллектуальных систем для решения задач проектирования, анализа, регулирования и прогнозирования разработки нефтяных и газовых месторождений.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. Диссертационная работа выполнена по темам: "Разработка численно-аналитических методов моделирования и создание программного обеспечения для автоматизации проектирования и управления динамическими процессами -(применительно к системам добычи и газоснабжения)." //АН РУз., 19911995 гг., Промежуточные отчеты 1991 - 1992 гг. ГР * 01191003412, 1993-1994 гг. ГР # 01910034012; "Вовлечение в активную разработку истощенных, обводнённых объектов ПО "Узнефгегаздобнча." //1992-1993 гг. ГР № 0193000077?, ГР Л 01940002671.

РАЗРАБОТАНЫ И ВНЕДРЕНЫ следующие методики, программные средства и технологии:

- программно-техническое обеспечение автоматизированной обработки информации в формах картографического изображения. Принято к внедрению в ГАО "Узбекнефтегаздобыча" для оперативного анализа геолого-промысловой информации месторождений нефти и газа;

- программно-технический комплекс автоматизированной обработки результатов сейсмонаблодений в задачах определения текущего состояния динамических параметров объекта управления. Принят к внедрению в ГО "Узтрансгэз" для определения текущих газоводяных контактов подземных газохранилищ;

- алгоритм определения характера осложнений в процессе эксплуатации* объектов добычи нефти и газа. Принят к использованию при проектировании нефгегазоконденсатных месторождений Узбекистана институтом "УзбекНИПИнефтегаз";

- технологии изоляции отдельных водонасыщенных интервалов и интенсификации добычи нефти. Внедрены в ГПУ "Шуртангаз", НГДУ "Харошнефть", УГДГ "Газлитрансгаздобича".

- рекомендации по приобщению к Эксплуатации отдельных неф-теиасиценных интервалов внедрены в УТДГ 'Тазлитрансгаздобыча";

- алгоритм оптимального распределения и перераспределения добычи газа в зависимости от заданных условий отбора и эксплуатационных характеристик объектов управления. Внедрён в ГАО "Узнефгегаздобыча";

- метод прогнозирования показателей эксплуатации объекта добычи нефти на. осново регрессионной модели функционирования объектов управления. ВнедрЗн в ГАО "Узнефтегаздобыча" для прогнозирования показателей разработки нефтегазовых месторождений Юго-Западного Узбекистана;

- алгоритмическая система анализа функционирования и управления многосвязными технологическими объектами. Принята к внедрении в ГАО "Узнефтегаздобыча", передана в фонд алгоритмов и программ АН РУз. Справка N 371 от 13 декабря 1993 г.

Суммарный экономический эффект от внедрения разработок составляет болоо 14,5 млн.сум. (в ценах 1995 года).

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на: III республиканской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов (Ташкент, 1982), семинарах кафедры "Разработки газрвых и газоконденсатных месторождений" МИНХ и ГП им. И.М. Губкина, .(1986, 1987 гг.), республиканской научно-технической конференции "Вопросы геологии, разведки, добычи и разработай нефтегазовых месторождений" (Ташкент, 1988), конференции молодых ученых и специалистов ТашПИ (Ташкент, 1989), всесоюзной научно-технической конференции "Роль молодежи в решении конкретных научцо-технических проблем нефтегазового комплекса страны" (пос.Красный Курган, 1989), республиканской научно-практической конференции "Достижения науки - производству" (Ташкент, 1991), всесоюзной конференции "Современные проблемы алгоритмизации" (Ташкент, 1991), • республиканском научно-техническом семинаре института механики Казанского научного центра Российской Академии Наук (Казань, 1992), республиканской научно-технической конференции "Состояние и развитие кибернетики в Узбекистане" (Ташкент, 1993), научном семинаре лаборатории "Моделирование сложных систем" НПО "Кибернетика" АН РУз (Ташкент, 1994), научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава .ТашГТУ им.Беруни Ташкент, 1994).-

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 50 работ, в том числе получено 5 патентов на изобретения. Они приведены в списке использованной литературы.

На защиту выносятся следующие научные положения: основные принципы системного моделирования процессов управления объектами добычи нефти и газа;

концептуальные осповн построения алгоритмической системы оперативного анализа процессов ' разработки нефтегазовых месторождений и формализации системных соглашений;

исследование методов, моделей и алгоритмов обработки информации для принятия решений по эффективной эксплуатации объектов добычи нефти и газа, как объектов с сосредоточенными и распределенными параметрами;

основные принципы и технология эффективной организации вычислительного процесса и обработки информации по оперативному анализу и прогнозированию показателей разработки нефтегазовых месторождений.

СТРУКТУРА И ОБЪЁМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложений.

^ссертащм содержит 200 страниц машинописного текста, 46 рисунков, 12 таблиц и 42 листа приложений.

Автор выражает глубокую благодарность за оказанную помощь и научную консультацию при работе над диссертацией д.т.н. Ирматову И.К., д.г-м.н. профессору Азимову П.К. Автор благодарит также своих коллег по работе, которые оказали неоценимую помощь как в процессе проведения исследований, так и при окончательном оформлении работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВО ВВЕДЕНИИ показана актуальность поставленных научных исследований, их теоретическое и практическое значение.

Представлен краткий научный анализ изученности проблемы, отмечаются основные результаты, полученные за последнее время. Сформулирована цель работы и основные задачи исследований по созданию информационно-логического комплекса (системы) оперативного анализа и управления объектами добычи нефти и газа.

Далее приводится содержание диссертационной работы по отдельным главам.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ дан анализ состояния и перспектив развития задач системного моделирования и управления процессом эксплуатации нефтегазовых месторождений как объектов с сосредоточенными и. распределенными параметрами. Изучены современные аспекты вопросов анализа функционирования и управления, представлены их основные характеристики и описаны составляющие объекта системного анализа. Приведены основные предпосылки целесообразности использования методологических основ системного подхода и алгоритмизации для задач управления и прогнозирования показателей эксплуатации объектов добычи нефти и газа.

В 1.1. на основе обобщения результатов работ различных авторов по созданию систем автоматизированного гфоектирования и управления разработкой нефтяных и газоввх месторождений исследованы концептуальные основы возможностей применения алгоритмических методов' к -установлению законов функционирования больших систем.

В соответствии с положением, что нефтегазовые месторождения относятся к слабоструктуризованным объектам управления, установлено, что построить единую математическую модель, адекватно отражающую все реальные процессы, происходящие в динамической системе "нефтегазосодержащий пласт - скважины - внутрипромысло-воё оборудование", практически невозможно. Управление в сложных условиях с неполной информацией только на основе использования математических моделей без• привлечения субъективных суждений оказывается неэффективным. Решение оптимизационных задач рациональной разработки месторождений, являясь приемлемым для данной модели, не может быть объективным для реального процесса вследствии формализации процесса и невозможности описания в модели всех критериальных параметров.

Слабая структуризованность задачи управления объектом добычи нефти и газа и невозможность создания единой универсальной модели процесса позволяют классифицировать систему как стохастическую с сосредоточенными и распределенными параметрами. Разработанная сравнительно недавно структурная теория распределенных систем дзет возможность изучать поведение сосредоточенных и распределенных объектов по .совокупности детерминированных и статистических моделей. Данное позволяет изыскивать наиболее эффективные 'Модели, адекватные отдельным технологическим циклам ■ процесса разработки нефтегазовых месторождений и системно увязать

на логико-математическом уровне алгоритмы функционирования отдельных подсистем.

В 1.2. представлена характеристика технологических объектов добычи нефти и газа как объектов с сосредоточенными и распределенными параметрами. Приведены состав и описание объекта управления. В результате системного описания функционирования объекта установлена многоуровневость структуры управления, состоящей из отдельных подсистем. Лидирующей подсистемой в структуре управления является нефтегазоносный пласт, характеризующийся слабой структуризованностью вследствии. наличия множества параметров, влияющих на процесс управления и низкой информативности динамики процесса разработки. .. - .

В 1.3. сформулирована методология системного подхода в решении задач анализа и прогнозирования показателей разработки нефтяных и газовых месторождений, заключающиеся в системном установлении закономерностей извлечения "тмеводородов из недр на основе представления объекта как сложной системы с причинно-следственными связями.

Исследованы математические модели и методы, применяемые при проектировании- разработки нефтегазовых месторождений на предмет возможности создания системных соглашений при функционировании слабоструктуризованного объекта добычи "ПФС-скважина-наземное оборудование". Выявлено, что статистические модели более адекватно соответствуют реальной стохастической природе объекта исследования, способствует получению полного объёма информации, которая необходима при проведении гидродинамических расчетов. Это связано с тем, что информация о строении пластов бывает недостаточной для детального изучения и разработки соответствующей математической модели. • В данном случае обработка статистических данных по предшествующему периоду разработки или статистическая информация по эксплуатации объектов, обладающих сходными геолого-физическими "характеристиками, мохет позволить эффективно выявлять влияние различных факторов и получить относительно простые аналитические модели, связывающие эти факторы с основными показателями рассматриваемого процесса.

В 1.4. приведено обоснование постановки задач исследований.

Во ВТОРОЙ ГЛАВЕ рассматриваются вопросы реализации, принципов системного подхода в репеник задач анализа функционирования и прогнозирования объекта управления. Разработана структура

алгоритмической системы. Описаны принципы концептуального проектирования баз данных, исследована процедура декомпозиции. Рассмотрены математические, информационные и технические аспекты реализации системы.

В 2.1. представлены классы решаемых задач в соответствии с методами моделирования. Доказано, что создание системы оперативного анализа объектов добычи нефти и газа должно опираться на методы синтеза сложной системы, включающей в себя объединение формальных (материальное моделирование) и неформальных (экспертных) процедур. Описаны методы материального и идеального моделирования, применяемые при разработке алгоритмической системы. Методы материального моделирования представлены в работе вероятностной модуляцией распределения коллекторских свойств в пределах продуктивной толщи, а также физическж моделированием процессов, происходящих в нефтегазовом пласте на основе экспериментальных исследований. Метод идеального моделирования представлен интуитивным представлением формы продуктивного пласта, размещением в нем неоднородных пропластков как по разрезу, так и по площади объекта; сообщениями в форме картографических изображений по геолого-промксловым, технологическим параметрам и их динамике в период разработки; уравнениями движения пластовых флюидов в системе "1МС - сквазины - наземное оборудование".

В соответствии с основополагающими принципами системного подхода, системным обогащением задач анализа и прогнозирования эксплуатации объектов добычи нефти и газа создана функциональная схема системы, вклотахцэя решение задач оперативного анализа разработки нефтегазовых месторождений и прогнозирования показателей эксплуатации на перспективу.

Таким образом, создание системы обосновывается количественным и качественным уровнем задач, решаемых при системном рассмотрении процессов разработки объектов добычи, а также оперативностью принятия решений по осуществлению управляющих воздействий.

В 2.2. рассмотрены вопросы проектирования баз данных при решении многофункциональных задач анализа состояния объекта управления. На основе принципов проектирования баз данных выявлены основные структуры элементов системы и их участие в решении задач. С использованием методов обобщения и агрегации установлены непересекающиеся связи отдельных модулей системы, что поз-

- J.3 -

воляет, применяя принципы объектно-ориентированного программирования, создать базу данных и связать е§ информационными потоками с отдельными модулями.

В 2.3. в результате разбиения системы на отдельные объекты анализа (ПФС, скважины, наземное оборудование) произведено сопоставление отдельна элементов. На примере задачи распределения добычи газа по объекту эксплуатации разработан . алгоритм декомпозиции, включавший в себя: проведзние о"эрз:г-ги декомпозиции с получением отдельных фрагментов; проверка на элементарность; выдача отчета по декомпозиции, оформленного в , виде дерева, конечными частями Матвей которого ягляютсл элементарные фрагменты.

В 2.4. представлены математические,'информационнее и технические аспекты реализации системы. Установлено, что для успешной реализации системы необходимо информационное обеспечение, построенное с использованием смес'-згзои стратегии, суть которой заключается в сочетании централизованной базы данных, расположенной на файл-сервере с локальными базами, размещенными на рабочих станциях. При проектировании глобальной базы данных необходимым является использование модели "сущность-связь". В качестве базовой СУБД применяется система FoxPro-2, поддерживающая реляционную модель данных. . В соответствии с реляционной моделью база данных представляется в виде совокупности таблиц, над которыми могут выполняться операции реляционной алгебры- или реляционного исчисления.

Техническое обеспечение базируется на архитектуре локальных сетей "Netware", фирмы Novell. В качестве коммуникационной аппаратуры используются специализированные адаптеры типа "ARCNEI". Адаптеры объединяются кабелем и набором дополнительного оборудования. ■ • "

Файл-сервером локальной сети служит ПЭВМ IBM РС/486 стандартной конфигурации. На файл-сервере размещается глобальная информационная база данных системы, разделяемая рабочими станциями.

Рабочие станции проставляют собой ПЭВМ IEJ РС/386 стандартной конфигурации. Их в системе предусмотрено 3 единицы. На 1-й размещается локальная база данных, позволяющая решать геолого-промыслоше задает. На 2-й - локальная база данных', используемая при решении задач, связанных с динамикой добычи углеводородов.

На 3-й - локальная база данных, предназначенная для решения рэжимно-технологических задач, связанных с оптимальным распределением и перераспределением добычи.

Для обмена информацией между НПУ, ГПУ с одной стороны, и объединением, с другой стороны, предусматриваются "Науез" - совместимые модемы, поддерживающие на аппаратном уровне протоколы MNP. Физической средой передачи данных служит телефонная линия связи.

В ТРЕТЬЕЙ ГМВЕ на основе обобщения опыта разработки место-рохдений Ферганы, Сурхандарьи и Юго-Западного Узбекистана исслв-д:-е?на вопросы влияния контурных и подошвенных вод на характер ■ ■олоанений скважин в процессе эксплуатации объектов управления. Разработаны и адаптированы метода количественной оценки влияния жидкости е стволе, на условия эксплуатации скважин при рассмотрении объектов добычи нефти и газа как объектов с сосредоточенными параметрами, что позволяет создать эффективные алгоритмы прогноза технологических режимов работа последних.

В 3.1. рассмотрены исследования ряда авторов по выявлению закономерностей обводнения одиночных и взаимодействующих скважин при различных контурах нефтеносности с учетом вязкостных характеристик пластовых флшдов, неоднородности коллектора вдоль напластования и различных углах наклона пластов.

В результате сопоставления теоретических зависимостей с интегральными кривыми обводнения a=i(t) (а - обводнённость продукции скважин, % - безразмерное время, характеризуйте период нарастающего обводнения) установлено, что на интегральных кривых обводнения моздо наделить три основных участка, характеризующих динамику эксплуатации скважин. Первый участок -маловодный период, средний участок - период прогресеирувдего обводнения, конечный участок - стабилизация темпа обводнения.

Наличие начального участка свидетельствует о том, что в данный период рост обводнённости продукции скважин происходит сравнительно медленно. Это означает, что после прсрыва воды темп раскрытия угла обводнённости 29 сравнительно мал. Здесь сказывается степень литологической неоднородности пласта, различия вяз-костей, влияние капиллярных сил, которые задерживают быстрый прорыв воды в скважины.

- 15 -

Наличие среднего участка, характеризуемого прогрессирующим обводнением сква&ины, объясняется, раскрытием угла обводненности 26, увеличением доли обводнбнных пропластков и образованием устойчивой геометрии притока вода.

Период стабилизации теша обводнённости характеризуется относительно постоянными отборами нефти и вода из скважин - совместной работой нефтяных и водяных пропластков.

В результате проведбннкх исследований выявлены эталонные интегральные зависимости а(г)=.?(0н/0а), которые позволяет отслеживать по статистическим данным характер воды (контурная, про-пластковэя, посторонняя) внедряющейся в пластовую систему.

В 3.2. исследовано изменение эксплуатационных характеристик объекта под влиянием подошвенных вод. Рассмотрены различные типы обводнения скважин подошвенной водой для изотропных и анизотропных пластов, представленных: замкнутой системой; системой, имеющей область питания с учбтом различных плотностей и вязкостных характеристик нефти и вода.

Выявлено: характер обводнения скваетн подошвенной водой отличен от характера обводнения контурной водой. Различие в характере обводнения скважин позволяет по виду эталонных интегральных зависимостей а(х)=Г(0в/0_.) предсказать какой водой обводняется сквазина. Если обводн5яность скважины во времени т растет, то скважина эксплуатируется подошвенной водой. Если остается постоянной - это означает, что скважина дренирует одновременно как нефтяные, так и водоносные прослои.

На осноЕе выведенных закономерностей обводнения скважин полошенной водой предложена методика оценки начальной и текущей нефтенасыщенной мощности пласта по зависимости:

ь „ а "а Кв2__

Ь» а ТГ--•

¡5 Кн + ^ Кв где: текущая нефтенасыщеяная мощность пласта, цн, цв - .соответственно вязкости нефти и воды; Кв, Кц - проницаемость прослоев; Н - общая мощность проницаемых интервалов.

Данная зависимость даёт значение текущей нефтенасыщенной мощности над контактом нефть-вода. •

В 3.3. сформирована задача по определению влияния жидкости в стволе на условия притока газа к скважине. В результате со-

поставления .данных экспериментальных исследований с решением модельной задачи притока газа к скважине со встречным движением жидкости из скважины в пласт доказывается положение о возможности описания движения жидкости в пласт из ствола при работе газовых скважин моделью безнапорной фильтрации, описанной в работах П.Я.Полубариновой-Кочиной, Н.Кристеа, И.А.Чарного.

На основе гипотезы об относительной малости вертикальной составляодей вектора скорости из системы дифференциальных уравнений, осреднбнных по вертикальной координате, описывающих фильтрацию жидкости и газа с деформируемой границей раздела, получено дифференциальное уравнение для изменения уровня жидкости в пласте при переменном давлении Р* на границе раздзлэ:

зь аь cpg агь2

m — = cPn ET}(r,t)h + есР £(r,t) — + :--- ,

dt° вг г дг

а2?* д p* q ц

где: t}(r,t) = —— ; 6(r»t)= —- ; е =

. дгг дт 'кКНоР,

о о

ш - пористость; Ъ ~ уровень жидкости, м; с -коэффициент фильтрации, м*/Па2; Ро-начальное пластовое давление. Па; Р*-переменное давление в залежи. Па; г - радиус. влияе;ш, м; 4 - время, сек.

Величина е по работе Н.И.Николаевского является малым параметром, характеризующим теш истощения.

Таким'.образом, при малых возмущениях пласта (малые градиента давления газа, е —<■ 0) движение жадности в пласте при любых абсолютных давлениях в залежи можно принять согласно безнапорной^ фильтрации.

Это позволяет расщепить задачу о встречной фильтрации газа и вода на две независимые, решение которых строится явным образом. Задача фильтрации вода дает динамику распределения по пласту столба жидкости ЩЕ),

ЩН)- /Ь"--- щ цф(I)

оТ 1п(В1/йе)

которое используется затем при решении задачи фильтрации газа.

Решение стационарной плоско-радиальной задачи фильтрации газа к скважине при нелинейном законе сопротивления в условиях обводнения с-учётом выражения (I) позволяет получить анзлигичес-

кие выражения зависимости величины коэффициентов фильтрационного сопротивления в двучленной формуле притока газа к скважине от величины столба жидкости на забое:

не цгра

Г О СТ

Н Н П Г Н Нд 1

1п— + -2. 1п———1п - 1

и ь„„ в ^ ь„ „ н-11 Л

1 от о ст о от

(2)

7р т*

ат ат пл

К, Н

СТ =

' * ]'- г^г

о ст о

(3)

где ц -вязкость газа, МНэ с; ъ - сжимаемость; - атмосферное давление, МПэ; ТГ1Д, Тст- температура пластовая и при стандартных условиях, К; к -проницаемость пласта, мкм2; раг~ плотность газа при атмосферных условиях, кг/ма; |3*- коэффициент макрошероховатости; Н0 и Ьст- мощность пласта и столб хвдкоста на забое, м; радиус скважины, м; радиус контура питания, м;

-радиус влияния жидкости в пласте, м. Результаты сравнивались с данными работ по несовершенству

Наиболее близкие значения коэффициентов А„ и

Я

В„ да8т

вскрытия.

зависимость Г.А.Зотова, а зависимости М.Маскета, З.С.Алиева да от более низкие значения. Это обусловлено тем, что поверхность раздела газа и явдкоста в данной работе соответствует закону безнапорной фильтрации в отличие от работ М.Маскета, З.С.Алиева, в которых поверхность фильтрации к несовершенной скважине принята либо линейной, либо гиперболической, что определяет характер изменения и коэффициентов фильтрационного сопро-.тивления. Предложенные соотношения позволили выделить в явном виде зависимость величины столба жидкости нз забое от коэффициентов фильтрационного сопротивления в8*времени:

Н

изменения

ьс,и> = но -

у 2С /-

(вна>-1)2

(4)

4С

+ 1

! 1 1

где С = д- + ^Л-; — дополнительное фильтрационноо сопротиз-

с о о

ленив, обусловленное несовершенством сквахины по характеру вскрытия, определяемое по ргботе Е.М.Минского и П.П.Маркова; л -число отверстий нз единицу мощности пласта; в - радиус

отверстия. 1

Формула (4) позволяет по результатам газогидродинамических исследований на данный момент времени определять работавшую мощность пласта. На основе формул (2), (3) и с учбтоы равенства градиента давления в> вертикальном направлении при изменении работающей мощности пласта под влиянием столба жидкости на забое горизонтальному, была ' получена зависимость изменения дебита газовой скважины С^ от величины Ьот в виде:

- V Ли * *ВН £2уРв-Рг^Но-ЬсгН (5)

0Ц= 2ВН

где р - пластовое давление, МПа; рв и рг - соответственно плотности жидкости и газа, кг/ы3; £ -ускорение силы тяжести, м/сэкг; т{ - переводной коэффициент, т) = 0,01.

Так как дебит скважины, определяемый по формуле (Б), характеризует условие стационарности величины обводнения призабойной зоны газовой скважины, было произведено сравнение полученной методики с работами И.А.Чарного, Б.Б.Лапукз и З.С.Алиева по определению, предельно допустимого дебита газовых скважин при условии стационарности конуса'подошвенной воды.

Сравнение полученных результатов показывает, что расчетные предельные дебита, определяемые по работе Б.Б.Лапука, существенно превышают предельные дебита, определяемые по методам И.А.Чарного и З.С.Алиева. Изменение дебита в зависимости от столба-жидкости на забое из (5) в целом ниже остальных.

В 3.4. рассматриваются вопросы адаптации предложенной модели встречной фильтрации воды и газа к реальным условиям эксплуатации сквакин с учётом анизотропии пласта.

При работе газовых скважин со столбом жидкости на забое, уходящим в пласт, вертикальная проницаемость играет существенную роль в определении добывных возможностей скважины, особенно при отработке мвогопластовкх газовых месторождений. Согласно этому, изменение фиктивной мощности равномерно-анизотропного пласта с учётом (I), можно записать в виде

где V =

*г

коэффициент анизотропии пласта;

Кв, Кр - соответственно вертикальная и горизонтальная проницаемости.

В результате построено решение задачи притока газа к скважине с уче,том изменения фиктивной мощности равномерно-анизотропного пласта и предложена методика определения вертикальной проницаемости Кв по результатам газогидродинаштческих исследований. Аналитическое определение коэффициентов фильтрационного сопротивления Ан и Вя в стационарном уравнении притока газа к скважи-

не с учётом анизотропии пласта и столба жидкости на оказалось возможным при граничных условиях V »1 и » « "0. 1. » « О, ^ м о

забое

116 игр

д - ' ат Ш!

н ПК Н Т„„

•о СТ

Н 1П В,/И;

О 12

но-ьст у[т ¡\/ис- 1)/1п к,/ Н2

+1п

Вн =

б р Р т ъ

у кгт ат гаг

4г Н Т„

К2

АниВн

[Но~Ьс-г / 1-1/(1пН,/Ес ))

V - 1., Кв ~ Кр

определяются По формулам (2) и (3). Полученные графические зависимости изменения коэффициентов фильтрационного сопротивления Ан и Вн при различных параметрах пласта от величины столба жидкости на забое, позволили разработать методику графического определения вертикальной проницаемости призабойной зоны по результатам газодинамических й геофизических исследований (дебитометрия).

Так как величина столба жидкости на забое переменна во времени и зависит от количества жидкости, выпадающей на забой скважины, разработана методика определения степени обводнения призабойной зоны пласта в процессе разработки и влияние ее на производительность. По методу последовательной смени стационарных состояний определено изменение во времени величины обводнения призабойной зсаы пласта в зависимости от темпов скопления жидкости в призабойной зоне газовсй скважины в процессе разработки.

- 20 -

Таким образом, результата, полученные в данной главе, позволяют создать эффективные алгоритма определения текущего состояния объекта и вырабатывать наиболее правильные решения по осуществлению управляющих воздействий.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ предложены математические модели функционирования и управления динамической системой "пласт-скважина" ("П-С") с распределенными и сосредоточенными параметрами. Дана постановка задачи оптимизации динамического процесса управления с учбтом изменения режима эксплуатации скважин при заданных условиях отбора.

В 4.1. рассмотрена математическая модель оптимизации динамического процесса управления и структура функционирования системы.

Математическая модель процесса фильтрации жидкости и газа в пористой среде описывается системой дифференциальных уравнений вида

( * я в? «

I I I

(б)

1 я <9Р л

2 <йг> « т^-

V = 4 V i ,

Здесь х = (it,i2) с ( G Tv ). t е (ОД);

Kt = vt(S)/Qxt); кг = »,/,{S>/(a p.,).

где , К фазовые проницаемости вода и газа в функции абсолютной проницаемости К и насыщенности ft (S>, /2(S) по воде и газу соответственно; P1=/(iJ,t) - давление в жидкой фазе; i'z=f{xt ,хг,Х) - давление в газовой фазе; m -пористость пласта; Z - сжимаемость газа; р^и ^-соответственно вязкости воды и газа; G - мкогосвязная область двумерного пространства; fv -внутренние контуры каждой отдельной скважины, число которых равно n(t). •

Для построения модели функционирования системы "П-С" использовались принципы системного подхода, в терминах конечного ■набора состояний, наблвдаешгх в'дискретных промежутках времени с разбиением системы на подсистемы:

П = (¥■; S.; f ; Т);

с = 4V 9Л. ЧЛЛ

где: qt - теш отбора газа из i-ой скважины; tv - продолжительность цикла отбора из i-ой скважины; п - число скважин.

Функция перехода между состояниями системы задана в виде:

z(t+1) = F[C(t), n(t)].

Задача управления в данном случав формулируется следующим образом. Пусть динамика поля давлений описывается системой уравнений (6). В свою очередь, планируемый обьЗм извлекаемого газа существенно зависит от режима функционирования системы "П-С" в течении всего периода эксплуатации месторождения. Создание тождественно постоянного по пространственным координатам поля давлений обеспечивается, вследствии различных эксплуатационных характеристик, неравномерными отборами газа из отдельных скважин. В таких ситуациях изменение производительности отдельных скважин является средством регулирования поля давлений.

Резям функционирования системы . предполагается упруговодо-напорнкм. Начальное состояние, описыйёется условиями РСг,, ¿„ 0) = Рш ;

S Ц, хг, О) = sa ;

и условиями на источниках питания

или

ак

öS = С,-5^— , v е ТТп .

1

г,КБ) ар, . р, ^(Э) ар2

Здесь ф - заданная функция, Р2- давление на контуре области Г, дебит у-ой скважины, являющийся управляющим воздействием, -у - контур г-й скважины; .В - мощность пласта; Ратм -атмосферное давление; п - количество скважин, - коэффициент приведения к размерности.

Система уравнений (6) с учетом начальных, граничных и внутренних условий относительно Р и 5 представляет собой замкнутую нелинейную систему. Из первого уравнения системы определяется давление, а из второго - насыщенность жидкой фазы.

Задача оптимизации динамического процесса с уч5ом технологических ограничений на систему "П-С" выглядит следующим образом:

®<q> = E %(%) —* sin

v-t

при условиях

n

E % = Q .

V—*

Triiп у _ v _max /л.

Л ЦИ» • (9)

Здесь <pv(qv) - функция, характеризующая затрата на добычу газа по v-й скважине, q"a>< - минимально допустимое и мак-

симально возможное значения переменных qv, Q - заданная пластовая добыча газа.

Решив задачу (6)'с начальными и внутренними .условиями, получаем распределение давления и водонасыщенности по площади га--зоносности. После этого проверяем условия в точках, соответствующих скважинам:

Р^Ш;

Здесь Pv - технологические ограничения на давление v-й скважины, при давлении ниже допустимого скважина не должна работать; 5* — величина, характеризующая обводнённость скважины, учитывает воздействия внешней среды. Если эта величина выае допустимой, то дальнейшая эксплуатация этой скважины нецелесообразна.

При выполнении Одного из этих условий скважина с номером v исключается из числа работающих и перераспределение плановой добычи проводится по остальным скважинам, тем самым уточняя ' предыдущие решения.

В 4.2. представлена модель функционирования системы "П-С" с учётом динамического процесса остановки и повторного пуска. Для проведения ремонтных работ периодически приходится глушить скважины промывочными ¡пакостями, которые под действием гидростатического давления могут проникать в глубь пласта. Проникновение фильтрата в большинстве случаев ухудшает проницаемость призабой-ной зоны скважины, следовательно, изменяется их продуктивность. Динамика процессов, происходящих при глушении и повторном пуске скважин в эксплуатацию, позволяет количественно и качественно оценить изменение продуктивности скважин.

Для математического моделирования примем следующие предположения: режгм течения изотермичесшгй (не зависящий от теыперэ-?урн;, для-каздоЯ.К! ©эз справедлив обобщённый закон Дарси; гео-

(8)

метрия фильтрации представляется радиальным потоком; газ и промывочная жидкость взашонерастворикы; вязкости постоянны; сжимаемостью жидкости можно пренебречь; до остановки.из скважины добывается чистый газ.

Процесс функционирования системы "П-С" при данных условиях делится на три этапа. .

Первый этап (режим нормального функционирования) описывается уравнением: . о-.

а (г^Р2- зр (Ю)

т "Эг(г иг-' ~ нг^ т . (10)

акс < г < е^, г € (0,^) На втором этапе в структуре пласта происходит' динамический процесс непоршневого вытеснения, который связан с искусственным воздействием на систему "П-С". Поэтому динамический процесс глушения скважин описывается системой уравнений:

-Н^лсз)-!^)

1 в ЗР , _ > №3

"Т3~Эг(г 1Л3'-дг-> ~ "7Г ЗТ ' аЯе < г < г е

р дБ , 2и(1-5)„ ар, -тт~ р т * к ^ м

ч». зэ

(и)

где начало, а Г2 - конец остановки скважин.

На третьем этапе в структуре пласта происходит обратный динамический процесс, т.е. промывочная жидкость вытесняется газом, •давление которого является внутренней энергией пласта. Этот процесс также списывается системой уравнений (II), при Ь е [Т , Т],

,(Т- общее время исследования процессов). Уравнения '(ТО) и решаются при следующих условиях на границах пласта:

- С^) (1 - а >(Р - Ре) =0, "г = аИ ;

-а ар' ~3г~

= о, г = В^,

= о,

г (. (Т.,?,);

5(0Нс,г) = 1 - Б , Б(ЕкД) =0, 1; € (Т4,Т2);

?(г,0) Б(г,0) = Б,

н*

и'

1 € г е

(Т, (Т.

т2);

Т),

(ii)

(12)

(13)

(14)

(15) (16)

где: 1-5*- остаточная газонасыщенность; г - расстояние от начала координат до заданной точки; ^-соответственно вязкости

фильтрата промывочной жидкости и газа; 1,(3), Г, (Б) - фазовые проницаемости, соответственно для фильтрата промывочной жидкости и газа; Р=Р(гД), 5=3(г,г) - соответственно функции, характеризующие состояние системы "П-С" (давление и насыщенность) в точке г в момент времени г; Кс- радиус скважины; - радиус контура питания, Ре- давление на скважине; Р - начальное пластовое давление; а4- параметр, определяющий заданное условие в скважине.

Из математической модели видно, что исследуемая система с учетом динамического процесса, остановки и пуска скважины, является замкутой нелинейной, гибкой, а структура функционирования показывает, что она является многоканальной.

В 4.3. представлен дискретный алгоритм определения динамических состояний системы "П-С". Для численной реализации математической модели анализа состояния исследуемой системы в уравнениях (10), (II), краевых и начальных условиях (12)-(1б), переходим к безразмерным переменным. Тогда краевая задача (10)-(16) упрощается и можно предложить один из вариантов алгоритма расчёта и критерии программного управления системой.

Численная реализация задачи заключается в построении неравномерно пространственно-временной сетки, покрывающей область интегрирования аналогичной системе уравнений (Ю)-(П) с граничными и начальными условиями (12)-(16). Используя интегро-интерполяционный метод, выводим систему алгебраических уравнений. относительно значений искомых функций. Система нелинейных алгебраических уравнений решается методом простой итерации, используя метод прогонки.

В результате анализа многочисленных машинных экспериментов показано, что предложенный алгоритм может быть использован для расчета полей насыщенности и давлений при течении газа из пласта в скважину и встречного движения жидкости обратно в пласт.

В 4.4. приведена постановка задачи управления 1КС с учётом динамики переходных процессов при добычи нефти с закачкой воды в пласт. Задача оптимального управления формулируется в следующем виде: требуется выбрать управляющее воздействие (дебиты эксплуатационных и нагнетательных скважин) на интервале времени (0,Т) образом, чтобы при условии выполнения технологических ог-рзкгаЕЯй на дебита и забойные давления эксплуатационных и наг-

нетательных скважин

р т > р.

1 е N3, г е (г0,Т),

> о ,

„т . 1 с г € ( гв,®>.

д. сг> >0 .

максимизировать добычу нефти с месторождения за время

Максимизируемый фунхционал имеет вид:

г=Е ; ^„.Б^ики; — шах,

о

где у (3„,3„) - доля нефти в дебите жидкости 1-й эксплуата-

1 а о

ционной скважины

У1<3Н,3В> = §

ЙТ-

При заданных дебитах скважин 1 е Нн и Яа, (Кн, Ыэ -

множества нагнетательных и эксплуатационных скважин соответственно ), функции распределения насыщенности и давления по площади продуктивного пласта можно найти из решения системы уравнений

Л- К) ♦ в ^ [зн+Ввн5в];

£ Г к ер 1 - к б3н-

I 1^3х } - в (К '

£ Г к 1 - п •

х I т \ ~ в 1Г" ~зт •

д

дх

(iv)

а

дх

Вя * За *5Г = 1.

38»

Уравнения (17) интегрируются в области

(2,1;) € < х < 1, х * {=ТТп , X > 0>,

при начальных условиях

Р(х40)=Р°(я), 5(х,0)^В°(х),. Бп(;г,0)=5°Сг),

- —н^—'»- в

внутренних условиях на эксплуатационных галереях

К

нагнетательных

' дР ар --

дх » ах «С-о = ЧжР (=1,п

а также граничных условиях

г ер

а 1к — -

I & г ар

Чк £"

+ О-с^ХР-Рд) = 0 при 2=0

+ (1-а2)(Р-Рц) = 0 при 2=1.

Когда признак а1 равняется О, на левой границе поддергивается начальное пластовое давление, а при а4равном I, через левую границу поступает жидкость, объёмом При 4^=0 это условие означает непроницаемость на левой границе. Аналогично при о^=0 на правой границе поддерживается начальное пластовое, а при аг=1 через правую границу поступает жидкость объёмом 1. В. случае на правой ганице она проницаема.

Здесь К= ^ + Ага р^ , Авн Кв;

, Рп . Рв ^н .

т ~ рн КГС4 ^ ' Авп - рн '

в - • В - Р*

В - —т^- . Ввн - ,

где Бн, Б0, Бг -функции распределения насыщенности нефти, вода и газа, соответственно; йв» Цг - коэффициенты вязкости нефти, воды,газа; КН(5Н,3В), Кв(5н,Бб>, Кг(5н,5в)- соответственно функции фазовых проницземостей нефти,воды и газа, рн, рв- плотность нефти и вода.

По видимому, это первая попытка сформулировать задачу оптимального управления ПФС в таком виде, даже в случае одномерного движения нескольких жидкостей и газа в каждой точке. Дальнейшие исследования будут направлены для выбора метода решения задачи и разработки алгоритмов, а также уточнения модели в случаях двумерной и трехмерной постановок, близких к реальным объектам. В сеязи с открытием новых месторождений в Республике Узбекистан, где совместно движется газ, конденсат, вода и нефть, работа в этом направлении актуальна и найдет применение для анализа разработки таких нефтяных и газовых месторождений.

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ на основе моделей функционирования системы "П-С" с сосредоточенными и распределбнными параметрами разработаны алгоритмы оперативного анализа функционирования и управления объектами добычи нефти . и газа. Представлена реализация

многофункциональных задач анализа в едином алгоритмическом комплексе.

В 5.1. разработан алгоритм интерпретации геолого-промысловых данных в формах картографического изображения с применением метода интерполяции значений изучаемого параметра между соседними точками и сплайновой моделью. В отличие от имеющихся методов построения карт, в алгоритм заложены формальные и неформальные процедуры построения с применением экспертных оценок. Программно-аппаратная реализация данной задачи позволила создать систему оперативной обработки геолого-промысловой информации и изыскивать наиболее правильные решения по размещению новых скважин на структуре, экспортно прогнозировать возможные результаты, получаемые при бурении скважин и др.

В 5.2. разработана методика и алгоритм обработки результатов сейсмонаблвдений в задачах ' определения текущего состояния объекта управления. Суть данного метода заключается в том, что по измененной волновой картине при замещении в коллекторе газа водой определяется изменение формы сигнала (кареллограммы) принимаемого на станции и обрабатываемого на ЭВМ. Данное да8т возможность без дополнительного бурения скважин отслеживать по результатам поверхностных измерений передвижения контакта газ-вода в пласте и целенаправлено разрабатывать мероприятия по выравниванию профилей закачки и отбора газа применительно к подземным газохранилищам и газовым месторождениям.

В 5.3. на основании экспертной оценки интегральных зависимостей a(T)=i(QB, Q^), представленных в разделах 3.1-3.2, разработан алгоритм определения характера обводнения скважин для выработки наиболее правильных решений по применению различных технологий по ограничению влияния воды на эксплуатационные характеристики скважин. Представлены разработанные 1три непосредственном участии автора настоящей работы технологии: селективной изоляции отдельных водонасыщенных интервалов, изоляции подошвенной воды и подключение верхних продуктивных интервалов пласта без дополнительной перфорации скважин; приобщения к эксплуатации низкопроницаемых интервалов при помощи гидрохимического разрыва пласта; удаления жидкости с забоя газовых скважин твёрдыми пено-образующими составами.

В 5.4. на основе модели пластовой фильтрационной системы с динамики переходного процесса разработан алгоритм анализа

- га -

динамических состояний ПФС. Дискретный алгоритм решения задачи (10)-(16) основан на применении интегро-интерполяционного метода, позволяющего построить консервативную разностную схему, Которая удовлетворяет закону сохранения в каждом узле пространственно-временной сетки. Решением данной задачи является определение динамики падения пластового давления при совместной фильтрации нефти и газа. Полученные результата показывают, что при одинаковой интенсивности отбора, динамика падения пластового давления быстрее при фильтрации нефти, чем при совместной фильтрации нефти и газа. Наличие газа в нефти увеличивает текучесть смеси.

Таким образом, знание темпов падения пластового давления во времени с учбтом вязкостных характеристик и насыщенности пластовых флюидов, позволяет прогнозировать технологические режимы эксплуатации отдельных скважин и всего объекта добычи на перспективу.

В 5.5. на основе математической модели оптимизации динамического процесса управления системой "П-С" с распределЗнными параметрами разработан и реализован алгоритм оптимального распределения и перераспределения добычи газа (нефти) по отдельным скважинам в зависимости от заданных условий отбора и технологических ограничений, накладываемых на режим эксплуатации объекта. Вычислительная схема процесса оптимального распределения плановой добычи сводится к минимизации функционала (7), характеризующего приведённые затраты на добычу газа (нефти) по отдельным скважинам при условиях (8) в (9). Вычислительная схема реализуется итерационным методом • нелинейного программирования. Реализация алгоритма в программном обеспечении для персонального комывотора РС ЛТ/386 и внедрение в ГАО "Узбекнефтегаздобыча" показало его высокую эффективность при решении задач прогнозирования технологических режимов эксплуатации скважин на перспективу.

В 5.6. разработан алгоритм прогнозирования технологических показателей эксплуатации объекта добычи нефти по данным предшествующей эксплуатации. Представленный алгоритм основан на идентификации параметров объекта, представленного карбонатными коллекторами с использованием метода многомерного корреляционного анализа. Полученные расчётные зависимости определения основных технологических показателей, разработки месторождений нефти тредставлеш в следующем виде:

02-0,4684+0,00021^-0,2873К/Ц-0,0832^ сч-0,37660, -

-0,0087а,+0,0064^ ; 0э =0,6870-0,00141у-0,0836К/Ц+0,0811,13070, --0,643102-0,0005а2 ;

Ьг =43,2627-0,0823Ьн-11,5899К/Ц-20,4428^^+107,05220,--0,5276а,-2,90191;,-б,09880,Л, ;

^=17,6605+0,0406Ьн-1,1831 К/р.+3,0586Киесч-18,944020г -

-0,38990/1^-0,0264^ ; а2 =-0,3194 +0,1783^-29,45К/Ц-6,6734X^^+67,19840, + +74,78060г+0,б876а4-1,2908^ ;

Г]2 =-0,721+0,0091^+0,297т+0,114К+0,764БН--0,0498КИ/Ц-0,0293К/Ц+0,144^^+9, 0031^,--0,0055ц+0,0019г1.-5,37«10~'0бал ;

Т)3=-0,604+0,ОООЗЗЬу+О.гЭт+0,247К+0,8843Н--0,024ШЦ-0,306К/Ц+0,008Кпеоч+0,0054К дсч+ +0,00125ц-0,021 гг+1.92*10"70бал где: эффективная нефтенасыщенная толщина объектов, м; т -пористость, доли единиц; К - проницаемость, мкм2; 5Н- нефтена-сищенность объектов, доли единиц; №/|х - гидропроводность пластов, мкм2м/мПа с; Х/р. - подвижность пластовой нефти, мкмг/мПа с; Кпосч- коэффициент песчанистости, доли единиц; КрЗСЧ- коэффициент расчленённости, доли единиц; ц - вязкость пластовой нефти, мПа с; 1;,- продолжительность I стадии, год; 12- продолжительность II стадии, год; 1э- продолжительность III стадии, год; а, • - обводненность продукции на конец I стадии, %; а2 - обводнённость продукции на конец II стадии %; 0, - добыча нефти от начальных извлекаемых запасов (НИЗ) за I стадию, доли единиц; 02 - добыча нефти от НИЗ за II стадию, доли едииц; 03 , - добыча нефти от НИЗ за III стадию, доли'единиц; 'балансовые запасы

нефти, тыс.тн.

Апробация полученных зависимостей применительно к месторождениям Юго-Западного Узбекистана показала их высокую эффективность в цостадийном анализе и прогнозировании показателей эксплуатации объектов добычи нефт на перспективу.

В 5.7. рассмотрены вопросы системной увязки многофункциональных задач оперативного анализа в едином алгоритмическом комплексе, с соединением локальных баз данных в единую систему баз с реализацией принципов объектно ориентированного программирования.

В ЗАКЛЮЧЕНИИ даны основные результаты исследований.

В ПРИЛОЖЕНИИ приведены акты, расчёты экономической эффективности, справки о внедрении полученных результатов, а также справки о сдаче программных средств в Ведомственный фонд алгоритмов и программ АН РУз.

/ ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

В результате проведбнных исследований развиты и реализованы концептуальные основы системного моделирования и управления многосвязными технологическими объектами с сосредоточенными и распределенными параметрами в задачах оперативного анализа прсцес-_ сов эксплуатации нефтегазовых месторождений:

- исследованы' основные принципы обобщенного подхода системного моделирования и управления объектами добычи нефти и газа;

- разработаны концептуальные основы построения и формализации системных соглашений в многофункциональных задачах управления объектами добычи нефти и газа;

- разработаны и исследованы методы, модели и алгоритмы обработки информации и принятия решений по эффективной эксплуатации объектов добычи нефти и газа.

Проведённые исследования позволяет1 сформулировать следующие основные выводы, определяющие теоретическую и практическую значимость работы.

Разработана система для анализа состояния объекта управления., включащая принципы объектно-ориентированного программирования, позволяющая выявлять фактическую и техаико-эконо-мическу:; эффективность как систем эксплуатации добычи нефти и газа в целом, так и отдельных технологических решений, включая мероприятия по их регулированию. Разработанная система представлена в ваде иерархии подсистем в объекте управления, опирающаяся на принципы системного анализа и синтеза, включающих процедуры декомпозиции и агрегации. Процедуры декомпозиции использовались . при разбиении системы на подсистемы, агрегации при компоновке подсистем из отдельных алгоритмов и системы в целом.

На основе обобщения опыта эксплуатации объектов добычи нефти и газа обоснованы и практически реализованы модели определения характера осложнений, что позволяет вырабатывать наиболее правильные решения по осуществлению управляющих воздействий на

объект с сосредоточенными параметрами. Исследовано влияние контурных, подошвенных вод на эксплуатационные - характеристики объекта управления. Выведены,эталонные.зависимости по распознаванию характера обводнения скважин. и прогнозированию эффективности эксплуатации отдельных скважин. .Разработана и адаптирована к реальным залежам углеводородов.методика количественной оценки влияния жидкости в стволе на условия эксплуатации газовых скважин. Данное позволяет достаточно достоверно контролировать динамические характеристики в условиях неполнота' или • ограниченности информации.

Разработаны и исследованы модели ' вдадтйфййаций состояния объекта управления в системе "нефтегазоносный пласт-скважина" под влиянием внешнего воздейстаия.кан системы с распределенными и сосредоточенными параметрами, функционирующей в реальном масштабе времени. Они позволяют ' провести анализ динамического процесса эксплуатации в условиях использования исходной информации с реально действующих объектов и оптимизировать технологические режимы работы скважин. Сравнение машинных экспериментов' с фактическими данными показывает, что относительная погрешность при этом составляет не более 5%.

На основе вышеописанных моделей практически реализована система оперативного анализа состояния функционирования объекта управления. Основными элементами системы являются эффективные алгоритмы функционирования объекта управления, предусматривающие обработку информации по отдельным управляющим элементам (скважинам) и совокупности управляющих элементов, при рассмотрении последней во взаимосвязи.

Анализ геолого-геофизических материалов производится на основе разработанных алгоритмов и программно-аппаратных комплексов автоматизированной обработки информации, что позволяет визуально в масштабе времени представлять динамику процессов добычи пластовых флюидов и получать графические изображения последних.

Автоматизированный анализ материалов гидродинамических исследования и статистических данных позволяет отслеживать характер осложнений при эксплуатации скважин,, своевременно контролировать технологические режимы, вырабатывать наиболее правильные решения по корректировке уровней добычи из отдельных скважин в зависимости от поставленных плановых заданий, а узкже принимать решения по внедрению отдельных технологий интенсификации добычи

углеводородов и прогнозировать показатели эксплуатации на перспективу.

Модели анализа подключены в систему согласно модульного принципа с полной вероятностью доступа на вход алгоритмов требуемой информации из базы данных.

Таким образом, на основе реализации системно увязапнях алгоритмов оперативного анализа,-экспертами вырабатываются и принимаются решения по:

. - корректировке уровней добычи по скважинам во взаимосвязи с. продуктивными -характеристиками отдельных зон дренирования месторождения:

■ - возможностям ввода в эксплуатацию дополнительного фонда скважин с рекомендациями приоритетного расположения проектяруе-' мых скважин на площади; .

- целесообразности-применения различных методов интенсификации добычи нефти и газа по отдельным скважинам;

- прогнозированию показателей эксплуатации объекта добычи на перспективу, при различных'режимах дренирования залежи. .

Практическая реализация поставленных задач системного моделирования функционированием объекта управления с сосредоточенными и распределёнными параметрами показывает неоспоримые преимущества системного подхода от комплексного, как подхода, позволяющего наиболее достоверно прогнозировать показатели эксплуатации объекта управления на перспективу и принимать наиболее Правильные решения по осуществлению корректирующих воздействий.

Дальнейшее развитие работ по данному направлению мы видам в создании комплекса АСУТП с получением информации в реальном Масштгбо времени от отдельных скважин с подключением в эксплуатацию разработанной системы с анализом экономической эффективности принимаемых технических решений по интенсификации систем разработки нефтегазовых месторождений.

Результаты проведённых исследований используются в проектных и производственных организациях нефтегазовой промышленнрсти Республики Узбекистан в решении задач анализа и управления объектами добычи нефти и газа. ^

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в следующих работах:

; I. Назаров С.Н-, Назаров' У.С. Способ разработки нефтегазовых месторождений. //A.C. ä 5695023 от 10.10.1981. 1982.

- 33 -

(Технология проведения работ принадлежит Назарову У.С.)

2. Коротаев Ю.П., Назаров У.С. Экспериментальные исследования влияния жидкости в стволе и на забое на работу газовых скважин. //Экспресс инф. ВНИИЭГазпром сер."Геология, бурение и разработка газовых месторождений", 1985, J66. - с.29-33. (Исследование выполнено Назаровым У.С.)

3. Назаров У.С. Влияние забойной жидкости на . продуктивную характеристику газовых скважин. // МИНХ им.И.М.Губкина.- Деп. во ВНИИЭГазпроме Jf€72 ГЭ-85 Деп. 1985. -7 с.

4. Назаров У.С. Экспериментальное исследование влияния глубины спуска фонтанных труб на работу газовых скважин в присутствии забойной жидкости. //Экспресс инф. Б;"ЖЭГазпром сер.' "Геология, бурение и разработка газовых месторождений", 1985, JS7. -с.8-10.

5. Назаров У.С. Уч8т несовершенства газовых скважин, • вызванного наличием жидкости на забое. //Экспресс инф. ВНИИЭГазпром, сер. "Геология, бурение и разработка газовых месторождений", 1985, J6I2. - с.6-9.

6. Назаров У.С. Решение задачи притока к скважине при час-точном обводнении призабойной зоны. //Известия АН УзССР, I98S, Jél. - с.59-62.

7. Назаров У.С. Разработка технологического режима эксплуатации газовых скважин в условиях неполного выноса жидкости с забоя. //Автореферат канд. диссер. на соискание учёной степени канд.техн.наук. - Москва. 1987. - 22 с.

8. Назаров У.С. Алгоритм гидродинамического расчета совместной работы ствола газовой скважины и призабойной зоны в условиях обводнения. //Матер, науч.тех. конф. молодых учёных ТашПИ "Эффективность использования ресурсов арри совершенствовании управления производством." Апрель 1987. - с.23-24.

9. Назаров У.С. Гвдрогазодинамическив исследования скважин как методы контроля за процессами обводнения пласта. //Матер. РНТК "Вопросы геологии и разведки, добыча и разработка нефтегазовых месторождений". Апрель 1988. - с.31-36.

10. Назаров У.С., Каххаров Б.Б. Анализ выработки активных запасов нефти месторождения "Карактай". //Материалы Республиканской конференции молодых учбных ТашПИ. Апрель, 1989. - с.43-44. (Постановка задач принадлежит Назарову У.С.)

11. Назаров У.С. Селективная изоляция обводнённых интер-

валов мощных нефтегазовых пластов на примере XV и XVa горизонтов месторождения "Карактай". //Материалы Всесоюзной конференции "Роль молодйжи в решении конкретных научно-технических проблем нефтегазового комплекса страны". Пос. Красный Курган, 6-8 ишя-1989. - с.217-218.

12. Назаров У.С. Об эффективности установки цементных мостов с целью изоляции водопритоков в истощенных нефтегазовых пластах на примере месторождения "Карактай". //Тезисы докладов областной научно-технической конференции "Современные тенденции развития газовой промышленности УССР". Харьков, 1989. - с.90-91.

13. Назаров У.С. Опыт разработки залежей нефти в мощных по-ровотрещшных системах на примере Х7-Х7а горизонтов месторождения "Карактай". //Деп. УзНИИНТИ 11.09.90. ЙГ323. Ташкент, 1990. - 8 с.

14. Назаров У.С. Влияние анизотропии пласта на приток газа к скважине при наличии жидкости в стволе и на забое. //Изв. АН УзССР, с.т.н., 1990, Ы2. с.35-37.

15. Назаров У.С., Муратов Б. Создание подземных хранилищ газа в частично выработанных нефтегазовых месторождениях. //Материалы Республиканской научно-технической конференции "Достижения науки молодых - производству". Апрель 1991. - с.93-94. (Постановка задачи принадлежит Назарову У.С.)

16. Назаров У.С. Возможности применения методов электрообработки нефтегазосодержащих пластов с целью повышения нефтеотдачи. //Изв. АН РУз, серия "Информатика и вычислительная техника, 1992, Ж. - с.26-29.

17. Назаров У.С. Способ эксплуатации обводняющихся газо-конденсатных скважин. //Пол. решение на выдачу A.C. й 4954040/03 от 2.07.1992.

18. Садуллаев Р., Назаров У.С., Камбаров Р. Алгоритм метода Монте-Карло для численного решения краевых задач теории фильтрации во взаимодействующих пластах. //Материалы Республиканского научно-технического семинара Института механики Казанского научного центра Российской АН. - Казань. 1992. - с.35-36. (Алгоритмы разработаны Назаровым У.С.)

19. Садуллаев P.C., Назаров У.С., Камбаров Р. и др. Разработка метематических моделей функционирования и управления системы "пласт-скважина" с распределЭиными параметрами. //Препринт Р-7-99. НПО Кибернетика АН РУз. Ташкент. 1992. - с.72. (Числен-

- 35 -

ныв эксперименты проведены Назаровым У.С.)

20. Назаров У.С. Проблема оптимальной эксплуатации объектов добычи нефти и газа и еб решение с применением технологий экспертных оценок. //Научно-теоретическая и техническая конференция профессорско-преподавательского состава и научных работников. - Т.: 1993. - с.14-16.

21. Назаров У.С. Информационная система анализа разработки Нефтегазовых месторождений. //Изв. АН РУз. серия "Информатика". Ташкент. 1993, £6. -с.19-22.

22. Назаров У.С., Дайрабекова Т.Т. Анализ мотодов интенсификации добычи нефти и газа месторождения Газли. //Материалы 'Республиканской научно-технической конференции "Студенческий потенциал вузовской науке". Т-зшкент. Т7-22 мая 1993. -с.172-173. (Постановка задач принадлежит Назарову у.С.)

23. Назаров У.С., Камбаров.Р., Тураев Х.Т. Математические модели и алгоритмы расчета параметров гидродинамической системы "пласт-сквэжина-шлейф". /Сб. тезисов докладов "Состояние и развитие кибернетики в Узбекистане", - Т.: 1993. - с.56-57. (Постановка задачи и числений эксперимент принадлежит Назарову У.С.)

24. Назаров У.С., Шзмсиев.Т.Б., Ходжаев Т.Т. Постановка задачи и алгоритмы оптимального управления режима работы компрессорных станция. //Тезисы докладов "Состояние и развитие кибернетики в Узбекистане". Ташкент, 1993. - с.64-65. (Разработка алгоритмов принадлежит Назарову У.С.)

25. Набкев О.М., Назаров У.С., Ташев А.О. Разработка и исследование эффективности методов распределения ресурсов в условиях неопределенности. - Ташкент: 1993- - 23 с. (Препринт НПО "Кибернетика" АН РУз, Р-8-123). (Функциональная схема исследований принадлежит Назарову У.С.)

26. Назаров У.С., Турсунов М.А. К вопросу дорэзрзботки и проектирования нефтегазовых месторождений Узбекистана. //Узбекский геологический журнзл. Ташкент, 1994, >1 - с.75-78. (Постановка задачи принадлежит Назарову У.С.)

27 Назаров У.С., Турсунов М.А., Каххаров Б.Б. К вопросу энергетического баланса систем разработки нефтегазовых месторождений с поддержанием пластового давления. //Деп. ГФНГИ ГКНТ РУз №2038 - Уз-94 от 15.03.94.- 9 с. (Расчетные зависимости получены Назаровым У.С.) '

28. Назаров У.С., Курязов Э.К. Разработка систем автомата-

зированной обработки геолого-промысловых данных в графическом режиме для оперативного анализа процессов разработки нефтегазовых месторождений. //Деп.ГФНТИ ГКНТ РУз ^2039 Уз-94 от 15.03.94. -5 с. (Алгоритмы разработаны Назаровым У.С.)

29. Назаров У.С., Курязов Э.К., Турсунов М.А. Способ изоляции воды в поглощающих пластах. //Пол. решение по заявке ГР Ж1Н ДР 9300716.1, 1994. (Способ разработан Назаровым У.С.)

30. Назаров У.С., Лыков Е.А., Курязов Э.К., Турсунов М.А., Каххаров Б.Б. Способ ликвидации поглощения в процессе проводки скважин в условиях аномально высоких пластовых давлений. //Пол. решение по заявке ГР Ж1Н ДР 9300717.1, 1994. (Способ разработан Назаровым У.С.)

31. Назаров У.С., Хван Г.Д., Турсунов М.А., Каххаров Б.В.' Способ д'оразработки истощенных залежей нефти. //Пол. решение по заявке ГР ЖЕН ДР 9300718.Г, 1994. ( Способ разработан Назаровым У.С.)

32. Назаров У.С., Кашников О.П., Закиров О.Ф. Системно-аналитические задачи оперативного анализа и управления процессами эксплуатации объектов добычи нефти и газа. //Тезисы докладов' научно-теоретической и технической конференции профессорско-преподавательского состава ТашГТУ им.Беруни 4-7 октября 1994. - с.58-59. (Постановка задач принадлежит Назарову У.С.)

33. Назаров С.Н:, Назаров У.С., Турсунов М.А. Оперативный анализ процессов разработки нефтяных месторождений при водонапорных режимах. /Препринт Р-3-140 - НПО Кибернетика, АН РУз -Т.: 1994,- 53 с. (Расчбтные зависимости получены Назаровым У.С.)

34. Назаров С.Н., Назаров У.С., Каххаров Б.Б. Системное проектирование технологии электрохимического воздействия на об-воднбнные нефтегазосодержащие пласты с целью увеличения степени выработки извлекаемых запасов. //Препринт НПО "Кибернетика" АН РУз, Р-3-138. - Ташкент, 1994., - 53 с. (Методаща проектирования разработана Назаровым У.С.) •

. 35. Назаров У.С., Турсунов М.А. Способ гидрокислотного взрыва пласта. //Пол. решение по заявке ГР ЖЕН ДР 9400714.1/а от 19.01.1995. (Способ разработав Назаровым У.С.)

МАЗМУННОМА НАЗАРОВ Улугбек Султонович.

Нефть ва газ конларвда казиб чщарштл бощврт жараёнларини моделлаштириш

Диссертзцион ми нефть ва газ конларини казиб чщарш жараё-нини утопии, хозирги холатини ва истицболини узаро мантикий Сррлз^лиг/ни идрок килгэн холда тезликда уларни. тахлил ^илшга иукон оерадиган ва уларнинг самарадорлигини таьминлайдиган муаммолар мажмуасини хал ?;илишга оагашланган.

Куйилган вазифаларни бзжаргал учун к;уйидаги масалалар ечи-лшш лозкм: нефть ва газ ооъектларшш ишлатиш жараёнини бощариш ва келзжагини овлгилчтшнг турли моделларини ишлао чик,иш ва тад-кнр; килии; таз™ (система; келишувларини шакллантириш ва мохия-ти асослзри тузилизшни иалаб чикиш; йигалган ва таксимланган хурсэткэтларгз эга оулга.ч объектлэрни к?п тармоцли алгоритмик оса^ариа тизими тузилишини иалао чикиш; нефть ва газ чик,ариш оодектлариви оамэрали калатиш борасида асцотадиган тадаичот у-гуллэритл, мчълумотни кайтз ишлаш моделлари ва алгоритмларини •лглэ: -щки: ■

Тздк,»;?тлчр н-этижэлар'Шга амалга ошириш нефть ва газ чикариш "Оъ^ктлэржп ф-^'.пиятани ва уларни бошкариани тезликда та^лил а л гс сигмик гкзкмини ярати-' имк^яини Оеради ва булар кух*лагл к^рияиодадир: кон геология ва геофизика маълумотларини члггрптмда кэйтэ «плзи; оОъектни ишлатиа жараёнида вужудга келадигзн мурзккабликлар турини алгоритмик зни^лаш ва таьсир курсатигни боащарш буйича кзрор кабул килиш; ^бьектнинг техник иктиеодия А^лзтини билган холда режали махсулот чицаршни кайта таксимлашнинг энг мувофик алгоритми; патлам . сиркиш тизимининг динамик холзтини тахлил 1^тлиш алгсритми.

Олинган натижалар кудукни ишлаш жараёнидаги мураккаб-ллклэрни кузагиш, унинг технологик тарзини вактида. назорат килиш, айрим чудуклардан режа курсаткичларига караб энг мувофик мивдорда махсулот олиани тутри танлаш ва истикболга махсулот чиь;эриа курсаткичларини баворат ¡римш имконини беради.

RESOLUTION Nazarov Ulugbek Sultanovlch Modeling of conrol processes 1ft engineering of oil and gas deposits

The dissertation Is dedicated to solveon the problem of creating systematic and information-logical correlated complex (system) which adequate reflects retrospective, current envlro-ment, prospects of Inspected objects allowing to make an operative analysis of engineering process of oil and gas deposits, and provide their efficiency.

For reaching this purpose the following tasks are solved: engineering and researching the main principles of systematic-modeling for exploitation processes; engineering conceptual basis for building system's consents; making structure of an algorithmic system for management by multlconnectlonal objects with concentrated and distributed options; engineering and researching methods, models and algorithms of manipulation with Information for making decisions on effective exploitation of oil and gas deposits.

The realization of research tasks allowed to create an algorithmic system for analysis operation and management by the objects of oil and gas extractons. The system consists of algorithm of geological and geophysical information processing, algorithm of detenning the character of complications in exploitation the objects and making decisions in realization of control Influence, algorithm of optimal distribution planned extraction depending on technical - economical terms of exploitation, algorithm of analysis dynamic enviroments of layer filler system.

It was carried out the system seguence of algorithms to turn into an algorithmic complex of operation analysis for making progno- ses and managing by the objects of oil and gas extraction.

The obtained results allow to follow the character of complications m chink exploitation, to control technological options, to make the best decisions on optimal distribution levels of extraction from separate chinks depending on planned indexes and wake the prognoses of exploitation for future.