автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Программно-информационное обеспечение моделирования и управления режимами работы газовых скважин

Введение

1. Анализ существующих методов моделирования залежей нефти и газа

1.1. Методы моделирования геологического строения залежей

1.2. Геологическое моделирование на современном этапе. Перспективы и направления совершенствования методов моделирования

1.3. Методы моделирования и прогнозирования процесса разработки залежей нефти и газа

1.4. Трехмерные модели и программные комплексы моделирования разработки

1.5. Синтез новых методов эффективного управления разработкой на основе системного анализа геолого-промысловой информации и 28 газогидродинамического моделирования

2. Моделирование геологического строения сеноманских газовых залежей

2.1. Исследование геологического строения сеноманских газовых залежей

2.1.1. Особенности истории накопления осадочных пород сено-манского яруса

2.1.2. Формирование сеноманских залежей газа

2.1.3. Краткая характеристика концептуальных моделей-схем строения сеноманских залежей

2.2. Анализ трехмерной геологической модели сеноманской залежи ^ Заполярного месторождения

2.2.1. Геолого-геофизическая изученность Заполярного месторождения

2.2.2. Характеристика трехмерной геологической модели сено- ^ манской залежи

2.2.3. Корреляционный анализ достоверности геологической мо- ^ дели Заполярного месторождения

2.2.4. Совершенствование методов дифференцированного подсчета запасов газа на основе трехмерных геологических моделей

3. Совершенствование методов газогидродинамического ^ моделирования режимов работы газовых скважин 3.1. Анализ теоретических аспектов и методов моделирования процессов газогидродинамики

3.1.1. Дифференциальные уравнения фильтрации

3.1.2. Анализ методов решения систем уравнений

3.1.3. Моделирование скважин

3.1.4. Аналитическая модель водонапорного комплекса

3.2. Принципы построения и инициализации газогидродинамических моделей сеноманских газовых залежей

3.3. Особенности моделирования газовых скважин

3.3.1. Квадратичное уравнение притока газа (модель Форгеймера)

3.3.2. Анализ промысловых модификаций уравнения притока газа

3.3.3. Сравнение работы фактических и модельных газовых скважин

3.4. Особенности моделирования и управления технологическими режимами работы газовых скважин

4. Системный анализ эффективности добычи газа

4.1. Системная стратегия эффективной разработки газовых залежей

4.2. Исследование влияния неопределенности параметров водонапорного бассейна на прогнозные показатели разработки 114 Губкинского месторождения

4.3. Критерии оптимального размещения кустов газовых скважин

4.4. Анализ эффективности схемы размещения эксплуатационных скважин на Заполярном месторождении

4.5. Выбор оптимальной схемы дифференцированного вскрытия газовых скважин в кусте

4.5.1. Экспертная оценка оптимальной схемы вскрытия продук- ^^ тивного разреза

4.5.2. Количественная формализация мнений экспертов

4.5.3. Групповая экспертиза реальной схемы вскрытия

4.6. Результаты системного анализа

5. Программно-информационное обеспечение моделирования и ^g управления режимами работы газовых скважин

5.1. Программный комплекс анализа и обработки промысловых баз данных для моделирования и управления режимами работы газовых 148 скважин

5.2. Алгоритм и программный продукт для выбора оптимальной ^ схемы дифференцированного вскрытия газовых скважин в кусте

5.3. Совершенствование системы программно-информационного обеспечения трехмерного газогидродинамического моделирования 154 процесса разработки сеноманских газовых залежей

Актуальность работы. В последние годы для прогнозирования и управления процессами разработки нефтяных и газовых месторождений широко используются программные комплексы трехмерного газогидродинамического моделирования. Максимальное использование возможностей программного обеспечения и вычислительной техники для принятия эффективных решений по управлению разработкой крупных газовых месторождений севера Тюменской области невозможно без создания принципиально новых систем подготовки и анализа значительных объемов геолого-промысловой информации.

Проблемы создания, функционирования и использования постоянно-действующих промысловых баз данных новых форматов, содержащих максимально подробную информацию об истории работы и газодинамических исследованиях эксплуатационных скважин, приобретают особое значение при управлении технологическими режимами разработки газовых месторождений на поздней стадии эксплуатации (Уренгойское, Медвежье, Вынгапуровское).

На современном этапе, когда в эксплуатацию вводятся новые газовые залежи (Заполярное, Юрхаровское, Вынгаяхинское, Еты-Пуровское) и планируется освоение месторождений полуострова Ямал (Бованенковское, Харасавейское), актуальны проблемы оптимизации системы их разработки на основе трехмерных геолого-газогидродинамических моделей.

Перечисленные проблемы могут быть решены путем создания алгоритмов и программного обеспечения, ориентированного на подготовку, обработку и системный анализ геолого-промысловой информации.

Цель работы: совершенствование и разработка программного комплекса для информационного обеспечения систем трехмерного газогидродинамического моделирования и управления режимами работы газовых скважин.

Основные задачи исследований:

1. Оценить достоверность цифровых геологических моделей сеноманских газовых залежей.

2. Разработать метод обработки результатов промысловых газодинамических исследований скважин для моделирования и управления режимами их работы.

3. Исследовать процесс обводнения газовых залежей с позиций системного подхода.

4. Разработать методику выбора оптимальной схемы вскрытия газовых скважин в кусте на основе трехмерной фильтрационной модели залежи.

5. Разработать программные продукты, ориентированные на анализ и обработку геолого-промысловой информации по истории разработки газовых залежей и интегрированные в программный комплекс трехмерного газогидродинамического моделирования ECLIPSE.

Методы исследований. При решении поставленных задач использованы методы системного анализа и экспертных оценок, методы программирования, теория разработки газовых залежей, программный комплекс трехмерного газогидродинамического моделирования ECLIPSE.

Научная новизна:

1. Впервые разработан метод оценки достоверности цифровых геологических моделей сеноманских газовых залежей.

2. На основе трехмерной геологической модели сеноманской залежи Заполярного месторождения впервые проведен дифференцированный подсчет запасов газа по классам пород-коллекторов.

3. Разработана новая методика обработки результатов газодинамических исследований для моделирования и управления технологическими режимами работы газовых скважин.

4. Использование методов системного анализа позволило установить критерии выбора оптимальной схемы размещения скважин для более эффективной разработки газовых залежей.

Основные защищаемые положения:

1. Метод обработки геолого-промысловой информации и газодинамических исследований для моделирования и управления технологическими режимами работы газовых скважин.

2. Численные критерии оптимальной схемы дифференцированного вскрытия газовых скважин в кусте.

Практическая ценность и реализация работы:

Разработанный комплекс алгоритмов и методов, совершенствующий систему проектирования разработки газовых залежей на основе трехмерных моделей и современных компьютерных технологий, широко используется при составлении проектов разработки в институте ТюменНИИгипрогаз.

Программные продукты, ориентированные на анализ и обработку геолого-промысловой информации и интегрированные в программный комплекс трехмерного газогидродинамического моделирования ECLIPSE, позволили внедрить постоянно-действующие трехмерные геолого-промысловые модели, успешно применяемые при разработке сеноманских газовых залежей Заполярного, Губкинского, Вынгапуровского и Западно-Таркосалинского месторождений.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на научно-практических конференциях: «Моделирование технологических процессов бурения, добычи и транспортировки нефти и газа на основе информационных технологий» в 2000 и 2002 гг., «Нефть и Газ: Проблемы недропользования, добычи и транспортировки» в 2002 г. в Тюменском государственном нефтегазовом университете; «Проблемы развития нефтяной промышленности Западной Сибири» в СибНИИНП в 2001 г., «Проблемы развития тазовой промышленности Западной Сибири» в ТюменНИИгипрогаз в 2002 г.; на научно-технических совещаниях в ООО «Ноябрьскгаздобыча», ООО «Ямбурггаздобыча» и ОАО «Газпром» в 20012003 гг.

Публикации. Результаты исследований автора по теме диссертации опубликованы в 11 печатных работах.

Объем и структура работы.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, основных выводов и рекомендаций. Диссертация содержит 174 страницы текста, включая 37 рисунков, 7 таблиц и 3 приложения, список литературы включает 77 наименований.

Основные выводы и результаты

1. Разработан метод корреляционного анализа цифровых геологических моделей газовых залежей, эффективность которого доказана на примере Заполярного месторождения.

2. На основе анализа теоретических основ и методов газогидродинамического моделирования разработана методика обработки результатов промысловых газодинамических исследований скважин для моделирования и управления режимами их работы.

3. Системный анализ эффективности разработки газовых залежей массивного типа позволил выявить новые критерии оптимального размещения добывающих скважин. Анализ размещения скважин на Заполярном месторождении показал, что некоторые кусты расположены в зонах, потенциально подверженных обводнению. Для увеличения периода безводной эксплуатации газовых скважин, предложена альтернативная схема кустования скважин в районе УКПГ-2С и УКПГ-ЗС, эффективность которой доказана расчетами показателей разработки на трехмерной газогидродинамической модели.

4. Разработаны численные критерии для выбора оптимальной схемы дифференцированного вскрытия скважин в кусте. Экспертиза существующих схем дифференцированного вскрытия скважин в кустах Губкинского и Западно-Таркосалинского месторождений показала, что выбранные схемы близки к «идеальным» в среднем на 30%.

5. Разработаны и внедрены программные продукты, позволяющие анализировать геолого-промысловую информацию и обрабатывать базы данных по истории разработки газовых залежей.

1. Азиз X., Сеттари Э. Математическое моделирование пластовых систем. Пер. с англ. М.: Недра, 1982. - 407с.

2. Андреев О.Ф., Басниев К.С., Берман Л.Б. и др. Особенности разведки и разработки газовых месторождений Западной Сибири — М.: Недра, 1984 г.

3. Берман Л.Б., Жабрев И.П., Рыжик В.М. и др. Фильтрационные модели неоднородных газовых залежей М.: изд. ВНИИЭГАЗПРОМа, 1983 г.

4. Бешелев С.Д., Гурвич Ф.Г. Математико-статистические методы экспертных оценок. М., 1980. - 263с.

5. Борисов Ю.П., Воинов В.В., Рябинина З.К. Влияние неоднородности пластов на разработку нефтяных месторождений. М.: Недра, 1970 г.

6. Васильев Ю.Н. Автоматизированная система управления разработкой газовых месторождений. М.: Недра, 1987. - 141с.

7. Вистелиус Л.Б. Материалы к литостратиграфии продуктивной толщи Азербайджана — Л.: Изд. АН СССР, 1961.

8. Берман Л.Б., Давыдова Г.В., Жабрев И.П. и др. Выделение эксплуатационных горизонтов в пределах сеноманской залежи месторождения Уренгой М.: Газовая промышленность, №1, 1979. -С. 27-32.

9. Ермолкин В.И., Тараненко Е.И., Хакимов М.Ю. Геофлюидодинамические предпосылки раздельной генерации нефти и газа // Геология нефти и газа, №5. М.:1997. - С. 28-33.

10. Гриценко А.И., Дмитриевский А.Н., Ермилов О.М., Кирсанов А.Н.,

11. Зотов Г.А., Нанивский Е.М., Сулейманов P.C. Промыслово-геологическое обеспечение систем добычи газа. М.: Недра, 1992. -368с.

12. Гришин Ф. А. Оценка разведанных запасов нефти и газа. М.: Недра, 1969 г.

13. З.Дементьев Л.Ф., Жданов Ш.А., Кирсанов А.Н. Применение математической статистики в нефтегазопромысловой геологии. М.: Недра, 1977 г.

14. Дементьев Л.Ф., Туренков H.A., Заворыкин А.Г. и др. Геолого-технические комплексы в нефтегазодобыче М.: Недра, 1992. - 281с.

15. Дементьев Л.Ф., Туренков H.A., Кирсанов А.Н. и др. Системный подход к созданию геолого-газодинамических моделей // Геология и разведка газовых и газоконденсатных месторождений, Вып.№5. М.: изд. ВНИИЭГАЗПРОМа, 1984 г.

16. Ермилов О.М., Маслов В.Н., Нанивский Е.М. Разработка крупных газовых месторождений в неоднородных коллекторах. М.: Недра, 1987.-207с.7Р.Закиров С.Н. Теория и проектирование разработки газовых и газоконденсатных месторождений. М.: Недра, 1989 г.

17. Закиров С.Н., Лапук Б.Б. Проектирование и разработка газовых месторождений. М.: Недра, 1974 г.

18. Инструкция по комплексному исследованию газовых и газоконденсатных пластов и скважин. Под ред. Г.А. Зотова, З.С. Алиева. М.: Недра, 1980. - 301с.

19. Каналин В.Г., Дементьев Л.Ф. Методика и практика выделения эксплуатационных объектов на многопластовых месторождениях. М.: Недра, 1982 г.

20. Карагодин Ю.И. Региональная стратиграфия. М.: Недра, 1985 г.

21. Карагодин Ю.И. Седиментационная цикличность. М.: Недра, 1980 г.

22. Кирсанов А.Н., Туренков H.A., Ольхова З.К. и др. Статистическое исследование геологической неоднородности сеноманской залежи

23. Уренгойского месторождения. Вопросы освоения газовых и газоконденсатных месторождений Западной Сибири. М.: изд. ВНИИЭГАЗПРОМа, 1980 г.

24. Коротаев Ю.Л., Закиров С.Н. Теория и проектирование разработки газовых и газоконденсатных месторождений. М.: Недра, 1981 г.

25. Коррективы к проекту разработки сеноманской газовой залежи Губкинского месторождения. Этап II. Подготовка геологической и технологической основы для проектирования разработки. -ТюменНИИгипрогаз, 2001 г.

26. Коррективы комплексного проекта разработки сеноманской залежи Заполярного месторождения. ТюмеНИИгипрогаз, 1999 г.

27. Корректировка показателей разработки сеноманской газовой залежи Заполярного месторождения на период до 2010 г. -ТюменНИИгипрогаз, 2002 г.

28. Кричлоу Г.Б. Современная разработка нефтяных месторождений -проблемы моделирования. Пер. с англ. - М.: Недра, 1979. - 303с.

29. Лапердин А. Н., Юшков А. Ю. Возможности оценки потенциальной продуктивности газодобывающих скважин // Геология, бурение, разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений, №2. М.: ИРЦ Газпром, 2000. - С. 34-39.

30. Лапердин А. Н., Юшков А. Ю. Уточнение геологической модели Верхне-Кондинского газового месторождения // Модели технического обслуживания и ремонта нефтепромысловых систем. Сб. научных трудов. Тюмень: Изд-во «Вектор-Бук», 2000. - С. 258-260.

31. Мовшович Э.Б., Кнепель М.Н., Несмеянова Л.И.и др. Принципы выявления зон фациального контроля нефтегазонакопления — М.: Недра, 1981 г.

32. Никоненко И.С., Васильев Ю.Н. Газодобывающее предприятие как сложная система. М.: ОАО Издательство Недра ,1998. - 343с.

33. Подсчет запасов свободного газа в сеноманских газовых залежахместорождений севера Тюменской области по состоянию на 1.01.1986 г. — Тюмень: Тюменская тематическая экспедиция, 1986. 420с.

34. Полищук Ю.М., Хон В.Б. Теория автоматизированных банков информации. М.: «Высшая школа», 1989. - 184с.

35. Регламент по созданию постоянно действующих геолого-технологических моделей нефтяных и нефтегазовых месторождений. Вторая редакция. М.: Министерство топлива и энергетики РФ, 1999г.

36. Ремизов В.В., Дементьев Л.Ф., Кирсанов А.Н. и др. Геолого-технологические принципы освоения нефтегазоконденсатных месторождений Тюменского Севера М.: Недра, 1996. - 362с.

37. Салин Ю. С. Стратиграфическая корреляция. М.: Недра, 1983 г. Салманов Ф.К. Закономерности распределения и условия формирования залежей нефти и газа. - М.: Недра, 1974. - 279с.

38. Создание трехмерной геологической и газогидродинамической модели сеноманской газовой залежи Вынгупуровского месторождения. -ТюменНИИгипрогаз, 2001 г.

39. Фролов В.Т. Системно-структурный и генетический анализы слоевых ассоциаций (на примере юрских отложений Дагестана). Системные исследования в геологии каустобиолитов. М.: Наука, 1984 г.

40. Шаевич А.Е. Прикладное значение системно-структурного анализа породно-слоевых ассоциаций (па примере лессовых образований). М.: Наука, 1984 г.

41. Шишигин С.И., Ульянова В.И. Типовые кривые относительных фазовых проницаемостей коллекторов сеномана Севера Западной Сибири // Петрофизическое обеспечение подсчета запасов нефти и газа. Под ред. А .Я. Малыхина. Тюмень: ЗапСибНИГНИ, 1989. - 131с.

42. Энциклопедия газовой промышленности. Пер. с франц. под ред. К.С. Басниева М.: АО ТВ АНТ, 1994. - 884с.

43. Юшков А. Ю. Выбор оптимальной схемы вскрытия газовых скважин в кусте // Моделирование технологических процессов нефтедобычи, Вып.З, ч.1 Тюмень: Изд-во «Вектор-Бук», 2002. - С. 34-37.

44. Юшков А.Ю. Проектирование разработки сеноманской газовой залежи

45. Губкинского месторождения на основе трехмерной модели // Нефть и Газ: Проблемы недропользования, добычи и транспортировки. Сб. докладов научн.-пр. конф. Тюмень: ТюмГНГУ, 2002. - С. 61-62.

46. Юшков А.Ю. Совершенствование методов моделирования разработки сеноманских залежей в условиях активного внедрения подошвенных вод // Аннотированный сборник трудов молодых ученых ОАО «Газпром». М: ВНИИГаз, 1999. - С. 32-33.

47. Юшков А.Ю., Лапердин А.Н. Обоснование системы разработки сеноманской залежи Заполярного месторождения // Проблемы развития нефтяной промышленности Западной Сибири. Материалы науч.-практич. конф. Тюмень: СибНИИНП, 2001 г.

48. Bruce G. H., Peaceman D. W., Rachford H. H. and Rice J. D. Calculations of Unstady—state Gas Flow through Porous Media, Trans. AIME (1953). 198, 79.

49. Eclipse Technical Description. Schlumberger, 2001.

50. Eclipse user's guide. Schlumberger, 2001.

51. Ewing R. E. et al. Efficient Use of Locally Refined Grids for Multiphase Reservoir Simulation- SPE 18413, 1989

52. Golan M., Whitson C.H., Well performance. Second edition. University of Trondheim. -N.J.: PTR Prentice Hall, 1991, p. 132-155.

53. Reid R.C., Prausnitz J. M. & Polling B. E. The Properties of Gases and Liquids McGraw-Hill, 1987

54. Rumble R. C., Spain H.H. and Stamer III H.E. A Reservoir Analyzer Study of the Woodbine Basin, Pet. Trans. Reprint Series, No. 4, 123.

55. Saad Y. Iterative Methods for Sparse Linear Systems PWS Publishing Company, Boston, 1996

56. Schedule User's Guide. Schlumberger, 2001.

57. Schilthuis R. J., Active Oil and Reservoir Energy. Trans. AIME (1936), 118, 33.

58. Vinsome P. K. W. Orthomin, an Iterative Method for Solving Sparse Banded Sets of Simultaneous Linear Equations SPE 5729, 4th SPE Symposium on Reservoir Simulation, Los Angeles, 1976

59. Wallis J. R., Kendall R. P. & Little T. E. Constrained Residual Acceleration of Conjugate Residual Methods SPE 13536, 1985

60. Whitson C. H. & Fevang III. Generalised Pseudopressure Well Treatment in Reservoir Simulation IBC Conference on Optimisation of Gas Condensate Fields (Aberdeen), June 1997