автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.06, диссертация на тему:Разработка метода выбора рационального способа эксплуатации группы добывающих скважин

^чГ" ^^ На правах рукописи

. Л,

Вишнепольский Виктор Константинович

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНОГО СПОСОБА ЭКСПЛУАТАЦИИ ГРУППЫ ДОБЫВАЮЩИХ СКВАЖИН

специальность 05.15.06 - Разработка и эксплуатация нефтяных

и газовых месторождений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1997 г.

Работа выполнена в Государственной Академии нефти и газа имени И.М. Губкина.

Научные руководители: действительный член АЕН РФ,

Д.Т.Н.

кандидат технических наук

И.Т. Мищенко Т.Б. Бравичева

Официальные оппоненты: действительный член АЕН РФ,

Д.Т.Н. . .

кандидат технических наук

Ю.П. Желтов Г.И. Богомольный

Ведущая организация : ВНИИ Нефть имени А.П. Крылова

Защита диссертации состоится « X » ^_ 1997 г. в

«_» часов на заседании специализированного Совета К.053.27.08 по

защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук при Государственной Академии нефти и газа имени И.М. Губкина по адресу:

117917, ГСП-1, Москва, Ленинский проспект, д.65, ауд. 731

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Академии. Автореферат разослан « » (^.¿рл^Сц^ 1997 г.

Ученый Секретарь

специализированного Совета

К.053.27.08, профессор А.С. Палий

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. Ввод в эксплуатацию нефтяных месторождений с осложненными условиями эксплуатации скважинного оборудования, а также использование перспективных методов увеличения нефтеотдачи обусловили появление и развитие новых технологий добычи нефти. При этом заданный дебит скважины может быть обеспечен, как правило, несколькими возможными способами эксплуатации или же различными вариантами компоновки скважинного оборудования (имеющими в общем случае разную эффективность), т.е. существует многообразие возможных вариантов эксплуатации скважин.

Выбор способа эксплуатации скважин осуществляется с учетом совокупности существующих критериев и ограничений. Критерии выбора, такие как минимум суммарных затрат на обеспечение заданного объема добычи, максимум накопленной добычи нефти, максимум надежности оборудования, максимум прибыли от эксплуатации группы скважин и др., оцениваются по группе скважин; при этом наличие общих ограничений на ресурсы приводит к необходимости проводить оптимизацию в целом по группе скважин, а не по отдельной скважине. Кроме того, т.к. скважины и пласт составляют единую гидродинамическую систему, то при необходимости изменения дебитов скважин для более полного учета ресурсных критериев при выборе способа эксплуатации (с вариантом компоновки оборудования) следует учитывать взаимовлияние скважин.

Поэтому задача выбора способа эксплуатации должна решаться в целом по группе скважин с учетом их взаимовлияния при технологических, ресурсных и экономических критериях и ограничениях.

Наличие нескольких критериев осложняет выбор рациональных способов эксплуатации группы скважин, т.е. таких способов эксплуатации, которые в наибольшей степени удовлетворяют совокупности критериев для всей группы в целом, и в то же время могут не удовлетворять

этим критериям по конкретной скважине. Понятие «рациональный» связано с тем, что в выбранном варианте ни один из показателей эффективности функционирования группы скважин может не достигать наилучшего значения, но рациональный вариант является оптимальным по совокупности показателей эффективности и формируется в результате поиска компромисса между всеми критериями.

Существующие подходы к решению указанной задачи не полностью учитывают отмеченные выше особенности. Это связано, главным образом, с невозможностью формализовать задачу выбора способа эксплуатации при использовании традиционных методов выбора вариантов эксплуатации, а также с тем, что на их эффективность радикально влияет размерность задач (при большой размерности, характерной для реальных промысловых условий, эти алгоритмы практически не применимы, даже при использовании мощной вычислительной техники).

Учитывая вышеизложенное, актуальным является исследование, направленное на решение проблемы выбора рациональных способов эксплуатации для группы взаимовлияющих скважин с учетом совокупности критериев их эффективного функционирования, а также накладываемых ограничений.

Целью диссертации является постановка и решение на базе системного подхода комплекса взаимосвязанных задач, составляющих метод согласования элементов системы «пласт - призабойная зона - скважина -скважинное оборудование» при выборе рациональных способов эксплуатации скважин с учетом заданной совокупности критериев и ограничений.

Для достижения поставленной цели:

- проведен анализ особенностей группы скважин, существенных при выборе рациональных способов эксплуатации;

- при выборе рациональных способов эксплуатации обоснована

необходимость исследования группы добывающих и нагнетательных скважин;

- проведен анализ моделей фильтрации нефти и моделей подъема газожидкостной смеси (ГЖС) с точки зрения возможности их использования в задачах выбора рациональных способов эксплуатации;

- поставлен и решен комплекс взаимосвязанных задач, составляющих основу метода выбора рациональных способов эксплуатации;

- разработаны численные алгоритмы дискретной оптимизации для решения задач реальной промысловой размерности;

- разработано алгоритмическое и программное обеспечение задач, составляющих методику автоматизированного выбора способов эксплуатации группы скважин;

- проверена адекватность разработанного метода на реальных промысловых данных;

- проведены расчеты по обоснованию выбора рациональных способов эксплуатации с вариантами компоновки скважинного оборудования для группы скважин различных нефтяных месторождений.

Научная новизна. Теоретически обоснована и разработана методология согласования элементов системы "пласт - призабойная зона - скважина - скважинное оборудование" при выборе рациональных способов эксплуатации с вариантами компоновки скважинного оборудования группы скважин, учитывающая существенные особенности скважин, их взаимовлияние, а также всю совокупность критериев и ограничений. При этом впервые разработана методика, позволяющая учитывать динамику дебита, забойного давления и обводненности при выборе рациональных способов эксплуатации группы скважин.

Впервые поставлен и решен комплекс задач дискретной оптимизации, необходимый для выбора рациональных способов эксплуатации группы скважин, который позволяет ранжировать варианты компоновки

скважинного оборудования с учетом имеющейся совокупности критериев, а также проводить исследования по определению взаимосвязей критериев на основе системного подхода.

Практическая ценность. На основе проведенных теоретических исследований и результатов промышленной апробации метода разработана методика автоматизированного выбора рациональных способов эксплуатации, вариантов компоновки скважинного оборудования и режимов работы (дебитов и забойных давлений) для каждой из группы взаимосвязанных скважин. Комплекс реализован в виде пакета прикладных программ, работающего в интерактивном режиме на ПЭВМ, и предназначен для использования на предприятиях нефтяной промышленности.

Методика позволяет решить следующие основные задачи:

1) выбор рациональных способов эксплуатации месторождения (объекта) на стадии проектирования разработки после проведении многовариантных расчетов;

2) обоснование комплекса геолого-технических мероприятий по изменению режимов работы и вариантов компоновки скважинного оборудования;

3) обоснование рациональных значений критериев и требуемых ресурсов для рассматриваемой группы скважин.

Апробация диссертации. Основные положения диссертации были изложены на научно-технической конференции, посвященной 70-летию первого выпуска российских инженеров-нефтяников "Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России" (Москва, 1994 г.); на научных семинарах кафедры «Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений» ГАНГ им. И.М. Губкина (1993 и 1996 гг.); на научном семинаре ИПНГ РАН (1995 г.), а также на научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 1997 г.).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава «Обоснование необходимости разработки метода выбора рациональных способов эксплуатации» содержит обзор существующих способов эксплуатации скважин, а также методов их выбора; анализ особенностей группы скважин, существенных при выборе рациональных способов эксплуатации; пример реализации системного подхода при выборе способа эксплуатации (без учета взаимовлияния скважин); обоснование необходимости исследования группы добывающих и нагнетательных скважин; постановку основных задач исследования.

К настоящему времени разработано множество различных способов добычи нефти, среди которых наиболее распространены:

• фонтанный способ добычи;

• компрессорный, бескомпрессорный и внутрискважинный газлифт;

• установки погружных центробежных электронасосов;

• установки скважинных штанговых насосов;

• установки электровинтовых насосов;

• установки струйных насосов;

• установки гидропоршневых насосов и т.д.

Области применения различных способов эксплуатации не имеют четких границ и пересекаются между собой, т.е. при одних и тех же геолого - промысловых условиях, как правило, можно применять разные способы эксплуатации (но с разной эффективностью). С другой стороны, даже если при заданных геолого - промысловых условиях четко определена возможность применения только одного способа эксплуатации, то остается вопрос о выборе компоновки скважинного оборудования.

Таким образом, объективно существует задача обоснования выбора способов эксплуатации скважин с вариантом компоновки оборудова-

ния. Причем, несмотря на очевидную важность этой проблемы, ей посвящены относительно немногочисленные работы. Среди авторов таких работ можно выделить А.Н. Адонина, А.А. Брискмана, А.Б. Золотухина, И.Т. Мищенко, А.П. Силаша.

Показано, что все существующие исследования по выбору способов эксплуатации скважин принципиально можно разделить на два подхода. Первый подход состоит в использовании экспертных оценок эффективности различных способов эксплуатации при заданных промысловых условиях.

Данный метод недостаточно учитывает особенности конкретных скважин. Поэтому при его использовании можно получить решение о возможности и приоритетности применения того или иного способа эксплуатации. Обычно этот метод используется в качестве предварительной процедуры, которая позволяет уменьшить число рассматриваемых вариантов.

Работы второй группы основаны на использовании методик подбора скважинного оборудования по всем способам эксплуатации, при этом выбор способов эксплуатации скважин осуществляется для каждой отдельной скважины, причем, значения дебитов и забойных давлений считаются заданными или рассчитываются с использованием данных гидродинамических исследований, а критерием выбора обычно служит комплексный экономический показатель, например, себестоимость добычи нефти, приведенные затраты и т.п. Значение этого показателя рассчитывают для каждой отдельной скважины.

В настоящее время описанный выше подход не учитывает все особенности промысловой практики. Связано это с тем, что часто составляющие экономического показателя должны исследоваться как самостоятельные критерии. Это объясняется тем, что могут существовать ог-

раничения на металлоемкость, энергозатраты, количество дефицитного оборудования и т.д., причем при одинаковой себестоимости указанные составляющие могут быть разными. Таким образом, необходимо рассматривать несколько критериев или вводить дополнительные ограничения.

При этом эксплуатационные скважины оказываются связанными между собой по значениям ресурсных критериев и ограничений, что является их основной особенностью. Указанная особенность обуславливает необходимость рассматривать в качестве предмета исследования при выборе рациональных способов эксплуатации группу скважин, а не отдельную скважину.

Таким образом, первой отличительной чертой современной промысловой практики является то, что критерии, определяемые по известным вариантам компоновки скважинного оборудования, часто являются не менее значимыми, чем технологические критерии. Действительно, задание дебита скважины (без расчета экономических показателей ее функционирования) может привести к необходимости эксплуатации заведомо нерентабельной скважины, да еще при заданном дебите.

Второй особенностью группы скважин при выборе рациональных способов эксплуатации является необходимость изменения дебитов и забойных давлений скважин с учетом интерференции по дебитам, забойным давлениям, обводненности, нефтенасыщенности и т.д., что требуется для более полного учета ресурсных критериев и ограничений.

Следует также отметить, что между технологическими и ресурсными критериями существует взаимосвязь. Действительно, значения ресурсных критериев определяются, как правило, дебитом, забойным давлением и другими технологическими показателями, которые взаимосвязаны. Кроме того, ресурсные критерии обусловлены существованием

реальных ограничений на ресурсы (например на суммарную потребляемую мощность), т.е. скважины взаимосвязаны и по ресурсам.

Исходя из вышеизложенных особенностей, при выборе рациональных способов эксплуатации необходимо рассматривать целиком группу скважин взаимосвязанных по ресурсным и технологическим характеристикам, т.е. при выборе рациональных способов эксплуатации формулируются оптимизационные задачи большой (часто огромной) размерности. Таким образом, третьей особенностью рассматриваемой задачи является необходимость разработки алгоритмов решения задач выбора рациональных способов эксплуатации (с вариантом компоновки скважинного оборудования) при их реальных размерностях.

Действительно, рассмотрение целиком группы скважин приводит к необходимости осуществления большого количества переборов вариантов компоновки скважинного оборудования.

Четвертая особенность группы скважин диктуется внешними по отношению к ней обстоятельствами. Связаны они с особым положением нефтедобывающей промышленности. Как правило, нефтедобывающие предприятия в большой степени выполняют градообразующую функцию. Они предоставляют работу местным жителям, поддерживают инфраструктуру, снабжают энергией и т.д. Таким образом, можно говорить о необходимости обеспечения некоторого социально-необходимого уровня добычи даже при ее низкой рентабельности, т.е. в ряде случаев при выборе рациональных способов эксплуатации критерий «максимум добычи нефти» необходимо заменить на ограничение: суммарная добыча нефти (в единицу времени) должна быть не меньше некоторого заданного уровня.

Пятой особенностью выбора способа эксплуатации является необходимость учета высокой капиталоемкости проведения подземных ре-

монтов скважин. Отсюда следует необходимость обеспечения максимально длительного срока эксплуатации выбранного скважинного оборудования. Таким образом, к методикам и алгоритмам, используемым при выборе рациональных способов эксплуатации, предъявляются следующие требования:

• они должны надежно работать для рассматриваемой группы скважин, с учетом всех геолого - промысловых особенностей каждой скважины;

• при выборе режимов и типоразмеров скважинного оборудования должна учитываться его надежность, т.е. должна обеспечиваться максимальная наработка на отказ;

• подбор оборудования должен производиться с учетом возможных изменений промысловых условий во времени.

Исходя из выявленных особенностей группы скважин, существенных при выборе рациональных способов эксплуатации, можно сформулировать следующее: не существует фиксированного перечня критериев и ограничений, которые обязательно необходимо учитывать при решении поставленной задачи. Этот перечень формируется в зависимости от конкретных народно-хозяйственных, социальных, промысловых и других требований. Задача построения такого перечня целиком и полностью ложится на лицо, принимающее решение. При этом можно выделить некоторые группы критериев, которые с большей или меньшей вероятностью необходимо рассмотреть при выборе рациональных способов эксплуатации (табл. 1). Кроме того, при решении задачи некоторые критерии могут становиться ограничениями и наоборот.

Показано, что существующие подходы к решению задачи выбора рациональных способов эксплуатации не полностью учитывают отмеченные выше особенности. Это связано, главным образом, с невозможностью формализовать задачу выбора способа эксплуатации при

Таблица 1

Критерии и ограничения, используемые при выборе рациональных способов эксплуатации

Класс критериев Критерии Ограничения

1. Социальные рациональная добыча нефти в единицу времени; на количество рабочих мест, развитие инфраструктуры;

2. Технологические min отбора воды; (min обводненности;) шах добычи нефти; на дебиты, забойные давления, обводненность продукции;

3. Экономические и ресурсные max прибыли; min себестоимости; min энергозатрат; min расхода оборудования; на капитальные вложения; на эксплуатационные затраты; на количество оборудования; на годовые темпы отбора; на коэффициент нефтеотдачи;

4. Дополнительные (экологические, надежностные и пр.) max унификации оборудования; min простоев; max наработки на отказ; на количество бригад ПРС; требования экологической службы.

использовании традиционных методов выбора вариантов эксплуатации, а также с тем, что их эффективность резко падает при увеличении размерности задач (при большой размерности, характерной для реальных промысловых условий, эти алгоритмы практически не применимы, даже при использовании мощной вычислительной техники).

Поэтому целью работы является постановка и решение комплекса взаимосвязанных задач, а также разработка алгоритмов их решения, составляющих метод согласования элементов системы "пласт - призабой-ная зона - скважина - скважинное оборудование" при выборе способа эксплуатации скважин, учитывающего всю заданную совокупность критериев и ограничений.

Приведен пример реализации системного подхода при выборе рациональных способов эксплуатации (без учета взаимовлияния скважин) применительно к условиям Приразломного месторождения континентального шельфа. При этом разработана методика, позволяющая учитывать динамику промысловых показателей при расчете вариантов компоновки скважинного оборудования.

Качественная постановка задачи выбора рациональных способов эксплуатации группы скважин состоит в следующем. Для группы добывающих и нагнетательных скважин требуется, исходя из заданной совокупности технологических и ресурсных критериев и ограничений, а также с учетом взаимовлияния скважин, определить рациональные значения дебитов, забойных давлений и способов эксплуатации (с вариантами компоновки скважинного оборудования).

Сформулированы основные задачи, которые необходимо решить при разработке метода выбора рациональных способов эксплуатации группы скважин.

Вторая глава «Разработка метода выбора рациональных способов эксплуатации группы скважин» содержит разработку и теоретическое обоснование методологии автоматизированного выбора рациональных способов эксплуатации группы скважин.

Показано, что постановка и решение общей задачи выбора рациональных способов эксплуатации группы скважин с одновременным учетом их взаимовлияния, а также ресурсных критериев и ограничений в настоящее время не представляется возможной (кроме некоторых частных случаев). Это связано с тем, что метод должен позволять исследовать процессы фильтрации для любой группы взаимосвязанных скважин, а также процессы движения ГЖС в различных элементах исследуемой системы при различных способах добычи нефти. Вместе с тем, попытка формализации этих процессов в одной задаче выбора рациональных способов эксплуатации приводит к появлению оптимизационных задач огромной трудоемкости даже при рассмотрении простейших моделей (например, однофазной фильтрации в однородном пласте и т.п.).

Исходя из особенностей группы скважин, которые необходимо учитывать при выборе рациональных способов эксплуатации, предложены декомпозиция общей задачи (рис. 1) и использование методов дискретной оптимизации для выбора вариантов эксплуатации скважин. При этом метод выбора рациональных способов эксплуатации заключается в последовательном решении взаимосвязанных задач, позволяющих учесть основные особенности группы скважин. Приведена структура метода, определяющая последовательность решения задач.

Получение динамики согласованных значений дебитов, забойных давлений и обводненности (а также других показателей разработки) возможно при проведении численных исследований моделей

Структура метода выбора рациональных способов эксплуатации группы

скважин

Рис. 1

фильтрации, адекватных режиму дренирования. Поэтому для каждого конкретного месторождения предварительно должен быть обоснован выбор модели фильтрации.

Приведены возможные постановки задач выбора рационального способа эксплуатации группы скважин (с вариантом компоновки сква-жишюго оборудования) для каждого из согласованных режимов работы залежи в зависимости от особенностей совокупности критериев.

В качестве процедур, позволяющих свести исходные многокритериальные задачи выбора вариантов к эквивалентной оптимизационной задаче с одной целевой функцией (к базовой модели выбора вариантов), рассматриваются известные методы:

- свертка критериев к новому физически обоснованному критерию с дальнейшим поиском его экстремума;

- свертка критериев с использованием "веса" - оценки важности каждого из критериев, назначаемого экспертами, с последующим поиском экстремума средневзвешенной суммы исходных критериев; ;

- последовательная замена всех критериев, кроме основного, на ограничения (причем правые части таких ограничений можно определить, решая оптимизационную задачу, или исходя из экспертных оценок);

- минимаксный (игровой) подход, когда в качестве основного критерия выбирается наименее "благополучный" критерий, т.е. оптимизация проводится, исходя из пессимистической оценки будущего.

При построении базовой модели введены следующие обозначения. Пусть для каждой скважины из группы 0=1,ЪГ) известны несколько своих вариантов компоновки скважинного оборудования 0=1 ,М;). Каждый вариант характеризуется своим значением показателя эффективности (Сц) и затратами ресурсов к10 вида (аук). Кроме того, известны общие ограничения на ресурсы кго вида (Ьк). Требуется найти оптимальные вари-

анты компоновки оборудования для каждой скважины.

Для математической формулировки задачи введены искомые переменные ху, такие, что:

1, для 1ой скважины выбран вариант

компоновки оборудования; О, в противном случае.

В этом случае базовая модель выбора вариантов формулируется следующим образом:

Критерий: 2 2 с у * ху -> ехй-Ограничения:

Ресурсные: £ 2 а;;к * ху 5 Ьк (V к=1,К);

Структурные: Е ху = 1; (V ¡=1,1);

хд6{0;1}

Решая сформулированную выше задачу для различных значений правых частей ограничений (Ьк), можно обосновать оптимальные значения критериев и рациональные значения ограничений.

Показано, что задачу выбора рационального набора дебитов и забойных давлений математически можно сформулировать единым образом. В результате решения этой задачи для каждой скважины выбирается значение дебита и забойного давления, а также соответствующие этим значениям оптимальные типоразмеры скважинного оборудования. Кроме того, определяются оптимальные значения технологических и технико-экономических показателей эксплуатации группы скважин та-

ких, как накопленная добыча нефти и жидкости, себестоимость добычи, затраты ресурсов и других.

Показано, что для повышения эффективности решения многокритериальной задачи выбора совокупности рациональных дебитов и забойных давлений для группы скважин с использованием одного из методов перехода к базовой модели, необходимо предварительно ввести ограничения на допустимые значения критериев и исключить из рассмотрения варианты, не удовлетворяющие этим ограничениям. Таким образом, оптимизационная задача решается в два этапа: на первом определяется область допустимых значений критериев, а на втором - из этой области выбирается рациональный вариант.

Третья глава «Разработка и применение алгоритма решения базовой модели выбора рациональных вариантов компоновки оборудования» содержит разработку алгоритмов решения базовой модели и проверку адекватности разработанных моделей на примере группы скважин НГДУ «Сургутнефть».

Решение базовой задачи может быть найдено с использованием традиционного метода решения задач дискретной оптимизации - метода ветвей и границ. Однако при решении промысловых задач этот метод может потребовать недопустимо больших затрат вычислительных ресурсов и времени.

Таким образом, обоснована необходимость разработки метода поиска приближенного решения базовой задачи, который не требует больших вычислительных ресурсов.

В качестве такого метода предложено использовать алгоритм, который является модификацией метода неопределенных множителей Ла-гранжа, учитывающий особенности базовой модели (наличие блочных ограничений и т.п.).

Предлагаемый алгоритм представляет собой итерационную процедуру, на каждом шаге которой исходная задача заменяется на задачу безусловной оптимизации с использованием функции Лагранжа. Предложен алгоритм поиска множителей Лагранжа для решения базовой задачи.

На основе проведенных расчетов показано, что предложенный алгоритм (за счет отказа от гарантированного нахождения точного решения базовой задачи) не теряет эффективность и при большой ее размерности. Кроме того, используемый алгоритм позволяет найти допустимое решение задачи за конечное число итераций, причем, с оценкой точности этого решения,

Проведена проверка адекватности разработанного метода. При апробации методики решалась частная задача выбора рациональных способов эксплуатации - выбор рациональных вариантов компоновки УЭЦН для группы скважин Западно-Сургутского месторождения НГДУ «Сургутнефть».

При проведении расчетов предварительно по промысловым данным проверялась адекватность моделей фильтрации и подъема жидкости. Затем, после нахождения адекватных моделей, проводился расчет по оптимизации режимов работы УЭЦН.

Анализ результатов расчетов показывает, что значения критериев для рациональных вариантов компоновки УЭЦН, полученных по разработанной методике, и соответствующие значения, полученные специалистами НГДУ при оптимизации, близки между собой. Вместе с тем, показана возможность увеличения добычи нефти. Таким образом, достоверность разработанных алгоритмов подтверждена результатами их апробации в НГДУ «Сургутнефть».

Четвертая глава «Выбор рациональных способов эксплуатации для

скважин Приразломного месторождения континентального шельфа» содержит результаты апробации метода и автоматизированной методики выбора рациональных способов эксплуатации группы скважин по ограниченным промысловым данным на примере Приразломного месторождения континентального шельфа.

Рассмотрен вариант площадной системы разработки месторождения с использованием обращенной семиточечной схемы размещения скважин при расстоянии между скважинами 900 м (в соответствии с одним из вариантов, представленным в технико-экономическом обосновании (ТЭО)). Таким образом, исследуемая группа состояла из 35 добывающих и 25 нагнетательных скважин, причем, на начало эксплуатации в данном расчете не планируется искусственное воздействие на приза-бойные зоны скважин.

Основной целью функционирования группы скважин, в соответствие с ТЭО, является максимальная накопленная добыча нефти за первые пять лет эксплуатации. Кроме того, рассматривались следующие критерии: минимум накопленной добычи воды, минимум суммарной потребляемой мощности, минимум суммарного количества НКТ.

Для получения согласованных наборов дебитов и забойных давлений в течение заданного промежутка времени (5 лет) использовались математические модели процесса фильтрации двухкомпонентной (вода + нефть) несжимаемой жидкости в неоднородной пористой среде с учетом данных о неоднородности пласта и результатов гидродинамических исследований скважин. Многовариантные расчеты по модели фильтрации проводились при граничных условиях на забойные давления: от 9 до 21 МПа для добывающих и от 35 до 43 МПа для нагнетательных скважин (т.е. рассматривались 117 вариантов согласованных значений дебитов и забойных давлений).

Показано, что основным способом эксплуатации для рассматриваемой группы скважин являются установки центробежных погружных электронасосов (УЭЦН).

С учетом особенностей месторождения основными ресурсными критериями были выбраны минимум металлоемкости оборудования, минимум потребляемой мощности.

В результате решения задачи определено, что рациональные значения накопленной добычи нефти и воды составляют соответственно 26,90 млн. м3 и 3,78 млн. м3 за первые пять лет разработки. При этом выбраны рациональные варианты компоновки скважинного оборудования и определены значения ресурсных критериев. В рациональном варианте начальная ежедневная добыча жидкости из скважины лежит в пределах от 269 до 700 м3/сут; для ее обеспечения необходимо использовать 10 насосов типа G-110, 8 насосов типа Е-100, по 7 насосов типа G-180 и D-82 и 3 насоса типа D-51. При этом для каждого типа насосов использованы различные стандартные компоновки с разным количеством ступеней. Потребное количество НКТ лежит в пределах от 1610 до 4739 м, а КПД установок изменяется от 47 до 61%.

Предложены варианты компоновки УЭЦН с использованием только отечественных насосов. Определены значения критериев.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Показано, что учет особенностей группы скважин как объекта исследований при выборе рациональных способов эксплуатации возможен при использовании системного подхода, основанного на согласовании элементов системы «пласт - призабойная зона - скважина - сква-жинное оборудование» с учетом совокупности критериев и ограничений.

2. Разработан и теоретически обоснован метод выбора рациональных способов эксплуатации группы скважин, реализующий системный подход и заключающийся в последовательном решении комплекса взаимосвязанных задач анализа технологических процессов фильтрации и подъема жидкости, а также выбора вариантов эксплуатации скважинно-го оборудования.

3. Поставлена и решена задача выбора рациональных вариантов компоновки скважинного оборудования путем перехода от многокритериальной задачи к эквивалентной однокритериальной, что позволяет использовать для решения разработанные численные методы. При этом показано, что переход от многокритериальной задачи возможен при построении нового физически-значимого критерия, формальной свертки критериев или переводом части критериев в ограничения.

4. Разработан и теоретически обоснован алгоритм поиска приближенного решения оптимизационных задач, отличительной особенностью которого является сохранение эффективности при реальных промысловых размерностях задач, что позволяет получить решение с использованием доступной вычислительной техники.

5. Результаты применения автоматизированной методики выбора рациональных способов эксплуатации в НГДУ «Сургутнефть» показали, высокую надежность и достоверность предложенного метода, а также возможность увеличения накопленной добычи нефти за счет выбора рациональных режимов работы и вариантов компоновки скважинного оборудования для каждой скважин из группы.

6. При проведении расчетов по разработанной методике для скважин Приразломного месторождения континентального шельфа сформулирована и обоснована совокупность критериев, по которым необходимо выбирать рациональные способы эксплуатации с вариантами компо-

новки скважинного оборудования, а также обоснованы режимы работы добывающих и нагнетательных скважин и выявлено необходимое количество оборудования для их обеспечения.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. И.Т. Мищенко, Т.Б. Бравичева, А.И. Ермолаев, В.К. Вишнеполь-ский. Выбор рациональных режимов работы группы добывающих и нагнетательных скважин с учетом интерференции// В кн. Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России. Тезисы докладов., М.: Нефть и газ, 1994. С. 76-77.

2. И.Т. Мищенко, Т.Б. Бравичева, А.И. Ермолаев, В.К, Вишнеполь-ский. Выбор рациональных способов эксплуатации и вариантов компоновки оборудования добывающих скважин с учетом их взаимовлияния// В кн. Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России. Тезисы докладов., М.: Нефть и газ, 1994. С. 86-87.

3. И.Т. Мищенко, Т.Б. Бравичева, В.К. Вишнепольский, А.И. Ермолаев. Выбор рационального способа эксплуатации группы добывающих скважин// Нефтепромысловое дело, 1994 №6. с. 2-3.

4. И.Т. Мищенко, Т.Б. Бравичева, В.К. Вишнепольский, А.И. Ермолаев. Получение согласованных дебитов и забойных давлений для группы взаимодействующих скважин//Автоматизация, механизация и связь в нефтяной промышленности, 1995 № 10. с. 10-12.

5. Т.Б. Бравичева, В.К. Вишнепольский, А.И. Ермолаев, И.Т. Мищенко. Выбор рациональных режимов работы группы добывающих и нагнетательных скважин// В кн. Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России. Труды ГАНГ выпуск 243. М..ТАНГ, 1996. С. 215-225.

6. Т.Б. Бравичева, В.К. Вишнепольский, А.И. Ермолаев, И.Т. Ми-

щенко. Идентификация параметров моделей фильтрации для жесткого водонапорного режима с целью прогнозирования динамики показателей разработки// В кн. Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России. Труды ГАНГ выпуск 243. М.гГАНГ, 1996. С. 263-266.

Соискатель

В.К. Вишнепольский