Развитие методов анализа разработки крупных многопластовых нефтяных месторождений с длительной историей на основе системы автоматизированного проектирования

Основные месторождения Республики Татарстан находятся на поздней стадии разработки. Она характеризуется неуклонным снижением добычи нефти из-за ухудшения структуры. остаточных запасов, ускоренным выбытием скважин из действующего фонда по причине обводнения, снижением эффективности проводимых геолого-технических мероприятий. На поздней стадии разработки обеспечение наиболее полной выработки охваченных заводнением активных запасов нефти и ввод в эффективную разработку трудноизвлекаемых запасов нефти являются основными задачами. Решение этих задач требует тщательного анализа огромного количества геолого-промысловых данных, накопленных за всю историю разработки месторождения. В современном нефтедобывающем производстве для повышения эффективности данного анализа широко используются1 компьютерные базы данных, большой набор пакетов сервисных программ и различные геолого-технологические модели. Для месторождений создаются системы проектирования, анализа, контроля и управления процессами разработки, базирующиеся на построении постоянно действующих геолого-технологических моделей объектов, их регулярном уточнении по данным бурения новых скважин, гидродинамических исследований, промысловым даннымна выборе мероприятий по усовершенствованию системы разработки исходя из результатов математического моделирования [8,11,24,34,42,51,52,54,55,75−77].

На базе современной вычислительной техники за рубежом и в России создано разнообразное программное обеспечение для решения широкого круга задач проектирования и анализа разработки месторождений нефти и газа. Эти компьютерные программы предназначены для создания:

— интегрированных баз геологической, геофизической, гидродинамической, промысловой информации;

— цифровой трехмерной адресной геологической модели месторождения;

— двухмерных и трехмерных, трехфазных и композиционных фильтрационных математических моделей процессов разработки;

— диалоговых систем и средств цветной машинной графики, обеспечивающих эффективную работу специалистов-геологов и технологов по разработке [3,26,28,42,46,51,64,77].

Наиболее известные зарубежные программные комплексы созданы фирмами Landmark Halliburton Int, Schlumberger, Roxar Software Solutions, Tigress [78−82]. Зарубежными фирмами приводятся данные о значительном увеличении нефтеотдачи и текущей добычи благодаря использованию геолого-технологических моделей. За последнее десятилетие в связи с проникновением зарубежных компаний на российский рынок это направление более интенсивно стало развиваться и в России. Опыт работы с зарубежными системами позволил выявить ряд их недостатков применительно к российским условиям. Основными из них являются:

— незащищенность от зашумленности (сравнительно низкого качества и неполноты) исходных данных по отечественным объектам;

— большой объем требуемых вычислительных ресурсов (оперативная и дисковая память, быстродействие процессоров);

— чрезвычайно высокая трудоемкость адаптации гидродинамической модели для крупных многопластовых месторождений с длительной историей;

— закрытость программного обеспечения для их модификации, исправлений, добавлений;

— высокая стоимость лицензий и их поддержки.

В силу этого наряду с программными комплексами зарубежных фирм многие российские нефтяные компании используют отечественные программные продукты. Наиболее известными из них являются LAURA, ГЕОПАК, ТРИАС, ГРАНАТ, ТЕХСХЕМА, ЛАЗУРИТ и некоторые другие.

4,5,6,7,15,18−22,44,45,69,72]. Эти программные комплексы обобщают многолетний опыт российских ученых и специалистов в области проектирования, анализа, контроля, управления процессами разработки и геолого-технологического моделирования нефтяных месторождений.

Большой вклад в моделирование нефтяных месторождений и развитие автоматизированной системы анализа и проектирования разработки внесли следующие ученые и специалисты: В. А. Бадьянов, Ю. Е. Батурин, В. Я. Булыгин, Д. В. Булыгин, Г. Г. Вахитов, Ю. А. Волков, В. А. Данилов, Л. Ф. Дементьев, В. И. Дзюба, В. М. Ентов, Н. А. Еремин, Ю. П. Желтов, М. Ю. Желтов, С. Н. Закиров, Э. С. Закиров, Р. Х. Закиров, А. Б. Золотухин, Р. Д. Каневская, Р. М. Кац, В. С. Ковалев, В. И. Леви, В. П. Майер, М. М. Максимов, М. В. Мееров, М. М. Мусин, А. И. Никифоров, Р. Х. Низаев, В. Н. Панков, М. Д. Розенберг, Л. П. Рыбицкая, Б. В. Сазонов, В. Б. Таранчук, Р. Т. Фазлыев, Н. И. Хисамутдинов, А. Н. Чекалин, Р. М. Юсупов и другие [6,13,14,17,23,25,30, 31,47,57, 60, 62, 63, 67,68,70].

В данной диссертационной работе предложена автоматизированная система анализа и проектирования разработки крупных многопластовых месторождений с длительной историей, созданная на основе оригинальной геолого-технологической модели, методики распределения отборов и закачки по пластам, расчета структуры остаточных запасов нефти и автоматизации поиска проектных решений по усовершенствованию системы разработки.

Актуальность проблемы. Несмотря на вступление основных нефтяных месторождений Республики Татарстан — Ромашкинского, Ново-Елховского, Бавлинского, Первомайского, Бондюжеского — на позднюю стадию разработки около половины остаточных извлекаемых запасов и годовой добычи нефти в ОАО «Татнефть» приходится на долю этих объектов. В связи с этим исследование и дальнейшее развитие компьютерных методов анализа и проектирования разработки крупных многопластовых месторождений имеют практическое значение и актуальны.

Целью работы является совершенствование методов анализа и проектирования разработки крупных многопластовых нефтяных месторождений с длительной историей путем создания автоматизированной системы.

Основные задачи исследований: создание геолого-технологической модели многопластового нефтяного месторождениясоставление алгоритмов и компьютерных программ распределения отборов нефти, жидкости и закачки воды по пластам, расчета структуры остаточных запасов нефтиавтоматизация поиска проектных решений по усовершенствованию системы разработки.

Научная новизна. Основные научные результаты диссертационной работы заключаются в следующем.

1. Разработана геолого-технологическая модель с иерархически взаимосвязанными элементами, позволяющая эффективно моделировать многопластовые нефтяные месторождения с длительной историей разработки и большим числом скважин.

2. Решена задача распределения отборов нефти, воды, закачки агентов по пластам исходя из свойств флюидов, коллекторов, характера залегания пластов, интервалов перфорации.

3. Получены зависимости остаточной нефтенасыщенности и плотности остаточных запасов нефти от свойств флюидов, коллекторов, объемов добычи нефти, воды и закачки агентов по пластам.

4. Определены принципы разбиения нефтяного месторождения с большим числом скважин на относительно самостоятельные участкиэлементы воздействия, их ранжирования по сложности геологического строения, интенсивности технологических факторов воздействия и эффективности технологических показателей разработки.

5. Научно обоснован выбор участков для применения методов увеличения нефтеотдачи пластов (МУН), водоизоляционных работ, скважин кандидатов для зарезки боковых, боковых горизонтальных стволов (БС, БГС) и участков для бурения горизонтальных скважин (ГС).

Основные защищаемые положения.

1. Методика построения геолого-технологической модели крупных многопластовых нефтяных месторождений с длительной историей разработки.

2. Методика автоматизированного распределения отборов нефти, воды, закачки агентов по пластам.

3. Методика расчета остаточной нефтенасыщенности и плотности остаточных запасов нефти.

4. Методика автоматизированного выбора участков для проведения МУН, водоизоляционных работ, скважин — кандидатов для зарезки БС, БГС и участков для бурения ГС.

Достоверность результатов работы обеспечивается многочисленным тестированием программ при различных исходных данных, сопоставлением их с результатами ручного счета на контрольных примерах, сравнением их со значениями аналогичных параметров трехмерных моделей наиболее известных зарубежных пакетов, результатами их применения в промысловых условиях.

Практическая значимость. С использованием предложенных в работе методов анализа разработки крупных многопластовых месторождений выполнен расчет характеристик геологического строения, технологических факторов воздействия, технологических показателей разработки Ромашкинского месторождения по группам площадей и в целом. Определена динамика основных параметров процесса разработки пластов кыновского и пашийского горизонтов Ромашкинского месторождения. Предложенная в работе модель в институте ТатНИПИнефть используется также при анализе, составлении технологических схем и проектов разработки ряда других месторождений Республики Татарстан.

Степень внедрения результатов исследований. Предложенные в работе методы анализа разработки крупных многопластовых месторождений реализованы в виде пакета прикладных программ «ЛАЗУРИТ», который внедрен во всех НГДУ ОАО «Татнефть», в институте ТатНИПИнефть, в ТатАСУнефть, в ряде малых нефтяных компаний Татарстана. Пакет программ «ЛАЗУРИТ» установлен на факультете геологии нефти и газа КГУ (г.Казань), в УГНТУ (г.Уфа), в Октябрьском филиале УГНТУ, в АГНИ (г.Альметьевск) и используется при подготовке специалистов для нефтяной промышленности.

Апробация работы. Основное содержание и результаты диссертации докладывались и обсуждались на XIX научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ТатНИПИнефть (г.Бугульма, 1985 г.), на республиканской научно-практической конференции «Пути создания и совершенствования САПР» (г.Казань, 1987 г.), на научно-практической конференции «Вклад молодых ученых и специалистов в ускорение научно-технического прогресса и социально-экологического развития республики» (г.Ашхабад, 1989г), в VII научно-техническим семинаре «Математическое обеспечение систем с машинной графикой» (г.Тюмень, 1990 г.), на научно-практической конференции «Математическое и физическое моделирование процессов разработки нефтяных месторождений и методов повышения нефтеотдачи пластов» (г.Казань, 1990 г.), на научно-практической конференции «Проблемы развития нефтяной промышленности Татарстана на поздней стадии освоения запасов» (г.Альметьевск, 1994 г.), на Первой Международной Конференции «Компьютерная графика, банки данных, компьютерное моделирование в нефтяной геологии» (г.Санкт-Петербург, 1995 г.), на Международном симпозиуме по применению математических методов и компьютеров в геологии, горном деле и металлургии (г.Дубна, 1996 г.), на научно-практической конференции «Проблемы разработки нефтяных месторождений и подготовки специалистов в ВУЗе» (г.Альметьевск, 1996 г.), на научно-практической конференции «Техника и технология добычи нефти на современном этапе» (г.Альметьевск, 1998 г.), на Всероссийском совещании по разработке нефтяных месторождений (г.Альметьевск, 2000 г), на Всероссийской научно-технической конференции «Большая нефть: реалии, проблемы, перспективы» (г.Альметьевск, 2001 г), на 12 Европейском симпозиуме «Повышение нефтеотдачи пластов», (г.Казань, 2003 г.), на региональной научно-практической конференции «Внедрение современных технологий повышения нефтеотдачи пластов на месторождениях с трудноизвлекаемыми запасами», (г.Ижевск, 2003 г.), на научно-практической конференции «Новые методы и технологии проектирования разработки и обустройства месторождений», (г.Пермь, 2004 г.).

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех разделов и выводов. Работа изложена на 111 страницах, в том числе 32 рисунка, 17 таблиц и список использованной литературы из 82 наименования.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

1. Разработана геолого-технологическая модель с иерархически взаимосвязанными элементами, позволяющая эффективно моделировать многопластовые нефтяные месторождения с длительной историей разработки и большим числом скважин.

2. Разработаны способы автоматизированного управления базами геолого-промысловых данных и процессом моделирования, повышающие надежность обработки данных, снижающие необходимое для моделирования время.

3. Предложена методика автоматизированного распределения отборов нефти, жидкости и закачки воды по пластам.

4. Получены зависимости остаточной нефтенасыщенности и плотности остаточных запасов нефти от свойств флюидов, коллекторов, характера залегания пластов, интервалов перфорации, объемов добычи нефти, воды и закачки агентов. Изготовлены компьютерные программы расчета структуры остаточных запасов нефти.

5. Разработана автоматизированная методика расчета геологических характеристик, технологических факторов воздействия и технологических показателей разработки крупных многопластовых месторождений отдельно по площадям, по группам площадей, по пластам и по месторождению в целом.

6. На основе предложенных методик выполнен расчет характеристик геологического строения, технологических факторов воздействия и технологических показателей разработки Ромашкинского месторождения по группам площадей и в целом.

7. Определена динамика основных параметров процесса разработки пластов кыновского и пашийского горизонтов Ромашкинского месторождения.

8. Предложен метод вычисления интегральных показателей сложности геологического строения, интенсивности технологических факторов воздействия и эффективности технологических показателей разработки участков нефтяного месторождения — элементов воздействия.

9. Разработаны методики автоматизированного поиска участков для применения МУН и выбора скважин для зарезки БС, БГС, участков для бурения ГС.