Применение ЭВМ в разработке нефтяных и газовых месторождений

Применение ЭВМ в разработке нефтяных и газовых месторождений

Министерство образования Республики Беларусь

«Гомельский государственный технический университет имени П.О.Сухого»

Кафедра «Разработка, эксплуатация нефтяных месторождений и транспорт нефти»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По дисциплине: «Применение ЭВМ в разработке нефтяных и газовых месторождений»

Выполнил слушатель гр. НЭ-11

Ахрамчук В.А.

Принял преподаватель

Иоффе М.Д.

Гомель 2014

Анализ процессов разработки залежей нефти как объектов моделирования

нефть моделирование месторождение пласт

Для нефтедобывающей отрасли в последнее время характерным является увеличение доли месторождений с трудноизвлекаемыми запасами, приуроченными к низкопроницаемым коллекторам, к залежам высоковязкой нефти и т.п. Доля таких запасов возросла в 3 раза и в настоящее время составляет более 50% в общем балансе текущих извлекаемых запасов. Более того, эти негативные изменения в структуре запасов протекают на фоне сокращения объемов разведочного бурения. Причем на значительном числе эксплутационных объектов запроектированные и осуществляемые варианты разработки не могут рассматриваться как достаточно эффективные, что, в ряде случаев, вызывает неблагоприятные последствия с точки зрения рационального использования запасов и достижения приемлемых значений КИН. 15 лет назад средняя величина КИН равнялась примерно 34%. В настоящее время КИН для месторождений снизился до 28%. Существенное снижение одного из основных показателей эффективности процессов разработка продуктивных пластов вызывает необходимость в расширении масштабов внедрения новых технологий добычи. К таким технологиям, прежде всего, следует отнести применение современных и перспективных методов повышения нефтеотдачи пластов и интенсификации добычи нефти (применение ориентированных скважин, методов воздействия на пласт и призабойную зону скважин и др.). Следует отметить, что улучшение системы разработки за счет применения более совершенных технологий разработки залежей и компьютерных технологий проектирования может существенно повысить КНИ.

Из приведенного краткого анализа следует, что в настоящее время при проектировании вариантов освоения новых и доразработки старых залежей требуется рассматривать широкий перечень возможных технологий добычи и промысловых (пластовых) условий разработки. Применение технологий в большинстве случаев будет осуществляться в осложненных пластовых условиях и, соответственно, будет сопровождаться значительными капитальными вложениями и эксплуатационными затратами. Тем самым, повышается значимость решения задач, связанных с выбором и обоснованием наиболее предпочтительных технологий и наиболее целесообразных объемов инвестиций в разработку залежей. Результаты решения указанных задач (технология разработки залежи, объемы ресурсов, выделяемых на ее разработку) становятся исходной информацией для выбора рациональных способов и вариантов технического оснащения скважин, эксплуатирующих данную залежь. В соответствии с этим, объектом исследований является процесс формирования и выбора вариантов разработки нефтяных месторождений, отличающихся технологиями и видами воздействия на продуктивные пласты.

Таким образом, выбор рациональных технологий добычи нефти по группе залежей с последующим выбором способов эксплуатации скважин позволяет рассматривать всю систему нефтедобычи, наличия с группы залежей и заканчивания отдельной скважиной. Это дает возможность согласовать работу всех элементов этой системы «группа залежей - залежь- группа скважин - призабойная зона - скважина - скважинное оборудование». Тем самым в полной мере реализуется системный подход, который заключается в последовательном решении комплекса взаимосвязанных задач: выбор рациональной технологии и технологических параметров, режимов работы скважин, способов эксплуатации с вариантами компоновки скважинного оборудования и учетом динамики показателей разработки.

Прежде, чем перейти к постановке задач выбора технологий, уточним терминологию, которая будет использоваться в дальнейшем. Под объектом разработки подразумевается продуктивный пласт, содержащий промышленные запасы нефти. Его размеры, кроме прочего, определяются первоначальным положением водонефтяного контакта. Под месторождением будем понимать один либо несколько территориально близких объектов разработки. В последнем случае вместо термина месторождение будем употреблять термин залежь. Таким образом, под группой залежей понимается группа объектов разработки, не имеющих взаимных перетоков пластовых флюидов.

В большинстве задач проектирования разработки месторождений исходными данными являются природные характеристики, которые можно разделить на качественные и количественные. К качественным характеристикам отнесем режимы работы нефтяных пластов. К количественным характеристикам, имеющим числовое выражение, отнесем природные факторы. Основными природными факторами являются характеристики, определяющие фильтрационно-емкостные свойства пласта (пористость, нефтенасыщенность, газонасыщенность, водонасыщенность и проницаемость).

Важной особенность процессов разработки является то, что и технологические и технико-экономические характеристики можно разделить на качественные и количественные.

Первые определяют технологий добычи, а вторые являются технологическими параметрами и технико-экономическими показателями эффективности в рамках каждой технологии. С точки зрения лица, принимающего решение (ЛПР), технологические параметры являются управляющими воздействиями (контролируемыми параметрами), а технико-экономические показатели - управляемыми переменными (переменными состояния). К качественным характеристикам относятся схема размещения добывающих и нагнетательных скважин (линейная, пятиточечная и т.п.), система заводнения (законтурная, внутриконтурная, избирательная), вид воздействия на пласт (нагнетания в пласт углекислого газа, полимеров, тепловое воздействие и т.д.). К технологическим параметрам относятся, прежде всего, число скважин, объемы нагнетания в пласт различных агентов, забойные и устьевые давления на скважинах, их дебиты. К технико-экономическим показателям эффективности систем разработки относятся КИН, объемы добычи нефти, прибыль, себестоимость, срок окупаемости и т.п.

Используя введенную терминологию, под вариантом разработки будем понимать определенное сочетание технологий и соответствующих параметров и технико-экономических показателей. Таким образом, вариант представляет собой конечной множество, элементами которого могут быть номера качественных характеристик, значения технологических параметров и технико-экономических показателей. Тогда подмножество, содержащее только номера качественных характеристик, будет представлять собой технологию разработки. Следовательно, формирование варианта разработки сводится к формированию множества, каждый элемент которого, принимает одно из допустимых значений. Если заранее, до стадии формирования варианта, значение какой-либо количественной характеристики фиксируется и поэтому на стадии формирования не подвергается изменению, то такая характеристика становится качественной. Под системой разработки будем подразумевать практическую реализацию варианта, который становится проектным описанием системы разработки.

При определении системы очень важную роль играет способ задания ее границ. Различают физические и абстрактные границы. (Пример: физическая граница бассейна осадконакопления может служить линия, ограничивающая территорию бассейна, покрытую водой.) с другой стороны, абстрактную границу можно определить относительно главных геологических характеристик, устранив из рассмотрения все остальные факторы. Кроме того, границы можно выбрать так, что система будет или «открытой», или «закрытой». Закрытые системы, как указывает само название, изолированы от «внешнего мира» или же от более крупной системы, вмещающей рассматриваемую (Пример: Расчет дебита скважины на месторождении, без учета других факторов.). Модели этих систем обычно легко построить, но большинство из них не имеют аналогов в реальном мире. Реальные системы, как правило, являются открытыми и постоянно находятся под действием внешних факторов и в состоянии динамического равновесия. Результаты воздействия факторов поступают на вход системы (исходный материал), претерпевают преобразование и наблюдаются на выходе системы (конечный продукт). Процесс их преобразования зависит от удаления конечных продуктов и скорости поступления исходного материала (Аналогично береговая система обладает входными воздействиями (ручьи, прибрежные течения) и воздействием на выходе (турбулентные течения), а также результатами преобразования выраженными как отложения пляжей, дельты, лагуны и, кроме того, как результаты непрерывного приспособления к «внешним» изменениям таким, как скорость поступления осадочного материала, постоянного волнения и штормов.).

Если система состоит из набора внутренне связанных между собой частей, предсказание эффекта изменения одной из переменных или всей структуры системы является весьма трудной задачей. В подобной ситуации сначала нужно концептуально упростить систему, а затем представить ее в виде модели, являющейся искусственной системой, отражающей основные характеристики реальной системы. Существует много способов построения моделей, например, таких, как физический, концептуальный и графический. Однако в большинстве случаев наилучший способ построения моделей - математический. Математические модели или обеспечивают полные и точные решения наиболее важных вопросов, касающихся системы, или же их можно использовать при наблюдении над реализацией на ПК для получения решений.

Другой особенностью процессов разработки является также то, что технологические характеристики этих процессов можно разбить на две основные группы.

статические характеристик, значения которых выбираются на весь срок разработки или плановый переход (например, схема размещения скважин и их проектное число);

динамических характеристик, значения которых изменяются во времени (например, годовые отборы нефти из залежи).

Природные факторы являются исходными параметрами в моделях фильтрации и разработки. Модели фильтрации представляют собой соотношения, количественно описывающие движение пластовых флюидов в пористой среде, процессы вытеснения нефти из пласта, процессы притока нефти к забоям скважин. При этом некоторые технологические характеристики (тип вытесняющего агента, схема размещения скважин и их число, и др.) выступают в роли исходных параметров. Модели разработки дают возможность количественно оценить влияние основных технологических и природных параметров на технико-экономических показатели эффективности разработки. В качестве основных элементов модели разработки содержат модели фильтрации. Таким образом, основным назначением моделей фильтрации и разработки является подготовка исходной информации для формирования вариантов разработки залежи.

Связи технико-экономических показателей разработки продуктивных пластов с физическим процессом вытеснения нефти из пласта является одной из основных особенностей объектов добычи нефти. Причем в соответствии с тем, какой показатель выбран в качестве меры эффективности, боле существенной может оказаться либо зависимость от природных факторов, либо от технологических параметров. Если в качестве показателя эффективности используются коэффициент нефтеотдачи, то белее существенной является зависимость от природных факторов. Поэтому, например, большинство методов увеличения нефтеотдачи сводится к технологиям, направленным на изменение пластовых параметров и свойств насыщающих пласт жидкостей (например, проницаемость пласта, вязкость нефти или воды). В качестве природных факторов, оказывающих наибольшее влияние на эффективность систем разработки, можно отметить такие, как вязкость нефти, проницаемость пласта, его водонасыщенность, пластовое давление. К технологическим характеристикам, оказывающим наибольшее влияние на эффективность разработки месторождений, можно отнести схему размещения скважин, их число, систему заводнения, темпы отбора жидкости из пласта, забойные и устьевые давления.

Следует также отметить, что и эффективность самих технологий разработки (качественных характеристик) зависит от того, каковы значения природных и технологических параметров (количественных характеристик). Например, при применении тепловых методов повышения нефтеотдачи прирост добычи нефти по сравнению с заводнением снижается с увеличением вязкости нефти и глубины залегания продуктивных пластов и возрастает с увеличением числа скважин. Для физико-химисеских методов увеличение нефтеотдачи влиямием глубину залегания на прирост добычи нефти можно пренебречь. Зависимость показателей эффективности процессов разработки нефтяных залежей от природных и технологических (качественных и количественных) характеристик приводит к тому, что формирование и выбор рациональных вариантов разработки должны базироваться на поиске наиболее благоприятных с точки зрения технико-экономических показателей эффективности сочетаний природных и технологических характеристик. Таким образом, залежи нефти следует рассматривать одновременно как объекты природы, экономики и технологии.

Расчет технологических показателей разработки месторождения на основе моделей слоисто-неоднородного пласта и поршевого вытеснения нефти водой

Нефтяное месторождение площадью нефтеносности S = 6000·104 м2 разрабатывается с применением заводнения по однородной схеме расположения скважин с общим параметром плотности сетки скважин sс = 20·104 м2/скв, включая добывающие и нагнетательные скважины. Расстояние между линией нагнетания и линией отбора l, а расстояние между скважинами (ширина элемента) b. Продуктивный пласт неоднородный. Его можно представить моделью слоистого пласта, состоящего из тонких гидродинамически изолированных пропластков, абсолютная проницаемость, которых подчиняется логарифмически нормальному закону с плотностью распределения по формуле:

При этом средняя проницаемость =0,4·10-12 м2, общая толщина пласта h0 = 25,75 м, охваченная заводнением толщина пласта h (коэффициент охвата η2 = 0,8). Принимается, что пористость всех пропластков слоистого пласта m, начальная насыщенность связанной водой sсв = 0,1. Вязкость нефти в пластовых условиях μн, вязкость воды μв = 1·10-3 Па·с. Остаточная нефтенасыщенность постоянная, и равна sн.ост = 0,45. В соответствии с моделью поршневого вытеснения нефти водой относительные проницаемости для нефти впереди фронта вытеснения кн и для воды позади фронта вытеснения кв постоянны и одинаковы для всех пропластков, так что кн = 1, кв = 0,5. Разработка осуществляется при постоянном перепаде между линиями нагнетания и отбора, равном ∆рс Па.

Требуется рассчитать изменение в течение 15 лет добычи нефти, обводненности продукции для одного элемента системы разработки и построить графики зависимости дебита нефти и воды элемента пласта от времени.

Исходные данные

Решение

Расчет показателей разработки элемента системы осуществляется в следующем порядке. В начале определяем проницаемость пропластка, обводнившегося ко времени t.

= 1-15 лет

, м2

Для вычисления дебита нефти и воды определяем значение интеграла

где: σ = 0,665

Находим х - закон распределения параметра пласта

Находим интеграл вероятности

Находим обводненность элемента

Дебит жидкости элемента

,м3/сутж = 97,003 м³/сут

Дебит нефти элемента

, м3/сут

Дебит воды элемента

, м3/сут

Находим объем нефти в пластовых условиях в элементе пласта

, м3нэ = 9.27· м³

Текущая нефтеотдача элемента составит

Строим графики зависимости дебита нефти, воды и нефтеотдачи элемента пласта от времени.