ОБОСНОВАНИЕ И АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.
Современные методологии и средства автоматизированного управления и контроля разработкой месторождений углеводородного сырья позволяют повысить эффективность системы добычи, соблюсти более жесткие экологические нормы и положительно сказаться на общем росте уровня экономической эффективности.
Использование современных постоянно действующих геолого-технологических моделей (ПДГТМ) позволяет отслеживать в динамике выработку остаточных запасов углеводородов, точнее прогнозировать добычу нефти и газа, моделировать геолого-технические мероприятия по повышению нефтегазоот-дачи и эффективности работы, более обоснованно рассчитывать наиболее рациональные и экономически эффективные варианты разработки продуктивных пластов.
В настоящее время в России идет процесс внедрения передовых компьютерных технологий в практику проектирования и управления разработкой месторождений углеводородного сырья (УВС). Наиболее прогрессивным представляется применение для построения ПДГТМ программных продуктов, позволяющих оперировать с геологической и технологической информацией во всем ее объеме (3D) и с учетом изменений во времени[27].
Моделирование разработки месторождений происходит по стандартному алгоритму, который заключается в создании геологической и технологической моделей разработки, впоследствии интегрирующихся в гидродинамическую модель. Такая модель делает возможным анализ процесса разработки во времени, реализуя классический подход создания ПДГТМ. Программные комплексы, призванные моделировать разработку месторождений углеводородов, охватывают все стадии построения ПДГТМ [5].
На этапе создания технологической модели, которая включает в себя информацию о траекториях добывающих скважин и системе сбора, происходит проектирование схемы разбуривания месторождения. Процесс моделирования траекторий эксплуатационных скважин может быть автоматизирован в большинстве симуляторов. Но в автоматизированном режиме модули трехмерного моделирования пластовых симуляторов позволяют проектировать траектории скважин вертикального строения. Проектирование сложных траекторий (наклонно-направленных и с горизонтальными участками) эксплуатационных скважин в рассмотренных системах моделирования представляет собой трудоемкий и длительный процесс. Проектировщик вручную задает ячейки модели «прошитые» сложной траекторией. Характер процедуры является потенциальным источником ошибок, осложняет ввод и добавление интервалов перфорации, а часто делает моделирование скважин сложного строения на практике невозможным. Проектировщик вынужден использовать горизонтальные траектории эксплуатационных скважин там, где целесообразнее использовать многопрофильные сложные траектории.
Существующие комплексы моделирования траекторий скважин наклонно-направленного и горизонтального строения применяются уже после концептуальных расчетов ПДГТМ, поэтому моделирование происходит без учета фильтрационных свойств и геологического строения разрабатываемого месторождения.
Проблема состоит в том, что существующий подход не позволяет автоматизировано создавать оптимальные схемы разбуривания месторождений, с использованием траекторий скважин сложного строения. В связи с этим снижается качество моделирования разработки месторождений и, как следствие, достоверность данных гидродинамических расчетов.
В современной нефтегазовой индустрии, мировой и отечественной, бурное развитие информационных и цифровых технологий нашло мощный отклик на всех этапах разведки и разработки углеводородов.
К сожалению, вопросы разведки и разработки новых месторождений, прямым образом связанные как с комплексным проектированием разведочных и эксплуатационных схем разбуривания залежи, так и моделированием конкретных стволов скважин оставались, по мнению экспертов, недостаточно проработанной областью, в плане применения и использования современных компьютерных технологий.
Особенную актуальность обозначенной проблематики диктует сложившаяся ситуация с разведанными запасами углеводородов в Российской Федерации, большую часть которых можно условно отнести к категории «трудно извлекаемых», что, в основном, диктуется сложным строением залежей.
Стремление к оптимальности при проектировании конкретной скважины диктует необходимость использования комплексной системы моделирования, которая должна обеспечивать эксперту полнофункциональную среду для проведения многокритериального анализа в трехмерной среде — и учета как технико-технологических ограничений, так и неоднородность и многоуровневую структуру буримых пород в единой информационной среде.
В связи с бурным развитием наклонно-направленного бурения при разработке новых месторождений становится актуальной проблема моделирования скважин сложного строения. В Западной Сибири до 90% новых скважин бурятся по сложным, наклонно-направленным траекториям [24], из-за осложненных природных условий, делающих оборудование новых участков для бурения экономически нецелесообразным процессом. Добывающие скважины, пробуренные по наклонно-направленным траекториям, не требуют оборудования новых участков бурения, позволяя использовать уже построенные. Развитие наклонно-направленного бурения связано с развитием кустового бурения, разработкой шельфовых месторождений, введением новых экологических норм разработки^].
Однако, в существующих информационных комплексах проектирования бурения основной акцент при моделировании сделан на техникотехнологическую сторону моделирования, а в лучшем случае претендует на охват экономической составляющей и финансовых рисков проекта.
Отсутствие интеграции с данными геологоразведки на этапе проектирования траекторий скважин не позволяет говорить о достижении единой информационной синергии, что, в свою очередь, априори не позволяет рассматривать реализацию проекта в качестве оптимального решения поставленной задачи.
Особенная актуальность диктуется современными тенденциями к проектированию сложных, наклонно-направленных скважин, и скважин, обладающих горизонтальными участками. Ситуация формируется под воздействием целого ряда факторов:
1. Новые экологические требования к разведке и добыче природных ресурсов.
2. Особенности сложных условий рельефа в планируемых областях разведки и добычи углеводородного сырья.
3. Экономические причины, особенно способствующие развитию кустового бурения.
4. Существенные ограничения при освоении шельфовых месторождений.
Эффективность разработки месторождений углеводородного сырья в значительной степени определяется качеством проводимых расчётов показателей разработки залежей на стадиях анализа и проектирования освоения конкретного объекта[31].
Одним из важных условий обеспечения этих качеств является наибольшая адекватность используемой математической модели фильтрации описываемому объекту. Модель должна отражать по возможности все подлежащие учёту явления и параметры, а результаты, полученные с ее помощью, должны соответствовать действительным процессам.
Численный аналог модели и его программная реализация должны удовлетворять следующим условиям:
• гарантировать устойчивость и высокую производительность вычислительного процесса,.
• обеспечивать оптимальное представление и интерпретацию результатов вычислений с точки зрения их объемов и наглядности,.
• учитывать возможности современных технических средств и компьютерных технологий.
При построении на базе всей совокупности имеющихся геолого-геофизических и промысловых данных постоянно действующих геолого-гидродинамических моделей проектировщик имеет возможность отслеживать в динамике выработку остаточных запасов углеводородов, точнее прогнозировать добычу нефти и газа, моделировать геолого-технические мероприятия по повышению нефтегазоотдачи и эффективности работы, более обоснованно рассчитывать наиболее рациональные и экономически эффективные варианты разработки продуктивных пластов.
ПДГТМ могут использоваться при составлении проектных документов и самостоятельно для изучения природно-технологических объектов и оптимизации процесса эксплуатации содержащихся запасов углеводородов при текущем управлении процессом разработки.
Постоянно действующие модели становятся в руках технологов-разработчиков мощным орудием, позволяющим:
• целенаправленно и эффективно уточнять модель пласта, корректировать систему разработки на каждом этапе познания залежи с целью улучшения технико-экономических показателей добычи и повышения коэффициентов углеводородоотдачи недр;
• обосновывать оптимальную стратегию доразведки и доразработки месторождения, составлять соответствующий проектный документ.
Эффективное построение и применение ПДГТМ требует привлечения всей имеющейся о месторождении информации — от данных бурения до результатов геофизических исследований скважин и гидродинамического моделирования. Минимально необходимыми в этой связи следует признать данные о геологическом строении месторождения, комплект проектных решений по эксплуатационному бурению и проектные параметры добычи.
Работа посвящена созданию интегрированной среды разработки месторождения. В частности, проектируются средства визуализации, анализа и выбора схемы разбуривания месторождения сложного строения. Также разработаны некоторые элементы систем поддержки принятия решений (СППР) для решения задач по выбору схемы разбуривания в условиях многокритериальности.
В первой главе проведена работа по выявлению задач, сообразных цели исследования. Выделена главная задача автоматизированной системы управления разработкой месторождений, которая заключается в выборе оптимальной схемы разработки месторождения. Был проведен анализ и выявлены критерии оптимальности, с точки зрения теории выбора проектных решений.
Был произведен анализ рынка автоматизированных систем управления разработкой месторождений, что обосновало необходимость совершенствования инструментария моделирования скважин в существующих решениях (Рис. 1), востребованных в условиях необходимости разработки месторождений сложного строения российскими компаниями.
Результатом главы является создание методологии моделирования схем разработки нефтегазовых месторождений с использованием скважин сложного строения и учетом геологической модели продуктивного пласта.
Вторая глава состоит из 3-ех основных разделов. Первый раздел посвящен разработке и описанию архитектуры и принципов работы программного комплекса, реализующего предлагаемый подход к моделированию разработки нефтегазовых месторождений, с использованием добывающих скважин сложного строения. Во втором разделе приводится описание современных технологических возможностей при бурении скважин с наклонно-направленными и горизонтальными профилями. Разработка и описание архитектуры модуля автоматизированного создания профилей добывающих скважин с учетом геологического строения продуктивного пласта. Третий раздел включает в себя анализ существующих программных продуктов для трехмерного моделирования, на базе которых возможно построение программного комплекса. Обоснование выбора пакета трехмерного моделирования 3D Studio МАХ в качестве основы для разработки программного комплекса.
В третьей главе описываются методы ранжирования и выбора критериев для автоматизации выбора оптимального варианта разработки месторожденияа также глава содержит контрольные примеры, на базе которых производилось тестирование разработанной среды моделирования.
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.
Целью диссертационной работы является разработка методологии и архитектуры программного комплекса для создания схем разработки месторождений УВС на базе единой трехмерной информационной среды, объединяющей систему оптимизационного моделирования скважин сложного строения, геологическую и фильтрационную модель пласта.
Интегрированная среда должна позволять эксперту, в автоматизированном и ручном режимах, создавать схемы разбуривания месторождений с учетом информации о геологическом строении и распределении фильтрационных свойств пласта. Автоматизированный режим должен обеспечивать технологические ограничения буровых инструментов, локальные особенности залегания продуктивных пластов в зонах перфорации скважин. Инструментарий на базе разработанной архитектуры должен предоставлять возможности моделирования кустового бурения, добуривания стволов к существующим скважинам и кустам.
Решение поставленной в диссертации проблемы связано с решением следующих взаимосвязанных между собой задач. Это задачи создания:'.
— Методологии, позволяющей создавать схемы разработки месторождений с использованием оптимизационной системы моделирования скважин сложного строения и учетом геолого-физических, фильтрационно-емкостных и геометрических характеристик залежи.
— Архитектуры программного комплекса, реализующего предлагаемую методологию.
— Программных модулей, реализующих предлагаемую архитектуру,, для проверки эффективности методологии. В частности: модуля импорта в единую трехмерную среду моделирования информации о траекториях скважин и геологической модели продуктивного пластамодуля унификации импортированных в трехмерную среду элементов: траекторий разведочных скважин, координат ячеек модели геологического строения продуктивного пластамодуля визуализации фильтрационно-емкостных свойств геологической моделимодуля экспорта (передачи) полученной в единой трехмерной среде моделирования информации о спроектированной схеме разбуривания месторождения в стандарты распространенных пластовых симуляторов (ПС).
— Инструментария оптимизационного моделирования скважин сложного строения, учитывающего технико-технологйческие параметры бурения, фильтрационные свойства пласта и геометрическое расположение интервалов отбора.
— Подсистемы контроля проектируемых траекторий, учитывающей технологические параметры бурения и влияния на процессы бурения и добычи конусов допуска скважин сложного строения.
ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.
1. Методология создания схем разработки месторождений УВС на базе единой трехмерной информационной среды, объединяющей систему оптимизационного моделирования скважин сложного строения, геологическую и фильтрационную модель пласта.
2. Архитектура программного комплекса автоматизированного моделирования скважин сложного строения на этапе проектирования схемы разработки месторождения УВС.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
1. В результате работы была достигнута цель исследования, состоявшая в создании методологии моделирования схем разработки нефтегазовых месторождений на базе единой трехмерной информационной среды, объединяющей систему оптимизационного моделирования скважин сложного строения, геологическую и фильтрационную модель пласта.
2. Была разработана архитектура программного комплекса, реализующего предложенную методологию.
3. Разработан состав программных модулей, реализующих предлагаемую архитектуру. В частности:
— Модуль импорта в единую трехмерную среду моделирования информации о траекториях скважин и геологической модели продуктивного пласта.
— Модуль унификации импортированных в трехмерную среду элементов: траекторий разведочных скважин, координат ячеек модели геологического строения продуктивного пласта.
— Модуль визуализации фильтрационных свойств геологической модели. -Модуль экспорта (передачи) полученной в единой трехмерной среде моделирования информации о спроектированной схеме разбуривания месторождения в стандарт пластового симулятора Landmark VIP.
4. Создан инструментарий оптимизационного моделирования скважин, учитывающий технологические параметры бурения и фильтрационные свойства пласта. Программный модуль позволяет автоматизировано моделировать скважины сложного строения с использованием двенадцати возможных вариантов задания начальных условий.
Разработана подсистема контроля моделируемых траекторий, учитывающая технологические параметры бурения и влияния на процессы бурения и добычи конусов допуска скважин сложного строения.
5. Опытная эксплуатация разработанных программных модулей показала работоспособность предлагаемой методологии моделирования и архитектуры программного комплекса на контрольном примере.
