Сетевой метод повышения качества нефтегазопромысловых работ
|
Введение 7
1 Анализ текущего состояния качества нефтегазопромысловых работ 12
1.1 Актуальность темы исследований 12
1.2 Анализ качества процесса нефтегазопромысловых работ 14
2 Модернизация методов управления технологическим процессом
нефтегазопромысловых работ 32
2.1 Подход к выбору метода системы управления технологическим
процессом нефтегазопромысловых работ 32
2.2 Развернутая структура управления с помощью сетевого метода
технологическим процессом нефтегазопромысловых работ 38
2.3 Подсистема управления группой нефтяных скважин 41
2.4 Локальная система управления СШН установкой на основе нейронных
сетей 48
2.5Управление группой скважин для многопластовой залежи нефти с использованием технологии одновременно раздельной эксплуатации (ОРЭ) 60
3 Разработка эффективного сетевого метода для повышения качества
нефтегазопромысловых работ 65
3.1 Синтез алгоритма управления группой нефтяных скважин с помощью
сетевого метода 65
3.2 Система регулирования числа качаний СШН установки 75
3.3 Алгоритм совместной работы подсистем управления процессом
добычи нефти 82
4 Оценка эффективности качества управления технологическим процессом
нефтегазопромысловых работ 87
4.1 Построенне постоянно действующей гидродинамической модели
анализируемого месторождения 87
4.2 Оценка эффективности подсистемы управления группой скважин по
имитационной модели 95
4.3 Оценка эффективности локальной системы управления СШН
установкой 104
4.4 Проверка эффективности системы управления ТП
нефтегазопромысловых работ в целом 110
Основные выводы и результаты 115
Список использованной литературы 117
Приложения А Программа эмуляции нейросети на языке Borland 127
1 Анализ текущего состояния качества нефтегазопромысловых работ 12
1.1 Актуальность темы исследований 12
1.2 Анализ качества процесса нефтегазопромысловых работ 14
2 Модернизация методов управления технологическим процессом
нефтегазопромысловых работ 32
2.1 Подход к выбору метода системы управления технологическим
процессом нефтегазопромысловых работ 32
2.2 Развернутая структура управления с помощью сетевого метода
технологическим процессом нефтегазопромысловых работ 38
2.3 Подсистема управления группой нефтяных скважин 41
2.4 Локальная система управления СШН установкой на основе нейронных
сетей 48
2.5Управление группой скважин для многопластовой залежи нефти с использованием технологии одновременно раздельной эксплуатации (ОРЭ) 60
3 Разработка эффективного сетевого метода для повышения качества
нефтегазопромысловых работ 65
3.1 Синтез алгоритма управления группой нефтяных скважин с помощью
сетевого метода 65
3.2 Система регулирования числа качаний СШН установки 75
3.3 Алгоритм совместной работы подсистем управления процессом
добычи нефти 82
4 Оценка эффективности качества управления технологическим процессом
нефтегазопромысловых работ 87
4.1 Построенне постоянно действующей гидродинамической модели
анализируемого месторождения 87
4.2 Оценка эффективности подсистемы управления группой скважин по
имитационной модели 95
4.3 Оценка эффективности локальной системы управления СШН
установкой 104
4.4 Проверка эффективности системы управления ТП
нефтегазопромысловых работ в целом 110
Основные выводы и результаты 115
Список использованной литературы 117
Приложения А Программа эмуляции нейросети на языке Borland 127
Современное развитие нефтедобывающей промышленности России характеризуется ухудшением структуры запасов нефти. Все большую роль в их структуре стали занимать трудноизвлекаемые запасы, эффективность выработки которых может быть достигнута лишь при условии применения новых высокоэффективных технологий повышения нефтеотдачи пластов. Роль последних в сложившейся ситуации значительно возрастает, так как увеличение нефтеотдачи на разрабатываемых месторождениях России всего лишь на один процент равносильно открытию нескольких крупных месторождений, которые могут обеспечить 2,5 - 3 - летнюю добычу нефти по стране. Учитывая то обстоятельство, что крупные месторождения России вошли в позднюю стадию разработки с круто падающей добычей, а новых открытий нет, главным условием стабилизации добычи нефти и дальнейшего развития нефтяной промышленности России становится разработка и внедрение новых высокоэффективных технологических решений для увеличения извлечения нефти из недр [3].
В настоящее время в России проводятся масштабные работы по созданию систем контроля и управления процессами разработки нефтяных месторождений, при этом в должной мере не принимается во внимание переход количественных изменений параметров в качественно новое состояние системы, которое не всегда удается обнаружить при традиционной математической формализации процесса.[10].
При создании систем контроля и управления нефтегазопромысловых работ должны ставиться задачи как управления разработкой на уровне упрощенных моделей пласта или его участка, так и выбора рационального режима работы насосного оборудования для каждой скважины, так как добывающие скважины являются сложными динамическими объектами
Итак, в технологическом процессе нефтегазопромысловых работ требуется применить регулируемые по производительности маломощные насосные установки. На их основе возможно построение автоматизированной системы управления добычей нефти для отдельной скважины и системы управления группой скважин с учетом их взаимовлияния для исключения отрицательного влияния несогласованной работы на общий объем добычи нефти. Это позволит значительно повысить эффективность добычи нефти: с одной стороны, снизить заявленную мощность и износ оборудования, уменьшить количество простоев, а с другой стороны повысить коэффициент извлечения нефти за счет равномерной выработки запасов нефти, что значительно уменьшит себестоимость каждой добытой тонны нефти [4,17,80].
Таким образом, тема исследований является актуальной для автоматизации нефтегазопромысловых работ с целью повышения ее эффективности и уменьшения затрат.
Цель работы
Цель работы. Разработать сетевой метод повышения качества нефтегазопромысловых работ, включая структуру, модели, алгоритмы и программное обеспечение. Оценить эффективность предложенной системы управления методом имитационного моделирования.
1. Разработана структура и алгоритм функционирования автоматизированной системы управления технологическим процессом нефтегазопромысловых работ на уровне технологического оборудования и процессов, реализация которой позволила повысить коэффициент извлечения нефти и снизить эксплуатационные затраты.
2. Разработана подсистема управления группой нефтяных скважин с учетом их взаимовлияния и построена упрощенная нейросетвая модель одного и нескольких пластов для многопластовой залежи. Определены алгоритмы управления.
3. Построена локальная система управления отдельной добывающей скважиной, эксплуатируемой скважинной штанговой насосной установкой (СШНУ), с использованием результатов интерпретации данных нейросетевой модели.
4. Разработан алгоритм согласованной работы подсистем нижнего уровня управления (локального) и верхнего (группового) управления скважин, реализация которого позволит повысить суммарную добычу нефти на 20,2%.
5. Проведено моделирование работы нейронных сетей автоматизированной системы управления технологическим процессом нефтегазопромысловых работ.
Методы решения
При решении поставленных в работе задач использовались сетевые методы теории управления и системного анализа, нейросетевые технологии, а также теория имитационного моделирования. Применялись следующие программные продукты GID "Геология и Добыча" версия 2.5.79, East_32 «Анализ ГТМ» версия 4.7.3.116, Borland Delphi 6, Tempest MORE 6.1 фирмы Roxar.
На защиту выносятся:
1. Структура и алгоритм функционирования автоматизированной системы управления технологическим процессом нефтегазопромысловых работ на основе распределения отбора по скважинам в зависимости от текущего расчетного дебита.
2. Функциональная схема подсистемы управления группой скважин, алгоритм управления и архитектура полносвязной нейронной сети для одного и нескольких нефтеносных пластов.
3. Структура локальной системы управления скважинной штанговой насосной установкой одной добывающей скважины и алгоритмы управления.
4. Алгоритм расчета согласованного управляющего воздействия подсистем локального и группового управления скважин.
5. Результаты экспериментальных исследований разработанных алгоритмов управления, проведенных на программных моделях имитационного моделирования.
Научная новизна результатов
1. Новизна предложенной структуры сетевого метода повышения качества нефтегазопромысловых работ заключается в создании двухуровневой системы управления участком месторождения, включающего несколько близкорасположенных кустов и управления режимами работы насосного оборудования для каждой скважины в составе куста.
2. Новизна предложенной подсистемы управления группой скважин заключена в том, что управление выполняется по упрощенной нейросетевой модели идентификации взаимовлияния группы скважин как многосвязного объекта, эксплуатирующих один или несколько пластов, что позволяет увеличить общий объем добычи нефти за счет согласования режимов работы
3. Новизна предложенной структуры и алгоритмов функционирования системы управления скважинной штанговой насосной установкой заключается в возможности согласования скорости откачки со скоростью притока жидкости к забою скважины; при этом система использует в качестве параметров управления результаты интерпретации данных степени изменения дебита и промысловых исследований скважин.
4. Новизна алгоритма совместной работы подсистем заключается в формировании управляющего воздействия на насосное оборудование путем расчета требуемого дебита обеспечивающего одновременно эффективное функционирование верхнего группового (взаимовлияние) и нижнего локального (приток) уровней управления.
Практическая ценность полученных результатов
1. Практическая ценность разработанного сетевого метода повышения качества нефтегазопромысловых работ заключается в возможности проведения оперативного контроля и регулирования процесса извлечения нефти путем управления в реальном времени режимами работы насосного оборудования, что позволит значительно повысить технико-экономическую эффективность добычи нефти.
2. Разработан модуль сбора, обработки и визуализации результатов имитационного моделирования, программа для ЭВМ №2005611306 «Helper», выполняющий задачу помощника в адаптации гидродинамических моделей и позволяет загрузить данные из различных гидродинамических симуляторов для их дальнейшего анализа
3. Результаты имитационного моделирования процесса функционирования системы управления ТП нефтедобычи на примере моделей Лемпинской площади Салымского месторождения подтвердили эффективность внедрения предложенных алгоритмов управления.
В настоящее время в России проводятся масштабные работы по созданию систем контроля и управления процессами разработки нефтяных месторождений, при этом в должной мере не принимается во внимание переход количественных изменений параметров в качественно новое состояние системы, которое не всегда удается обнаружить при традиционной математической формализации процесса.[10].
При создании систем контроля и управления нефтегазопромысловых работ должны ставиться задачи как управления разработкой на уровне упрощенных моделей пласта или его участка, так и выбора рационального режима работы насосного оборудования для каждой скважины, так как добывающие скважины являются сложными динамическими объектами
Итак, в технологическом процессе нефтегазопромысловых работ требуется применить регулируемые по производительности маломощные насосные установки. На их основе возможно построение автоматизированной системы управления добычей нефти для отдельной скважины и системы управления группой скважин с учетом их взаимовлияния для исключения отрицательного влияния несогласованной работы на общий объем добычи нефти. Это позволит значительно повысить эффективность добычи нефти: с одной стороны, снизить заявленную мощность и износ оборудования, уменьшить количество простоев, а с другой стороны повысить коэффициент извлечения нефти за счет равномерной выработки запасов нефти, что значительно уменьшит себестоимость каждой добытой тонны нефти [4,17,80].
Таким образом, тема исследований является актуальной для автоматизации нефтегазопромысловых работ с целью повышения ее эффективности и уменьшения затрат.
Цель работы
Цель работы. Разработать сетевой метод повышения качества нефтегазопромысловых работ, включая структуру, модели, алгоритмы и программное обеспечение. Оценить эффективность предложенной системы управления методом имитационного моделирования.
1. Разработана структура и алгоритм функционирования автоматизированной системы управления технологическим процессом нефтегазопромысловых работ на уровне технологического оборудования и процессов, реализация которой позволила повысить коэффициент извлечения нефти и снизить эксплуатационные затраты.
2. Разработана подсистема управления группой нефтяных скважин с учетом их взаимовлияния и построена упрощенная нейросетвая модель одного и нескольких пластов для многопластовой залежи. Определены алгоритмы управления.
3. Построена локальная система управления отдельной добывающей скважиной, эксплуатируемой скважинной штанговой насосной установкой (СШНУ), с использованием результатов интерпретации данных нейросетевой модели.
4. Разработан алгоритм согласованной работы подсистем нижнего уровня управления (локального) и верхнего (группового) управления скважин, реализация которого позволит повысить суммарную добычу нефти на 20,2%.
5. Проведено моделирование работы нейронных сетей автоматизированной системы управления технологическим процессом нефтегазопромысловых работ.
Методы решения
При решении поставленных в работе задач использовались сетевые методы теории управления и системного анализа, нейросетевые технологии, а также теория имитационного моделирования. Применялись следующие программные продукты GID "Геология и Добыча" версия 2.5.79, East_32 «Анализ ГТМ» версия 4.7.3.116, Borland Delphi 6, Tempest MORE 6.1 фирмы Roxar.
На защиту выносятся:
1. Структура и алгоритм функционирования автоматизированной системы управления технологическим процессом нефтегазопромысловых работ на основе распределения отбора по скважинам в зависимости от текущего расчетного дебита.
2. Функциональная схема подсистемы управления группой скважин, алгоритм управления и архитектура полносвязной нейронной сети для одного и нескольких нефтеносных пластов.
3. Структура локальной системы управления скважинной штанговой насосной установкой одной добывающей скважины и алгоритмы управления.
4. Алгоритм расчета согласованного управляющего воздействия подсистем локального и группового управления скважин.
5. Результаты экспериментальных исследований разработанных алгоритмов управления, проведенных на программных моделях имитационного моделирования.
Научная новизна результатов
1. Новизна предложенной структуры сетевого метода повышения качества нефтегазопромысловых работ заключается в создании двухуровневой системы управления участком месторождения, включающего несколько близкорасположенных кустов и управления режимами работы насосного оборудования для каждой скважины в составе куста.
2. Новизна предложенной подсистемы управления группой скважин заключена в том, что управление выполняется по упрощенной нейросетевой модели идентификации взаимовлияния группы скважин как многосвязного объекта, эксплуатирующих один или несколько пластов, что позволяет увеличить общий объем добычи нефти за счет согласования режимов работы
3. Новизна предложенной структуры и алгоритмов функционирования системы управления скважинной штанговой насосной установкой заключается в возможности согласования скорости откачки со скоростью притока жидкости к забою скважины; при этом система использует в качестве параметров управления результаты интерпретации данных степени изменения дебита и промысловых исследований скважин.
4. Новизна алгоритма совместной работы подсистем заключается в формировании управляющего воздействия на насосное оборудование путем расчета требуемого дебита обеспечивающего одновременно эффективное функционирование верхнего группового (взаимовлияние) и нижнего локального (приток) уровней управления.
Практическая ценность полученных результатов
1. Практическая ценность разработанного сетевого метода повышения качества нефтегазопромысловых работ заключается в возможности проведения оперативного контроля и регулирования процесса извлечения нефти путем управления в реальном времени режимами работы насосного оборудования, что позволит значительно повысить технико-экономическую эффективность добычи нефти.
2. Разработан модуль сбора, обработки и визуализации результатов имитационного моделирования, программа для ЭВМ №2005611306 «Helper», выполняющий задачу помощника в адаптации гидродинамических моделей и позволяет загрузить данные из различных гидродинамических симуляторов для их дальнейшего анализа
3. Результаты имитационного моделирования процесса функционирования системы управления ТП нефтедобычи на примере моделей Лемпинской площади Салымского месторождения подтвердили эффективность внедрения предложенных алгоритмов управления.
1. Разработана структура и алгоритм функционирования автоматизированной системы управления технологическим процессом нефтегазопромысловых работ на уровне технологического оборудования и процессов, реализация которой позволила повысить коэффициент извлечения нефти и снизить эксплуатационные затраты.
2. Разработана подсистема управления группой нефтяных скважин с учетом их взаимовлияния и построена упрощенная нейросетевая модель одного и нескольких нефтеносных пластов для многопластовой залежи. Определены алгоритмы управления. Реализация предложенной СУ группой скважин позволит повысить суммарную добычу нефти по расчетам на гидродинамической модели за 10 лет на 19,1%.
3. Построена локальная система управления отдельной добывающей скважиной, эксплуатируемой скважинной штанговой насосной установкой (СШНУ), с использованием результатов интерпретации данных нейронных сетей и промысловых исследований скважин. Предложена система
4. Разработан алгоритм согласованной работы подсистем нижнего уровня управления (локального) и верхнего (группового) управления скважин, реализация которого позволит повысить суммарную добычу нефти на 20,2%.
5. Проведено моделирование работы автоматизированной системы управления технологическим процессом нефтегазопромысловых работ. Кроме того проведено опытно - промышленное внедрение разработанной системы при регулировании разработки Лемпинской площади Салымского месторождения.
Результаты магистерской диссертационной работы могут быть использованы на предприятиях нефтедобывающего комплекса
2. Разработана подсистема управления группой нефтяных скважин с учетом их взаимовлияния и построена упрощенная нейросетевая модель одного и нескольких нефтеносных пластов для многопластовой залежи. Определены алгоритмы управления. Реализация предложенной СУ группой скважин позволит повысить суммарную добычу нефти по расчетам на гидродинамической модели за 10 лет на 19,1%.
3. Построена локальная система управления отдельной добывающей скважиной, эксплуатируемой скважинной штанговой насосной установкой (СШНУ), с использованием результатов интерпретации данных нейронных сетей и промысловых исследований скважин. Предложена система
4. Разработан алгоритм согласованной работы подсистем нижнего уровня управления (локального) и верхнего (группового) управления скважин, реализация которого позволит повысить суммарную добычу нефти на 20,2%.
5. Проведено моделирование работы автоматизированной системы управления технологическим процессом нефтегазопромысловых работ. Кроме того проведено опытно - промышленное внедрение разработанной системы при регулировании разработки Лемпинской площади Салымского месторождения.
Результаты магистерской диссертационной работы могут быть использованы на предприятиях нефтедобывающего комплекса



