Помощь студентам в учебе
РАЗВИТИЕ МЕТОДА ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ТОМОГРАФИИ НА ОСНОВЕ СИНТЕЗА ДАННЫХ ИЗ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЭКСПЛУАТАЦИИ НЕФТЕГАЗОВОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
|
Введение 4
Глава 1. Обзор методов реконструкции фильтрационного сопротивления проницаемых пластов 11
1.1. Гидродинамическое исследование проницаемых пластов 11
1.2. Фильтрационно-емкостные свойства проницаемых пластов 18
1.3. Томографическая система гидропрослушивания скважин 19
1.4. Математическое моделирование эксплуатации скважин нефтегазового
месторождений 21
Глава 2. Пассивная гидродинамическая томография 26
2.1. Математическая модель динамики эксплуатации месторождения 26
2.2. Итерационный алгоритм подбора оптимального вектора параметров ... 35
2.3. Заключение 43
Глава 3. Методика и технология решения задачи гидродинамической томографии проницаемого пласта 44
3.1. Организация и обработка результатов гидродинамического
прослушивания скважин в томографическую систему данных 44
3.2. Алгоритм расчета интервальных времен движения особых точек
динамики восстановления давления 46
3.3. Вычислительная схема метода гидродинамической томографии 55
3.4. Апробация вычислительной схемы гидродинамической томографии ... 59
3.5. Заключение 65
Глава 4. методы оценки результатов работы гидродинамической томографии 67
4.1. Построение атрибута нечеткой меры по результатам
гидродинамической томографии 67
4.2. Построение нечеткой модели распределения фильтрационного
сопротивления проницаемого пласта 77
4.3. Заключение 85
Глава 5. Программный комплекс моделирования пассивной гидродинамической томографии проницаемого пласта 87
5.1. Функциональные возможности 87
5.2. Блок-схемы алгоритмов пассивной гидродинамической томографии ... 89
5.3. Пользовательский интерфейс программного комплекса 91
5.4. Заключение 98
Заключение 99
Список литературы 101
Приложение
Глава 1. Обзор методов реконструкции фильтрационного сопротивления проницаемых пластов 11
1.1. Гидродинамическое исследование проницаемых пластов 11
1.2. Фильтрационно-емкостные свойства проницаемых пластов 18
1.3. Томографическая система гидропрослушивания скважин 19
1.4. Математическое моделирование эксплуатации скважин нефтегазового
месторождений 21
Глава 2. Пассивная гидродинамическая томография 26
2.1. Математическая модель динамики эксплуатации месторождения 26
2.2. Итерационный алгоритм подбора оптимального вектора параметров ... 35
2.3. Заключение 43
Глава 3. Методика и технология решения задачи гидродинамической томографии проницаемого пласта 44
3.1. Организация и обработка результатов гидродинамического
прослушивания скважин в томографическую систему данных 44
3.2. Алгоритм расчета интервальных времен движения особых точек
динамики восстановления давления 46
3.3. Вычислительная схема метода гидродинамической томографии 55
3.4. Апробация вычислительной схемы гидродинамической томографии ... 59
3.5. Заключение 65
Глава 4. методы оценки результатов работы гидродинамической томографии 67
4.1. Построение атрибута нечеткой меры по результатам
гидродинамической томографии 67
4.2. Построение нечеткой модели распределения фильтрационного
сопротивления проницаемого пласта 77
4.3. Заключение 85
Глава 5. Программный комплекс моделирования пассивной гидродинамической томографии проницаемого пласта 87
5.1. Функциональные возможности 87
5.2. Блок-схемы алгоритмов пассивной гидродинамической томографии ... 89
5.3. Пользовательский интерфейс программного комплекса 91
5.4. Заключение 98
Заключение 99
Список литературы 101
Приложение
Актуальность темы исследования. На сегодняшний день существует проблема расширения области применимости методов изучения объектов с использованием томографических принципов, например, в виде получения послойных изображений внутренней структуры объекта, поскольку применение методов томографии требует адаптации и доработки конкретных модификаций методов под задачи, на которые они расширяются. В этой связи большим потенциалом обладают задачи нефтегазопромысловой отрасли, где томографическая обработка позволит более детально изучить исследуемый объект, в частности с помощью гидродинамической томографии изучить фильтрационно-емкостные свойства месторождения.
При решении подобных задач томографическим методом, основная проблема томографии - это проблема «размерности» задачи, т. е. необходимо большое количество исходных данных, для получения которых необходим определенный комплекс технологических работ. В условиях высокой экономической и временной себестоимости процесса получения этих данных, метод гидродинамической томографии исследования фильтрационно¬емкостных свойств оказывается слишком дорогостоящим, поэтому была предложена идея научиться синтезировать необходимые исходные данные, используя методы математического моделирования.
Задача построения достоверной фильтрационно-емкостной модели нефтегазового месторождения является актуальной, так как часто возникает проблема ухудшения фильтрационных свойств проницаемого пласта, особенно на поздних стадиях эксплуатации месторождений, что может выражаться в понижении уровня добычи скважин. В связи с этим проблема борьбы с эффектами и результатами ухудшения фильтрационных свойств пласта является очень актуальной. Основным компонентом решения данной проблемы является точное определение местоположения в пространстве участков аномального фильтрационного сопротивления.
Проблемой при построении достоверной фильтрационно-емкостной модели месторождения является то, что в процессе эксплуатации фильтрационные характеристики месторождения могут существенно меняться. В процессе добычи углеводородов внутри проницаемого пласта происходят эффекты формирования нефтяных тромбов, зон повышенной плотности, кроме этого происходят процессы асфальтизации добываемых флюидов, из-за чего поровое пространство проницаемого пласта забивается асфальтитами, которые существенно снижают или полностью блокируют пропускную способность пласта. Таким образом, фильтрационная модель месторождения терпит изменения, фильтрационные потоки внутри проницаемого пласта меняют скорость, направление, интенсивность, вследствие чего ранее выбранная сетка скважин месторождения более не является оптимальной. Подобные изменения структуры проницаемого пласта влекут формирование уплотненных низко проницаемых зон, вплоть до образования значительных застойных участков, что ведет к выводу из эффективной эксплуатации существенной части фонда добывающих скважин месторождения.
Применение методов гидродинамического прослушивания скважин нефтегазовых месторождений с использованием томографической системы измерения и обработки данных позволяет получать детальную информацию о пространственном распределении фильтрационного сопротивления в межскважинных зонах проницаемых пластов, недоступных для традиционных методов геофизических исследований. Последовательное повторение веерной регистрация интервального времени распространения установившегося давления с использованием в качестве скважин источника аномального давления максимально большого числа скважин, участвующих в веерной регистрации, с последующей обработкой полученной информации в виде двухиндексных интервальных времен. Расчет времен происходит по томографической модификации методов интегральной геометрии, адаптированной к кинематическим уравнениям движения установившегося потока флюидов в неоднородной среде с использованием оптимизационных 5
принципов. Математическое синтезирование этих данных возможно по результатам изучения истории динамики добычи скважин на временных интервалах штатной эксплуатации нефтегазового месторождения, после которых стало существенно выражаться понижение фильтрационного сопротивления в виде уменьшения объемов добываемых углеводородов.
Для решения задачи необходимо разработать модель прогнозирования динамики добычи месторождения по истории эксплуатации, отражающей изменение пространственных характеристик фильтрационного сопротивления проницаемого пласта, с помощью которой планируется проведение гидродинамического прослушивания скважин и преобразование полученных данных в томографическую систему.
Степень разработанности темы исследования. Задачам исследования пространственного распределения фильтрационных параметров проницаемых пластов, характеризующих пропускную способность продуктивных пластов посвятили своим работ многие ученые: Щелкачев В. Н., Чарный И. А., Умрихин И. Д., Бузинов С. Н., Лейбензон Л. С., Борисов Ю. П., Баренблатт Г. И., Сургучев М. Л., Басниев К. С., Каневская Р. Д. Карнаухов В. Л., Пьянкова Е. М., Кременецкий М. И., Ипатов А. И., Мирзанджанзаде А. Х., Gringarten А. Joshi S., Raghavan R и др. Построением моделей связности скважин занимались: Краснов В. А., Иванов В. А., Хасанов М. М., Valko P. P., Doublet L. E., Yousef, Jong S. Kim, Larry W. Lake, Thomas F. Edgar.
В научных работах Кобрунова А. И., Дорогобед А. Н. Куделина С. Г. описана общая технология проведения технологических мероприятий для реализации гидродинамической томографии для действующих скважин нефтегазового месторождения. Тем не менее, существует ряд проблем, требующих решения. В следствие этого необходимо развитие новых методов решения этих проблем. Основным отличием работы является непрерывный мониторинг динамики изменения эксплуатационных характеристик с целью прогноза текущего состояния проницаемого пласта и появления новых зон с аномальными фильтрационными характеристиками.
Цель диссертационного исследования. Разработка математических методов моделирования, основанных на синтезе данных из пассивной и активной форм гидродинамической томографии для обнаружения и локализации пространственных зон нарушения фильтрационных характеристик проницаемого пласта, построение численных алгоритмов, соответствующих этим методам, и их компьютерная реализация.
Основные задачи диссертационного исследования.
1. Построить математическую модель динамики эксплуатации месторождения с целью синтезирования томографических данных (пассивная гидродинамическая томография).
2. Разработать вычислительную схему, прогнозирования
пространственного распределения фильтрационных параметров на основе решения обратной задачи, адаптированную к синтезированным данным пассивной гидродинамической томографии.
3. Разработать метод оценки результатов прогноза пространственного распределения фильтрационных параметров.
4. Разработать комплекс прикладных программ для реализации математической модели и вычислительных схем пассивной гидродинамической томографии с целью прогнозирования пространственного распределения фильтрационных параметров.
Объект исследования: фильтрационно-емкостные модели нефтегазовых месторождений и история эксплуатации скважин.
Предмет исследования: пространственное распределение
фильтрационного сопротивления проницаемого пласта нефтегазовых месторождений и правила оценки результатов поиска аномальных зон фильтрационного сопротивления.
Методы исследований. В диссертационном исследовании для решения поставленных задач используются методы математического моделирования, решения обратных задач, элементы функционального анализа, динамического программирования и теории нечетких множеств. Для проектирования и 7
реализации программного комплекса использовались методы объектно-ориентированного программирования.
Научная новизна диссертационного исследования.
1. Выполнено математическое моделирование динамики работы месторождения, позволяющее синтезировать данные для использования схем реконструкции фильтрационных параметров.
2. Разработана вычислительная схема обработки томографических данных, позволяющая прогнозировать пространственное распределение фильтрационных параметров на основе решения обратной задачи гидродинамической томографии.
3. Разработан математический метод, основанный на использовании интервальных оценок для исходных данных, позволяющий получить оценку результатов прогноза пространственного распределения фильтрационных параметров.
4. Разработан комплекс прикладных программ для реализации математической задачи и вычислительных схем пассивной гидродинамической томографии с проведением вычислительных экспериментов.
Теоретическая и практическая значимость. Разработаны методы и алгоритмы пассивной гидродинамической томографии для прогнозирования пространственного распределения фильтрационного сопротивления для локализации зон аномального фильтрационного сопротивления с целью дальнейшего проведения необходимых геолого-технических мероприятий (ГТМ) по ликвидации застойных участков в межскважинном пространстве проницаемых пластов нефтегазовых месторождений.
Метод отличается тем, что с целью снижения экономических и временных затрат на проведение работ по проведению гидродинамического прослушивания скважин, исходные данные для томографической обработки рассчитываются по математической модели работы месторождения исходя из динамики его эксплуатации.
При решении подобных задач томографическим методом, основная проблема томографии - это проблема «размерности» задачи, т. е. необходимо большое количество исходных данных, для получения которых необходим определенный комплекс технологических работ. В условиях высокой экономической и временной себестоимости процесса получения этих данных, метод гидродинамической томографии исследования фильтрационно¬емкостных свойств оказывается слишком дорогостоящим, поэтому была предложена идея научиться синтезировать необходимые исходные данные, используя методы математического моделирования.
Задача построения достоверной фильтрационно-емкостной модели нефтегазового месторождения является актуальной, так как часто возникает проблема ухудшения фильтрационных свойств проницаемого пласта, особенно на поздних стадиях эксплуатации месторождений, что может выражаться в понижении уровня добычи скважин. В связи с этим проблема борьбы с эффектами и результатами ухудшения фильтрационных свойств пласта является очень актуальной. Основным компонентом решения данной проблемы является точное определение местоположения в пространстве участков аномального фильтрационного сопротивления.
Проблемой при построении достоверной фильтрационно-емкостной модели месторождения является то, что в процессе эксплуатации фильтрационные характеристики месторождения могут существенно меняться. В процессе добычи углеводородов внутри проницаемого пласта происходят эффекты формирования нефтяных тромбов, зон повышенной плотности, кроме этого происходят процессы асфальтизации добываемых флюидов, из-за чего поровое пространство проницаемого пласта забивается асфальтитами, которые существенно снижают или полностью блокируют пропускную способность пласта. Таким образом, фильтрационная модель месторождения терпит изменения, фильтрационные потоки внутри проницаемого пласта меняют скорость, направление, интенсивность, вследствие чего ранее выбранная сетка скважин месторождения более не является оптимальной. Подобные изменения структуры проницаемого пласта влекут формирование уплотненных низко проницаемых зон, вплоть до образования значительных застойных участков, что ведет к выводу из эффективной эксплуатации существенной части фонда добывающих скважин месторождения.
Применение методов гидродинамического прослушивания скважин нефтегазовых месторождений с использованием томографической системы измерения и обработки данных позволяет получать детальную информацию о пространственном распределении фильтрационного сопротивления в межскважинных зонах проницаемых пластов, недоступных для традиционных методов геофизических исследований. Последовательное повторение веерной регистрация интервального времени распространения установившегося давления с использованием в качестве скважин источника аномального давления максимально большого числа скважин, участвующих в веерной регистрации, с последующей обработкой полученной информации в виде двухиндексных интервальных времен. Расчет времен происходит по томографической модификации методов интегральной геометрии, адаптированной к кинематическим уравнениям движения установившегося потока флюидов в неоднородной среде с использованием оптимизационных 5
принципов. Математическое синтезирование этих данных возможно по результатам изучения истории динамики добычи скважин на временных интервалах штатной эксплуатации нефтегазового месторождения, после которых стало существенно выражаться понижение фильтрационного сопротивления в виде уменьшения объемов добываемых углеводородов.
Для решения задачи необходимо разработать модель прогнозирования динамики добычи месторождения по истории эксплуатации, отражающей изменение пространственных характеристик фильтрационного сопротивления проницаемого пласта, с помощью которой планируется проведение гидродинамического прослушивания скважин и преобразование полученных данных в томографическую систему.
Степень разработанности темы исследования. Задачам исследования пространственного распределения фильтрационных параметров проницаемых пластов, характеризующих пропускную способность продуктивных пластов посвятили своим работ многие ученые: Щелкачев В. Н., Чарный И. А., Умрихин И. Д., Бузинов С. Н., Лейбензон Л. С., Борисов Ю. П., Баренблатт Г. И., Сургучев М. Л., Басниев К. С., Каневская Р. Д. Карнаухов В. Л., Пьянкова Е. М., Кременецкий М. И., Ипатов А. И., Мирзанджанзаде А. Х., Gringarten А. Joshi S., Raghavan R и др. Построением моделей связности скважин занимались: Краснов В. А., Иванов В. А., Хасанов М. М., Valko P. P., Doublet L. E., Yousef, Jong S. Kim, Larry W. Lake, Thomas F. Edgar.
В научных работах Кобрунова А. И., Дорогобед А. Н. Куделина С. Г. описана общая технология проведения технологических мероприятий для реализации гидродинамической томографии для действующих скважин нефтегазового месторождения. Тем не менее, существует ряд проблем, требующих решения. В следствие этого необходимо развитие новых методов решения этих проблем. Основным отличием работы является непрерывный мониторинг динамики изменения эксплуатационных характеристик с целью прогноза текущего состояния проницаемого пласта и появления новых зон с аномальными фильтрационными характеристиками.
Цель диссертационного исследования. Разработка математических методов моделирования, основанных на синтезе данных из пассивной и активной форм гидродинамической томографии для обнаружения и локализации пространственных зон нарушения фильтрационных характеристик проницаемого пласта, построение численных алгоритмов, соответствующих этим методам, и их компьютерная реализация.
Основные задачи диссертационного исследования.
1. Построить математическую модель динамики эксплуатации месторождения с целью синтезирования томографических данных (пассивная гидродинамическая томография).
2. Разработать вычислительную схему, прогнозирования
пространственного распределения фильтрационных параметров на основе решения обратной задачи, адаптированную к синтезированным данным пассивной гидродинамической томографии.
3. Разработать метод оценки результатов прогноза пространственного распределения фильтрационных параметров.
4. Разработать комплекс прикладных программ для реализации математической модели и вычислительных схем пассивной гидродинамической томографии с целью прогнозирования пространственного распределения фильтрационных параметров.
Объект исследования: фильтрационно-емкостные модели нефтегазовых месторождений и история эксплуатации скважин.
Предмет исследования: пространственное распределение
фильтрационного сопротивления проницаемого пласта нефтегазовых месторождений и правила оценки результатов поиска аномальных зон фильтрационного сопротивления.
Методы исследований. В диссертационном исследовании для решения поставленных задач используются методы математического моделирования, решения обратных задач, элементы функционального анализа, динамического программирования и теории нечетких множеств. Для проектирования и 7
реализации программного комплекса использовались методы объектно-ориентированного программирования.
Научная новизна диссертационного исследования.
1. Выполнено математическое моделирование динамики работы месторождения, позволяющее синтезировать данные для использования схем реконструкции фильтрационных параметров.
2. Разработана вычислительная схема обработки томографических данных, позволяющая прогнозировать пространственное распределение фильтрационных параметров на основе решения обратной задачи гидродинамической томографии.
3. Разработан математический метод, основанный на использовании интервальных оценок для исходных данных, позволяющий получить оценку результатов прогноза пространственного распределения фильтрационных параметров.
4. Разработан комплекс прикладных программ для реализации математической задачи и вычислительных схем пассивной гидродинамической томографии с проведением вычислительных экспериментов.
Теоретическая и практическая значимость. Разработаны методы и алгоритмы пассивной гидродинамической томографии для прогнозирования пространственного распределения фильтрационного сопротивления для локализации зон аномального фильтрационного сопротивления с целью дальнейшего проведения необходимых геолого-технических мероприятий (ГТМ) по ликвидации застойных участков в межскважинном пространстве проницаемых пластов нефтегазовых месторождений.
Метод отличается тем, что с целью снижения экономических и временных затрат на проведение работ по проведению гидродинамического прослушивания скважин, исходные данные для томографической обработки рассчитываются по математической модели работы месторождения исходя из динамики его эксплуатации.
В ходе диссертационной работы выполнен литературный обзор методов гидродинамических исследований скважин, в частности гидродинамического прослушивания. Определены преимущества и недостатки рассмотренных методов и способы их решения с применением математического моделирования, численных методов и комплексов программ. Основные итоги выполненных в диссертации исследований состоят в следующем:
Разработана имитационная математическая модель эксплуатации нефтегазового месторождения, вычислительные схемы пассивной гидродинамической томографии для моделирования данных с целью включения их в активную форму томографии. На математической модели реализуется имитация депрессии в одной скважине и регистрация отклика в окружающих скважинах, что позволяет синтезировать интервальные времена прихода сигнала между скважинами для метода гидродинамической томографии. Для сходимости итерационного процесса решаемой задачи используется параметр релаксации.
Разработана вычислительная схема прогнозирования пространственного распределения фильтрационного сопротивления проницаемого пласта на основе данных пассивной гидродинамической томографии. Реализован метод поиска кратчайшего пути и расчета интервального времени на основе принципа Беллмана.
Разработаны два способа оценки результатов прогноза пространственного распределения фильтрационного сопротивления с применением теории нечетких множеств, построена функция принадлежности для пространственного распределения коэффициента пьезопроводности, где каждому значению рассчитывается уровень достоверности. Второй способ основан на расчете интервальных оценок для коэффициента пьезопроводности по данным томографической обработки для данных гидродинамичекого прослушивания скважин исследуемого нефтегазового месторождения.
Разработан комплекс программ для реализации моделирования интервальных времен изменения по данным из истории эксплуатации скважин с целью прогнозирования пространственного распределения фильтрационного сопротивления, на котором были проведены вычислительные эксперименты на экспериментальных данных эксплуатации скважин нефтегазового месторождения.
Разработана имитационная математическая модель эксплуатации нефтегазового месторождения, вычислительные схемы пассивной гидродинамической томографии для моделирования данных с целью включения их в активную форму томографии. На математической модели реализуется имитация депрессии в одной скважине и регистрация отклика в окружающих скважинах, что позволяет синтезировать интервальные времена прихода сигнала между скважинами для метода гидродинамической томографии. Для сходимости итерационного процесса решаемой задачи используется параметр релаксации.
Разработана вычислительная схема прогнозирования пространственного распределения фильтрационного сопротивления проницаемого пласта на основе данных пассивной гидродинамической томографии. Реализован метод поиска кратчайшего пути и расчета интервального времени на основе принципа Беллмана.
Разработаны два способа оценки результатов прогноза пространственного распределения фильтрационного сопротивления с применением теории нечетких множеств, построена функция принадлежности для пространственного распределения коэффициента пьезопроводности, где каждому значению рассчитывается уровень достоверности. Второй способ основан на расчете интервальных оценок для коэффициента пьезопроводности по данным томографической обработки для данных гидродинамичекого прослушивания скважин исследуемого нефтегазового месторождения.
Разработан комплекс программ для реализации моделирования интервальных времен изменения по данным из истории эксплуатации скважин с целью прогнозирования пространственного распределения фильтрационного сопротивления, на котором были проведены вычислительные эксперименты на экспериментальных данных эксплуатации скважин нефтегазового месторождения.