Содержание к диссертации
1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РАЗРАБОТКИ
ГАЗОНОСНОГО ПЛАСТА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
ИССЛЕДОВАНИЯ 10
1Л Общие сведения о технологическом процессе разработки газоносного
пласта 10
Анализ технологического процесса разработки газоносного пласта как объекта управления 16
Состояние вопроса и обзор работ по повышению эффективности эксплуатации скважин путем оптимизации технологического процесса
разработки газоносного пласта 18
1.4. Постановка задачи исследования 24
2. ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ГАЗОНОСНОГО
ПЛАСТА 31
Математическая модель газоносного пласта 31
Проверка адекватности модели 56
3. ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦГХСА
РАЗРАБОТКИ ГАЗОНОСНОГО ПЛАСТА 61
Постановка задачи оптимизации технологического процесса разработки газоносного пласта 61
Разработка модели генетического наследования для решения задачи определения оптимальных режимов эксплуатации газовых скважин 63
Обоснование использования генетического алгоритма 63
Схема реализации генетического алгоритма для решения задачи оптимизации процесса разработки пласта 64
Модернизация традиционной схемы реализации генетического
алгоритма * 71
3.2.4.0ценка эффективности разработанного генетического алгоритма.79
3.3 Модель нейронной сети для определения времени эффективмой работы
скважины 87
Обоснование использования нейронной сети 87
Разработка нейросетевой модели для определения времени эффективной работы скважины 94
3.3.3. Проверка адекватности нейросетевой модели 98
4. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ОПТИМИЗАЦИИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РАЗРАБОТКИ ГАЗОНОСНОГО
ПЛАСТА 102
Основные требования, предъявляемые к системе оптимизации технологического процесса разработки газоносного пласта 102
Разработка общей схемы системы оптимизации 103
Разработка базы данных системы оптимизации процесса разработки пласта 104
Техническая реализация системы оптимизации технологического процесса разработки газоносного пласта 106
4.5. Анализ эффективности разработанной системы оптимизации 108
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 117
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ
ЛИТЕРАТУРЫ 119
ПРИЛОЖЕНИЯ 131
Приложение 1. Тестовые функции для оценки качества разработанного
генетического алгоритма 131
Приложение 2. Полная иерархия диаграмм потоков данных 133
Приложение 3. Структура таблиц базы данных 144
Приложение 4. Экономическое обоснование целесообразности
использования системы оптимизации 150
Приложение 5. Графическая интерпретация данных, содержащихся в
модели газоносного пластай пример работы программы 162
Приложение 6. Глоссарий терминов 165
Введение к работе
Интенсивное развитие газодобывающей промышленности требует повышения эффективности процессов добычи природного газа и конденсата, увеличения компонентоотдачи пластов, совершенствования систем разработки и способов эксплуатации газовых и газоконденсатних месторождений.
Опыт газодобывающей промышленности показывает, что основной проблемой является увеличение полноты извлечения газа и конденсата из продуктивных пластов. Из анализа данных разработки большого количества месторождений [9,32,33,68,81,94] следует, что в ряде случаев коэффициент газоотдачи оказывается недопустимо низким, а пластовые потери конденсата очень велики.
Газовое или газоконденсатное месторождение представляет собой сложную структуру, состоящую из большого числа элементов - скважин, взаимодействующих между собой и с внешней средой на разных уровнях, причем зачастую это взаимодействие носит неопределенный характер, поэтому часто приходится управлять разработкой газоконденсатного месторождения в условиях частичной неопределенности [6].
Характерная особенность процесса разработки газового или газоконденсатного месторождения — ограниченный объем сведений о параметрах и свойствах системы. Это связано как с наличием большого постоянно возрастающего фонда скважин, так и с ограниченностью имеющихся измерительных приборов и систем. В сочетании со сложностью объектов исследования (пластовая система, скважина и т, п.) это приводит к необходимости принимать те или иные технологические решения при недостаточной информации. Для повышения технологических показателей важное значение имеет оптимизация технологического процесса разработки газоносного пласта с учетом результатов оценки эффективности обработок скважины [74], данных о значении поля пластового давления, информации о продуктивной части вскрытого пласта и других факторов. С увеличением фонда газовых скважин
все более существенное значение приобретают вопросы их совместной эксплуатации, поскольку это влияет на разработку месторождения в целом. Принятие такого технологического решения, как изменение режимов работы действующих скважин очень важно, особенно в условиях проявления начального градиента давления [9].
Важное значение имеет выбор технологического режима работы отдельной скважины и залежи в целом. Детерминированный подход к решению таких задач оказывается малоэффективным из-за невозможности учета ряда факторов, недостаточной изученности объектов воздействия и т. п.
Для принятия правильного решения эксперту необходимо провести анализ большого числа факторов, к числу которых относятся;
информация о продуктивной части вскрытого пласта;
информация о значениях поля пластового давления;
данные по проведённым интенсификационным обработкам;
основные данные по техническому состоянию скважины;
информация о существующих межколонных проявлениях;
результаты газогидродинамических исследований скважины на контрольном сепараторе.
Анализ этой информации - процесс достаточно трудоёмкий. Это связано не только с большим объёмом исходных данных, но и с тем, что эти данные являются, как правило, неполными [32]. Следует учитывать, что цена ошибки эксперта при определении параметров эксплуатации скважин очень высока, так как некорреісгно установленный режим эксплуатации скважины приведет к её неэффективному использованию и может способствовать быстрому выходу газовой скважины из строя, что принесёт газо до бывающему предприятию большие убытки [75],
Несмотря на существование различных вариантов реализации систем оптимизации технологического процесса разработки газоносного пласта, разработка газовых и газокондеисатных месторождений ведется недостаточно эффективно. Это связано не только с многомерностью задачи, большим
объёмом исходных данных, но и с тем, что эти данные являются, как правило, неполными. Методы и алгоритмы, используемые в данных системах, не в состоянии учесть все перечисленные факторы. При этом некорректно установленные режимы эксплуатации скважин приводят к неэффективной разработке месторождения, возникновению зон пониженного пластового давления, подтягиванию подошвенной воды и обводнению скважин. Всё это определяет актуальность задачи применения более эффективных подходов к оптимизации технологического процесса разработки газоносного пласта.
Целью настоящей работы является повышение эффективности эксплуатации газоконденсатных месторождений путем совершенствования методов оптимизации технологического процесса разработки газоносного пласта.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
осуществить анализ технологического процесса разработки газоносно-го пласта применительно к целям оптимизации;
проанализировать современное состояние вопросов оптимизации разработки газоконденсатных месторождений;
определить пути и способы совершенствования методов оптимизации технологического процесса разработки газоносного пласта;
разработать систему оптимизации технологического процесса разработки газоносного пласта, позволяющую повысить эффективность эксплуатации газоконденсатного месторождения;
- провести анализ эффективности разработанной системы оптимизации.
Методы исследования: В работе использованы генетические алгоритмы,
методы искусственного интеллекта (нейронные сети), методы математического анализа, математической статистику оптимизации процессов, а также принципы подземной гидравлики и разработки газоконденсатных месторождений.
Достоверность полученных результатов подтверждается экспериментальными исследованиями.
Научная новизна представляемой работы состоит в следующем:
* - решена задача оптимизации процесса разработки газоносного пласта с
применением генетического алгоритма, что позволило повысить эффектив
ность разработки газоконденсатного месторождения;
синтезирован генетический алгоритм, отличающийся более коротким хромосомным набором, позволяющий расширить исследование пространства" поиска;
разработана нейросетевая модель, позволяющая решить задачу про-
* гнозирования времени эффективной работы скважины, неформализуемую
традиционными математическими методами;
- реализована система оптимизации процесса разработки газоносного
пласта, позволяющая повысить эффективность эксплуатации газоконденсат
ного месторождения.
Практическая ценность работы заключена в следующих положениях:
* - разработано математическое и алгоритмическое обеспечение для оп
тимизации технологического процесса разработки газоносного пласта;
- создан программный комплекс «Оптимизация технологического про
цесса разработки газоносного пласта с применением генетических алгорит
мов и нейронных сетей», реализующий разработанные модели и алгоритмы.
Получено свидетельство РОСПАТЕНТ об официальной регистрации про
граммы для ЭВМ №2004610399 от 9 февраля 2004 года [73].
Реализация результатов. Программный комплекс внедрен в опытно-
промышленную эксплуатацию в Газопромысловом управлении ООО «Астра-
1 ханьгазпром» и Астраханском научно-исследовательском и проектном ин-.
ституте газа (подтверждено актами внедрения). Ожидаемый экономический ь
эффект от внедрения составляет 32 407 300 руб. Основные результаты и выводы диссертации внедрены в учебный процесс в Астраханском государственном техническом университете и используются в лекционном курсе, а также при выполнении лабораторных работ по дисциплине ''Интеллектуальные информационные системы" (подтверждено актом внедрения).
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на Всероссийской конференции молодых специалистов научных организаций и производственных предприятий нефтегазового комплекса, посвященной 300-летию горного дела в России (г.Москва, 2000г.), II международной научно-практической конференции «Международные и отечественные технологии освоения природных минеральных ресурсов и глобальной энергии» (г. Астрахань, 2003г.), ежегодной научно-практической конференции молодых учёных (г.Астрахань, 2003г.),
Публикации, По материалам диссертационного исследования опубликовано 8 работ.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованной литературы из 115 наименований и 6 приложений. Содержание работы изложено на 167 страницах, иллюстрировано 68 рисунками и 19 таблицами.
Первая глава посвящена анализу процесса эксплуатации газоконденсатного месторождения. В ней рассматриваются основные положения оптимизации разработки газоносного пласта, технологии выбора оптимальных режимов работы скважин, показывается необходимость такого выбора, обосновывается необходимость повышения эффективности эксплуатации скважин путем оптимизации технологического процесса разработки газоносного пласта. Дано описание технологического процесса, проведен анализ с точки зрения проблем оптимального управления, освещено текущее состояние вопросов автоматизации и моделирования. Показана принадлежность процесса разработки газоносного пласта к группе процессов с неполным математическим описанием. Поставлена проблема исследования.
Во второй главе описывается математическая модель газоносного пласта, включающая модель расчёта дебитов и давлений в системе "пласт-скважина11, модель текущей газоотдачи, модель пластового давления взаимосвязанных эксплуатационных объектов.
Третья глава посвящена вопросам оптимизации технологического процесса разработки газоносного пласта. Выделяются основные факторы, опре-
деляющие оптимальное функционирование скважин, показывается сложность решения задачи традиционными методами, обосновывается применение генетических алгоритмов и нейронных сетей. Разрабатываются генетический алгоритм и нейронная сеть для решения поставленной задачи.
В четвертой главе предложена реализация системы оптимизации технологического процесса разработки газоносного пласта, разработана алгоритмическая, функциональная и информационная структура системы оптимизации.
На защиту выносятся следующие положения:
-модель дискретизации пространства поиска генетического алгоритма, позволяющая уменьшить длину хромосомного набора и расширить пространство поиска решений;
- модель нейронной сети для прогнозирования времени эффективной работы скважины;
-система оптимизации технологического процесса разработки газоносного пласта с применением генетического алгоритма и нейронной сети.
1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РАЗРАБОТКИ ГАЗОНОСНОГО ПЛАСТА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
ИССЛЕДОВАНИЯ
