Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. ІІастояшая диссертационная работа посвящена фундаментальным и прикладным аспектам важной научно-технической проблемы: прогнозированию и моделированию разработки нефтяных месторождений и нахождению наилучших проектных решений н нечеткой информационной среде. Для создания эффективной системы разработки и управления залежью необходима единая концепция прогнозирования, анализ противоречивых целей разработки, широкий набор моделей и алгоритмов решения основных задач прогнозирования РИМ. Работа основана на системном нечетком подходе к изучению и прогнозированию процессов воздействия с применением современных математических методов и новых компьютерных средств обработки и хранения геологических и промысловых данных. Основной характерной чертой геологии и разработки нефтяных месторождений является неопределенность,, нечеткость и неполнота знаний об объекте разработки - месторождении. Экономически оправданная разработка существующих и вновь вводимых ресурсов нефти и газа требует углубленного понимания уникальной геологической природы и характера залежей, а также создания (совершенствования) экономически эффективных систем разработки и технологий извлечения нефти в условиях нечетких и неполных знаний об объекте разработки. Несмотря на очевидные достижения по отдельным аспектам проблемы прогнозирования разработки нефтяных месторождений (РНМ) в условиях нечеткости, размытости и неопределенности информации, в целом ее состояние оставляет желать лучшего. В основном это объясняется тем, что исследования характеризуются значительной фрагментарностью и недостаточной полнотой охвата рассматриваемой проблемы. Поэтому возникает необходимость в принципиально новых приемах создания системы проектирования разработки нефтяных залежей в условиях неопределенности, нечеткости и размытости исходной и текущей геологической и промысловой информации. Системный подход в этом случае является одним из научных направлений повышения эффективности извлечения нефти и газа из коллекторов. Одним из его очевидных достоинств является то, что такие сложные системы, как залежи УВ, рассматриваются как нечто целое и в то же время учитываются и их составляющие.
Работа выполнялась в соответствии с тематическими планами фундаментальных и поисковых работ Института проблем нефти и газа в 1987-94 гг. и связана со следующими общегосударственными научно-техническими программами: научно-технической программой ГКНТ 0.02.01 "Создать прогрессивные технологии и технические средства по добыче нефти, обеспе.чивающие высокую степень извлечения из недр, подготовку и транспорт нефти и попутного газа (интенсификация добычи нефти)", программами РАН по приоритетным направлениям 12.3 "Природные углеводороды, угли и горючие сланцы" (пункт 12.3.4 "Научные основы и прогрессивные технологии вскрытия и извлечения (разработки) горючих ископаемых") и 12.9 "Разработка месторождений и обогащение полезных ископаемых" (пункт 12.9.3 "Разработка месторождений нефти и газа"); целевой комплексной программой "Рациональное комплексное использование минерально-сырьевых ресурсов в народном хозяйстве на 1987-90 г.г. к на период до 2000 г.", программа по повышению нефтеотдачи (постановление СМ N 357 от 28.03.87); государственной научно-технической программой на 1991-94 гг. "Прогрессивные технологии комплексного освоения топливно-энергетических ресурсов недр России (ГНТП "Недра России")".
Таким образом, работа но моделированию и прогнозированию разработки нефтяных месторождений и нахождению наиболее эффективных проектных решений в нечеткой информационной среде является весьма актуальной.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Основной целью является создание научных основ слабоформализованных разделов разработки нефтяных месторождений (выделение эксплуатационных объектов; выбор метода воздействия, систем размещения скважин и рационального варианта разработки) в условиях неопределенности и размытости исходных и текущих геологических и промысловых параметров.
ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ. Настоящая работа направлена на решение следующих основных задач."
создание методов и алгоритмов решения ряда слабоформализованных задач прогнозирования РНМ на основе нечеткого подхода;
анализ исходной проектной ситуации и формирования противоречивых целей, отражающих интересы основных сторон в РНМ при рыночных условиях;
разработка концепции прогнозирования и процедуры генерирования лучших вариантов систем РНМ в нечетких начальных и текущих условиях;
создание процедуры принятия решения при прогнозировании РНМ, как методологической основы систем типа САПР (система автоматизированного проектирования) и ЭС (экспертных систем);
разработка методики анализа процессов РНМ находящихся на поздней стадии разработки на основе системного подхода;
создание процедуры оценки неопределенности в конечных технологических показателях, получаемых с помощью методов подземной гидромеханики.
МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ПОСТАВЛЕННЫХ ЗАДАЧ. Решение поставленных задач основывается на применении современных методов разработки нефтяных месторождений и подземной гидромеханики, математических методов классической и нечеткой логики, теории нечетких множеств и нечетких чисел, теории вероятностей и вычислительной математики.
НАУЧНАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. В диссертационной работе научно обосновывается новый подход к моделированию и прогнозированию РНМ в нечетких условиях.
). Предложено использование нового математического аппарата - теории нечетких множеств и нечеткой логики при нахождении проектных решений на стадии составления технологической схемы и проекта РНМ.
-
Обобщены и получили дальнейшее развитие научные основы проектирования РНМ в условиях, когда имеется нечеткая и неопределенная информация о нефтяном месторождении.
-
Предложены методики и процедуры решения целого ряда основных слабоформализованных задач прогнозирования РНМ (выделения эксплуатационных объектов, выбора метода воздействия, систем размещения скважин и др.) на основе теории нечетких множеств, теории принятия решений, теоретико-множественного моделирования.
-
На базе системного подхода создана методика нечетко-стохастического анализа процессов РНМ, находящихся на поздней стадии разработки.
-
Построен алгоритм решения задачи выбора наилучшего варианта РНМ на множестве расчетных вариантов разработки в пространстве противоречивых целей и ограничений.
-
Создана система автоматизированного проектирования РНМ с применением тепловых методов, построенная на современной математической логике и широком арсенале математических моделей процессов вытеснения, которая позволяет находить рациональный вариант разработки.
7. Предложена процедура оценки неопределенности в конечных технологических показателях разработки методами нечеткой математики.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Созданная в работе методология системного прогнозирования н РИМ в нечетких начальных и текущих условиях направлена на принятие лучших проектных решений в условиях динамичной рыночной экономики и повышение достоверности прогноза поведения залежи на разных стадиях изученности, освоения и разработки. Разработанная методика многокритериального анализа разработки нефтяных месторождений позволяет на ранней стадии диагностировать неудачные и неэффективные проектные решения на основе сопоставления параметров разработки исследуемого объекта с наилучшими показателями разработки его аналогов. Созданы методические основы построения базы данных по промышленным методам воздействия на нефтесодержащие пласты с использованием системы управления базой данных (СУБД) dBase. Эта база данных охватывает свыше 800 проектов разработки залежей нефти с применением МУН (методов увеличения нефтеотдачи) в России и в мире. Осуществлена структуризация гсолого-физических параметров и создана база данных по нефтяным залежам на примере Волгоградской области. Проведен анализ гсолого-физических параметров объектов (горизонтов) ряда месторождений Волгоградской области с целью обоснования возможности применения МУН. Выбраны три MB (метода воздействия) на основные продуктивные горизонты: закачка углеводородных газов, закачка углекислого газа, закачка раствора полимера, из них первый наиболее пригодный метод для залежей УВ Волгоградской области. Проведены обобщение и анализ геолого-фиэических характеристик продуктивных пластов и насыщающих их жидкостей Миннибаевской площади Ромашкинского месторождения на основе экспертных оценок и теории нечетких множеств. Методом экспертных оценок путем сопоставления геолого-физических параметров выявлены аналога зарубежных испытаний полимерного заводнения. На основе теории нечетких множеств определена область перспективного внедрения полимерного заводнения на анализируемых объектах по совокупности характерных геолого-физических параметров, влияющих на эффективность процесса.
Результаты выполненных исследований нашли отражение в научно-исследовательских отчетах, выполненных при участии автора в качестве ответственного исполнителя и научного руководителя в течение 1987-1993 гт. по договорам с ПО "Татнефть", ПО "Саратовнефть", ПО "Ямбурггаздобыча", НГДУ "Южарланкефть", НГДУ "Альметьевнефть". Разработанные на основе указанных исследований при непосредственном участии автора методические рекомендации, программно-вычислительные комплексы, пакеты прикладных программ приняты к внедрению в ПО "Татнефть", ПО "Саратовнефть", ПО "Ямбурггаздобыча", НГДУ "Южарланлефть", НГДУ "Альметьевнефть".
Результаты диссертационной работы использованы в следующих проектных документах: "Технологическая схема разработки Вишнево-Полянского месторождения"; "Технологическая схема разработки Пионерского месторождения"; "Технологическая схема разработки Русского месторождения"; "Технологическая схема разработки Приразломного месторождения", а также ряда других месторождений России.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения исследования докладывались на восьми международных конференциях: "Обучение САПР в инженерных вузах" (Тбилиси, 1987 г.); "Эврика - Е" (НРБ, София, 1988 г.); "Разработка газоконденсатиых месторождений" (Краснодар, 1990 г.); "Разработка месторождений нефти и газа: современное состояние, проблемы и перспектива"
(Звенигород, 1991 г.); "Flow through Porous Media: Fundamental and Reservoir Engineering" (Moscow, 1992 г.); VII Европейский симпозиум no увеличению нефтеотдачи пластов (Москва, 1993 г.), "Столетняя годовщина Университета в Талсе" (Талса, 1994 г.),"Проблемы комплексного освоения трудноизилекаемых запасов нефти и природных битумов" (Казань, 1994), European Petroleum Conference "EUROPEC-94" (London, 1994), а также на многих симпозиумах и семинарах в России и СНГ: "Математическое моделирование процессов разработки нефтяных месторождений" (Киев, 1986 г.); 8 Всесоюзном семинаре: "Численные методы решения задач фильтрации многофазной несжимаемой жидкости", посвященной 65 - летию академика Н.А. Янеііко (Новосибирск, 1986 г.); 108 заседании Всесоюзного семинара по разработке нефтяных месторождений (Москва, 1987 г.); по исскуственному интеллекту ЛИИАН (Ленинград, 1988 г.); "Методология системного анализа проблем разработки нефтяных и газовых месторождений" (Пермь, 1987-1991 гг.); "Термические методы повышения нефтеотдачи пластов" (Краснодар, 1988 г.); "Наука- 88" (ВДНХ, Москва, 1988 г.); Всесоюзном совещании "Современные методы увеличения нефтеотдачи пластов" (Бугульма, 1989 г.); "Системное прогнозирование и математическое моделирование разработки нефтяных месторождений" (Москва, 1988-1992 гг.); "Проблемы разработки месторождений углеводородов" (Москва, 1992-1993 гг.). Основные положения диссертации докладывались на семинарах секции разработки месторождений углеводородов; в лаборатории проблем разработки месторождений углеводородов ИПНГ РАН и Госкомвуза РФ, 1987 - 1994 гг.; на научно-технических совещаниях и коллегиях Миннефтепрома СССР, РМНТК "Нефтеотдача", ПО "Татнефть", ПО "Ямбургтаздобыча", ПО "Саратовнефтегаз", ГАНГ им. И.М.Губкина при обсуждении соответствующих проектных документов и отчетов по результатам проведенных НИР в 1987-1994 гг.
В полном объеме диссертационная работа доложена на общеинститутском научном семинаре ИПНГ РАН и Госкомвуза РФ и научных семинарах кафедры разработки а эксплуатации нефтяных месторождений ГАНГ им. И.М. Губкина (1994 -95 гг.).
ПУБЛИКАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ И ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА. Основное содержание диссертации отражено в 37 печатных работах. Материалы диссертации вошли в монографию, учебные пособия. В рассматриваемых исследованиях автору принадлежит постановка задач, их решение, анализ и обобщение полученных результатов, рекомендации.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы из 414 наименований. Работа изложена на 300 страницах, в том числе содержит 72 таблицы, 168 рисунка.