Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ методов оперативного контроля и регулирования разработки и эксплуатации
нефтяных месторождений
1.1. Анализ существующих методов контроля, и установления технологических режимов работы скважин, нефтепромысловых объектов .
1.2. Разработка общей модели "продуктивный пласт - скважины - промысловые объекты"
2. Исследование и разработка функционально-алгоритмической структуры общей модели оперативного контроля и регулирования .
2.1. Исследование и анализ потоков нефтепромысловых данных в системе "продуктивный пласт - скважины - промысловые объекты"
2.2. Принципы построения и методы практической реализации функционально-алгоритмической структуры .-
2.3. Выбор комплексов задач и установление связи между ними
3. Разработка методов оперативного контроля и установления технологических режимов работы скважин, нефтепромысловых объектов .
3.1. Разработка и реализация комплекса задач контроля и анализа эксплуатации нефтепромысловых объектов
3.2, Исследование и разработка метода оперативного контроля нефтяных скважин 6н
3.3, Разработка метода оперативного установления технологических режимов эксплуатационных нефтяных скважин 7 7
3.3.1. Прогнозирование отбора жидкости из нефтяных скважин с применением метода экспоненциального сглаживания 83
3.3.2, Прогнозирование отбора жидкости из нефтяных . скважин с применением метода главных компонент S9
3.4, Разработка метода оперативного установления оптимальных режимов работы газлифтных скважин І02
4. Разработка комплексного метода оперативного контроля и регулирования эксплуатации нефтяных месторождений
4.1. Информационное обеспечение и технология реализации математических моделей
4.2, Комплексный метод оперативного контроля и регулирования эксплуатации нефтяных
месторождений {22
Заключение /д4
Литература.. /4/
Приложение I. Перечень подразделений НГДУ . (55
Приложение 2, Перечень оперативных документов, циркулирующих между подразделениями НГДУ . /SS
Приложение 3. Перечень комплексов задач основного производства нефтедобычи
- Анализ существующих методов контроля, и установления технологических режимов работы скважин, нефтепромысловых объектов
- Исследование и анализ потоков нефтепромысловых данных в системе "продуктивный пласт - скважины - промысловые объекты"
- Разработка и реализация комплекса задач контроля и анализа эксплуатации нефтепромысловых объектов
- Информационное обеспечение и технология реализации математических моделей
Введение к работе
В "Основных направлениях экономического и социального развития GGGP на I98I-I985 годы и на период до 1990 года", утвержденных ХХУІ съездом IffiCG, предусматривается максимально возможная интенсификация разработки нефтяных месторождений, дальнейшее совершенствование процессов добычи нефти, внедрение новых методов, повышения эффективности нефтяного производства, В решении этих задач большая роль отводится оперативному контролю и регулированию нефтепромысловых объектов и технологических процессов нефтедобычи. Дело в том, что перспективные и текущие планы развития нефтяной промышленности, а также все технологические схемы и проекты разработки нефтяных месторождений, в конечном счете, реализуются методами оперативного контроля и регулирования. Именно в рамках оперативного контроля и регулирования нефтепромысловых объектов, технологических процессов нефтедобычи вырабатываются и доводятся до непосредственных исполнителей основные принципы разработки месторождений, в ,виде оперативных планов производства. Поэтому совершенствование э.тих методов приобретает весьма актуальное значение.
Исследования в этой области за последние годы получили широкое развитие в работах Мирзаджанзаде А.Х,, Абдуллаева А.А,, Вахитова Г,Г,, Сургучева М,Л,, Швидлера М.И., Саттарова М.М., Баишева Б.Т,, Лысенко В,Д,, Семенова В,С, Абызбаева И.И,, Максимова М.М., Вороновского В,Р., Булгакова Р.Т., Тимашева Э,М,, Галлямова М.Н,, Мищенко И,Т,, Коробова А,П,, Маринина Н,С,, Рыбчевского И.^.,
Фрида Д.Н. и многих других отечественных и зарубежных исследователей. В этих работах предусматривается широкое использование экономико-математических моделей с применением современной вычислительной техники. Однако известные в настоящее время математические модели в основном разработаны для решения задач, относящихся к отдельному объекту или технологическому процессу без достаточного учета взаимодействия между ними. Поскольку процессы нефтедобычи тесно связаны между собой, то эти связи должны учитываться при разработке расчетных моделей. Учет связей между рассматриваемыми процессами имеет важное значение при согласовании общей цели управления единым комплексом процессов нефтедобычи с критериями регулирования отдельных технологических процессов, нефтепромысловых объектов. Все это показывает необходимость комплексного рассмотрения задач управления работой продуктивного пласта и нефтепромысловых объектов по взаимоувязанной модели, применения системного подхода к разработке математических моделей комплекса задач оперативного контроля и регулирования. Только такой подход позволяет взаимосогласявывать установление режимов работы отдельных узлов сложной системы. Системный подход предусматривает как разработку единого алгоритмического обеспечения, так и единого информационного и технического обеспечения математических моделей. Поскольку, как показали аналитические исследования, решение вопросов информационной увязки комплексов задач оперативного контроля и регулирования такой системы, как "продуктивный пласт - скважины - промысловые объекты", отсутствует, то для практической реализации математических моделей в работе уделялось особое внимание разработке их информационного и технического обеспечения.
Основной целью данной работы является комплексное рассмотрение задач управления работой пласта и нефтепромысловых объектов по взаимоувязанной модели и разработка методов оперативного контроля и регулирования эксплуатации нефтяных месторождений, учитывающих наличие функциональной взаимосвязи работы нефтепромысловых объектов, технологических процессов нефтедобычи, принципов информационного и технического обеспечения их, способствующих в комплексе совершенствованию эксплуатации нефтяных месторождений.
Основными задачами исследования в работе являются следующие:
Анализ существующих методов оперативного контроля и установления технологических режимов работы скважин, нефтепромысловых объектов и исследование наличие в них функциональной взаимосвязи.
Исследование и анализ потоков нефтепромысловых данных с целью информационной увязки комплексов задач.
Разработка общей модели оперативного контроля и регулирования "продуктивный пласт - скважины.--промысловые объекты", . учитывающая наличие функциональной взаимосвязи работы нефтепромысловых объектов, технологических процессов нефтедобычи.
Разработка принципов построения и.методов практической реализации функционально-алгоритмической структуры общей модели оперативного контроля и регулирования.
Разработка и внедрение математических моделей оперативного контроля и анализа работы скважин, нефтепромысловых.объектов как практическая реализация задач функционально-алгоритмической структуры.
Исследование и разработка методов оперативного установления режимов работы нефтяных скважин.
Разработка вопросов информационного и технического обеспечения для практического внедрения математических моделей контроля и установления режимов работы скважин, нефтепромысловых объектов.
8. Разработка комплексного метода оперативного контроля и регулирования эксплуатации нефтяных месторождений.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений.
В первой главе приводится анализ существующих методов оперативного контроля и установления технологических режимов работы скважин, нефтепромысловых объектов и исследование наличия в них функциональной взаимосвязи. Показывается, что они разработаны, в основном, на основе математических моделей, комплексов задач для контроля и регулирования отдельных нефтепромысловых объектов, технологических процессов нефтедобычи без достаточного учета взаимодействия между ними. Показывается необходимость комплексного рассмотрения задач управления работой пласта и нефтепромысловых объектов по взаимоувязанной модели.
Комплекс взаимосвязанных технологических процессов нефтедобычи в совокупности с объектами обустройства нефтяных месторождений представлен в виде системы "продуктивный пласт - скважины --промысловые объекты". Приведена интерпретация построения математической модели оперативного контроля и регулирования этой системы в операторной форме. Разработаны структура и алгоритм функционирования общей модели оперативного контроля и регулирования "продуктивный пласт - скважины - промысловые объекты", учитывающая наличие функциональной взаимосвязи работы нефтепромысловых объектов технологических процессов нефтедобычи.
Во второй главе приводится исследование и анализ потоков, нефтепромысловых данных с целью информационной увязки комплексов задач. Разработаны матричные информационные модели основных подразделений нефтегазодобывающего управления (НГДУ), участвующих непосредственно в оперативном контроле и регулировании.
Исследованы и выявлены основные функции и задачи оперативного контроля и регулирования нефтепромысловых объектов, технологических процессов нефтедобычи и установлены взаимосвязи между ними. Это позволило разработать функционально-алгоритмическую структуру общей модели оперативного контроля и регулирования.
Выбраны и обоснованы комплексы задач для практической реализации задач функционально-алгоритмической структуры. Установлена взаимосвязь математических моделей комплексов задач оперативного контроля и анализа работы нефтепромысловых объектов, оперативного установления технологических режимов нефтяных скважин, выбора и назначения геолого-технических мероприятий.
В третьей главе приводится разработка и реализация комплекса задач контроля и анализа эксплуатации нефтепромысловых объектов как реализация комплексов задач функционально-алгоритмической структуры. На примере математической модели "Добыча" показывается взаимосвязь задач учета, отчетности и анализа работы нефтепромысловых объектов. -
Разработан метод оперативного контроля нефтяных скважин, совмещенного с измерением количества жидкости, позволяющий минимизировать общую потерю нефти скважин, подключенных к групповой установке.
В составе адаптивного метода оперативного установления технологических режимов нефтяных скважин разработаны: модель прогнозирования отбора жидкости, учитывающая характерные особенности первой разности временных рядов данных измерений продукции скважин; модели прогнозирования отбора жидкости для групп скважин, учитывающие влияние существенных факторов на добычу нефти.
Рассматривается разработка упрощенного метода решения модели оперативного установления оптимальных режимов работы газлифтных скважин.
В четвертой главе приводится разработка комплексного метода оперативного контроля и регулирования эксплуатации нефтяных месторождений с решением вопросов информационного и технического обеспечения.
Для практической реализации общей модели показана необходимость разработки единого информационного и технического обеспечения математических моделей, комплексов задач с целью организации совместного решения их на базе общих массивов информации с учетом приоритета отдельных задач.
Разработаны классификатор нефтепромысловой информации, предназначенный для информационного обеспечения математических моделей, комплексов задач, и устройство приема, кодирования и передачи информации для сбора и передачи нефтепромысловой информации.
Разработан комплексный метод оперативного контроля и регулирования эксплуатации нефтяных.месторождений, увязывающий в единую систему работу продуктивного пласта со всеми технологическими процессами, осуществляемыми на месторождении. /о
link1 Анализ существующих методов контроля, и установления технологических режимов работы скважин, нефтепромысловых объектов link1 .
Технологический комплекс нефтедобычи и подготовки нефти является сложной системой, состоящей из нефтяных скважин, автоматизированных групповых установок, концевых совмещенных сепараци-онных установок, установок первичной подготовки нефти,.систем газосбора с объектами подготовки газа и объектов поддержания пластового давления (нагнетательных скважин, кустовых насосных станций) /I/.. .
За последние годы проведен большой объем исследований по оперативному контролю и регулированию технологического режима работы этих объектов73, ...» 35, 42, ..., 83, 90, 94, ..., 96, 105, ..., III, 116, ..., 117/.
Методы контроля и регулирования разработки нефтяного пласта, в основном, развивались в направлении оптимизации режимов работы скважин и выбора оптимального количества и вида мероприятий по обработке призабойных зон нефтяных и нагнетательных скважин. Для оптимизации режимов работы скважин разработаны методы, использующие линейные и интегральные статистические модели и их модификации /6/.
При неизменной системе разработки залежи на планируемый период времени находят применение статистические модели фильтрации /б/. В работе /10/ рассматривается задача максимизации добычи нефти путем отключения некоторой части скважин и заданий дебитов, соответствующих минимально допустимым забойным давлениям на остальных скважинах.
Работы посвящены развитию вышеприведенного метода оптимизации на основе расширения круга регулирующих воздействий. Разработан метод оптимизации, где предложена,постановка задачи с кусочно линейными функциями Р{Q , в). , соответствующими различным способам эксплуатации /15/ с учетом зависимости ограничений не только от характеристик оборудования, но и от обводненности продукции скважин. Здесь введение нелинейности значительно усложняет задачу. Математические модели оптимизации режимов работы скважин с применением метода линейного программирования в рассматриваемой постановке имеют довольно широкое распространение. Однако разработанные математические модели являются дискретными и имеют большую размерность, что затрудняет их практическую реализуемость в оперативном управлении /б/.
В работе /Іб/ приводится метод контроля и регулирования разработки нефтяного пласта, в основу которого заложена интегральная статистическая модель плоской одножидкостной фильтрации,
В работах /17, 18, 19/ рассматривается линейная статистическая модель эмпирического типа для объекта разработки в целом. Модель имеет вид: где и і - месячная добыча нефти ( с-/ ) или воды ( t 2 ) с объекта; X/, Хг - соответственно, месячные объемы добычи жидкости и закачки воды; Хз - число нагнетательных скважин;
Xn,XSfXefX7 - число эксплуатационных скважин с содержанием воды, соответственно, до 2 %, от 2 до 10 %% от 10 до 20 %, свыше 20 %. Коэффициенты Gf/і...СУге оцениваются по схеме текущей регрессии с интервалом памяти от одного до трех лет /18/. Определяются прогнозные коэффициенты регрессии /17/. Для выбранного интервала регулирования с использованием прогнозных коэффициентов ставится задача линейного программирования /19/. В результате решения задачи в такой постановке могут быть сделаны выводы качественного характера о целесообразных управляющих воздействиях на выбранном интервале. В этом заключается их основное значение.
Нефтяной пласт, фильтруемая жидкость, система разработки нефтяных месторождений, нефтяные и нагнетательные скважины характеризуются множеством параметров..Следовательно, граничные условия фильтрации зависят от совокупности множеств этих параметров, большинство из которых сами оцениваются при помощи различных законов распределения случайных величин в виде дифференциальных или интегральных кривых распределения. С учетом отмеченного, в диссертационной работе разработаны методы оперативного установления (прогнозирования) технологических режимов работы эксплуатационных скважин, учитывающие влияние основных факторов и их совокупности на отбор жидкости из скважин.
Одним из методов регулирования разработки нефтяного пласта является проведение мероприятий по обработке призабойных зон нефтяных и нагнетательных скважин, изменяющих коллекторские свойства пласта. При назначении разнообразных геолого-технических мероприятий по обработке при забойной зоны скважин или подземного, капитального ремонтов скважин возникают значительные трудности. Успешное проведение этих работ зависит от большого числа факторов. Известно /20/, что до 30 % проводимых геолого-технических мероприятий оказываются неэффективными. В связи с этим возникла проблема разработки методов назначения эффективных мероприятий по обработке призабойных зон нефтяных и нагнетательных скважин, позволяющих за счет обобщения большого статистического материала использовать богатый производственный опыт, информацию по существенным геолого-техническим параметрам скважины.
Исследование и анализ потоков нефтепромысловых данных в системе "продуктивный пласт - скважины - промысловые объекты"
Для разработки функционально-алгоритмической структуры общей модели необходимо взаимоувязанные модели разложить на частные комплексы задач или отдельные задачи.
Причем для практической реализации математических моделей задачи должны.быть взаимоувязаны как функционально, так и по информации, и по времени решения. Поскольку, как показали аналитические исследования,решение вопросов информационной увязки комплексов задач такой общей модели "продуктивный пласт - скважины -промысловые объекты" отсутствует, то в работе проводились исследования и анализ потоков нефтепромысловых данных с целью информационной увязки комплексов задач.
Исследование информационных потоков проводилось в рамках следующих задач:
анализ организации оперативного контроля и регулирования нефтепромысловых объектов, технологических процессов нефтедобычи;
выяснение основных функций и задач оперативного контроля и . регулирования нефтепромысловых объектов, технологических процессов нефтедобычи и установления взаимосвязи между ними; анализ потоков нефтепромысловых данных с целью информационной увязки комплексов задач. Проблема создания методов описания и анализа потоков информации в настоящее время рассматривается многими исследователями .
Соответственно целям и задачам исследования различаются макро-уровень и микроуровень описания и анализа потоков информации /87/. Изучение потоков информации на макроуровне позволяет определить общую схему функционирования объектов и является первым шагом в анализе обследуемого объекта /91/. Для решения конструктивных задач необходимо перейти с макроуровня на микроуровень.Изучение потоков информации на микроуровне позволяет выявить элементы информационного отображения объекта, отношения между ними, структуру и динамику потоков информации, связь между элементами этого отображения и процессами отображаемого объекта. ..
В настоящее время для решения перечисленных задач применяются различные методы. Для изучения потоков информации сравнительно небольшой размерности известны /92/ графические методы с развитой системой специальных пояснений. Однако, как только размерность становится большой, приходится прибегать к формализованным методам.
Для исследования информационных потоков оперативного контроля и регулирования нефтепромысловых объектов, технологических процессов нефтедобычи воспользуемся формализованным методом /87/.
Назначение метода - описание потоков информации большой размерности на микро- и макроуровне. Основные элементы потока - документы, показатели документов и подразделения обследуемого объекта.
Поскольку оперативный контроль и.регулирование нефтепромысловых объектов, технологических процессов нефтедобычи выполняет в том или ином сочетании тот же состав функций, что и все управление нефтегазодобывающим управлением (НГДТ), в основу исследования информационных потоков положены: существующая структурная схема организации и управления НГДУ, временные положения о цехах и отделах НГДУ, а также объем документов, циркулирующих между цехами и отделами НГДУ. На рис. 2.1 представлена структурная схема информационных связей подразделений НГДУ, участвующих в оперативном контроле и регулировании нефтепромысловых объектов, технологических процессов нефтедобычи. Расшифровка сокращенных обозначений рис 2.1 приведена в приложении I.
В процессе исследования рассматривались документы, циркулирующие между подразделениями НГДУ, весь объем показателей, фигурирующих во всех документах НГДУ; рассматривались отношения между документами и подразделениями, между документами и показателями, между показателями, а также между показателями и подразделениями.
В результате исследований были определены информационные потоки оперативного контроля и регулирования нефтепромысловых объектов, технологических процессов нефтедобычи, разработаны матричные информационные модели.
При этом в качестве практического критерия для отнесения функций контроля и регулирования к разряду оперативного принят следующий: к оперативной деятельности относится деятельность внутри элементарного планового периода - месячного, направленная на обеспечение выполнения плана на конец этого периода и осуществляемая в рамках определенных ограничений, накладываемых общими целями оперативного контроля и регулирования нефтедобычи.
В дальнейшем при углублении исследований и при конкретных ре-сомендациях по классификации и организации информационных массивов забота была сконцентрирована на задачах геолого-технологического характера и на задачах производственного обслуживания объектов.
Разработка и реализация комплекса задач контроля и анализа эксплуатации нефтепромысловых объектов
Разработка и реализация комплекса задач контроля и анализа эксплуатации нефтепромысловых объектов (комплекса задач "Добыча") основывается на принципах совместимости решаемых задач как технологической, так и информационной. При разработке комплекса задач "Добыча" применен принцип интегрированной обработки данных с одновременным решением комплекса задач на базе единого массива информации. Такой принцип обработки информации позволяет формировать на ЗВМ необходимые геолого-технологические и статистические документы с одновременным формированием массива данных для решения задач анализа, прогнозирования работы нефтепромысловых объектов, установления технологических режимов работы скважин и планирования организационно-технологических и геолого-технических мероприятий.
Для решения комплекса задач контроля и анализа эксплуатации нефтепромысловых объектов производится формирование части подмас-сива: "Добыча" банка данных "Массив информации" /93/. При формировании массива информации этого комплекса задач используются показатели следующих подразделений: планового и геологического отделов НГДУ, цеха подготовки и перекачки нефти (ЦППН), цехов по добыче нефти и газа (ЦДНГ) и цеха поддержания пластового давления (ЦППД). Процесс формирования массива информации и решения комплекса задач "Добыча", блок-схема реализации которого показана на рис, 3.1, осуществляется следующим образом /3, 5/.
Перед первым решением задач создается массив условно-постоянных данных по нефтяным и нагнетательным скважинам. Для этого в каждом НГДУ объединения условно-постоянные данные, согласно перечням показателей, определенных с учетом взаимоувязки комплексов задач учета, отчетности и анализа работы нефтепромысловых объектов, собираются в ЦДНГа, цехах ПОД, плановом, производственном и геологическом отделах НГДУ и записываются в специальный журнал. Заполненные журналы передаются в информационные пункты (ИП) НГДУ, откуда по установленному регламенту передачи информации передаются из каждого НГДУ (ИП) в КИВЦ, где принятая информация контролируется программным способом и записывается на магнитный носитель.
Показатели планового отдела и данные цеха подготовки нефти, содержащие показатели движения нефти,хранятся на магнитном носителе и ежемесячно корректируются. Показатели цехов ЦДНГа и ПОД аналогичны и формируются каждый из условно-постоянных массивов, которые корректируются по мере изменения параметров и переменных массивов, содержащих информацию об измеренных количествах жидкости, закачиваемой воды в пласт, обводненности добываемой жидкости, времени работы и простое нефтяных и нагнетательных скважин.
При формировании массива информации по нефтяным и нагнетательным скважинам принят принцип накопления измеряемых (переменных данных и формирования массива информации за любой период:сутки, зеделя, декада, месяц) по мере поступления переменной информации з ЦДНГа и цехов ППД.
Информационное обеспечение и технология реализации математических моделей
Для практической реализации общей модели оперативного контроля и регулирования "продуктивный пласт - скважины - промысловые объекты" необходимо разрабатывать единое информационное и техническое обеспечение математических моделей, комплексов задач с целью организации совместного решения их на базе общих массивов информации с учетом приоритета отдельных задач.
Основой разработки информационного обеспечения математических моделей комплекса задач оперативного контроля и регулирования разработки и эксплуатации нефтяных месторождений является ранее определенный круг задач и необходимая для их решения информация, а также ее объемы, формы, порядок и сроки поступления. Информационное обеспечение определяется как совокупность методов и средств организации информации в оперативном контроле и регулировании на базе современных технических средств и научных методов управления /89, 90/.
Одним из основных моментов при разработке информационного обеспечения является выбор принципа обработки информации, позволяющего осуществлять глубокий и всесторонний анализ множества переменных постоянных и случайных факторов, влияющих на заданное состояние производства. С учетом этих требований в данной работе принят принцип интегрированной обработки информации. Интеграция процесса обработки помогает значительно сократить документооборот, повысить достоверность данных. Характерной чертой интегрированной обработки является использование одних и тех же исходных показателей для решения широкого круга задач.
При разработке информационного обеспечения комплексов задач оперативного контроля и регулирования разработки и эксплуатации нефтяных месторождений на основу взято формирование информационных массивов из первичных показателей производства с последующей автоматизацией,формирование требуемых документов с определением производных показателей на ЭВМ.
Общая технологическая схема сбора, передачи и обработки информации приведена на рис. 4.1. Данная технология формирования массива и его обработка ведутся по маршруту: цех (ЦДНГ, ЦППД, ЦШН) - ИП-КИВЦ-Ш-НГДУ.
Обработка информации состоит из двух этапов: первичной (начальной) и последующей (окончательной). Первичная обработка информации производится на стадии формирования массивов входной инфор-іации, где происходит сокращение и упорядочение объемов первичных іанньїх, контроль и запись их на технические носители, удобные для передачи и хранения в пунктах обработки.
Обработка данных (решение комплекса задач) производится на азе библиотеки стандартных и сервисных программ. Технология разработки и внедрения комплексов задач оперативного контроля и регулирования позволяет поэтапно разрабатывать и внедрять комплексы задач и программ, реализующие поэтапно контроль, учет, отчетность, перативное планирование и регулирование. Обработка информации ключает в себя такой важный этап, как выявление и исправление шибок, допущенных при подготовке и обработке информации.
