Повышение эффективности разработки многопластовых месторождений путем совершенствования системы управления добычей углеводородов

Кузнецов, Андрей Алексеевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Повышение эффективности разработки многопластовых месторождений путем совершенствования системы управления добычей углеводородов
ВАК РФ 25.00.17, Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации по теме "Повышение эффективности разработки многопластовых месторождений путем совершенствования системы управления добычей углеводородов"

На правах рукописи

Кузнецов Андрей Алексеевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРАБОТКИ МНОГОПЛАСТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПУТЕМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДОБЫЧЕЙ УГЛЕВОДОРОДОВ

Специальность 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 4 НОЯ 2011

Москва -

2011

005003637

Диссертационная работа выполнена в Лаборатории нелинейных волновых процессов нефтегазового комплекса НЦ НВМТ РАН и Лаборатории нефтепромысловой аппаратуры ООО Научно-исследовательского института технических систем «Пилот»

Научный руководитель: - доктор технических наук

Украинский Леонид Ефимович

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Федоров Вячеслав Николаевич - кандидат технических наук Садриев Айдар Рафаилович

Ведущая организация: - ООО «Волго-Уральский научно-исследователь-

ский и проектный институт нефти и газа» (ООО «ВолгоУралНИПИгаз»)

Защита диссертации состоится 14 декабря 2011 года в 1100 часов на заседании диссертационного совета ДМ 002.263.01 при НЦ НВМТ РАН по адресу: 119334, г. Москва, ул. Бардина, д. 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НЦ НВМТ РАН по адресу: 119334, г. Москва, ул. Бардина, д. 4.

Автореферат разослан 12 ноября 2011 года

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук

А.П. Аверьянов

Актуальность проблемы

Одной из важнейших задач разработки многопластовых месторождений является оптимальное объединение нескольких продуктивных горизонтов в один эксплуатационный объект. Основная проблема при этом заключается в получении достоверной информации о параметрах работы каждого пласта в разрезе скважины для построения постоянно действующих геолого-технологических моделей (ПДГТМ). Для решения данной проблемы в отечественных и зарубежных компаниях интенсивно ведутся НИОКР с целью создания надежного постоянно действующего инструментария получения и передачи сведений от скважинных зондов на поверхность.

Четкое представление о состоянии многопластового месторождения: степени выработки, зонах остаточных запасов, термодинамических параметрах и других показателях пластов, позволяет проводить своевременные адекватные геолого-технологических мероприятия (ГТМ) для достижения максимального КИН, а также использовать информацию при моделировании разработки месторождений углеводородов.

По оценкам экспертов, планирование ГТМ и оптимизация режимов работы скважин, основанная на непрерывной регистрации и обработке технологической информации, снимаемой с кустов скважин в режиме реального времени, позволяет увеличить производительность скважин на 15-20 %, а коэффициент извлечения нефти (КИН) на 5-10 %. Кроме того, в условиях современного уровня автоматизации нефтедобывающих предприятий использование таких технологий становится объективной реальностью, и именно на них и следует ориентироваться.

Таким образом, совершенствование методов получения информации, контроля и регулирования процессов добычи углеводородов, направленных на развитие инновационных технологий «интеллектуального месторождения» является актуальной и востребованной проблемой.

Цель работы

Повышение эффективности разработки многопластовых нефтегазовых месторождений путем совершенствования системы получения информации о состоянии пласта и управления добычей углеводородов в режиме реального времени.

Основные задачи исследований

1. Обзор способов получения информации о работе пластовых систем и анализ методов управления скважинным оборудованием.

2. Обоснование структуры и принципиальной схемы комплексной управляющей системы (КУС), обеспечивающей надежность передачи скважинных параметров на поверхность.

3. Определение конструктивных элементов и проведение стендовых испытаний КУС.

4. Разработка алгоритма и процедуры параметрической оценки состояния многопластового месторождения для принятия технических и технологических решений в режиме реального времени.

Научная новизна

1. Сформулированы и научно обоснованы требования к структуре комплексной системы управления многопластовым месторождением углеводородов в режиме реального времени.

2. Разработана конструкция КУС, обеспечивающая управляющее воздействие и передачу информации о работе двух и более пластов, увеличение дальности и функциональности бескабельного канала связи.

3. Научно обоснована методика повышения эффективности процессов разработки месторождений с использованием КУС.

Практическая ценность работы

1. Применение КУС обеспечивает передачу в режиме реального времени комплекса параметров, необходимых для мониторинга продуктивных пластов в разрезе добывающей скважины, построения и использования ПДГТМ.

2. Предложенный алгоритм решения задачи позволяет оценивать информацию о работе продуктивных пластов добывающей скважины и принимать оптимальные технологические решения для эффективного управления разработкой нефтегазовых месторождений.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Структурно-функциональная схема и конструкция КУС добывающей многопластовой скважины.

2. Методика оценки параметров и управления элементами разработки в режиме реального времени для обеспечения принятия эффективных технологических решений при проектировании ГТМ.

Апробация работы

Содержание диссертации докладывалось:

- на IV Научно-технической конференции китайско-российского сотрудничества «Наука-Образование-Инновации» (г. Хайнань, 11-16 апреля 2011 г.);

- на IV Научно-практической конференции «Современные технологии капитального ремонта скважин и повышения нефтеотдачи пластов» (ООО «НИТ-ПО», г. Геленджик, май 2011 г.);

- на XI Научно-практической конференции «Геология и разработка» месторождений с трудноизвлекаемыми запасами» (г. Геленджик, сентябрь 2011 г.);

- на молодежном научном симпозиуме «Современные научные исследования на Дальнем Востоке» (г. Южно-Сахалинск, октябрь 2011 г.)

- на научно-технических советах НЦИВТМ РАН и ООО НИИ ТС «Пилот» (2011 г.)

Публикации

Основное содержание диссертации отражено в 8 печатных работах, в том числе в 3 изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников из 77 наименований.

Работа изложена на 115 страницах машинописного текста, содержит 9 таблиц, 33 рисунка и 3 приложения

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В первой главе рассматриваются результаты исследований, связанных с созданием и эксплуатацией интеллектуальных систем контроля параметров разработки и термодинамических исследований скважин в режиме реального времени.

Необходимость развития информационно-измерительных и управляющих систем при добыче углеводородов диктуется постоянно усложняющимися условиями разработки месторождений, стремлением снизить себестоимость продукции и вероятность технологических рисков.

Значительный вклад в развитие теории, практики и определенных особенностей интеллектуальных скважин внесли: Р.И. Алибеков, К.С. Басниев, В.И. Грайдер, Карпов В.Б., Павленко Г.А., Морозовская C.B., A.A. Ерофеев, В.В. Кульчицкий, М.Р. Мавлютов, В.М. Осадчий, М.М. Хасанов, Жильцов В.В., Дуда-рев A.B., Демидов В.П., Растригин J1.A., Соловьев И.Г., А. Anderson, G.Mozitis, A.M. Qahtani, H. Dialdin, K.M. Muradov, D.R. Davies, C. A. Glandt и др

Современные технологии строительства скважин позволяют осуществлять одновременно-раздельную эксплуатацию (ОРЭ) нескольких горизонтов в одной скважине посредством одного подъёмника. Однако, для согласования в государственных органах такой системы разработки необходима достоверная информация о работе каждого объекта, поскольку государственные требования к контролю над выработкой запасов по объектам разработки становятся более жесткими.

Анализ литературы и патентных исследований позволил установить, что наиболее перспективными разработками для контроля и управления добычей углеводородов из многопластовых месторождений, продуктивные объекты которых разрабатываются одновременно-раздельным способом в разрезе скважины посредством одной насосной установки, являются интеллектуальные скважины. В настоящее время общим недостатком существующих интеллектуальных скважин является низкая оперативность, отсутствие возможностей для оптимизации управляющих воздействий из-за дискретности информационной обратной связи и существенного запаздывания в случае использования автономных приборов. Кроме того, отсутствие предпосылок для применения скважинных средств управления существенно ограничивает эффективность технологии добычи углеводородного сырья, особенно при разработке многопластовых месторождений.

Наиболее перспективными разработками в области интеллектуальных скважин являются системы, где используют кабельный канал связи и управляют расходом, осуществляя измерение давления и температуры в режиме реального времени, используя бесступенчатые регулируемые штуцеры. Подобные системы сложны в исполнении и имеют высокую стоимость. Поэтому используются для одиночных высокодебитных скважин, разрабатывающих многопластовые залежи.

По данному направлению следует отметить несколько российских разработок. Работы ОАО «РИТЭК», направленные на создание инструмента постоянного мониторинга количественных и качественных параметров работы каждого объекта в скважине. Однако предложенные оптоволоконные измерители давления пока уступают кварцевым. В связи с этим на первой стадии исследователями планируется дублировать оптоволоконные датчики традиционными пьезокера-мическими, используя для их питания слаботочную часть кабеля.

Перспективной является система управления добычей углеводородного сырья (КИСТИС), разработанная в НИИ ТС «Пилот». Результаты промысловых испытаний КИСТИС, проведенных на Приобском месторождении ООО «РН -Юганскнефтегаз» в эксплуатационной колонне диаметром 146 мм, получили по-

ложительную оценку. Недостатком испытываемой системы является эксплуатационный аспект, заключающийся в том, что при наличии кабельного канала связи между первым и вторым уровнями скважинной части системы имеются ограничения, связанные со спуско-подъемными операциями. Следует также отметить, что создание беспроводного канала с высоким уровнем достоверности требует дополнительных исследований и новых технических решений.

Следовательно, актуальной задачей является повышение эксплуатационных качеств инструментов контроля и управления добычей за счет формирования гибкой механической связи и энергомеханического канала с автономными измерительными и исполнительными техническими средствами, расположенными ниже насоса в скважинной зоне. Одним из вариантов решения задачи является создание комплексной управляющей системы для добычи углеводородов из многопластовых месторождений.

Проведенный анализ позволил установить следующие требования к управляющей системе, обеспечивающей эффективность разработки месторождений:

- возможность внутрискважинного мониторинга с функцией беспроводной передачи информации о работе двух и более пластов на поверхность в режиме реального времени;

- наличие системы управления скважинным оборудованием;

- достаточная детальность и функциональность бескабельного канала связи;

- обеспеченность методическим инструментом оперативного реагирования на результаты разработки месторождения и проектирования эффективного ГТМ.

В соответствии с данными требованиями сформулированы основные задачи исследований, проводимые в работе.

Во второй главе определяется наиболее корректные признаки интеллектуальных систем (ИС) и структура получения комплексной информации. Анализ литературы и исследовательских работ позволил выявить наиболее корректные признаки ИС, представленные в таблице 1.

Таблица 1 - Классификация признаков интеллектуальных систем

Обозначение Б А I

Классифик. уровень Измерения Управляющее воздействие Интерпретация и обработка данных

1 Давления, температуры Вспомогательные системы Кратковременная информационная обратная связь

2 Давления, температуры потока Локальное включение / выключение потока Информационная обратная связь используется для системной оптимизации

3 Давления, температуры потока и его компонентов Локальное многопозиционное регулирование потока Информационная обратная связь используется для коррекции (формирования) модели пласта

4 Параметров пласта Ответвление потока регулирующими приборами

5 Разделение фракций флюида

Как видно из классификации, ИС может быть принципиально представлена в сочетании любых комбинаций свойств {S(1...4) А(1...5) Ц1...3)}, однако практически набор сочетаний ограничен необходимостью учета большого количества многосвязных факторов.

Обзор зарубежных публикаций не выявил массового применения ИС с высоким уровнем интеллекта. Имеются сведения о реализации таких систем на ограниченном числе объектов. Характерными являются публикации A. Anderson и Б. Моцохейна по системам компании Baker Oil Tools. Упомянутая система может быть отнесена к категории S2A3I2.

Анализ отечественных исследований по тематике ИС выявил следующую тенденцию. Основное применение находят системы класса S1A1I1, т.е. исследования однократные или на основе автономных регистраторов с последующей выборкой и дешифровкой данных. Недостатки этих подходов очевидны: информационная обратная связь либо существенно дискретна по времени, либо апостери-орна к текущему состоянию, соответственно.

Имеются сведения о применении кабельных систем мониторинга, системы класса S1A1I2 и S2A1I2, разработанные в ОАО «Пермьнефтегеофизика». Досто-

инством схемы является возможность свободного перемещения прибора от приема насоса до забоя, основной недостаток - невозможность извлечения прибора на кабеле без подъема ЭЦН. Следует отметить работы Павленко Г.А. и Мо-розовской C.B. (ОАО «ОЭГ «Петросервис»), разработавших алгоритмы, методику и технические средства для проведения мониторинга добычи углеводородов.

Значительное внимание в исследованиях и публикациях уделено вопросам применения ЭЦН и техническим средствам, использующимся для их управления. Однако следует отметить, что контроль и управление ЭЦН необходимо рассматривать как подсистему в контексте ИС.

Важное и перспективное направление рассматривается в исследованиях, затрагивающее одновременно добычу нефтегазового сырья из нескольких пластов. Очевидно, что для реализации данной технологии требуется разработка и внедрение системы ИС более высокого интеллекта (S3A3I3 и выше). При этом требуется трехуровневая КУС, позволяющая сочетать решение задачи одновременной разработки пластов с принципиально новым подходом к управлению месторождений.

Для первого уровня (зона продуктивных пластов) необходимо определить измерение температуры и давления. При этом целесообразно нарастить дополнительные средства измерения за счет добавления датчиков расхода флюида, его влагосодержания и состояния скважинного оборудования.

Второй уровень КУС следует определить как канал связи скважина-поверхность с последующим увеличением рабочей зоны и расширением бескабельной передачи информации.

Третий уровень КУС должен обеспечить прием и обработку скважинной информации путем наличия интерфейса для подключения измерительных систем на устье скважины и возможности интеграции в существующую наземную информационно-управляющую систему (НИУС).

Обзор отечественных и зарубежных публикаций и анализ корректных признаков ИС позволил определить оптимальную структуру КУС. На рисунке 1 представлена структурная схема КУС для управления добычей углеводородов из

многопластовой залежи. КУС в установившемся режиме работы включает следующие функции:

- контроль текущего состояния разработки месторождений и добычи;

- анализ потенциала скважин и объектов разработки;

- сбор и хранение геолого-промысловых данных;

- передачу сигналов для управления каждым объектом системы и их синхронную работу.

Работа КУС происходит по следующей схеме. При монтаже системы, в начале, подсоединенные к якорю 14 скважинные зонды 15... 16 опускаются в скважину. Сам якорь 14 фиксируется на устье. Затем собираются технические средства, стыкуемые с ЭЦН, в нижнюю часть компоновки включают исполнительный механизм 12 с приводом 13, образующие захват. Захват стыкуют с якорем 14 и, по команде второго контроллера 7 осуществляется механическая фиксация якоря с техническими средствами, установленными в нижней части ЭЦН. Далее сква-жинная компоновка в составе: скважинные зонды 15... 16, якорь 14, захват и другие скважинные блоки вместе с ЭЦН, колонной НКТ опускаются в скважину на заданную глубину.

Г7~Н—>[ТУ—»ПТ-»к ливс ф

Наземная часть

Т777777777777777777777777777$?7777777777777777777777771

Скважинная часть | ^ [

1Е

Автономная часть

+ . . *

--Ф-

га

из

«н

Рисунок 1 - Система управления добычей углеводородов из многопластовых месторождений

В отличие от других систем автономная часть, состоящая из якоря 14 и скважинных зондов 15...16, может работать через захват, механически подсоединенный к поверхностным техническим средствам или отстыкованный от них. При этом захват обеспечивает фиксацию якоря и отсоединяется от него по команде второго контроллера 7. Информационный обмен в обоих режимах между якорем 14 и вторым контроллером 7 осуществляется через электромагнитный канал связи посредством второго блока связи 10. Система может работать как в составе единой компоновки, так и по отдельности, что позволяет иметь максимально надёжную электромагнитную связь с автономной частью для обмена информацией и обеспечить ее электропитанием. При этом НКТ и ЭЦН вместе с техническими средствами, присоединенными к нему, могут извлекаться из скважи-

ны и опускаться в нее в процессе работы без автономной части, что создаёт дополнительные преимущества в процессе эксплуатации.

Структурная схема реализации якоря 14 приведена на рисунке 2.

к исполнительному

к скважинным зонлам 15...16

Рисунок 2 - Структурная схема реализации якоря

Источник электропитания 17 обеспечивает работу аппаратных средств якоря 14, а также дистанционное электропитание скважинных зондов 15... 16. Третий контроллер 18 управляет работой якоря 14, третий блок связи 19 обеспечивает обмен информацией со скважинными зондами 16... 17. Запоминающее устройство 20 установлено для хранения данных, формируемых в процессе измерений, а четвертый блок связи 21 для обеспечения информационного и энергетического взаимодействия через второй блок связи 10. Механизм фиксации 22 определяет однозначное положение якоря 14 в обсадной колонне скважины. Способы технической реализации всех блоков, упомянутых выше, известны и зависят от условий применения и инженерных приоритетов.

Следует отметить, что при отсутствии связи с наземной частью, автономная часть осуществляет замеры необходимых параметров и формирует оперативный банк данных, а при ее наличии передает накопленные данные на поверхность.

Разработанная структурная схема КУС позволяет иметь следующие преимущества:

- система монтируется и извлекается за одну спуско-подъёмную операцию, что позволяет существенно сократить временные и материальные затраты;

- скважинные технические средства имеют возможность раздельной установки, что позволяет обеспечить оптимальную достоверность передачи измерительной и управляющей информации в режиме реального времени путём регулирования расстояния между низом подъемной колонны и автономной частью;

- ЭЦН и другие технические средства могут обслуживаться и ремонтироваться (при этом извлекаться и опускаться) вне связи с автономной частью достаточно длительное время.

В третьей главе рассмотрены физические основы и состав опытного образца КУС. Приведены результаты стендовых испытаний модулей системы, разработанных на основе структурной схемы, и методические рекомендации по применению КУС в процессе управления добычей углеводородов из многопластовых месторождений.

При проектировании и изготовлении опытного образца из состава КУС выделено две подсистемы - наземная и скважинная. В скважинной подсистеме в зоне продуктивных пластов располагаются зонды скважинные измерительные (ЗСИ). Основное назначение ЗСИ - измерение температуры (Т3), давления (Р3), влагосодержания (\У) и расхода флюида (0). ЗСИ образуют измерительный шлейф, подключенный к модулю телеметрическому автономному (МТА). Конструктивно КУС исполнена в виде 4-х отдельных модулей:

1. Зонд скважинный измерительный

Предназначен для измерения термодинамических параметров откачиваемого флюида в зоне продуктивного пласта. Количество зондов соответствует количеству пластов. ЗСИ связаны между собой и с МТА жестким геофизическим кабелем.

2. Модуль телеметрический автономный

Определен для приёма сигналов, поступающих по геофизическому кабелю от ЗСИ, и передачи информации по беспроводному акустическому каналу в последующие узлы тракта передачи информации. Модуль состоит из отдельных блоков, связанных между собой втулками с резиновыми уплотнителями. Система блоков включает: систему энергопитания, блока электронного, излучателя акустических волн.

3. Модуль телеметрии ЭЦН (МТЭЦН)

Осуществляет измерение термодинамических параметров в зоне расположения ПЭД ЭЦН, а также служит для трансляции сигналов, поступающих по беспроводному каналу. Передача сигналов к наземной станции осуществляется по силовому кабелю ЭЦН.

4. Модуль управления и сбора информации (МУСИН)

Конструктивно исполняется в виде отдельного блока, размещенного рядом

со станцией управления ЭЦН. В корпусе блока предусмотрена возможность присоединения дополнительного контрольного оборудования или дополнительных функциональных узлов. Модуль состоит из 4-х основных узлов: блока аналого-цифрового преобразования и дистанционного питания; блока аккумуляторов; блока питания; универсального контроллера. В качестве контроллера выбран одноплатный компьютер стандарта РС/104-Р1ш фирмы «Раз!^^!» типа СРС 1600. В схеме предусмотрена система сопряжения и защиты, отключающая модуль от нулевой точки при повышении напряжения относительно колонны НКТ. Структура МУСИН представлена на рисунке 3.

к силовому трансформатору

СвМ ЙЭ485

Рисунок 3 - Модуль управления и сбора информации наземный (МУСИН)

Модуль телеметрический автономный (МТА) обеспечивает питанием шлейф ЗСИ. При включении питания, ЗСИ проводят измерения и формируют усредненный кадр по каждому прибору. МТА опрашивает каждый зонд и формирует массив данных.

Скважинный телеметрический сигнал по совмещенному каналу связи поступает через узел сопряжения и защиты в приемник телеметрических сигналов, кодируется посредством АЦП и передается микропроцессором через интерфейсный узел в универсальный контроллер. Микропроцессор также отслеживает режим работы источника дистанционного питания, обеспечивающего электропитанием аппаратуру МТ ЭЦН. Электропитание МУСИН осуществляется от промышленной сети переменного тока, которую резервирует источник беспроводного питания. Блок питания вырабатывает питающие напряжения необходимых номиналов.

На основании структурной и принципиальной схем разработана модель процесса акустической передачи информации в скважине, выполнено схемотехническое проектирование аппаратных средств.

Совместно со специалистами НИИ ТС «Пилот» разработана конструкторская документация и изготовлен опытный образец КУС. На экспериментальной базе ТС «Пилот» с использованием модели скважины проведены стендовые испытания. При этом особое внимание уделялось надежности системы, которая основывалась на методах обеспечения отказоустойчивости многоуровневых информационно-измерительных систем. На основе результатов стендовых испытаний, определены условия эксплуатации, надежность и технологичность КУС.

В четвертой главе представлены возможности регулирования процесса разработки многопластовых продуктивных объектов с помощью КУС при эксплуатации многопластового объекта «одним фильтром» и одновременно-раздельной эксплуатации пластов. Предложена методика контроля и регулирования выработки запасов нефти в пределах элемента разработки.

Одним из способов повышения экономической эффективности разработки месторождений является объединение продуктивных горизонтов в эксплуатационные объекты. При этом различные геолого-физические условия продуктивных пластов одного эксплуатационного объекта могут приводить к неравномерной выработке запасов нефти. Другой критической ситуацией при эксплуатации многопластового объекта является прорыв воды по одному из пластов и резкий рост обводненности всей продукции скважины. Это приводит к необходимости проведения работ по изоляции водопроявляющего пласта (канала), т.е. к дополнительным экономическим затратам.

Предупреждение преждевременного обводнения продукции скважин является актуальной задачей в добыче нефти. Разработанная многоуровневая управляющая система позволяет осуществлять комплексный контроль над температурой, давлением, расходом флюида и влагосодержанием.

Процедура управления многопластовой залежью может осуществляться за счет контроля динамики обводненности скважины, где основным определяемым

параметром служит влагосодержание и расход флюида, а дополнительными показателями - давление и температура. Согласно структурной схеме КУС количество зондов скважинных измерительных (ЗСИ), предназначенных для измерения термодинамических параметров откачиваемого флюида, соответствует количеству пластов.

В случае разработки нескольких продуктивных пластов одного эксплуатационного объекта «одним фильтром», вопрос о соответствии значений пластовых параметров данным, полученным по результатам замера в скважине, не является приоритетным. Причина заключается в том, что продукция, поступающая из нескольких пластов в ствол скважины, будет «смешиваться». Замеры, получаемые ЗСИ, не будут соответствовать пластовым данным. Поэтому во время эксплуатации многопластового объекта очень важно вести наблюдения за изменением термодинамических показателей в динамике.

Очевидно, что влияние каждого отдельного пласта на общий объем добываемой продукции индивидуально.

Это связанно как различием в геолого-физических параметрах и фильтра-ционно-емкостных свойствах пластов, так и энергетическим потенциалом каждого пласта.

Однако существует возможность оценки степени влияния отдельного пласта в эксплуатационном объекте. Жидкость, поступающая в скважину имеет направление движения к работающему ЭЦН, следовательно, если показания с ЗСИ 3 (рисунок 4) изменяются (например, влагосодержание), то влияние на ЗСИ 3 оказывает «пласт 3». В случае увеличения доли воды, поступаемой из «пласта 2», изменения в показаниях будут фиксироваться на ЗСИ 2 и ЗСИ 3. Следует отметить и то, что влияние того или иного пласта на общий объем добычи будет зависеть от расстояния между продуктивными пластами.

Таким образом, имея результаты «работы» каждого пласта в эксплуатационном объекте можно осуществлять процесс управления за выработкой запасов.

В условиях использования КУС посредством ЭЦН оперативное управление за выработкой запасов сводится к оптимизации фильтрации флюида в продук-

тивном пласте, т.е. по сути, применению гидродинамических методов воздействия на залежь.

Гидродинамические методы воздействия на залежь, в частности циклическое заводнение с переменой направления фильтрационных потоков жидкости в пласте, высокоэффективны для регулирования выработки неоднородных пластов, улучшают процесс вытеснения нефти водой в поровой среде и повышают конечную нефтеотдачу.

Процедуру управления процессом разработки можно представить в виде периодического отключения добывающих скважин, в которых, по информации с КУС, отмечается изменение параметров влаго-содержания, давления и др. Положительным момен-

I-

— I у " <0*3 п

Рисунок 4 - Принципиальная

схема скважины многопластово-том, на время отключения скважины, является пере- го объекта, оборудованного СИЗ

распределение пластового флюида в зоне ее дренирования. При этом во время пуска скважины в работу возможен рост или стабилизация доли нефти в объеме добываемой продукции. По результатам анализа динамики определяемых параметров в пределах элемента разработки, возможно изменять направление фронта нагнетания (с обязательным учетом геологического строения и геолого-физических параметров пласта).

Результатом регулирования разработки продуктивного пласта является увеличение коэффициентов охвата и вытеснения, а .следовательно, и коэффициента нефтеотдачи.

При раздельной добыче нефти из двух эксплуатационных объектов, каждый из которых представлен одним пластом, возможен прямой учет параметров работы скважины: обводенности, давления, дебитов пластов. Однако в последнее время применяются новые технологии добычи углеводородного сырья, в том числе и одновременно-раздельная эксплуатация пластов, что позволяет реализовать систему одновременно-раздельной эксплуатации объектов многопластового

месторождения одной сеткой скважин. В условиях, если один эксплуатационный объект состоит из двух пластов и более, объективное разделение параметров невозможно. Для подобных случаев целесообразно использование комплексной управляющей системы.

Преимуществом использования КУС при ОРЭ на наш взгляд является возможность более точного расчета потенциала каждого отдельного пласта. Основываясь на результатах измерений и расчетов, полученных с помощью КУС, управление и регулирование за разработкой при ОРЭ с КУС может осуществляться остановкой либо пуском одного из насосов находящегося в скважине.

Методика контроля и регулирования выработки запасов нефти в пределах элемента разработки основывается на том, что для залежей углеводородов, характеризующихся началом роста обводненности продукции, предлагается следующий алгоритм управления элементом разработки с использованием КУС (рисунок 5).

Рисунок 5 - Алгоритм управления элементом разработки с применением КУС

Представленный алгоритм основывается только на изменении значения обводненности добываемой продукции, где дополнительными (вспомогательными) показателями получаемые с ЗСИ, являться расход флюида, температура и давление. Приоритеты по показателям могут быть изменены в зависимости от решения других задач разработки эксплуатационных объектов.

Своевременное информирование о состоянии разработки объекта, подбор и внедрение оптимальных, с технико-экономической позиции, геолого-

технологических мероприятий позволит увеличить степень выработанности запасов углеводородов.

Основные результаты и выводы

1. Наиболее перспективным направлением повышения эффективности разработки многопластовых месторождений является создание систем, обеспечивающих получение информации о работе каждого из пластов и управлении скважиной в режиме реального времени.

2. Дефицит промысловых исследований объектов при разработке многопластовых месторождений углеводородов посредством отдельных приборов следует компенсировать расширением технических и функциональных возможностей существующих систем измерения и контроля параметров работы скважин.

3. Разработана структура комплексной системы для управления добычей многопластовой скважины с использованием беспроводной передачи информации в режиме реального времени.

4. Сформулированы принципы и определены схемы расширения рабочей зоны комплексной управляющей системы.

5. Разработана конструкция, изготовлен опытный образец, проведены стендовые испытания и определены критерии надежности работы.

6. Разработаны методика и процедура управления добычей углеводородов с использованием комплексной управляющей системы, позволяющие повысить КИН при разработке многопластовых месторождений.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Алимбеков Р.И., Гнездов A.B., Кузнецов A.A. Интеллектуализация контроля и регулирования добычи углеводородов [Текст] // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - 05.2011, с.22-23.

2. Алимбеков Р.И., Гнездов A.B., Кузнецов A.A. Структура интеллектуальной скважины для управления добычей углеводородного сырья [Текст] // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. -06.2011, с. 33-34

3. Алимбеков Р.И., Кузнецов A.A. Перспективы развития комплексных управляющих систем при разработке многопластовых месторождений [Текст] II Тезисы IV международной научно-технической конференции «Китайско-российское сотрудничество Наука - Образование - Инновации». - Хайнань, 11-16 апреля 2011г.

4. Кузнецов A.A. Комплексная управляющая система для контроля разработки месторождений углеводородов в режиме реального времени [Текст] // Тезисы научно-практической конференции «Современные технологии капитального ремонта скважин и повышения нефтеотдачи пластов. Перспективы развития». - Геленджик, 23-28 мая 2010 г.

5. Кузнецов A.A. Оценка возможностей комплексной управляющей системы при контроле за работой многопластового объекта углеводородов [Текст] // Тезисы научно-практической конференции «Геология и разработка месторождений с трудноизвлекаемыми запасами». - Геленджик, 21-23 сентября 2011 г.

6. Украинский Л. Е„ Кузнецов A.A., Гнездов A.B. Контроль и регулирование процесса разработки месторождений с применением управляющих систем. [Текст] // Бурение и нефть. - 10.2011, с.32-34.

7. Кузнецов A.A., Гнездов A.B. Контроль и регулирование процесса разработки месторождений с применением комплексной управляющей системы. [Текст] II Тезисы Молодежного научного симпозиума «Современные научные исследования на Дальнем Востоке», Южно-Сахалинск, 4-7 октября 2011 г.

Соискатель Кузнецов АЛ.

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Кузнецов, Андрей Алексеевич, Москва

61 12-5/281

Российская академия наук Научный центр нелинейной волновой механики и технологии Научно-исследовательский институт технологических систем «Пилот»

На правах рукописи

Кузнецов Андрей Алексеевич

оС*

Специальность 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель д.т.н., Украинский Леонид Ефимович

Москва-2011

СОДЕРЖАНИЕ

введение......................................................................................................................................................................3

1. анализ исследовательских работ по развитию интеллектуальных систем управления нефтегазовыми скважинами.............................................................................................7

1.1 Перспективные беспроводные технологии и методы управления добычей углеводородов............................................................................................................................7

1.2 Существующая скважинная аппаратура...................................................................12

1.3 Каналы передачи данных............................................................................................15

1.4 Выводы и постановка задач исследований...............................................................20

2. определение структуры управления многопластовой скважиной.............................23

2.1 Обоснование требований к комплексной управляющей системе..........................23

2.2 Выбор отдельных модулей и определение принципов передачи информации с расширенным диапазоном......................................................................................................25

2.3 Определение структуры наземной подсистемы сбора данных от измерительной системы.....................................................................................................................................31

2.4 Выводы.........................................................................................................................34

3. изготовление опытного образца комплексной управляющей системы..................36

3.1 Физические основы и структура опытного образца................................................36

3.2 Разработка принципиальной схемы замера и передачи информации....................55

3.3 Конструктивные элементы и стендовые испытания................................................58

3.4 Принципы обеспечения надежности системы при управлении добычей углеводородов..........................................................................................................................62

3.5 Выводы.........................................................................................................................77

4. разработка методики управления многопластовыми скважинами в режиме реального времени.............................................................................................................................................78

4.1 Управление многопластовыми месторождениями углеводородов........................83

4.2 Методика контроля и регулирования выработки запасов нефти в пределах элемента разработки................................................................................................................91

заключение.............................................................................................................................................................95

список использованных источников....................................................................................................98

приложения...........................................................................................................................................................106

Приложение А «Патентная документация, отобранная для последующего анализа»... 107 Приложение В «Акты стендовых испытаний комплексной управляющей системы» ...113 Приложение С «Акт внедрения методики контроля и регулирования выработки запасов нефти в пределах элемента разработки».............................................................................115

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы

Цель работы

Основные задачи исследований

2. Обоснование структуры и принципиальной схемы комплексной управляющей системы (КУС), обеспечивающей надежность передачи сква-жинных параметров на поверхность.

3. Определение конструктивных элементов и проведение стендовых испытаний КУС.

Научная новизна

Практическая ценность работы

На защиту выносятся следующие положения:

1. Структурно-функциональная схема и конструкция КУС добывающей многопластовой скважины.

Апробация работы

Содержание диссертации докладывалось:

- на IV Научно-практической конференции «Современные технологии капитального ремонта скважин и повышения нефтеотдачи пластов» (ООО «НИТПО», г. Геленджик, май 2011 г.);

- на научно-технических советах НЦИВТМ РАН и ООО НИИ ТС «Пилот» (2011 г.)

Публикации

Основное содержание диссертации отражено в 7 печатных работах, в том числе в 3 изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников из 77 наименований. Работа изложена на 115 страницах машинописного текста, содержит 9 таблиц, 33 рисунка и 3 приложения

1. АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ ПО РАЗВИТИЮ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ НЕФТЕГАЗОВЫМИ СКВАЖИНАМИ

1.1 Перспективные беспроводные технологии и методы управления добычей углеводородов

За последнее десятилетие развитие информационно-измерительных и управляющих систем при добыче углеводородов диктуется постоянно усложняющимися условиями разработки месторождений, стремлением снизить себестоимость продукции и вероятность технологических рисков.

На данный момент самыми перспективными разработками для получения постоянной и достоверной информации о комплексе параметров, характеризующих совместную работу продуктивных пластов и скважин, оперативного установления оптимальных параметров эксплуатации, назначения энергосберегающих режимов работы скважинного оборудования, гидродинамического мониторинга разработки залежей, являются системы, получившие в мировой практике название «Intelligent Well» - интеллектуальная скважина (ИС).

Существует множество понятий интеллектуальной скважины.

Признаком интеллектуальной скважины является наличие информационного канала связи и систем каротажа околоскважинного пространства на основе конструктивных элементов эксплуатационной колонны в комплексе с вычислительной системой, связанной с базой данных и остальными блоками [1].

Значительный вклад в развитие теории, практики и определенных особенностей интеллектуальных скважин внесли: Р.И. Алибеков, К.С. Басниев, В.И. Грайдер, Карпов В.Б., Павленко Г.А., Морозовская C.B., A.A. Ерофеев, В.В. Кульчицкий, М.Р. Мавлютов, В.М. Осадчий, М.М. Хасанов, Жильцов В.В., Дударев A.B., Демидов В.П., Растригин JI.A., Соловьев И.Г., A. Ander-

son, G.Mozitis, A.M. Qahtani, H. Dialdin, K.M. Muradov, D.R. Davies, C. A. Glandt и др. [2-14, 60-62, 64].

В настоящее время на рынке предлагаются различные технические средства, системы и программные продукты, но лишь модель «интеллектуальная скважина - интеллектуальное месторождение» обеспечивает оптимальное сочетание ОРЭ нескольких продуктивных объектов с принципиально новым подходом к управлению разработкой месторождения, позволяющее повысить КИН и получить ощутимый экономический эффект. Наиболее перспективные разработки выполнены и находят свое развитие в отечественных и зарубежных научных организациях и компаниях, таких как ОАО «РИТЭК», ООО НИИ ТС «Пилот», РГУ им. Губкина, Baker Hughes и др. [15-35].

В этой связи следует отметить системы управления добычей углеводородного сырья (УВС) на основе периодических скважинных измерений кабельными и автономными приборами [13]. Управление добычей в таких системах осуществляется на основе выборочных дискретных измерений, не чаще нескольких раз в год. В ходе этих измерений оценивают состояние продуктивного пласта (пластов) и добывающей скважины путем гидродинами-

ческих и геофизических исследований по результатам которых, изменяют параметры и составляющие технологического процесса добычи. Недостатком этой системы является низкая оперативность, отсутствие возможностей для оптимизации управляющих воздействий из-за дискретности информационной обратной связи и существенного запаздывания в случае использования автономных приборов. Кроме того, отсутствие предпосылок для применения скважинных средств управления существенно ограничивает эффективность технологического процесса добычи УВС, особенно при разработке многопластовых месторождений.

Также известны случаи отдельного применения систем управления [10]. Наиболее перспективными разработками в данном случае являются системы, где используют кабельный канал связи и управляют расходом, осуществляя измерение давления и температуры в режиме реального времени, используя бесступенчатые регулируемые штуцеры. По мере закачки воды в пласт, оператор в режиме реального времени следит за изменениями параметров и состоянием каждой зоны закачки. Подобные системы сложны в исполнении и имеют высокую стоимость, помимо этого, они не учитывают взаимное влияния соседних добывающих скважин. Поэтому подобные системы используют для одиночных высокодебитных скважин, разрабатывающих многопластовые залежи.

По данному направлению следует отметить несколько российских разработок. Работы ОАО «РИТЭК», направленные на создание инструмента постоянного мониторинга количественных и качественных параметров работы каждого объекта в скважине, являющиеся фундаментальным и наиболее сложным этапом с точки зрения реализации. В процессе длительных научно-исследовательских и изыскательских работ в качестве оптимальной была предложена оптоволоконная система, скважинная часть которой состоит из распределенного датчика температуры, точечных датчиков температуры и давления, датчиков расхода-состава, а также модуля гамма-каротажа, замыкающего систему.

Как показали лабораторные испытания, оптоволоконные измерители давления пока уступают кварцевым аналогам. В связи с этим на первой стадии планируется дублировать оптоволоконные датчики традиционными пье-зокерамическими, используя для их питания слаботочную жилу кабеля.

В настоящее время данная система тестируется на имитаторе скважины с тремя интервалами перфорации. В ходе обширной экспериментальной проверки был выявлен ряд недочетов, которые в настоящее время устраняются. Совершенствуются интерфейс и математический аппарат преобразования получаемых с измерительной системы сигналов в абсолютные величины состава притока из каждого интервала пласта.

Перспективной является система управления добычей углеводородного сырья (КИСТИС) [36], содержащая скважинные подсистемы, объединенные локальной информационно-вычислительной сетью, которая связана через гетерогенную информационную сеть с устройством управления добычей. Каждая скважинная подсистема содержит модуль контроля параметров, соединенный через первый канал связи с наземным устройством управления технологическими режимами, информационно-регулирующее устройство, соединенное через второй канал связи с устройством управления технологическими режимами и подключенное к устройству электропитания.

Промысловые испытания КИСТИС проведены на Приобском месторождении ООО «РН - Юганскнефтегаз» [37]. На рисунке 1.1 показана схема расположения оборудования и модулей КИСТИС. В отличие от зарубежного опыта, впервые КИСТИС опробована в эксплуатационной колонне диаметром 146 мм и на поверхности получен акустический сигнал.

Ск8-7757."'202

цпс

и(ш II-Л

Условные обозначения:

БТ - блок телеметрии ГК - геофизический кабель СИЗ - скважинкый

измерительный зон МТА-модуль телеметрический

автономный Э/якорь - зпектроякорь с посадочным механизмом

Рис. 1.1 - Схема реализации КИСТИС Недостатком испытываемой системы является эксплуатационный аспект, заключающийся в том, что при наличии кабельного канала связи между первым и вторым уровнями скважинной части системы имеются ограничения, связанные со спуско-подъемными операциями (СГ10), а при беспроводном канале, необходима дополнительная СПО для извлечения технических средств первого уровня. Следует также отметить, что реализация беспроводного канала с высоким уровнем достоверности требует дополнительных исследований и новых технических решений.

Информация о работе

Кузнецов, Андрей Алексеевич
кандидата технических наук
Москва, 2011
ВАК 25.00.17

Диссертация

Повышение эффективности разработки многопластовых месторождений путем совершенствования системы управления добычей углеводородов - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы