Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Системная оптимизация процесса доразработки нефтяных месторождений

ВАК РФ 25.00.17, Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Содержание диссертации, доктора технических наук, Шахвердиев Азизага Ханбаба оглы

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ СИСТЕМНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ДОРАЗРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

1.1 Основные принципы системной оптимизации.

1.2 Эволюция пластовой системы при разработке нефтяных месторождений.

1.3 Последствия нарушения системности при разработке нефтяной залежи.

ГЛАВА 2. ДЕТЕРМИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ФИЛЬТРАЦИИ.

2.1 Исследование влияния деформационных свойств пласта на процесс фильтрации однородной жидкости в упругопластических и пластических средах.

2.2 Исследование процесса фильтрации в трещиноватом пласте и определение параметров пласта при упругом режиме.

2.3 Исследование фильтрации газированной нефти в упругопластической деформируемой среде.

ГЛАВА 3. СТОХАСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ

ПРОЦЕССА ДОРАЗРАБОТКИ НЕФТЯНОЙ ЗАЛЕЖИ.

3.1 Образование фрактальных структур и застойных зон в процессе заводнения нефтяной залежи.

3.2 Модельная основа определения местонахождения застойных и слабодренируемых зон нефтяной залежи.

3.2.1 Построение карт дренируемости для определения застойных зон.

3.2.2 Определение застойных зон по картам равных уровней взаимодействия.

3.3 Определение оптимального момента воздействия на залежь.

3.4 Определение продолжительности периода при гидродинамическом воздействии на залежь.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ОСНОВ СИСТЕМНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМА

ЭКСПЛУАТАЦИИ ФОНДА СКВАЖИН.

4.1 Анализ фонда добывающих скважин по принципу Парето.

4.2 Регулирование технологических режимов системы скважин в процессе разработки нефтяных месторождений.

4.3 Исследование влияния структуры потока на производительность скважин.

4.4 Установление унифицированных режимов эксплуатации для газлифтных скважин.

4.5 Системная оптимизация режимов эксплуатации добывающих скважин.

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ МЕТОДОВ УВЕЛИЧЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТОВ И ИНТЕНСИФИКАЦИИ ДОБЫЧИ НЕФТИ НА ПОЗДНЕЙ СТАДИИ РАЗРАБОТКИ.

5.1 Выбор эффективных методов повышения нефтеотдачи на различных стадиях разработки нефтяной залежи.

5.2 Экспериментальные исследования технологической эффективности методов увеличения нефтеотдачи на различных стадиях разработки нефтяной залежи.

5.3 Системный подход к выбору методов увеличения нефтеотдачи на различных стадиях разработки нефтяной залежи.

5.3.1 Разработка технологии системного воздействия на залежь с применением различных композиций.

5.3.2 Разработка и исследование газообразующих технологий воздействия на пласт.

5.3.3 Результаты применения оторочки псевдокипящей газожидкостной системы.

5.4 Использование сверхкритических флюидов в процессе суффозии при интенсификации добычи нефти.

5.5 Предотвращение осложнений в неуправляемых скважинах с применением реотехнологий.

5.5.1 Реологические и термодинамические предпосылки взаимодействия вязкоупругого состава с газовой фазой.

5.5.2 Результаты лабораторных и промысловых исследований при глушении неуправляемых" скважин.

ГЛАВА 6. УНИФИЦИРОВАННАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГТМ ПРИ СИСТЕМНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНОЙ ЗАЛЕЖИ.

6.1 Модельная основа унифицированной методики определения технологической эффективности геолого-технических мероприятий.

6.2 Оценка точности параметров контроля методом теории чувствительности.

6.3 Графоаналитический способ определения общей добычи нефти и разделения ее на составляющие, полученные за счет методов повышения нефтеотдачи пластов и интенсификации добычи нефти.

6.4 Влияние изменения добывающего фонда скважин на процесс определения эффективности геолого-технических мероприятий.

6.5 Реализация унифицированной методики оценки технологической эффективности методов повышения нефтеотдачи пластов и интенсификации добычи нефти.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Системная оптимизация процесса доразработки нефтяных месторождений"

Актуальность темы. Исследуемая в представленной работе проблема имеет два важных аспекта актуальности: глобальный аспект - остро стоящая перед мировым сообществом проблема обеспечения энергоресурсами - и локальный аспект -доразработка трудноизвлекаемых запасов нефти.

С 1995 г., основной индикатор рынка - спрос-предложение нефти - имеет отрицательное сальдо. Перспектива более чем тревожная. Согласно данным Демографического комитета ООН, к середине XXI века население Земли составит около 8 млрд. человек, при этом удельное годовое потребление энергоресурсов в среднем будет находиться на уровне 1,6 т условного топлива (эквивалент нефти) на одного человека. К этому времени максимально возможный объем энергоресурсов составит около 4 млрд. т в год, тогда как потребность в энергоресурсах - не менее 12 млрд. т условного топлива в год. Таким образом, к этому моменту ожидается трехкратный дисбаланс в энергообеспечении, что может привести к кризису мирового масштаба. Поиск эффективных решений в складывающейся ситуации - уже актуальнейшая на сегодняшний день проблема. Интеллектуалы хорошо известного «Римского Клуба» в одном из последних изданий «Фактор четыре» [30] обратили внимание общества на перспективу кризиса и предложили своеобразный выход из сложившейся ситуации, суть которого сводится к тому, что производительность ресурсов может и должна увеличиться в четыре раза. Богатство, извлекаемое из одной единицы природных ресурсов, может учетвериться за счет двукратной экономии потребления, приумноженного двукратным снижением затрат.

Локальный аспект актуальности рассматриваемой проблемы заключается в том, что сегодня имеет место тенденция ухудшения структуры запасов, прекратился ввод в разработку новых гигантских нефтяных месторождений, в балансе увеличилась доля трудноизвлекаемых запасов нефти, слабо внедряются в производство технологические новшества, разработка залежей ведется в труднодоступных, экологически чувствительных нефтегазоносных районах и, наконец, имеет место тенденция снижения нефтеотдачи залежей, разрабатываемых традиционными методами. Сложившаяся ситуация свидетельствует о том, что существует огромный резерв остаточных запасов нефти, доизвлечение которых невозможно с использованием традиционных систем разработки, существующих методов повышения нефтеотдачи пластов (ПНП) и интенсификации добычи нефти (ИДИ).

Следует отметить, что большинство нефтяных месторождений России вступили на позднюю стадию разработки, для которой не разработаны специальные методы проектирования, учитывающие всю сложность возникающих проблем.

Существующие в отрасли руководящие, регламентирующие и нормативные документы, системы разработки и методы воздействия на залежи согласно которым разрабатываются месторождения, не содержат и не используют такие современные научные представления о механизмах процессов и явлений, как детерминированный хаос, фрактальность фронта вытеснения, синергетические эффекты, самоорганизация процессов, сверхкритическое состояние флюидов, возникающих при управлении движением флюидов в пласте, особенно на поздней стадии разработки месторождений.

Таким образом, поиск альтернативных решений, попытка создания новых подходов, в том числе разработка представленной в диссертационной работе концепции системной оптимизации процесса доразработки нефтяных месторождений, охватывающей указанные выше особенности проблемы, актуальны как никогда.

Целью работы является создание концептуальных научных основ системной оптимизации процесса доразработки нефтяных месторождений на основе теоретических, экспериментальных и промысловых исследований с применением детерминированных и стохастических методов анализа, диагноза, прогноза и управления системой.

Основные исследуемые задачи:

В диссертационной работе исследуются следующие основные задачи:

1. Определяются основные принципы и формулируются проблемы системной оптимизации процесса доразработки нефтяных месторождений. Проводится изучение модельной основы эволюции пластовой системы. Исследуются последствия нарушения принципа системности при разработке нефтяной залежи.

2. Проводятся исследования изменения соотношения параметров подвижности под влиянием изменений динамических условий при фильтрации флюидов в упругих, упругопластических и пластических средах и оценка воздействия этих изменений на продуктивность скважин.

3. Исследуется фильтрация однородной и газированной жидкостей в коллекторах, представленных упругими, упругопластическими и пластическими деформируемыми пористыми и трещиновато-пористыми средами.

4. Осуществляется исследование образования фрактальных структур и как следствие возникновение застойных зон, создание алгоритма их расчета.

5. Разрабатывается способ определения местонахождения застойных слабодренируемых зон нефтеносной залежи и оптимального момента вовлечения их в активную разработку.

6. Решается задача системной оптимизации режима эксплуатации фонда скважин на основе изучения влияния структуры потока на их производительность, регулирование и унификацию технологических режимов системы скважин с использованием возможности самоорганизации системы «пласт-скважина» на поздней стадии разработки.

7. Разрабатываются многофункциональные технологии увеличения нефтеотдачи пластов и интенсификации добычи нефти, предотвращающие негативные последствия техногенного происхождения: необратимое изменение продуктивности в деформируемых коллекторах, неустойчивость фронта вытеснения, образование фрактальных фронтов и застойных зон, преждевременное обводнение скважин, искусственное образование участков с аномально высокими и аномально низкими пластовыми давлениями и нарушение системности стратегии разработки в целом.

8. Исследуется модельная основа унифицированной методики расчета технологической эффективности геолого-технических мероприятий (ГТМ), в том числе методов повышения нефтеотдачи пластов и методов интенсификации добычи нефти.

Методы решения поставленных задач. Поставленные задачи решаются на основе теоретических, лабораторных и промысловых исследований с использованием методов теории фильтрации, математической физики, теории динамического хаоса и фракталов, методов синергетики, теории больших систем, теории чувствительности, теории катастроф, теории вероятностей, математической статистики и геометрического программирования.

При разработке алгоритмов исследуемых конкретных задач используются: нелинейные уравнения неразрывности и движения флюидов; модель Колмогорова-Ерофеева; Лотка-Вольтерра; Херста; Хеле-Шоу; распределения Парето, корреляция Спирмена; неравенство Чебышева; модель роста и др.

Научная новизна работы; 1. Определены основные принципы и понятия системной оптимизации процесса доразработки нефтяных месторождений. Впервые доказано, что кривая эволюции основного показателя разработки пластовой системы - накопленного отбора нефти -имеет асимметричный логистический характер, а модельной основой аппроксимирующей эту кривую является двухпараметрическая интегральная зависимость Колмогорова-Ерофеева, которая тождественна распределению Вейбула. Взамен интуитивно определяемой, традиционной 4-х стадийной схемы разработки, предлагается научно обоснованный, математически выверенный алгоритм расчета разделения кривой эволюции на определенные стадии разработки, каждая из которых имеет собственные закономерности развития.

2. Установлены основные закономерности и получены нелинейные уравнения фильтрации однородной и газированной жидкостей в коллекторах с упругими, упругопластическими и пластическими деформируемыми пористыми, трещиновато-пористыми и трещиноватыми средами. Алгоритм и результаты расчетов полученные из уравнений теории упругого, упругопластического и пластического режимов фильтрации значительно отличаются и уточняют результаты расчетов, выполненных на основе линейной теории фильтрации. В динамических пластовых условиях определены основные фильтрационные параметры, позволяющие учесть обратимые и необратимые изменения проницаемости и пористости и как следствие продуктивности залежи, которые влияют в целом на нефтеотдачу пластов.

3. Показано, что необратимые изменения пористости и проницаемости стимулируют образование фрактальных структур потока, это приводит к образованию застойных и слабодренируемых зон нефтяной залежи. Интерпретацией временных рядов показателей разработки методом Херста косвенно подтверждено наличие фрактальных структур на границе фронта вытеснения нефти водой, что ранее было обнаружено в лабораторных экспериментах и при проведении промысловых исследований зональной неоднородности коллекторов. Создан алгоритм расчета и сформулировано решающее правило устанавливающее персистентный, антиперсистентный или случайный характер параметров в процессах фильтрации, а также в системе поддержания пластового давления.

4. Разработан способ, позволяющий повысить точность определения местонахождения застойных и слабодренируемых зон с помощью новых карт дренируемости и изокор. Достоверность полученных результатов и тестирование новых карт дренируемости и карт равных уровней взаимодействия осуществляется с помощью постоянно действующей фильтрационной модели объекта.

5. Для активного вовлечения застойных областей в разработку предложена методика определения оптимального момента воздействия на нефтяную залежь. Продолжительность полупериода при гидродинамическом воздействии на залежь рассчитывается на основе модели Лотка-Вольтерра. Этот важный параметр устанавливается с расчетом потенциала самоорганизации пласта и характеризует периоды собственной ритмики пласта, что позволяет осуществлять геологотехнические мероприятия в момент, когда наблюдается неограниченный рост отбора воды и ограниченный рост отбора нефти по залежи.

6. С помощью диагностических критериев (модель роста, функции с гибкой структурой) разработаны решающие правила для регулирования и оптимизации технологических режимов эксплуатации добывающих скважин. Доказано преимущество системной оптимизации в сравнении с индивидуальной и групповой оптимизацией технологических режимов эксплуатации газлифтных скважин. Показано, что при унификации режимов эксплуатации удается сократить расход компремированного газа при достижении максимума отбора нефти. Научная и практическая значимость системной оптимизации режима эксплуатации газлифтных скважин состоит в том, что удается устанавливать оптимальные режимы без проведения дорогостоящих исследований газлифтных скважин. Тем самым удается избегать остановок скважин и сэкономить расход компремированного газа при возможном максимуме отбора нефти.

7. Экспериментально исследована методика выбора эффективного метода увеличения нефтеотдачи на различных стадиях разработки нефтяной залежи. Установлено, что на поздней стадии разработки наиболее эффективными являются специальные технологии обеспечивающие необходимые термобарические условия вытеснения остаточной нефти. Разработана, исследована и внедрена реохимическая технология, включающая одновременно с изоляцией высокопроницаемых зон водопритока в реагирующих добывающих скважинах блокирование высокопроницаемого интервала в нагнетательных скважинах в целях закрепления фильтрационного барьера для закачиваемой воды и подключения в разработку нефтенасыщенных пропластков.

8. Разработана и внедрена термохимическая технология, основанная на генерировании СОг в пластовых условиях. Создана эффективная технология ПНИ на основе оторочки псевдокипящего газожидкостного состава. Экспериментально показано, что процесс газообразования в пластовых условиях за счет термохимической реакции сопровождается увеличением давления и температуры, что в свою очередь пополняет упругую энергию пласта. Решена задача, направленная на обеспечение выноса (суффозии) кольматантов из пористой среды посредством использования генерированного в пластовых условиях СОг , который при определенных термобарических условиях приобретает свойства сверхкритического флюида, т.е. по плотности проявляет свойства жидкости, а по вязкости газа. Лабораторными экспериментами исследованы процессы очистки и восстановления естественной продуктивности пористой среды. Разработаны составы, способы и реохимические технологии предотвращающие осложнения в "неуправляемых" скважинах. 9. Впервые на основе единого модельного представления основного показателя эволюции пластовой системы разработана унифицированная методика расчета и оценки технологической эффективности геолого-технических мероприятий, в том числе методов повышения нефтеотдачи пластов и интенсификации добычи нефти. Решение уравнения, алгоритм расчета, доказательная база и полученные результаты позволили установить устойчивость и точность предлагаемого унифицированного метода на многочисленных примерах расчетов технологической эффективности ГТМ. Разработан оригинальный графоаналитический способ определения общей дополнительной добычи нефти, полученной за счет применения ГТМ и разделения ее на составляющие, полученные за счет методов повышения нефтеотдачи залежи и методов интенсификации добычи нефти.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Научные результаты, полученные в диссертационной работе, нашли применение в теории и практике разработки нефтяных месторождений, а также легли в основу создания новых технологий повышения нефтеотдачи пластов, методов интенсификации добычи нефти и оптимизации процессов нефтегазодобычи.

Разработанные технологии многие годы внедряются в практику разработки на месторождениях Западной Сибири - Самотлорском, Урьевском, Покамасовском, Локосовском, Талинском, Нивагальском, Ново-Покурском.

Способ эксплуатации системы газлифтных скважин применен на Самотлорском месторождении (патенты РФ №№ 1648104, 1773273). Способы разработки нефтяной залежи и технологии увеличения нефтеотдачи, основанные на системной обработке скважин, внутрипластовом генерировании оторочки СОг и использовании реохимических технологий, широко внедряются в процессе доразработки пластов месторождений Западной Сибири на скважинах нагнетательного и добывающего фонда (патенты РФ №№ 2125153; 2123586; 2125154; 2123105; 2159328; 2023873, 1616221, 1816032, 2054118, 2068081, 2068080, 2068076, 2075590, 2075591, 2125153, 2121570, 2114985, 2142557, 2145379). Реохимическая технология глушения и ремонта «неуправляемых» скважин внедрена на более чем 120 скважинах месторождений Западной Сибири с использованием патентов РФ М» 2075594; 2105138; 2114985. Разработанный унифицированный способ широко применяется для оценки технологической эффективности методов ПНП и ИДИ при внедрении новых технологий и защищен патентом РФ № 2149256.

Из созданных более 80 изобретений, охраняемых патентами РФ, в процессах нефтегазодобычи внедрено 25, на использование которых заключены лицензионные договора, прошедшие государственную регистрацию в Российском агентстве по патентам и товарным знакам (Роспатент), а полученные результаты утверждены актами предприятий.

Технологическая эффективность за счет внедрения защищаемых положений диссертации, а также разработанных и защищенных патентами РФ технологий, составила:

• дополнительная добыча нефти - более 1 млн.т;

• достигнутая экономия компремированного газа - более 76 млн. нм3.

Результаты исследований вошли в:

Метод оперативной оценки эффективности применения новых технологических процессов повышения производительности скважин. - СТО - 38-009.87. - Уфа: НПО "Союзнефтеотдача", 1978.

Руководство по исследованию скважин и пластов нефтяных месторождений на больших глубинах /ИПГНГМ АН Азербайджана - Баку: ЭЛМ, 1981.

Методическое руководство по применению методов математической статистики при термо-газодинамических исследованиях. - М.: МНП, 1986.

Методическое руководство по регулированию технологических режимов работы газлифтных скважин (РД 39-0147035-219-88). -М.: МНП, 1987.

Методическое руководство по адаптивному планированию воздействия на призабойную зону скважин и системной оценки эффективности (РД 39-0147035-278-89Р). - М.: МНП, 1988.

Методическое руководство по определению влияния геолого-технических показателей на нефтеотдачу на основе классификационных методов (РД 39-079-91) - М.: МНП, 1991.

Полученные результаты вошли в научно-технические отчеты, научные программы и проекты институтов: ВНИИнефть, ИПГНГМ АН Азербайджана, ИСИПН РАЕН.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на:

Всесоюзных и республиканских школах-семинарах по проблемам разработки нефтяных месторождений, повышения нефтеотдачи пластов и интенсификации добычи нефти в 1980 - 2000 гг. в городах Москва, Баку, Тюмень, Уфа, Ухта, Нижневартовск; конференциях и симпозиумах:

Республиканской научно-теоретической конференции по геологии и разработке нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений, г.Баку, 1976;

Республиканской научно-теоретической конференции по геологии и разработке нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений, г.Баку, 1980;

Всесоюзной научно-технической конференции по разработке нефтяных месторождений МИНХ и ГП им. Губкина, г.Москва, 1981;

Научно-практической конференции по проблемам системной технологии воздействия на пласт, г. Ноябрьск, 1991;

VII Европейский симпозиум по повышению нефтеотдачи пластов, Москва, Россия, 27-29 октября, 1993;

- VIII European Symposium on Improved Oil Recovery, Vienna, Austria, 15-17 May

1995;

XIth Petroleum Congress and Exibition of Turkey 15-17 April, 1996, Ankara,

Turkey;

The First International Caspian Oil and Gas Conference "Caspiyneftegas-94", Baku, Azerbaijan, 19-22 September, 1994;

- The Second International Caspian Oil and Gas Conference "Caspiyneftegas-96", Baku, Azerbaijan, 17-20 September, 1996;

The Third International Caspian Oil and Gas Conference "Caspiynefiegas-98",

Baku, Azerbaijan, September, 1998; fh

IX European Symposium on Improved Oil Recovery, the Hague, the Netherlands, 20-22 October, 1997;

Xth European Symposium on Improved Oil Recovery, Brighton, UK, 18-20 August,

1999;

IV Республиканской конференции «Прикладные вопросы математики и механики». Баку, Азербайджан, 1999;

IV International Scientific-practical Conference "Khazarneftgazyatag-2000", Baku, Azerbaijan, 2000;

- European Petroleum Conference «Europec-2000», SPE Paris, France, 24-25 October

2000; на заседаниях Ученого Совета, семинарах институтов ВНИИнефть, ГАНГ, ИПГНГМ АН Азербайджана, ИСИПН РАЕН; на технических советах научно-производственных нефтегазодобывающих предприятий «Нижневартовскнефть», «Белозернефть», «Приобнефть»,

Самотлорнефть», «Нижневартовскнефтегаз», «Лангепаснефтегаз».

Публикации. Основные положения диссертационной работы отражены в 62 опубликованных работах, в том числе 16 патентах РФ, 6 методических руководствах и в одной монографии.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка литературы, включающего 230 наименований. Работа содержит 235 страниц текста, включая 17 таблиц и 62 рисунка.

Заключение Диссертация по теме "Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений", Шахвердиев Азизага Ханбаба оглы

Выводы

1. На основе исследования и анализа имеющихся многочисленных методик оценки технологической эффективности геолого-технических мероприятий установлено, что предлагаемые аппроксимации не имеют модельной основы для описания кривой текущего и накопленного отбора нефти, рассчитанной на весь период разработки.

2. Исследованиями установлено, что кривые накопленного отбора нефти, построенные помесячным временным шагом, имеют форму асимметричной логистический кривой для любой нефтяной залежи и охватывают весь период разработки.

3. Впервые на основе единого модельного представления основного показателя эволюции пластовой системы разработана унифицированная методика расчета и оценки технологической эффективности геолого-технических мероприятий, в том числе методов повышения нефтеотдачи пластов и интенсификации добычи нефти.

4. Теоретической основой методики является уравнение Колмогорова-Ерофеева. Решение уравнения, алгоритм расчета, доказательная база, результаты расчетов позволили установить устойчивость и точность предлагаемой унифицированной методики на многочисленных примерах расчетов технологической эффективности ГТМ.

5. Разработан оригинальный графоаналитический способ определения общей дополнительной добычи нефти, полученной за счет применения ГТМ и разделения ее на составляющие, полученные за счет методов повышения нефтеотдачи залежи и методов интенсификации добычи нефти. Доказано, что отношение прироста добычи нефти от методов ПНП и ИДН А(22/А(21 остается постоянным вне зависимости от применяемой технологии и зависит исключительно от угла наклона между линией базового периода и осью абсцисс. Эта закономерность свидетельствует о том, что абсолютные значения АОг, зависят от применяемой технологии, а с увеличением угла наклона прямой базового периода доля добычи от ИДН становится больше.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленные в диссертационной работе результаты являются обобщением теоретических, лабораторных и промысловых исследований, итогом которых стало создание научных основ системной оптимизации процесса доразработки нефтегазовых месторождений и формирование новой концепции стратегии разработки залежи на поздней стадии.

1. Определены основные принципы и понятия системной оптимизации процесса доразработки нефтяных месторождений. Показано, что кривая эволюции основного показателя разработки пластовой системы -накопленного отбора нефти - имеет асимметричный логистический характер, а модельной основой аппроксимирующей эту кривую является двухпараметрическая интегральная зависимость Колмогорова-Ерофеева. Предложенная модель в отличии от имеющихся малопараметрических аппроксимаций описывает процесс за весь период разработки.

2. Отличительной особенностью предложенной модели является то, что на основе единой математической процедуры эволюционная кривая накопленного отбора нефти разделяет процесс разработки на отдельные стадии, каждая из которых имеет собственные закономерности развития. В зависимости от масштаба решаемых проблем в качестве "точки отсчета" предлагается точка перегиба на асимметричной логистический кривой накопленного отбора нефти, которая разделяет весь процесс разработки залежи на две крупные стадии - восходящей и нисходящей ветви отбора нефти. При последующей детализации получается четыре стадии, что совпадает с общепринятым классическим вариантом разделения на стадии. И наконец, возможность предлагаемой унифицированной модели представить весь период разработки залежи необходимым количеством стадий, с помощью которых можно оценить любые технологии воздействия на нефтяную залежь. Критические точки соответствующие переходу от одной стадии к другой прогнозируются на основе применения теории катастроф.

3. Показано, что нарушение принципа системности при разработке нефтяной залежи приводит к неустойчивости фронта вытеснения, образованию фрактальных и застойных зон, зон с аномально высоким и аномально низким пластовыми давлениями. Это в свою очередь приводит к увеличению бездействующего фонда скважин, нарушению стратегии разработки и снижению конечной нефтеотдачи нефтяной залежи.

4. Установлены основные закономерности и получены нелинейные уравнения фильтрации однородной и газированной жидкостей в коллекторах с упругими, упругопластическими и пластическими деформируемыми пористыми, трещиновато-пористыми и трещиноватыми средами. Результаты расчетов полученные из решения уравнений теории упругого, упругопластического и пластического режимов фильтрации значительно отличаются и уточняют результаты расчетов, выполненных на основе линейной теории фильтрации. В динамических пластовых условиях определены основные фильтрационные параметры, позволяющие учесть обратимые ат) и необратимые (щ 7]т) изменения проницаемости и пористости и как следствие продуктивности залежи, которые влияют в целом на нефтеотдачу пластов.

5. Установлено, что при фильтрации к скважине как однородной, так и газированной жидкостей сопротивление движению становится большим, чем при недеформируемой среде. При этом значительное снижение пластового и забойного давления приводит к смыканию трещин или консолидации глин, что в свою очередь приводит к многократному уменьшению продуктивности определенных участков залежи, которые в последствии образуют застойные и слабодренируемые зоны. Разработку месторождений с необратимыми деформируемыми коллекторами следует осуществлять при оптимальных значениях забойного давления.

6. Интерпретацией временных рядов показателей разработки методом Херста подтверждено наличие фрактальных структур на границе фронта вытеснения нефти водой, что ранее было обнаружено в лабораторных экспериментах и при проведении промысловых исследований зональной неоднородности коллекторов. Создан алгоритм расчета и сформулировано решающее правило, основанное на методе Херста, устанавливающее персистентный, антиперсистентный или случайный характер параметров процесса фильтрации. Критерий Херста позволяет установить контроль за технологическим режимом. При значениях критерия Херста Н < 0,5, наблюдается или случайный процесс (Н=0,5) или антиперсистентный процесс (Н<0,5). При этом требуется внести изменения в режим работы добывающих скважин, системы поддержания пластового давления или оптимизировать процесс разработки специальными методами повышения нефтеотдачи пластов и интенсификации добычи нефти.

7. Разработан способ, позволяющий повысить точность . определения местонахождения застойных и слабодренируемых зон с помощью карты дренируемости и карты изокор. Карты равных уровней взаимодействия строятся с помощью матрицы коэффициентов корреляции на основе фактических промысловых данных - дебитов нефти, воды, жидкости и др. Карты дренируемости строятся на основе нормированных коэффициентов дренируемости, показывающих фактическое количество отбора нефти, воды, жидкости приходящейся на единицу объема за единицу времени при заданной нефтенасыщенности. Достоверность полученных результатов и тестирование новых карт дренируемости и карт равных уровней взаимодействия осуществляется с помощью постоянно действующей фильтрационной модели залежи.

8. Для активного вовлечения застойных зон в разработку предложена методика определения благоприятного момента воздействия на нефтяную залежь, методом дискриминант. Продолжительность полупериода при гидродинамическом воздействии на залежь рассчитывается на основе модели Лотки-Вольтерра и соответствует периодам собственной ритмики самоорганизующегося пласта. Это позволяет осуществлять геолого-технические мероприятия в зависимости от условий, когда наблюдается неограниченный рост отбора воды (De<0) и ограниченный рост отбора нефти по залежи (DH>0).

9. Системный анализ фонда добывающих скважин позволил выявить закономерности распределения скважин по отборам нефти и воды.

Установлено, что распределение скважин по отборам нефти и воды подчиняется распределению Парето, а не распределению Гаусса. Тем самым установлено, что 20-30% скважин обеспечивают 70-80% общего отбора нефти и 70-80% скважин обеспечивают 20-30% отбора нефти. С помощью диагностических критериев (модель роста, модель функции с гибкой структурой) разработаны решающие правила для регулирования и оптимизации технологических режимов работы добывающих скважин с позиции системной оптимизации.

10. Доказано преимущество системной оптимизации в сравнении с индивидуальной, групповой оптимизацией технологических режимов работы газлифтных скважин. Показано, что при унификации режимов работы удается сократить расход компремированного газа при достижении максимума отбора нефти. При этом оптимальный режим конкретных скважин дополнительно контролируется параметром Херста. Научная и практическая значимость системной оптимизации режима работы газлифтных скважин состоит в том, что удается устанавливать оптимальные режимы без проведения дорогостоящих исследований газлифтных скважин. Тем самым удается избегать остановок скважин и сэкономить расход компремированного газа при возможном максимуме отбора нефти.

11. Экспериментально исследована методика выбора эффективного метода увеличения нефтеотдачи на различных стадиях разработки нефтяной залежи. Установлено, что на поздней стадии разработки наиболее эффективными являются технологии обеспечивающие необходимые термобарические условия вытеснения остаточной нефти. Исследована и внедрена системная технология, включающая одновременно с изоляцией высокопроницаемых зон водопритока в реагирующих добывающих скважинах блокирование высокопроницаемого интервала в нагнетательных скважинах в целях закрепления фильтрационного барьера для закачиваемой воды и подключения в разработку застойных зон.

12. Разработана и исследована технология, основанная на генерировании С02 в пластовых условиях. Предложено создание эффективной оторочки из псевдокипящего газожидкостного состава. Экспериментальными исследованиями получено, что применение предлагаемого способа позволяет увеличить коэффициент извлечения нефти по сравнению с известными методами ВГВ. Экспериментально показано, что процесс газообразования в пластовых условиях за счет термохимической реакции сопровождается увеличением давления и температуры, что в свою очередь пополняет упругую энергию пласта. Разработанная оторочка псевдокипящего газожидкостного состава внедрена на более 95 нагнетательных скважинах Самотлорского месторождения. Дополнительная добыча от использования технологии составляет более 216 тыс.т нефти.

13. Задача, направленная на обеспечение выноса кольматантов из призабойной зоны добывающих скважин на основе явления суффозии, решена посредством использования генерированного в пластовых условиях ССЬ , который при определенных термобарических условиях приобретает свойства сверхкритического флюида, т.е. по плотности проявляет свойства жидкости, а по вязкости газа. Лабораторными экспериментами исследованы процессы очистки и восстановления естественной проницаемости пористой среды.

14. При нарушении системности наблюдались аномально низкие и аномально высокие пластовые давления. Скважины находящиеся в подобных зонах становятся не управляемыми при их ремонте (поглощения и выбросы). Разработаны составы, способы и реохимические технологии предотвращающие осложнения в "неуправляемых" скважинах.

15. Предложен новый вариант расчета технологической эффективности геолого-технических мероприятий. На основе исследования и анализа имеющихся многочисленных методик оценки технологической эффективности геолого-технических мероприятий установлено, что предлагаемые аппроксимации не имеют модельной основы для описания кривой текущего и накопленного отбора нефти, рассчитанной на весь период разработки.

16. Впервые на основе единого модельного представления основного показателя эволюции пластовой системы разработана унифицированная методика расчета и оценки технологической эффективности геолого-технических мероприятий, в том числе методов повышения нефтеотдачи пластов и

218 интенсификации добычи нефти. Теоретической основой методики является уравнение Колмогорова-Ерофеева, исследованное в первой главе. Решение уравнения, алгоритм расчета, доказательная база, результаты расчетов позволили установить устойчивость решений и высокую точность предлагаемой унифицированной методики на многочисленных примерах расчетов технологической эффективности геолого-технических мероприятий.

17. Разработан оригинальный графоаналитический способ определения общей дополнительной добычи нефти, полученной за счет применения эффективности геолого-технических мероприятий и разделения ее на составляющие, полученные за счет методов повышения нефтеотдачи залежи и методов интенсификации добычи нефти.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

1. Концептуальные основы системной оптимизации процесса доразработки нефтяной залежи.

2. Малопараметрическая многостадийная модель эволюции нефтяной залежи, а так же вывод зависимостей, алгоритм и результаты расчетов.

3. Основные закономерности и нелинейные уравнения фильтрации однородной и газированной жидкостей в коллекторах с упругопластическими и пластическими деформируемыми пористыми, трещиновато-пористыми и трещиноватыми средами, а так же их решения.

4. Обоснование детерминированных и стохастических методов исследования при системной оптимизации процесса доразработки нефтяной залежи и установление решающих правил оптимизации режима эксплуатации как пласта, так и фонда скважин.

5. Новые технологии повышения нефтеотдачи пластов и интенсификации добычи нефти на поздней стадии, основанные на термохимических особенностях и сверхкритических свойствах СО2, генерируемого в пластовых условиях, а так же реохимических свойствах регулируемых вязкоупругих композитных составов.

6. Новый унифицированный метод расчета и оценки технологической эффективности методов повышения нефтеотдачи пластов и интенсификации добычи нефти.

В диссертационной работе, на основе выполненных соискателем теоретических, экспериментальных и промысловых исследований, представлено концептуальное решение актуальной научной проблемы, касающейся системной оптимизации процесса доразработки нефтяных месторождений.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Шахвердиев Азизага Ханбаба оглы, Москва

1. Абасов М.Т., Горбунов А. Т., Шахеердиев А.Х. Определение параметров пластов при пластическом режиме фильтрации // Нефтепромысловое дело. 1981. - №5. - С.3.6.

2. Адомиан Дж. Стохастические системы: Пер. с англ. М.: Мир, 1987. - 376 с.

3. Амелин И.Д., Сургучев М.Л., Давыдов A.B. Прогноз разработки нефтяных залежей на поздней стадии. -М.: Недра, 1994. -308 с.

4. Амиян A.B., Амиян В. А., Бекиш E.H. Применение пенных систем в нефтегазодобыче. -М.: Недра, 1987. -229 с.

5. Аметов И.М., Шерстнев Н.М. Применение композитных систем в технологических операциях эксплуатации скважин. М.: Недра, 1989. - 213 с.

6. Амикс Дж., Басс Д., Уайтинг Р. Физика нефтяного пласта: Пер. с англ. М.: Гостоптехиздат, 1962. - 572 с.

7. Арнольд В.И. Теория катастроф. М.: Наука, 1990. - 128 с.

8. Архангельский В.А. О применении к расчетам неустановившейся фильтрации газированных нефтей метода смены стационарных состояний // Изв. АН СССР, ОТН. 1954. - №7. - С. 133-145.

9. Афанасьев Е.Ф., Николаевский В.Н., Сомов Б.Е. Задача о вытеснении многокомпонентной углеводородной смеси при нагнетании газа в пласт. В сб.: Теория и практика добычи нефти. - М.: Недра, 1971. - С. 107-120.

10. Баишев Б. Т. Технологические основы регулирования и прогнозирования процесса разработки нефтяных месторождений: Автореф. дис. . д-ра техн. наук. 1989. -51 с.

11. Бан А., Богомолова А.Ф., Максимов В.А. и др. Влияние свойств горных пород на движение в них жидкости. М.: Гостоптехиздат, 1962. - 275 с.

12. Бан А., Басниев КС., Николаевский В.Н. Об основных уравнениях фильтрации в сжимаемых пористых средах // Прикл. математика и теор. физика. 1961. - № 3. -С. 52-56.14