8.12 Разработка новых методов геолого-гидродинамического

моделирования газовых залежей

Системный подход к стратегии эффективной разработки газовых

залежей

Рассмотрим процесс разработки газовой залежи с позиций системного подхода. При этом под системой понимается множество элементов, находящихся в отноше­ниях и связях друг с другом, которые образуют единое целое.

Максимальная степень упрощения описания сложного объекта достигается с применением принципа иерархичности, означающего существование естественной иерархической структуры сложного объекта, которая вскрывается путем декомпози­ции. Барьер сложности описания объекта, когда аналитик не в состоянии мысленно охватить всего многообразия взаимосвязей в состояниях объекта, может быть обой­ден расчленением последнего на достаточно простые части. Вследствие чрезмерной сложности реальных объектов такая стратегия позволяет упростить их информаци­онное описание.

Декомпозиция структуры объекта приводит к представлению объекта в виде многоуровневой модели, составленной из подсистем, которые являются компонента­ми объекта. На рисунке 8.8 схематично изображен принцип декомпозиции объекта исследования — системы разработки газовой залежи массивного типа. Система пред­ставляет собой взаимосвязь двух противоположных по своей сущности компонен­тов — природного (газовая залежь) и технического (добывающие скважины, система транспорта газа и т. д.). Кроме своей сути, компоненты системы отличаются также и физикой происходящих в них процессов при нарушении естественного состояния системы. Область взаимодействия добывающих скважин и продуктивного пласта объединяет свойства обоих компонентов.

Рисунок 8.8 Системная стратегия эффективной разработки газовой залежи массивного типа.а — декомпозиция метасистемы водонапорный бассейн—газовая залежь—область взаимодействия— технический компонент. Qi— запасы газа, активно дренируемые кустом, Ni — число скважин в кусте; б — фрагмент дерева целей.

Изучение области взаимодействия газовой залежи и элементов технического компонента — наиболее актуальная задача в процессе моделирования и управления разработкой. Синтез новых методов оптимизации добычи газа в рассматриваемой подсистеме является ключом для решения многих проблем эффективной разработки газовых залежей.

Реальная динамика системы газовая залежь—область взаимодействия—тех­нический компонент будет нарушена без учета ее взаимодействия с окружающей средой. Взаимосвязанная совокупность рассматриваемой системы и окружающей среды называется метасистемой. Одной из важнейших задач системного анализа является определение границы, разделяющей метасистему на систему и окружаю­щую среду, а также определение границы, отделяющей среду от остального мира. Окружающая среда имеет существенные связи с системой, а связи между метасисте­мой и остальным миром несущественны.

Как показывает опыт разработки сеноманских газовых залежей, водонапорный бассейн является внешним источником пластовой энергии, оказывающим домини­рующее влияние на энергоемкость в залежи и на динамику общего баланса воды в системе, что в конечном итоге ощутимо влияет на эффективность разработки место­рождения. Таким образом, с учетом влияния окружающей среды, система трансфор­мируется в метасистему водонапорный бассейн—газовая залежь—область взаимодействия—технический компонент, которая наиболее полно отражает природную неопределенность модели и которая находится в постоянном равновесии. Системная стратегия эффективной разработки газовой залежи подразумевает приведение данной метасистемы в желаемое финальное состояние на основе целевого принципа.

Сущность целевого принципа состоит в том, что анализ любого процесса приня­тия решения должен начинаться с выявления и четкой формулировки целей. Обычно под целью понимается желаемый результат деятельности, желаемое состояние объ­екта управления. Цель определяется различными способами, наиболее распростра­ненные из которых следующие: 1) с помощью экспертной оценки ситуации; 2) на основе рассмотрения системы более высокого уровня. В последнем случае цель сис­темы более высокого уровня называется генеральной (глобальной), которая и опреде­ляет частную цель рассматриваемой системы. Можно предположить, что в современ­ных экономических условиях генеральной целью эффективной разработки месторо­ждения является ее экономическая рентабельность.

Для любого сложного объекта имеет место иерархия целей, которую можно представить в виде так называемого дерева целей, корнем которого служит генераль­ная цель. Следовательно, целевой принцип выражается в декомпозиции целей: эле­менты множества целей на разных уровнях дерева целей связаны между собой отно­шениями доминирования или предпочтения.

Влияние неопределенности параметров водонапорного бассейна

на показатели разработки

Прежде всего, рассмотрим влияние водонапорного бассейна (окружающей сре­ды), создающего условия для поддержания давления на границах модели, на систему газовая залежь—область взаимодействия—технический компонент. Как показывает опыт разработки сеноманских газовых залежей, параметры водонапорного бассейна оказывают значительное влияние на темп снижения давления, на динамику общего баланса воды в залежи, и это обстоятельство ощутимо влияет на показатели разра­ботки месторождения.

Поскольку информация о водонапорном бассейне в конкретных условиях место­рождений практически отсутствует, то при проектировании разработки необходимо учитывать ту степень неопределенности, с которой приходится принимать проектные решения и осуществлять гидродинамическое моделирование. На примере сеноманской залежи Губкинского месторождения с нашим участием проведен анализ влия­ния неопределенности параметров водонапорного бассейна на показатели разработки газовых залежей.

При расчетах показателей разработки с использованием комплексов трехмерно­го газогидродинамического моделирования для регулирования темпа снижения дав­ления в модели и внедрения воды к модели подключается несколько аквиферов. Под аквиферами понимаются модели водоносных пластов, имеющие конечные размеры и соединенные с блоками трехмерной гидродинамической модели. Аквиферы учиты­вают влияние водонапорного бассейна и создают условия для поддержания давления на границах модели и общего баланса воды. В зависимости от вида залежи и наличия информации о водонапорном комплексе выбираются тип и количество аквиферов: численных или аналитических (модель Фетковича, Картера—Трейси и др.). Так как сеноманские газовые залежи приурочены к верхней части апт-альб-сеноманского водонапорного комплекса, отличительной чертой гидродинамических моделей сеноманских газовых залежей является наличие подошвенных аквиферов, учитывающих активность подошвенных вод. До сих пор мнения по этому вопросу разделяются. Опыт разработки сеноманских газовых залежей, находящихся на позд­ней стадии эксплуатации (Вынгапур, Медвежье), все же доказывает, что обводнение залежи сопровождается внедрением как краевой, так и подошвенной воды, а степень влияния того или иного фактора на обводнение зависит от многих причин и может быть смоделировано.

Рассмотрим схему подключения аквиферов к блокам трехмерной модели Губ-кинского месторождения подробнее. К моделям сеноманских залежей обычно подключаются пять аквиферов (четыре по бокам и один снизу). Так как мо­дель Губкинского месторождения имеет выклинивающиеся слои, для них подключе­ны индивидуальные аквиферы (6—8). Кроме этого заданы два подошвенных аквифера, соединенных с нижней границей модели (5 — в районе южного купола, 9 — в районе северного купола).

Модельные расчеты указывают на то, что параметры аквиферов (запасы воды и продуктивность) влияют на прогнозные показатели разработки (уровень добычи газа, пластовое давление и фонд скважин). Расчеты показателей разработки проведены по 20 вариантам, в каждом из которых изменя­лись параметры водонапорных бассейнов (запасы воды и продуктивность).

Величины запасов воды в аквиферах по вариантам различны и колеблются от 1 трлн м³ до 300 трлн м³. Продуктивность также изменяется в широком диапазоне — от 1 тыс. м³/бар до 2000 тыс. м³/бар.

Анализ влияния параметров водона­порного бассейна на прогнозные показатели разработки Губкинского месторождения по­зволяет сделать следующие выводы:

активность аквиферов в большой сте­пени зависит от объема воды в водонапор­ном комплексе;

высокая активность аквиферов, с одной стороны, обеспечивает частичное поддер­жание пластового давления, а с другой, является причиной быстрого обводнения скважин;

при проектировании разработки круп­ных газовых залежей необходимо дополни­тельно рассматривать варианты с различной активностью водонапорного бассейна и оценивать степень риска и эффективности разработки при высокой активности;

для эффективного контроля за обводнением залежи и достоверного прогнозирования активности водонапорного комплекса необходимо постоянное отслеживание информации о текущем подъеме ГВК и пластовом давлении на периферийных и закон­турных участках залежи.

Таким образом, результаты исследования процесса обводнения сеноманских за­лежей на трехмерных газогидродинамических моделях в очередной раз доказывают, что разработка газовых месторождений севера Тюменской области ведется в услови­ях активного внедрения подошвенной воды и влияние окружающей среды оказывает определяющее воздействие на динамику всей метасистемы. Это обстоятельство не­обходимо учитывать еще на этапе первичного проектирования, используя макси­мальный объем геолого-промысловой информации для решения задач оптимизации разработки газовых залежей с учетом их обводнения.