книги из ГПНТБ / Салимжанов Э.С. Алгоритмы идентификации и оптимизации режима скважин
.pdfза
Рис. 11 |
|
Третий класс определен соотношением S p |
S0. Усло |
вие (1. 17) — не срабатывает: скважины невыгодно выклю чать ни на каком этапе выработки. Sp — стратегия и эталон ное поведение — не различимы.
Объединяя результаты второй серии массовых расчетов, приходим к тем же выводам, что и в первой серии (см. фор мулы (1. 18), (1. 19), констатирующие определенные преиму щества переменного режима эксплуатации скважин). Таким
образом, экономика и нефтеотдача Sp |
— стратегии; по мень |
шей мере не хуже, чем при стабильном режиме. |
|
Подчеркнем, что данный вывод носит локальный характер |
|
и справедлив лишь при упрощающих |
исследования предпо |
сылках, которые оговаривались ранее*. |
|
Сложность задачи сопоставления постоянного и перемен ного режимов в общем случае исключает (в настоящее время) не только возможность получения точного решения, но и по строение конечной вычислительной процедуры. Молено гово рить лишь о приближенных частных решениях, об исследова нии физической сущности процесса методом цифрового (и на турного!) эксперимента. Содержание задачи сравнения S (с) и S (1) — процессов заключается в идентификации понятий и удержании качественных результатов (включая отношение частичного порядка). Разработка данного вопроса существен но зависит от модели подземных течений. Рассмотренные ре-
* А также в работе fl].
зультаты получены па модели, основанной па понятии конту ра нефтеносности и схеме поршневого вытеснения в условиях монолитно - одиопластовой системы. Их не нужно переоцени вать. Мы полагаем, однако, что в существенной мере изучен факт наличия застойных зон, обусловленных точками равно весия H пограничными с ними участками гидродинамического поля, дренирование которых весьма затруднено, если режим стабилен. Кинематика потоков такова, что время выработки гидродинамических целиков уходит в бесконечность. Перемен ный режим эксплуатации и, в частности, Sp — стратегия об рывают формирование целиков (путем организации переклю чений скважин согласно определенного принципа). В резуль тате, целики стягиваются в зоны интенсивного дренажа. Ана лиз показал, что в случае переменного режима эксплуатации, время выработки нефтяного пласта может быть сделано ко нечным. Этот принципиальный результат наводит на мысль о существовании условий, которые удерживают качество и по рядок, определенные формулами (1. 18), (1. 19) и которые, конечно, шире, чем это оговаривалось в связи с приведенными результатами массовых расчетов. Дальнейшая экспликация необходима и возможна в направлении исследования сущест венно неоднородных пластов, насыщенных неизопараметри ческими флюидами (включая случай вязкопластичной нефти).
С этой точки зрения можно ставить проблему гомоморф ного отображения процесса выработки многосвязной области нефтеводоносного пласта па совокупность двусвязных задач, решение которых привлекает относительной простотой алго ритмов, обещая, вместе с тем, открытие новых качеств.
Нам хотелось бы обратить внимание на следующий гомо морфизм, полученный посредством второй серин цифровых экспериментов.
Если нефтеносная зона некомпактна, то мобильность ос таточных запасов, обычно не высока и, в случае покрытия, превышающего норму при не слишком большом времени про
гноза, возможна |
частичная |
инверсия качества из (1. 18), |
(1. 19), т. е. I,/ < |
1,/, I,/' < |
10" этот результат был предсказан |
(а затем получен) на основе анализа массовых расчетов из второй серии, поскольку некомпактные зоны отобразились на второй класс (рис. 116).
По-видимому, класс 3 разделяет два толерантных прост ранства (монотонных и немонотонных эффектов). В случае
некомпактной зоны с индексом покрытия > 2 (это |
может |
быть следствием ошибок управления (хвосты нефти, |
дефек |
тов проектирования расположения скважин, значительная периферийная водоплавающая зона), а также наличия в пла сте слабопроницаемых включений (с существенными запаса ми нефти) была получена временная развертка процесса, по казанная на рис. 12.
§. 3. Капельно-пленочная фильтрация несмешивающихся жидкостей
Рассмотрим реферативно некоторые из «современных» мо
делей фильтрации. |
развитие |
В настоящее время наблюдается интенсивное |
|
теории многофазных и многокомпонентных течений. |
Услож |
нение моделей приводит к созданию расчетных приемов зна чительно более трудоемких, чем в случае классической тео рии [прежде нередко удавалось найти сравнительно неслож ные замкнутые формы решения (см. §§ 1, 2)]. Для современ ной теории фильтрации даже расчеты простейших односвяз ных течений, обычно, не удается произвести, минуя электрон ную цифровую машину. Редкие исключения обязаны сущест венным загрублениям модели.
Современная концепция двухфазного течения несмешива
ющихся жидкостей строится из следующих соображений Г111, [1 8 ]- [20].
Используется обобщенный закон Дарси, который (в случае прямолинейной фильтрации) может быть записан, например, в виде:
|
и, = - |
i ^ |
(SlL |
• s i n a |
) |
(-1.21), |
|
у2 = |
— |
— :кі Q L |
[ _ ? * _ + y 2- s i n a |
) |
(1-22). |
|
|
|
И2 |
\ ÔX |
1 |
|
Здесь Ѵ\ и ѵ2 — скорости течения несмачивающей |
(предшест |
|||||
вующей) и смачивающей (последующей) фаз; |
|
|
||||
Pi и -fj |
— их вязкости и удельные веса; |
|
|
|||
Р| |
— давления в фазах; |
|
|
|||
S |
— насыщенность несмачивающей фазой; |
|
||||
к |
— проницаемость; |
|
|
|||
kj (S) |
— относительные фазовые проницаемости; |
|||||
а |
— угол наклона оси х к горизонту. |
|
являют |
|||
Предполагается, что фазовые проницаемости к| |
ся однозначными функциями насыщенности. Экспериментально и теоретически установлена связь меж
ду фазовыми давлениями
Рі—Р2 = Рк |
(1-23), |
рк = зУ™ - 8Ѳ- • f(SJ |
(1.24), |
У к |
|
где 6 — межфазное натяжение; пт ■— пористость; |
Ѳ—краевой |
угол; f (S) — функция Леверетта. |
|
Постулируя несжимаемость фаз, имеем уравнение нераз
рывности: |
|
dSt |
du* |
|
дѵі |
ш |
(1.25). |
||
дх |
|
dt ’ |
дх |
|
Соотношения (1. 21) -ь (1. 25) образуют замкнутую систе му, интегрирование которой было (с определенными допуще ниями) впервые выполнено в работе [18].
Схема Баклея-Леверетта неоднократно модифицировалась Если в процессе фильтрации нельзя игнорировать капил лярные явления, то рассматривают полную систему уравнений: задаются общей скоростью течения ѵ=-ѵ\-\-ѵ2 и сводят полнуіс
систему (1. 21) (1. 25) к одному уравнению для насыщенно сти [11] :
_(Э_ |
y(t) ' !<(х) -ki(si) |
|
(Эх |
|
|
/*1 |
|
|
|
|
|
|
|
(1.26). |
Некоторые результаты численного решения уравнения |
(1. 26) |
|
для односвязных областей содержатся в работе [11], |
там же |
приведена достаточно полная библиография по данному воп росу.
В настоящее время во Всесоюзном научно - исследователь ском институте нефти и газа (МНП), в МИНХ и ГП имени И. М. Губкина и других организациях предприняты значи тельные усилия распространить схему Баклея-Леверетта для расчета многоскважинных систем. В ближайшие годы сле дует, по-видимому, ожидать появления отработанных алгорит мов и отлаженных программ. Сегодня мы, однако, вынужде ны констатировать отрывочность и неоднозначность результа тов.
Теория Баклея-Леверетта находится в процессе развития, методологию еще нельзя считать нормативной. Применение известных (не вполне отработанных) расчетных схем требует
больших навыков и определенной осторожности. |
Не просто |
сформулировать граничные условия, еще почти |
не затрагива |
лись вопросы настройки моделей данного типа |
относительно |
реальных процессов, далеко не в полной мере преодолены вы числительные трудности, связанные с использованием конечно разностных схем.
Анализируя результаты работы |
[ 11], можно |
констатиро |
вать «новое качество», полученное |
посредством |
современных |
концепций подземного течения. Процесс обводнения оказыва ется существенно сглаженным (относительно схемы поршне вого вытеснения). Анализ распределений насыщенности гово рит о наличии «фронта заводнения», который эксплицирует контур нефтеносности (имеющий место при схеме поршневого вытеснения).
Процесс обводнения скважин несколько растянут во вре мени (относительно схемы поршневого вытеснения). Увеличе ние отбора жидкости приводит к ускоренному обводнению, од нако (в отличие от схемы поршневого вытеснения) эти изме нения не пропорциональны.
Возникает вопрос, как повлияет повое качество, выявлен ное посредством схемы'Баклея-Леверетта, на выводы, сделан ные ранее на основе схемы поршневого вытеснения?
В настоящее время нельзя дать исчерпывающий ответ па этот вопрос: исследования далеко недостаточны, однако пред варительные суждения возможны. Сглаженность процессов об воднения по схеме Баклея-Леверетта указывает на то, что современные модели фильтрации скорей обеспечат благоприят
ные условия Sp — стратегии, чем. наоборот. |
В самом деле, во |
|
всех решенных ранее задачах (см. § 2), процесс |
обводнения |
|
наблюдался в условиях сокращающегося |
фонда |
скважин. |
Стоило включить какую-либо скважину, как в тот же момент контур нефтеносности оттягивался в зону интенсивного дрени рования, так что скважина обводнялась скачком (если оста новленная скважина была бы затем вновь введена в эксплуа тацию, то в первое время она дала бы чистую воду).
При схеме Баклея-Леверетта, нефтенасыщенность в райо не выключенной скважины падает постепенно, причем темп падения снижается; с другой стороны скорость обводнения ре агирующих скважин несколько возрастает (не столь быстро как в случае схемы поршневого вытеснения).
Таким образом, создаются условия повторного (и много кратного) включения (переключения) обводненных скважин. Благодаря этому, обеспечивается режим выравнивания полей насыщенности, контролируемый и управляемый посредством опорного принципа (1. 17), выступающего как элемент Sp — стратегии. Выработка пласта форсируется по частям!*
§4. Основные выводы из сопоставления постоянного и переменного режимов. Семантика S ( f )—процесса
Вконце 1971 — начале 1972 гг. нами был произведен опрос
десяти крупных специалистов (в области разработки девон-
•ских месторождений Урало-Волжской нефтяной провинции) на предмет сопоставления S (с) и S (Г) — поведений. Многие из
опрошенных высказывались (путем заполнения анонимной ан-
. * В каждый момент обеспечиваются относительно высокие темпы от бора жидкости в зонах повышенной нефтенасыщеииости и низкие там, где пласт выработан более глубоко.
кеты) |
в пользу S (f) — режима, в зависимости от класса за |
||||||||||
лежей*. |
|
|
|
|
|
сведены в нижеследую |
|||||
Результаты экспертного анализа |
|||||||||||
щую таблицу**. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица экспертных |
оценок |
[S(f) |
: Sc)) |
процесса*** |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
О м |
ННТП*І. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
шкала |
|
I |
и |
и |
л |
II |
И |
11 |
и |
и |
н |
и |
0,75 |
11 |
II |
и |
л |
л |
II |
II |
II |
и |
л |
и |
0,55 |
111 |
и |
и |
л |
•л |
II |
II |
и |
и |
Л |
II |
0,50 |
IV |
и |
II |
л |
л |
II |
II |
II |
II |
Л |
Л |
0,35 |
Последняя колонна содержит субъективные оценки эффек тивности S (f) процесса в виде средне-арифметического сужде ния (при переходе от модальностей к оценкам использовалось
правило: И |
-> J, Л -> О, Н -*■0,5 [21]. |
касающиеся |
Анкета |
содержала дополнительные вопросы, |
|
мотивировки суждений. Интересно отметить, что |
некоторые |
эксперты высказались в пользу переменного режима, руковод ствуясь иными, чем это было описано в § 2, 3, соображениями: создание благоприятных условий выработки застойных уча стков, имеющих место вблизи забоев скважин, вследствие не совершенства вскрытия; вовлечение в дренаж статических це ликов нефти, интенсификация процесса капиллярной пропитки
в зонах с непроницаемыми и слабопроницаемымн включениями идр. [22].VI*.
Классы:
* 1. Моиолитмо-одпопластовая система со стандартной сеткой скважин, ньютоновскими.жидкостями, законтурным заводнением при незначительной
периферийной |
(не |
вскрытой) |
водоплавающей части. |
при знач |
||||
II. |
То |
же, |
что |
в п. 1, но с нестандартной сеткой скважин |
||||
тельной |
периферийной |
водоплавающей |
части. |
вскрыва |
||||
III. |
Многопластовая система со стандартной сеткрй скважин, |
|||||||
ющей |
монолитные |
пласты, разделенные |
непвоницаемой и слабопроницае |
|||||
мой перемычкой, с законтурным |
и др. заводнением при совместно-раздель |
|||||||
ном |
способе |
отбора |
ньютоновских жидкостей. |
|
||||
IV. |
То же, |
что |
в п. III, |
но при существенно-неоднородных |
(сложн |
слоистых) пластах, разделенных непроницаемой, слабо н полупроницаемой перемычкой при совместном способе отбора ньютоновских и неиыотоновских жидкостей.
** Использовалась трехзначная |
семантика |
(И—истина, Л —ложь, Н— |
|
неопределенность) ; |
наши суждения |
определяет |
колонка «7». |
• *** (S f ! Sc |
) — лаконизм фразы «S (Г) |
относительно S (с)». |
Приведенный в § 2, 3, обзор простейших стратегий |
(S (/') : |
|
S (с)) позволяет сделать следующие предварительные выводы. |
||
1. Существуют условия, при которых S (/') процесс |
обеспе |
|
чивает существенные |
технико-экономические преимущества |
|
относительно S (с) — режима. Дальнейшие исследования дол |
||
жны строиться двумя |
концентрами: во-первых, необходима |
|
детализация поведений из S ()) с классификацией режимов и |
разработкой соответствующих моделей (расчетных схем) уп равления, во-вторых, нужно рассмотреть всевозможные отно шения поведений с временной разверткой и отбором эффектив ных стратегий. Объединение этих двух подходов позволит син
тезировать |
оптимальные технологические процессы выработ |
|
ки нефтяных пластов. |
|
|
2. Первая |
задача может быть выделена и рассмотрена от |
|
дельно, поскольку конструирование различных поведений |
(как |
|
и всякое конструирование) базируется, главным образом, |
на |
учете основных качественных закономерностей и прошлом опы
те. Методологически |
задача разработки поведений сводится к |
перебору известных |
(нормативных) решений с оценкой воз |
можности их сопряжения с данным конкретным объектом уп равления; при этом существенное значение имеет кононизацня алгоритмов на базе специфики объекта.
3. Решение второй задачи возможно лишь на основе норма тивных поведений (существенно зависит От решения первой за дачи) и требует отработанных моделей объекта (нефтеводо носного пласта); в частности, необходимы расчетные схемы
обводнения |
многоскважинных систем. |
(Sp : St ); |
4. Выполненные нами сопоставления (Sp : S0); |
||
(St : So) |
и некоторые др. показали, что в ряде |
случаев S1' |
поведение оказывается весьма, эффективным. Область эффек тивности и границы применения Sp стратегии остаются, к со жалению, не вполне определенными. Достаточно уверенно эф фективность Sp — стратегии можно констатировать в усло виях монолитно - однопластовых* систем со стандартной сет кой скважин, законтурным заводнением, ньютоновскими жид костями и незначительными периферийными водоплавающими зонами.
5. Цифровыми экспериментами (Sp : S0) установлено, что (при достаточно широких условиях) Sp — стратегия влечет локальный выигрыш (вследствие интерференционного фактора
* Либо моіюлнтно-многопластовых при одновременно-раздельном спо собе эксплуатации.
d G {
J ) на рассматриваемом этапе технологического про
"àg\
цесса, а также глобальный эффект в смысле:
T(SP ) |
T(SP ) |
T(SP ) |
|
T(SP ) |
|
jj G p ( l ) d t |
> j Q 0( t) d l ; |
j ‘ W p |
( t ) d l < |
j ‘ W c(t)dl; |
|
['[' (Sp)] — время окончания процесса |
при |
Sp — стратегии). |
|||
(S,, : S0) |
— стратегия может |
в ряде случаев |
проигрывать не |
||
которые |
этапы |
(реже подпроцессы), однако |
всегда обеспечи |
вается выигрыш процесса в целом (вследствие более благопри ятных условий выборки гидродинамических целиков).
6. В тех случаях, когда Sp стратегия недостаточно эффек тивна (не монолитно-многопластовые системы сложно-слоис того строения с непроницаемыми и слабопроницаемыми вклю чениями, разреженной сеткой скважин, неныотоновскими жид костями со значительными периферийными водоплавающими
зонами при совместном способе эксплуатации) |
возможно |
по |
|
строение комбинированных S,p с |
S (f), Sop с: |
(So U SPJ и др. |
|
стратегий, эффективность которых |
(относительно S0) всегда |
||
может быть гарантирована. |
|
|
(по |
7. Переменный режим эксплуатации скважин является |
меньшей мере) частью оптимального процесса выработки неф тяных пластов, т. к. полная выборка гидродинамических цели
ков не возможна |
(исключена) в условиях S (с) — процесса. |
|||||
|
|
Литература к I |
главе |
|
|
|
1. |
Щ е л к а ч е в В. Н., |
Л а п у к Б. Б. |
Подземная гидравлика, М., Гос |
|||
топтехпздат, 1949 г. |
В. Н. Разработка нефтеводоносных пластов |
при уп |
||||
2. |
Щ е л к а ч е в |
|||||
ругом режиме, М., Гостоптехпздат, 1959. |
|
М., |
«Недра», |
|||
3. Б е л а ш П. М. Основы |
вычислительной техники, |
|||||
1964. |
М а к с и м о в |
М. М. Об использовании электрических |
моделей для |
|||
4. |
решения задач разработки нефтяных и газовых месторождений, Тр. ВНИИ, вып. 17. М., «Недра», 1966.
5. Ф р и д м а н |
В. Г. К вопросу динамики управления нефтедобываю |
щим предприятием. |
Канд. днссерт., М., 1965. |
6. С а т т а р о в |
М. М., А н д р е е в Е. А. и др. Проектирование разра |
ботки крупных нефтяных месторождений, М., «Недра», 1969.
7. К р ы л о в А. П., Г л о г о в с к н и М. М. и др. Научные основы разра ботки нефтяных месторождений, М., Гостоптехпздат, 1948.