Главная » 2014 » Июль » 27 » Скачать Имитационное моделирование систем поддержания пластового давления при технологии дискретных закачек. Зубов, Максим Владиславович бесплатно
11:33 PM
Скачать Имитационное моделирование систем поддержания пластового давления при технологии дискретных закачек. Зубов, Максим Владиславович бесплатно
Имитационное моделирование систем поддержания пластового давления при технологии дискретных закачек
Диссертация
Автор: Зубов, Максим Владиславович
Название: Имитационное моделирование систем поддержания пластового давления при технологии дискретных закачек
Справка: Зубов, Максим Владиславович. Имитационное моделирование систем поддержания пластового давления при технологии дискретных закачек : диссертация кандидата технических наук : 05.13.18 Тюмень, 2006 134 c. : 61 06-5/1426
Объем: 134 стр.
Информация: Тюмень, 2006
Содержание:
Содержание
Введение
1 ГЛАВА I Гидродинамическое моделирование и расчеты сложных гидравлических систем
11 Сложные гидравлические системы
111 Примеры сложных гидравлических систем, объект исследования
112 Математические модели элементов сложных гидравлических систем
1121 Математическая модель пассивных элементов системы
1122 Математическое описание активных элементов и потребителей гидравлических систем
113 Методы решения задач потокораспределения для сложных гидравлических систем
1131 Методы поконтурной и поузловой увязки для расчета гидравлических систем
1132 Использование метода итерации при решении систем нелинейных уравнений для расчета гидравлических систем
1133 Экстремальный подход для расчета потокораспределения гидравлических систем
12 Анализ имеющихся программных продуктов для решения задач гидравлического расчета сложных трубопроводных систем
Выводы по главе 1
2 ГЛАВА II Имитационная модель систем поддержания пластового давления для контроля и управления технологией дискретных закачек
21 Системы поддержания пластового давления Технология дискретных закачек
22 Функциональное назначение имитационной модели
23 Структура и описание имитационной модели
231 Математическая модель блока гидравлических расчетов
2311 Исходные данные и результаты гидравлического расчета при моделировании систем поддержания пластового давления
2312 Решение системы нелинейных уравнений по узлам сети методом простой итерации
2313 Решение задач потокораспределения в системах поддержания пластового давления методом узловых давлений
2314 Моделирование водоводов
2315 Моделирование нагнетательных скважин
2316 Моделирование работы кустовых насосных станций
24 Тестирование имитационной модели
Выводы по главе II
3 ГЛАВА III Моделирование реальных систем поддержания пластового давления при технологии дискретных закачек Результаты моделирования
31 Настройка имитационной модели
32 Решение на имитационной модели оптимизационных задач
321 Вычисление оптимального графика нагрузки
322 Расчет оптимального графика нагрузки для КНС, оснащенных центробежными насосами
323 Расчет оптимального графика нагрузки для КНС, оснащенных плунжерными насосами без регулируемых приводов
33 Задача контроля исправности сети водоводов высокого давления и нагнетательных скважин
34 Сбор и обработка информации, ведение баз данных по элементам систем ППД
35 Моделирование реальных систем поддержания пластового давления на имитационной модели
Выводы по главе III
Введение:
Заводнение является основным способом поддержания пластового давления при разработке нефтяных месторождений, а системы поддержания пластового давления (системы ППД) - одними из наиболее крупных потребителей электроэнергии в нефтедобыче. Системы ППД представляют собой разветвленную сеть высоконапорных водоводов, соединяющую кустовые насосные станции с нагнетательными скважинами, и предназначены для искусственного поддержания пластовой энергии путем закачки воды в продуктивные пласты.
Повышение эффективности заводнения в технологии разработки месторождений и рациональное расходование энергии в системах ППД относятся к наиболее актуальным проблемам нефтедобычи.
В новых условиях (к ним относятся снижение качества запасов по вновь вводимым месторождениям, поздние стадии разработки и осложненные условия добычи по основным действующим месторождениям, высокий физический износ основных фондов) заводнение, как основное средство воздействия на эксплуатационный объект, должно стать максимально управляемым и расширить диапазон воздействий.
Новым усложнённым условиям разработки и требованиям эффективности заводнения и энергосбережения в наибольшей мере отвечает технология дискретных закачек (ТДЗ), разработанная в ОАО «Гипротюменнефтегаз» [13,15,19,59,64], патент на изобретение № 2186954 (приоритет от 19.07.2000). Здесь поскважинное управление закачками осуществляется путем подключения скважин к сети водоводов в течении цикла (суток) на время, достаточное для выполнения их индивидуальных заданий w3adi, в то время как при существующей технологии (технологии непрерывных закачек) скважины работают в непрерывном режиме без возможности оперативного управления закачками.
При ТДЗ заводнение как основной способ воздействия на эксплуатационный объект приобретает ряд дополнительных возможностей, как в сфере разработки, так и в сфере эксплуатации самих систем.
В сфере разработки:
1) выполнение заданий по закачкам вида fV3ad = ]> w3ad,, расширение диапазона воздействий до пределов технических возможностей системы ПГГД с их дифференциацией по скважинам - объем закачки, расход, давление, режим закачки - непрерывный, прерывистый, импульсный, волновой;
2) организация в системе ППД дополнительных функций, расширяющих как возможности заводнения, так и эксплуатационные возможности самой системы ППД.
В сфере эксплуатации — оптимизация работы систем по минимуму затрат энергии на выполнение задания W3ad = ]> ,.
Актуальность темы.
Своевременность и значимость, суть проблемной ситуации. Как уже было отмечено, в новых условиях разработки нефтяных месторождений традиционные методы заводнения малоэффективны, поэтому в общей проблеме повышения эффективности разработки одним из основных аспектов является совершенствование технологий заводнения и модернизация самих систем поддержания пластового давления. А разработанная технология дискретных закачек в полной мере удовлетворяет этим требованиям эффективности и сложившимся условиям разработки.
Реализация данной технологии в полном объеме и достижение высоких показателей как в эффективности заводнения, так и в энергосбережении возможны только при наличии соответствующего программного обеспечения — имитационной модели (ИМ), позволяющей моделировать работу систем ППД, решать задачи контроля и управления системой ППД, а также дополнительно решать задачи, имеющие практическое значение как при эксплуатации систем
ППД (контроль исправности сети высоконапорных водоводов и определение нарушений в работе нагнетательных скважин, оперативный контроль состояния системы, ведение баз данных характеристик элементов системы и т.п.), так и при их проектировании (исследование систем ППД на способность соответствовать изменяющимся условиям эксплуатации как по стадиям разработки, так и вследствие неполноты исходных данных; анализ сети водоводов и определение ее «узких мест», их устранение путем введения лупингов, перемычек и т.п.).
Современный уровень разработки и эксплуатации месторождений связан с постоянно действующими геолого-технологическими моделями (ПД ГТМ) эксплуатационных объектов, для формирования и использования которых нужны управляемые воздействия, что в полной мере и обеспечивается новой технологией. Имитационная модель с ее базами данных по нагнетательным скважинам является источником дополнительных данных для ПД ГТМ с возможностью оперативно отслеживать динамику их изменений.
При технологии дискретных закачек с использованием имитационной модели характеристики скважин могут быть получены прямо в процессе эксплуатации без прекращения закачки и проведения специальных исследований.
Суть научной проблемы. Для исследования возможностей систем ППД при изменяющихся режимах и объемах закачки, для эффективного и оптимального планирования работы системы на предстоящий цикл необходимо разработать имитационную модель, позволяющую производить расчет оптимального графика закачки на цикл, проигрывать различные варианты режимов закачки системой в течение цикла и выбирать оптимальный, удовлетворяющий следующим критериям: выполнение задания по закачке, минимальное энергопотребление кустовыми насосными станциями (КНС), эффективное распределение времени работы нагнетательных скважин в течение всего цикла, а также решение ряда других дополнительных прикладных задач.
Цели и задачи исследования.
1. Проанализировать существующие методы и алгоритмы гидравлического расчета трубопроводных систем и выбрать наиболее приемлемые для реализации в имитационной модели.
2. Разработать математическую модель системы ППД и на ее основе -программный комплекс для моделирования режимов работы систем ППД при технологии дискретных закачек.
3. Разработать методику расчета оптимального графика закачки.
4. Разработать методику определения местоположения (локализации) утечек в сети водоводов высокого давления.
Методы исследования.
Получение фактического материала осуществлялось путем изучения и анализа действующих систем ППД, изучения материалов института ОАО «Гипротюменнефтегаз» по исследованию проблем энергосбережения в нефтедобыче региона, по разработке технологии дискретных закачек систем ППД.
Основные методы, использованные в работе:
• метод математического моделирования для разработки самой имитационной модели;
• методы последовательных приближений;
• метод оптимизации при определении режимов работы систем ППД.
Степень достоверности результатов исследований
Достоверность полученных результатов подтверждается корректным использованием основных законов гидравлики и численных методов гидравлических расчетов, количественным сопоставлением результатов моделирования с практическими данными для участков реальных систем ППД.
Научная новизна результатов полученных в работе:
1. Разработана имитационная модель систем ППД. Модель реализована в виде пакета программ, который позволяет выполнять гидравлические расчеты систем ППД и моделирование режимов их функционирования.
2. Выбраны рациональные алгоритмы гидравлического расчета систем: для систем древовидной структуры - алгоритм на основе метода простой итерации; для систем с наличием кольцевых участков - метод узловых давлений. Оба метода адаптированы для расчета систем ППД.
3. Разработана методика настройки имитационной модели на конкретную реальную систему ППД, включающая процедуру расчета фактических значений коэффициента эквивалентной шероховатости для водоводов сети.
4. Разработана процедура определения оптимального графика закачек.
5. Разработана методика обнаружения и локализации утечек в сети водоводов и нарушений работы нагнетательных скважин.
6. Смоделированы режимы работы в цикле для реальных систем ППД с определением оптимального из них.
Практическая ценность:
Разработанная имитационная модель дает возможность организовать управление технологией дискретных закачек с реализацией в полной мере ее возможностей и преимуществ: высокая управляемость воздействий на пласт, оптимизация режимов закачки и энергоэффеткивность, а также возможность получения в процессе эксплуатации оперативной информации об объекте разработки (информативность).
Апробация.
Перечень конференций и семинаров, где обсуждалась данная работа:
1. VI Всероссийский семинар «Моделирование неравновесных систем», 24-26 октября 2003 г. (ИВМ СО РАН, г.Красноярск).
2. Международная научно-техническая конференция, посвященная 40-летию ТюмГНГУ, 12-13 ноября 2003 г. (ТюмГНГУ, г.Тюмень).
3. 27-я Научно-практическая конференция ОАО «Гипротюменнефтегаз», 19-20 ноября 2003 г. (ин-т ОАО «Гипротюменнефтегаз», г. Тюмень).
4. Межотраслевой научно-методологический семинар «Теплофизика, гидродинамика, теплотехника», 12 мая 2004 г. (ТюмГУ, г. Тюмень).
5. V Научно-практическая конференция молодых специалистов организаций, осуществляющих виды деятельности, связанной с пользованием участками недр на территории ХМАО Югры., 16-18 февраля 2005 г. (ЮГУ, г. Ханты-Мансийск).
Кроме того, данная работа обсуждалась на семинарах, проводимых на физическом факультете в ТюмГУ и в ТФ ИТПМ СО РАН.
Основное содержание и результаты данной работы опубликованы в следующих статьях, тезисах докладов и отчетах:
1. Создание системы управления гидродинамическими и теплофизическими процессами при движении многофазных сред в системах трубопроводного транспорта: Отчет по НИР (заключ.) / ТюмГУ; рук. А.А.Кислицын. — № 3 3016. - Тюмень. 2003. - 19 с.
2. Зубов М.В. Моделирование гидродинамических процессов в системах трубопроводного транспорта // Материалы VI Всероссийского семинара «Моделирование неравновесных систем» (Красноярск, 24-26 окт. 2003 г.). - Красноярск: ИВМ СО РАН, 2003. - С. 79.
3. Зубов М.В. Разработка имитационной модели для систем ППД // Материалы международной научно-технической конференции, посвященной 40-летию ТюмГНГУ «Нефть и газ Западной Сибири» (Тюмень, 12-13 нояб. 2003 г.). - Тюмень: ТюмГНГУ, 2003. - Т.2. - С. 86-88.
4. Разработка алгоритма опытного образца технического комплекса интеллектуальной системы поддержания пластового давления, разработка технологического процесса на основе технологии дискретных закачек, проведение испытаний и опытной эксплуатации опытного образца на Лонтынь-Яхском нефтяном месторождении: Отчет по НИР (1 этап) / ОАО «Гипротюменнефтегаз»; рук. В.А.Горбатиков. - №7186. - Тюмень. 2003. -11 с.
5. Горбатиков В.А., Зубов М.В., Кислицын А.А. Имитационная модель системы поддержания пластового давления // Теплофизика, гидродинамика, теплотехника: Сборник статей. - Тюмень: ТюмГУ, 2004. -Вып. 2. - С. 68-76.
6. Зубов М.В. Моделирование систем ППД и реализация технологии дискретных закачек // Сборник тезисов докладов V конференции молодых специалистов организаций осуществляющих виды деятельности связанной с пользованием участками недр на территории ХМАО - Югры (Ханты-Мансийск, 16-18 фев. 2005 г.). - Уфа: Изд-во "Монография", 2005. - С. 237.
7. Кислицын А.А., Зубов М.В., Горбатиков В.А. Математическая модель технологии дискретных закачек в системах поддержания пластового давления // Вестник ТюмГУ. - Тюмень: ТюмГУ, 2005. - №4. - С. 76-81.
8. Горбатиков В.А., Зубов М.В., Кислицын А.А. Системы ППД в новых условиях, новые требования и пути их реализации // Нефтяное хозяйство. -2006.-№1.-С. 73-75.
Данная работа была поддержана грантом министерства образования РФ, министерства промышленности, науки и технологий РФ и РАН в 2003 году по федеральной целевой программе "Интеграция науки и высшего образования России на 2002-2006 годы" (гос. контракт от 01 октября 2003 г. № 3 3016).
Аннотация глав диссертации.
Диссертационная работа содержит три главы, краткое описание каждой из них: в первой главе - рассматриваются гидравлические сети, их составляющие элементы и математическое описание, методы решения задач гидравлического расчета, также рассматривается подробное описание некоторых имеющихся программных продуктов для решения задач гидравлического расчета; во второй главе — системы ППД, их предназначение, применяемые технологии заводнения, описание технологии дискретных закачек, состав и структура имитационной модели, математические описания элементов систем ППД, приведены результаты тестирования имитационной модели путем расчета реальных систем ППД; в третьей главе — приводятся алгоритм настройки имитационной модели на реальную систему, алгоритмы решения задачи контроля исправности сети водоводов и задачи поиска оптимального графика закачки, реализованные в имитационной модели, а также результаты моделирования режимов работы реальных систем ППД при технологии дискретных закачек.
Краткий обзор литературы. В диссертационной работе приведен обзор литературы по следующим аспектам темы:
• материалы по математическому моделированию гидравлических систем и методам решения оптимизационных задач;
• публикации и материалы по расчету параметров и характеристик работы элементов систем ППД;
• публикации, имеющие отношение к технологии дискретных закачек;
• материалы по вопросам энергосбережения и оптимизации систем поддержания пластового давления;
• публикации и отчеты по программному обеспечению, применяемому для решения прикладных задач путем расчета и моделирования гидравлических систем.
Проведенный обзор литературы позволяет сделать вывод о том, что тема диссертации до ее постановки в данной работе раскрыта частично, следовательно, нуждается в дальнейшей разработке.
Благодарности.
Выражаю благодарность за содействие и помощь при выполнении диссертационного исследования научному руководителю - профессору кафедры механики многофазных систем ТюмГУ, д.ф.-м.н. Кислицыну А. А., куратору и научному консультанту работы в проектном и научно-исследовательском институте ОАО «Гипротюменнефтегаз», ведущему научному сотруднику - референту, к.т.н. Горбатикову В. А., зав. кафедрой механики многофазных систем ТюмГУ профессору, д.т.н. Шабарову А. Б., зав. кафедрой моделирования физических процессов и систем ТюмГУ профессору, д.ф.-м.н. Федорову К. М, профессору кафедры механики многофазных систем ТюмГУ, д.ф.-м.н. Даниэляну Ю. С. за помощь в работе, обсуждение результатов и консультации.
