Совершенствование подбора кривых фазовых проницаемостей при моделировании разработки нефтяных залежей

В результате появления в 2000 г. утвержденного Минтопэнерго РФ «Регламента по созданию постоянно действующих геолого-технологических моделей нефтяных и газонефтяных месторождений. РД 153−39.0−047−00» [54] прежняя отечественная практика использования постоянно действующих компьютерных геолого-технологических моделей (ПДГТМ) преимущественно на эксплуатационных объектах (ЭО), хорошо обеспеченных информацией, необходимой для инициализации и адаптации ПДГТМ, в одночасье сменилась применением ПДГТМ и на ЭО, исходную информационную обеспеченность моделирования которых с помощью ПДГТМ никак нельзя признать удовлетворительной. Особенно трудноразрешимой оказалась проблема получения адекватных действительности сведений о кривых относительных фазовых проницаемостей (КОФП), служащих основой для прогнозирования обводненности продукции добывающих скважин и (при забойных давлениях в добывающих скважинах, в связи с разработкой продуктивного пласта упавших ниже давления насыщения пластовой нефти газом) технологического газового фактора.

Проблему нельзя решить за счет простого увеличения количества и разнообразия представляющих моделируемый ЭО образцов пород-коллекторов, для которых КОФП построены по данным соответствующих лабораторных исследований: в ПДГТМ должны использоваться КОФП, характеризующие процесс двухили трехфазной фильтрации не на уровне образцов, а на уровне гораздо более крупных элементов объема разрабатываемой залежи или всей залежи как единой целостности [32, 42, 62], т. е. так называемые модифицированные кривые относительных фазовых проницаемостей (МКОФП). Переход от обычных КОФП, отвечающих отдельным образцам, к МКОФП — задача, существующие методики решения которой [32, 62] вряд ли можно считать вполне корректными даже при наличии большого количества лабораторных КОФП и фактических данных, в рамках конкретной методики предполагаемых достаточными для восхождения от лабораторных КОФП к МКОФП (в первую очередь, данные о характеризующих ЭО или его части функциях распределения значений проницаемости пород-коллекторов). Весьма ограниченной является и ценность попыток построения КОФП по материалам геофизических исследований скважин (ГИС) [18, 23, 72, 73], так как не известно, какой геометрической базе (образец, прискважинная или более обширная зона пласта) соответствует та или иная «геофизическая» КОФП, да и в современных способах расчета «геофизических» КОФП слишком много разного рода условностей.

Отсюда ясно, что при работе с ПДГТМ желательно опираться на КОФП, полученные по промысловым данным [3, 30, 62, 74], обеспечивающим непосредственный выход на МКОФП. Речь может идти о построении МКОФП по промысловой информации, относящейся к отдельным скважинам, группам компактно расположенных скважин или ко всем разрабатывающим интересующий нас объект добывающим скважинам, что соответствует расчету МКОФП для зоны, дренируемой конкретной скважинойдля более или менее крупного участка залежи, дренируемого несколькими компактно расположенными скважинамидля всей залежи как единого ЭО.

Наиболее очевидные недостатки ориентации на отдельные скважины: искажение результатов из-за того, что в ходе процесса разработки конфигурация и размеры зоны, дренируемой определенной скважиной, могут существенно изменятьсяотсутствие фактических данных для оценки поведения МКОФП при сочетаниях насыщенностей пород-коллекторов нефтью, газом и водой, которые в окрестностях скважины ни в один из моментов ее функционирования не реализовалисьзатруднительность точной оценки насыщенностей применительно к конкретным моментам работы скважины. В случае ориентации на группы компактно расположенных скважин первый и третий из перечисленных недостатков обычно выступают в существенно ослабленных проявлениях, а при ориентации на залежь, взятую в целом, те же недостатки зачастую вообще не проявляются, но за это приходится платить отказом от дифференциации объема залежи по характеризующим ее различные участки наборам МКОФП. Вывод ясен. Нужна комплексная обработка промысловой информации по всем действующим на рассматриваемом объекте скважинам, организованная таким образом, чтобы при возникновении требующей этого ситуации различным частям ЭО можно было приписать разные наборы МКОФП.

Фактически это означает, что заслуживающие высокого доверия МКОФП, как правило, приходится получать в ходе адаптации ПДГТМ к данным по истории разработки ЭО, действуя методом проб и ошибок — единственным поистине универсальным подходом к познанию действительности и овладению ею, но следует стремиться придать указанному методу, в своих наиболее неэкономных вариантах приобретающему форму нисколько не упорядоченного «метода тыка», как можно большую упорядоченность, позволяющую перейти к вариантам метода проб и ошибок, по отношению к которым допустимо использование терминов «метод последовательных приближений», «итерационный метод». Наша работа направлена на поиски приемов работы с ПДГТМ, обращение к которым способствует приданию процедурам подбора МКОФП, реализуемым при адаптации ПДГТМ, достижимо высокой упорядоченности. Ее актуальность определяется тем, что упорядочение подбора МКОФП — это путь к снижению пока что очень высоких затрат труда и машинного времени на адаптацию ПДГТМ, к повышению качества адаптации за счет ее частичной алгоритмизации, резко сокращающей число случаев существенно неполной реализации возможностей адаптации в отношении повышения прогностической мощи ПДГТМ.

Конечной целью работы является повышение качества и экономизация адаптации постоянно действующих геолого-технологических моделей нефтяных залежей за счет использования обосновываемых в диссертации более эффективных, хорошо упорядоченных приемов подбора включаемых в модели модифицированных кривых относительных фазовых проницаемостей.

В соответствии с поставленной целью основные задачи исследований определяются следующим образом:

— Анализ проблемы подбора МКОФП в свете представления о системно-структурной природе опирающихся на ПДГТМ методов проектирования, анализа и регулирования разработки нефтяных залежей и признания «наилучшим» подходом к подбору МКОФП реализации подбора непосредственно в ходе адаптации ПДГТМ к данным по истории разработки конкретных ЭО с помощью, по возможности, максимально упорядоченного метода проб и ошибок.

— Обобщение сложившейся практики подбора МКОФП в ходе адаптации ПДГТМ и аргументация тезиса о решающем значении для упорядочения подбора обращения к аналитическим (формульным) описаниям МКОФП.

— Исследование возможностей аналитической аппроксимации КОФП.

— Апробация опирающегося на формульные аппроксимации подбора МКОФП при адаптации ПДГТМ конкретного эксплуатационного объекта.

Для решения поставленных задач используются следующие основные методы:

— Изучение и обобщение литературных данных и личного опыта диссертанта [13, 17, 21, 22, 24−27, 41, 43, 44] по адаптации ПДГТМ конкретных ЭО применительно к проблеме подбора используемых в ПДГТМ модифицированных кривых относительных фазовых проницаемостей.

— Анализ существующих и разработка новых подходов к аналитической аппроксимации КОФП.

— Вычислительные эксперименты с данными по истории разработки конкретных нефтяных залежей, проведенные с помощью программных средств комплекса ECLIPSE.

Содержащиеся в диссертации элементы научной новизны сводятся к нескольким наиболее существенным положениям:

— Трактовка осуществляемого с применением ПДГТМ проектирования, анализа и регулирования разработки нефтяных залежей как одной из лучших реализаций системно-структурного подхода к управлению процессами разработки, обеспечивающего высокую полноту учета при обосновании технологических управленческих решений индивидуальных, неповторимых особенностей, уникальности конкретных ЭО.

— Аргументация тезиса о методе проб и ошибок как основном орудии решения задач адаптации ПДГТМ, требующем постоянного совершенствования в направлении максимального упорядочения проб, сближения метода проб и ошибок с итерационными процедурами, т. е. с методами последовательного приближения.

— Признание наиболее надежным путем к получению адекватных действительности МКОФП подбора этих кривых в ходе адаптации ПДГТМ.

— Оценка обращения к аналитическим аппроксимациям КОФП как важнейшей предпосылки упорядочения (и экономизации) подбора МКОФП при адаптации ПДГТМ, разработка теоретических основ и практических приемов конструирования аналитических аппроксимаций КОФП, включая вывод новых аппроксимирующих формул, записанных с использованием так называемых пертурбационных множителей.

— Построение и апробация схемы адаптации ПДГТМ разрабатываемой нефтяной залежи, опирающейся (схема) на аналитические описания МКОФП, подобранные с помощью хорошо упорядоченного метода проб и ошибок в ходе непосредственного выполнения адаптации.

Предполагается, что практическая ценность работы определяется полезностью выполненных исследований и методических разработок для практики адаптации ПДГТМ, пока что требующей очень больших затрат труда и машинного времени из-за недостаточной упорядоченности процедур адаптации, а в условиях применения предложенных в диссертации приемов подбора МКОФП становящейся более упорядоченной и экономной.

Результаты, полученные в связи с работой над диссертацией, использованы при создании ПДГТМ по нефтяным залежам в верхнекаменноугольных и нижнепермских отложениях Сандивейского и Баганского месторождений (Республика Коми), в нижнемеловых отложениях месторождений Октябрьское, Правобережное, Хаян-Корт, в верхнемеловых отложениях Гудермесского месторождения, в среднемиоценовых (чокракских) отложениях Морозовского месторождения (Северный Кавказ).

В процессе работы над диссертацией получаемые результаты систематически докладывались на международных научно-практических конференциях «Освоение ресурсов трудноизвлекаемых и высоковязких нефтей» (Анапа, 2001 г.- Анапа, 2003 г.;

Геленжик, 2005 г.), а также на заседаниях научно-технических советов ОАО РосНИПИтермнефть (2002г., 2004 г.) и ООО «НК «Роснефть — НТЦ» (2005г.). По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе четыре [24, 25, 26, 27], непосредственно излагающие основные защищаемые положения работы.

Автор выражает признательность научному руководителю диссертационной работы д-ру геол.- минерал, наук, проф. Ю. В. Шурубору, д-ру т.н., проф. А. Р. Гарушеву, к.т.н. К. Э. Джалалову, к.т.н. B.C. Колбикову, А. П. Савченко, Т. М. Кичигиной за ценные консультации при постановке исследований и обсуждении результатов их выполнения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Проблема обеспечения постоянно действующих компьютерных геолого-технологических моделей (ПДГТМ) конкретных разрабатываемых нефтяных залежей информацией о модифицированных кривых относительных фазовых проницаемостей (МКОФП) исследована на основе представления, в рамках которого ПДГТМ рассматриваются в качестве в современных условиях наиболее эффективного средства реализации системно-структурного подхода к решению задач проектирования, анализа и регулирования разработки этих залежей. При этом системно-структурный подход трактуется как надежный инструмент наиболее полного учета индивидуальных, неповторимых, уникальных особенностей реальных залежей, процессов их разработки и эксплуатации.

2. Показано, что заслуживающие наибольшего доверия МКОФП можно получить лишь непосредственно в ходе адаптации ПДГТМ конкретных эксплуатационных объектов к данным по истории разработки объектов с помощью метода проб и ошибок как единственного вполне универсального орудия познания действительности и овладения ею.

3. Наиболее распространенные в настоящее время реализации указанного метода подбора МКОФП при адаптации ПДГТМ оцениваются как не способствующие упорядочению подбора и поэтому нередко ведущие к не всегда оправданному увеличению количества шагов адаптационной процедуры, затрат труда и машинного времени на выполнение адаптации. Доказывается, что, если подбор МКОФП вести, опираясь не на обычные в наши дни постепенно деформируемые таблично и графически заданные не имеющие аналитических аппроксимаций кривые, а на разумные малопараметрические аналитические (формульные) аппроксимирующие описания рассматриваемых кривых, от отмеченных недостатков во многих случаях можно избавиться, обеспечив большую упорядоченность подбора, придание ему итерационного характера за счет полного освобождения его от элементов «метода тыка».

4. На основе анализа соответствующих литературных данных и собственных исследований диссертанта выяснены возможности аналитической аппроксимации МКОФП с помощью формул различной степени сложности, в результате чего предложена претендующая на полноту классификация признаваемых разумными упорядоченных процедур подбора МКОФП при адаптации ПДГТМ. Часть из этих процедур апробирована при адаптации ПДГТМ нефтяных залежей в верхнемеловых отложениях Гудермесского (Чеченская Республика) и в нижнепермских отложениях Салюкинского (Республика.

Коми) месторождений. На Салкжинском месторождении удовлетворительные результаты достигнуты при использовании самой простой из рассматривающихся упорядоченных процедур подбора МКОФП. На Гудермесском месторождении успех был достигнут лишь при использовании самой сложной из рассматривающихся процедур, опирающейся на выведенные в диссертации формулы, описывающие зависимости от насыщенности поровых пространств водой относительных фазовых проницаемостей по воде и по нефти с использованием до сих пор не применявшегося в физике нефтяного пласта понятия о так называемых пертурбационных множителях.

5. Полученные результаты оцениваются как имеющие непосредственное прикладное значение (экономизация подбора МКОФП при адаптации ПДГТМ) и обеспечивающие предпосылки для дальнейшего совершенствования теории и практики адаптации ПДГТМ (совершенствование контроля адаптированных ПДГТМ с точки зрения их прогностических возможностейучет некоторых особенностей соотношений между модельной и фактической динамикой изменения текущего среднего пластового давления на эксплуатационных объектах, в объемах которых есть и нефтеносные и водоносные пласты, в выравнивании энергетических потенциалов которых определенную роль играют замедленно проявляющиеся негидродинамические факторыпостановка проблемы учета временной изменчивости МКОФПтезис о возможном для относительной фазовой проницаемости по воде при 100-процентной насыщенности пор водой выходе на значения, которые меньше 1).

6. Намечены направления будущих исследований по теме, которой посвящена диссертация, связанные с выполнением экспериментов, близких к описанным в диссертации, на других эксплуатационных объектах.