Система определения коэффициентов взаимовлияния скважин
SYSTEM FOR DETERMINING WELL INTERFERENCE COEFFICIENTS

Система определения коэффициентов взаимовлияния скважин предназначена для изучения явлений интерференции и взаимовлияния скважин в нефтедобывающей промышленности.
Любое разрабатываемое нефтегазовое месторождение представляет собой сложную гидродинамическую и геолого-технологическую систему. Одной из задач, возникающих в процессе контроля за разработкой нефтегазового месторождения, является изучение взаимовлияния сквежин. Представленная система анализа данных телеметрии решает задачу вычисления коэффициентов взаимовлияний скважин участков нефтепромысловых площадей.
В качестве прототипа была выбрана «Система поддержки принятия решений для оперативно-диспетчерского и эксплуатационного персонала автоматизированной сортировочной горки (сппр кдк су)» (Патент на полезную модель №98387). Данная полезная модель обеспечивает оперативность и качество принимаемых решений по функциональному и стратегическому управлению технологическим процессом. К недостаткам данной модели относятся отсутствие разделения архитектуры системы на компоненты «сервер» и «приложение», что приводит к необходимости выполнять интеллектуальный анализ, подразумевающий объемные вычисления, на клиентских компьютерах, а также отсутствие возможностей выбора данных для анализа и подбора параметров исследования.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в изучение явлений интерференции и взаимовлияния скважин с целью оптимизации производственных показателей, а в конечном итоге увеличения добычи нефти.
Поставленная задача решается тем, что система определения коэффициентов взаимовлияния скважин, включающая модуль баз данных, блок выборки данных, модуль подготовки данных, модуль расчета коэффициентов, отчетный модуль, блок отображения отчетов, согласно изобретению дополнительно содержит блок проверки точности вычислений, картографический блок, модуль начальных условий, модуль адаптации модели, причем модуль начальных условий односторонней связью соединен с блоком выборки данных, блок выборки данных двусторонней связью соединен с модулем баз данных, модуль баз данных односторонней связью соединен с картографическим блоком, картографический блок односторонней связью соединен с модулем начальных условий, блок выборки данных односторонней связью соединен с модулем подготовки данных, модуль подготовки данных односторонней связью соединен с модулем расчета коэффициентов, модуль расчета коэффициентов односторонней связью соединен с блоком проверки вычислений, блок проверки вычислений односторонней связью соединен с модулем адаптации модели, модуль адаптации модели односторонней связью соединен с модулем расчета коэффициентов, модуль расчета коэффициентов односторонней связью соединен с отчетным модулем, отчетный модуль односторонней связью соединен с блоком отображения отчетов, причем модуль баз данных состоит из базы данных телеметрии и базы данных нормативно-справочной информации, модуль начальных условий состоит из блока ввода временного периода и блока выборки скважины, модуль подготовки данных состоит из блока корректировки данных и блока кросс-таблиц, модуль расчета коэффициентов состоит из блока модели участка месторождения, блока дифференциальных уравнений, блока вычисления коэффициентов, отчетный модуль состоит из блока построения таблиц коэффициентов, блока построения карты взаимовлияния, блока построения графиков давлений, модуль адаптации модели состоит из блока подбора граничных условий и блока подбора величины сжимаемости.
Функциональные модули системы, представленные на фигуре 1
1. Модуль баз данных (БД):
1.1. БД телеметрии;
1.2. БД нормативно-справочной информации (БД НСИ).
2. Картографический блок.
3. Модуль начальных условий:
3.1. Блок ввода временного периода;
3.2. Блок выборки скважин.
4. Блок выборки данных.
5. Модуль подготовки данных:
5.1. Блок корректировки данных;
5.2. Блок кросс-таблиц.
6. Модуль расчета коэффициентов:
6.1. Блок модели участка месторождения;
6.2. Блок дифференциальных уравнений;
6.3. Блок вычисления коэффициентов.
7. Блок проверки точности вычислений.
8. Модуль адаптации модели:
8.1. Блок подбора граничных условий;
8.2. Блок подбора величины сжимаемости.
9. Отчетный модуль:
9.1. Блок построения таблицы коэффициентов;
9.2. Блок построения карты взаимовлияния скважин;
9.3. Блок построения графиков давлений.
10. Блок отображения отчетов.
Модули и блоки изобретения функционально находятся на серверной и клиентской частях.
Серверная часть представляет собой основное ядро изобретения и включает в себя: Модуль БД 1, Блок выборки данных 4, Модуль подготовки данных 5, Модуль расчета коэффициентов 6, Блок проверки точности вычислений 7, Отчетный модуль 9.
Клиентская часть представляет собой автоматизированное рабочее место, с помощью которого пользователь может задавать и корректировать параметры требуемого интеллектуального анализа и получать от сервера данные в удобном для восприятия виде. Клиентская часть содержит: Картографический блок 2, Модуль начальных условий 3, Модуль адаптации модели 8, Блок отображения отчетов 10.
Описание блоков и модулей
1. Модуль баз данных (БД)
1.1. БД телеметрии
База данных телеметрии хранит показания телеметрических систем скважин месторождения.
1.2. БД НСИ
База данных справочной информации содержит список параметров нефтедобычи, участвующих в расчетах, и таблицу координат скважин месторождения.
2. Картографический блок
Отображает карту взаимного расположения скважин и позволяет выбрать на ней объекты для исследования с помощью мыши.
3. Модуль начальных условий
3.1. Блок ввода временного периода
Позволяет выбрать для исследования необходимый временной период наблюдения за участком месторождения.
3.2. Блок выборки скважин
Позволяет выбрать скважины для исследования либо из выпадающего списка скважин, либо на основе данных Картографического блока.
4. Блок выборки данных
Извлекает замеры скважин из БД телеметрии с помощью запросов, параметры которых определяются в Модуле начальных условий.
5. Модуль подготовки данных
5.1. Блок корректировки данных
3
В данном блоке для каждой скважины осуществляется проверка наличия корректных данных по дебитам и давлениям среди извлеченных показаний. Корректными считаются показания для дебитов от 0 до 200 м/с, для давлений - все положительные значения. Если у скважины целиком отсутствуют корректные данные по какому-либо параметру, то скважина удаляется из блока и в дальнейшем не участвует в расчетах.
5.2. Блок кросс-таблиц
В данном блоке из данных формируются таблицы дебитов и давлений. Каждая из таблиц обрабатывается следующим образом: Давления:
• удаление всех отрицательных показаний;
• перевод показаний давлений из единиц измерений атм в единицы измерений МПа;
• построение кросс-таблицы, в ячейках которой для каждой из скважин хранится среднее давление за каждые сутки из указанного периода. Если за какие-то сутки отсутствует измерение, то в ячейку помещается измерение за предыдущие сутки;
• прибавка к давлениям величины ρ⋅g⋅h, где у добывающих скважин h равно разнице между глубиной искусственного забоя и глубиной подвески насоса, у нагнетательных – глубине искусственного забоя;
• сортировка кросс-таблицы по датам. Дебиты:
3
• удаление всех отрицательных показаний и больших 200 м/с;
• построение кросс-таблицы, в ячейках которой для каждой из скважин хранится сумма дебитов за сутки для каждой из дат указанного периода. Если за какие-то сутки отсутствует измерение, то в ячейку помещается измерение за предыдущие сутки;
• сортировка кросс-таблицы по датам.
6. Модуль расчета коэффициентов
6.1. Блок модели участка месторождения:
В данном блоке строится упрощенная геологическая модель участка месторождения. Модель получается с помощью разбиения Вороного карты координат забоев скважин исследуемого участка месторождения.
6.2. Блок дифференциальных уравнений
В данном блоке для каждой скважины исследуемого блока строится система уравнений материального вида:
,
где i - номер зоны;
k
j,  - номера зон, соседних с i;
i
τ=βV;
-1
β - упругоемкость пласта, МПа;
i
m
3
V=V=h⋅l⋅l⋅m - пористый объем i-го блока пласта, м;
h - толщина пласта, м;
l - расстояние между скважинами, м;
m - пористость пласта;
n
- гидропроводность между скважинами i и j, ;
i
3
q - суточный дебит i-й скважины, м/с.
k
Так, для скважины номер i, которую окаймляют скважины j,  система имеет вид:
ij
Каждое уравнение системы дифференцируется по параметрам w. Таким образом, конечный вид системы:
u
k
Производные вида  обозначаются как новые неизвестные p, где u∈U, U~[L,K]~{[i,j]}.
6.3. Блок вычисления коэффициентов
lk
В данном блоке вычисляются значения проводимостей w∀l∈L∀k∈K так, чтобы разница между фактическими давлениями, полученными из телеметрии, и теоретическими, полученными в результате расчетов, была минимальной:
Сущность алгоритма:
lk
• проводимостям w, ∀l∈L∀k∈K присваиваются некоторые значения;
• при заданных проводимостях решается система из уравнений материального баланса. Таким образом, становятся известными значения
lk
0
0
lk
• следующий этап - определение поправки Δw∀l∈L∀k∈K: . Для обоснования этого шага приведем разложение в ряд Тейлора функции ƒ(x) в окрестности точки х:  Из разложения видно, что чем меньше величина (x-x), тем точнее определяется f(x). По аналогии с данной формулой получим: . Т.е. после решения системы вида ,  с помощью МНК относительно Δw∀l∈L∀k∈K становится известна искомая поправка. Корректируется .
• пункты b)-d) повторяются до достижения удовлетворительной точности, которая определяется отношением , где k - номер итерации.
7. Блок проверки точности вычислений
В данном блоке осуществляется проверка точности вычислений путем сравнения между собой теоретических и фактических давлений. Чем меньше отклонение теоретических давлений от фактических, тем точнее вычислены расчетные коэффициенты взаимовлияния. В случае неудовлетворительной точности необходимо поменять параметры модели в Модуле адаптации модели.
8. Модуль адаптации модели
8.1. Блок подбора граничных условий
В данном блоке рассчитываются в целом по участку суммарный отбор и суммарная закачка и, в случае превышения закачки над отбором по нагнетательным скважинам на границе, закачка уменьшается на величину, позволяющую уравнять отбор и закачку в целом по участку. Далее эта величина может корректироваться в небольших пределах с целью максимально приблизить расчетные давления в блоках к фактическим.
8.2. Блок подбора величины сжимаемости
В данном блоке подбирается величина сжимаемости так, чтобы обеспечивалось минимальное расхождение фактических и расчетных давлений.
9. Отчетный модуль
9.1. Блок построения таблицы коэффициентов взаимовлияния скважин. В данном блоке численные результаты расчетов оформляются в виде следующей таблицы:
9.2. Блок построения карты взаимовлияния скважин:
Построение карты осуществляется следующим способом:
• участок разбивается методом Вороного на блоки;
• на ребра разбиения укладываются идентифицированные значения;
• выполняется расчет и построение интерполированного поля значений (см. фиг. 2), а также дополнительное отображение коэффициентов в виде стрелок, длина которых определяет величину коэффициента (см. фиг. 3);
• начало векторов перемещается в точки, обозначающие забой скважин (см. фиг. 4), и выполняется построение для каждой нагнетательной скважины интегральной стрелки на основе суммы векторов, выходящих из скважины (см. фиг. 5). Данные стрелки характеризуют направление фильтрации жидкости от нагнетательных скважин к соседним добывающим.
9.3. Блок построения графиков расчетных и фактических давлений
В данном блоке строятся совмещенные графики расчетных и фактических давлений. Чем меньше расстояние между линиями данных графиков, тем точнее были проведены расчеты.
10. Блок отображения отчетов:
В данном блоке формируется итоговый отчет (файл формата pdf), содержащий карту взаимовлияний скважин, таблицу значений коэффициентов взаимовлияния скважин и совмещенные графики расчетных и фактических давлений.
В начале процесса пользователь определяет набор данных для исследования. Для этого с помощью Блока 3.1 Модуля начальных условий (3) пользователь вводит необходимый временной период. Далее для того чтобы сформировать список объектов для исследования, пользователь выбирает скважины из раскрывающегося списка скважин Блока 3.2 или выделяет мышью объекты карты Картографического блока 2, которая строится на основе данных БД НСИ 1.2. Параметры, которые определил пользователь в Модуле начальных условий 3, отправляются в Блок выборки данных 4, в котором формируются запросы к БД телеметрии 1.1. Полученную из БД телеметрии 1.1 информацию Блок выборки данных 4 пересылает в Модуль подготовки данных 5. Проходя через Блок корректировки данных 5.1 и Блок кросс-таблиц 5.2, информация приобретает вид, пригодный для расчетного алгоритма, реализованного в Модуле расчета коэффициентов 6. В Блоке 6.1 строится модель участка месторождения, на основе которой составляются дифференциальные уравнения Блока 6.2. С помощью данных уравнений и алгоритма Блока 6.3 осуществляется расчет коэффициентов взаимовлияния. На основе полученных коэффициентов в Блоке проверки точности вычислений 7 по косвенному показателю (разница между фактическими и расчетными давлениями) определяется, насколько расчетные коэффициенты близки к реальным. В случае неудовлетворительной точности пользователь с помощью средств Модуля адаптации модели 8 может подобрать граничные условия (Блок 8 1) и величину сжимаемости пластовой среды (Блок 8.2). После того как расчетные коэффициенты взаимовлияния будут отвечать требуемой точности, результаты вычислений направляются в Отчетный модуль 9. В нем формируются отчеты, которые содержат численные значения коэффициентов взаимовлияния (оформляются в виде таблицы Блоком 9.1), визуализация данных коэффициентов (оформляются в виде карты взаимовлияния Блоком 9.2) и графики расчетных и фактических давлений (являются идентификатором точности проведенных вычислений и строятся Блоком 9.3). Отчеты Модуля 9 отправляются в Блок отображения отчетов 10, в котором формируется итоговый отчет о результатах проведенного исследования.
Таким образом:
1. Благодаря архитектуре «клиент-сервер» снижаются требования к компьютерам клиентов, т.к. исчезает необходимость проводить на них трудоемкие вычисления и хранить большие объемы данных.
2. Инструмент предоставляет возможность выбирать объекты для исследования либо из выпадающего списка скважин, либо путем их выделения мышью на топографической карте участка месторождения. Также предусмотрена возможность выбрать данные только за интересующий временной интервал.
3. Инструмент позволяет вручную менять параметры интеллектуального анализа данных, благодаря чему пользователь может корректировать параметры построенной модели, основываясь на своем практическом опыте.
4. Отчеты, построенные с помощью инструмента, содержат как графическое, так и численное представления результатов расчетов коэффициентов взаимовлияния скважин. Также отчеты содержат совмещенные графики расчетных и фактических давлений, по которым определяется точность проведенных вычислений.