Построение информационной системы поддержки принятия решений при выборе вида геолого-технического мероприятия на нефтедобывающей скважине

УДК 004.67

В.А. Силич, В.П. Комагоров, А.О. Савельев, А.А. Алексеев

Построение информационной системы поддержки принятия решений при выборе вида геолого-технического мероприятия на нефтедобывающей скважине

Рассматриваются вопросы построения информационной системы поддержки принятия решений при выборе вида геолого-технического мероприятия на нефтедобывающей скважине для повышения ее производительности. Выбор вариантов на проведение определенного вида мероприятия ведется в соответствии с этапами системного анализа проблемных ситуаций. Описание работы информационной системы дается на примере одного из основных программных модулей, позволяющего рассчитать экономическую эффективность геолого-технического мероприятия - гидроразрыв пласта.

Ключевые слова: информационная система, поддержка принятия решений, геологотехническое мероприятие, эффективность гидроразрыва пласта.

В процессе эксплуатации нефтегазовых месторождений возникает необходимость в проведении геолого-технических мероприятий (ГТМ) на нефтедобывающих скважинах с целью увеличения длительности их работы, поддержания базовой добычи нефти, повышения нефтеотдачи пласта.

Классификация ГТМ довольно широка. Выделяют такие мероприятия, как обработка призабойной зоны, приобщение пластов, удаление отложения солей, оптимизация работы скважины, прострел пластов, удаление асфальто-смоло-парафиновых отложений, изменение способов эксплуатации, вывод из бездействия и т.д. При этом способы проведения каждого вида ГТМ также делятся на категории в зависимости от применяемых методов [1, 2].

Целесообразность и возможность проведения ГТМ зависят от общего состояния скважины, определяемого при помощи гидродинамических исследований (ГДИС). При этом лишь в редких случаях ситуация складывается таким образом, что по результатам исследований скважины для повышения ее производительности может быть применен только один вид ГТМ.

Выбор определенного вида ГТМ для конкретной скважины является нетривиальной задачей не только потому, что существует несколько допустимых вариантов ее решения. Следует учитывать, что любое необоснованное расчетами вмешательство подобного рода в процесс эксплуатации скважины может привести к экономическим потерям, которые исчисляются не только прямыми затратами на проведение мероприятия, но также и недополученной прибылью.

В данной статье излагаются общие принципы построения информационной системы поддержки принятия решений при выборе наиболее эффективного с экономической точки зрения вида ГТМ. Система ориентирована на использование геологами и технологами нефтедобывающих предприятий, выполняющими мониторинг разработки и эксплуатации нефтегазовых месторождений. Она разрабатывается в рамках междисциплинарного научно-образовательного проекта «Виртуальный промысел». Реализацию этого проекта осуществляют совместно Институт кибернетики и Институт природных ресурсов Томского политехнического университета.

Основные этапы процесса принятия решений при выборе вида ГТМ. Выбор скважин -кандидатов на проведение определенного вида ГТМ - ведется в соответствии с этапами системного анализа проблемных ситуаций [3]:

1. Анализ ситуации (выявление потребности на проведение ГТМ для конкретной скважины).

2. Установление целей (определение параметров, на изменение значений которых должно быть направлено ГТМ).

3. Выработка решений и анализ альтернатив (формирование перечня возможных видов ГТМ для достижения поставленных целей, оценка их эффективности).

4. Реализация решения (проведение ГТМ).

5. Оценка результатов (мониторинг состояния скважины после проведения ГТМ, анализ результатов).

Разрабатываемая информационная система включает в себя несколько программных модулей по числу видов ГТМ. Ниже приведено описание одного из основных программных модулей системы, позволяющего рассчитать экономическую эффективность геолого-технического мероприятия, -гидроразрыв пласта.

Характеристика геолого-технического мероприятия - гидроразрыв пласта. В процессе бурения и эксплуатации призабойная зона пласта (ПЗП) может достаточно сильно загрязняться, что снижает проницаемость нефтяного коллектора и как следствие производительность нефтяной скважины. Снижение проницаемости ПЗП может происходить также за счет перераспределения напряжений после вскрытия пласта бурением, что приводит к снижению проницаемости естественных трещин. Для увеличения или восстановления производительности скважин в перечисленных случаях применяют гидроразрыв пласта (ГРП) [4].

В результате проведения ГРП в породах образуются новые или расширяются уже существующие трещины за счет создания на забое скважины высокого давления, превышающего вес вышележащих пород. При этом скорость закачивания жидкости для разрыва пласта должна превышать скорость ее поглощения пластом.

Алгоритм оценки эффективности ГРП. Процесс оценки эффективности ГРП для принятия решения о целесообразности его проведения может быть представлен в виде последовательности следующих шагов:

1. Определение необходимости проведения ГРП на основе результатов гидродинамических исследований скважины.

2. Определение параметров ГРП (выбор пропанта и т.д.).

3. Расчет прогнозируемого дебита после проведения ГРП.

4. Предварительная оценка экономической эффективности ГРП.

Принятие решения о проведении ГРП базируется на определенной величине технологического параметра состояния ПЗП - скин-факторе. Впервые A.F. Van Everdingen и N. Hurst (1949) ввели понятие «скин-эффект» для оценки состояния ПЗП и указали, что падение забойного давления в результате ухудшения проницаемости пласта пропорционально скин-эффекту, а в 1956 г. M.F. Hawkins предложил формулу для расчета скин-фактора, вошедшую в учебную и научную литературу как Hawkins’ formula [5].

Скин-фактор (S) рассчитывается на основании данных последнего по дате гидродинамического исследования скважины (ГДИС):

S =

ks rw

где kr - проницаемость коллектора (мД); ks - проницаемость призабойной зоны (мД); rd - радиус измененной зоны (м); rw - радиус скважины (м).

Прогнозируемое значение дебита нефти после проведения ГРП рассчитывается по формуле Дарси [6]:

К х h х

40 =--------------------^-------- ,

18,41 х ц0 х B0 [ln(—) - 0,75 + S ]

rw

где q0 - дебит нефти (м3/сут); К - проницаемость (мД); h - эффективная мощность пласта (м); Pr -среднее пластовое давление (атм); Pwf - забойное давление (атм); ц0 - вязкость нефти (сПз); В0 -объемный коэффициент нефти (м /м ); re - радиус дренирования (м); r - радиус скважины (м); S -скин-фактор.

Предварительная оценка срока окупаемости затрат на проведение ГРП рассчитывается по следующему выражению:

P = V + [(Tp *Vb) + ((Tp + Tw)*Db)*Pr]

(Da - Db )* Pr ’ U

где P - срок окупаемости мероприятия (сут); V - стоимость ГРП (руб.); Pr - цена тонны нефти за вычетом налога на добычу полезных ископаемых (руб./т); Tp - плановое время работы бригады (сут), Vb - заработная плата бригады (руб./сут); Tw - время ожидания работ (сут); Db - величина дебита нефти до ГРП (т/сут); Da - величина дебита нефти после ГРП (т/сут).

Если P имеет положительное значение, то операция проведения ГРП рентабельна, в противном случае выполнять ГРП не следует.

Существующие решения. На ряде нефтедобывающих предприятий используются различные системы оценки эффективности ГТМ. В качестве типовых решений можно выделить ИАКСК и АЭ [У] ГТМ и GTMDB [В]. Эти системы позволяют хранить информацию об уже осуществленных мероприятиях, формировать отчетную документацию и строить графики, планировать проведение ГТМ. Основным отличием предлагаемого программного продукта от указанных решений является наличие функций оценки экономической эффективности мероприятия.

Структура программного модуля оценки эффективности ГРП. Программа оценки эффективности ГРП предназначена для отбора скважин-кандидатов на основе планируемых данных по увеличению дебита нефти и затрат на проведение этого геолого-технического мероприятия. Структура программного модуля представлена на рис. 1.

В качестве инструментария для создания модуля были выбраны следующие программные средства:

• Microsoft Visual Studio 2010;

• Microsoft SQL Server 200В R2.

Рис. 1. Структура модуля отбора скважин - кандидатов на проведение ГРП

Программный модуль выполняет следующие основные функции:

• сопровождение базы данных о состоянии скважин;

• расчет значения скин-фактора на основе данных, полученных в результате гидродинамических исследований скважин (ГДИС);

• расчет величины дебита нефти после ГРП в зависимости от свойств выбранного пропанта;

• расчет затрат на проведение ГРП;

• расчет экономической эффективности ГРП (срока окупаемости).

В программном модуле предусмотрена возможность единовременных расчетов для группы скважин.

Заключение. Апробация модуля отбора скважин - кандидатов на проведение ГРП выполнялась на данных нефтегазовых месторождений, разрабатываемых ОАО «Томскнефть» ВНК. Расхождения прогнозных данных о величине дебита нефти после ГРП, полученных в результате работы про-

граммного модуля, по сравнению с фактическими данными, полученными после проведения ГРП на ряде нефтедобывающих скважин, не превышают 5% (таблица).

Результаты апробации модуля оценки эффективности ГРП

Номер скважины Дебит до ГРП, (т/сут) Планируемый дебит после ГРП, (т/сут) Фактический дебит после ГРП, (т/сут) Планируемый срок окупаемости, сут Фактический срок окупаемости, сут

1 13 32,9 34 142 135

2 17 34,3 33 171 186

3 7 16,1 17 286 262

4 4 24,2 25 124 120

5 7 26,2 25 136 146

6 10 18,7 18 313 341

7 6 28,5 30 115 108

В качестве основных результатов исследований можно выделить следующее:

• разработан алгоритм выявления потребности в проведении ГРП;

• разработан алгоритм оценки экономической эффективности ГРП;

• создан программный модуль информационной поддержки процесса отбора скважин - кандидатов на проведение ГРП.

Дальнейшее развитие информационной системы поддержки принятия решений предполагает создание программных модулей оценки эффективности следующих видов ГТМ: интенсификация добычи нефти, вывод скважин из бездействия, капитальный ремонт скважин, оптимизация добычи нефти.

Литература

1. Уметбаев В.Г. Геолого -технические мероприятия при эксплуатации скважин. - М.: Эксплуатация нефтяных месторождений, 1989. - С. 5-38.

2. Лозин Е.В. Эффективность доразработки нефтяных месторождений. - Уфа: Башкирское книжное издательство, 1987. - С. 30.

3. Этапы принятия управленческого решения [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.inventech.ru/lib/management/management-0035/, свободный (дата обращения: 29.09.2011).

4. Анализ технологий ГРП [Электронный ресурс]. - Режим доступа:

http://msalimov.narod.ru/Grp.html, свободный (дата обращения: 29.09.2011).

5. Муфалазов Р.Ш. Скин-фактор и его значение для оценки состояния околоскважинного про-страстранства продуктивного пласта НПФ. - М.: ROGTEC. 2007. - №19. - С. 18-36.

6. Закон Дарси (линейный закон фильтрации) [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.gazkont.ru/text/539, свободный (дата обращения: 29.09.2011).

7. Информационно-аналитическая компьютерная система контроля и анализа эффективности

геолого-технических мероприятий [Электронный ресурс]. - Режим доступа:

http://www.tadviser.ru/index.php/Продукт:ИАКСКиАЭ_ГТМ_ЦКНТ, свободный (дата обращения: 29.09.2011).

8. Разработка системы <^ТМБВ» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://ot-

oil.com/project_gtmdb.php, свободный (дата обращения: 29.09.2011).

Силич Виктор Алексеевич

Д-р техн. наук, профессор, зав. каф. оптимизации систем управления Национального исследовательского Томского политехнического университета (НИТПУ) Тел.: 8-952-808-80-99 Эл. почта: vas@osu.cctpu.edu.ru

Комагоров Владимир Петрович

Зав. НУЛ «Виртуальный промысел» НИТПУ

Тел.: 8-913-106-20-10

Эл. почта: komagorov@tpu.ru

Савельев Алексей Олегович

Аспирант каф. оптимизации систем управления НИТПУ

Тел.: 8-909-540-63-78

Эл. почта: sava@cc.tpu.edu.ru

Алексеев Александр Александрович

Аспирант кафедры оптимизации систем управления НИТПУ Тел.: 8-923-604-05-86 Эл. почта: frt@tpu.ru

Silich V.A., Komagorov V.P., Saveliev A.O., Alexeev A.A.

The principles of information system construction to support decision making in selecting the type of geological and technical actions at the oil producing well

This article describes the basis of the construction of information systems to support decision making in selecting the type of geological and technical actions for the oil producing well to improve its performance. In the paper we consider the software module of information system, which allows to calculate the economic efficiency of geological and technical actions - hydraulic fracturing.

Keywords: information system, decision support, geological and technical action, the effectiveness of hydraulic fracturing.