Ключевые слова: газлифтный способ эксплуатации, динамическое программирование, оптимизация работы скважин.
Решение комбинаторных задач с помощью динамического программирования можно применять в задачах оптимизации скважин. На сегодняшний день для месторождений, где при разработке после периода фонтанирования скважин из-за нехватки пластовой энергии, переходят на механизированные способ эксплуатации скважин для увеличения добычи нефти.
Для оптимизации работы скважин используется специализированное программное обеспечение, в котором отсутствует возможность учета всей истории работы скважины, учета технологических ограничений для отдельной скважины и в целом по месторождению.
Альтернативным методом для оптимизации работы скважин может выступать алгоритм, основанный на решении комбинаторной задачи.
Газлифтный способ эксплуатации
Одной из ключевых проблем при эксплуатации нескольких газлифтных скважин является различие в производительности между ними при одинаковом расходе подаваемого газа. Это различие приводит к необходимости оптимизации общего объема добычи с учетом индивидуальных характеристик каждой скважины и соответствующего подбора параметров работы газлифтной системы.
Данную задачу можно представить как задачу нелинейного программирования, где целью является максимизация суммарного дебита жидкости при наличии ограничений на объем подаваемого газа.
Технологический процесс газлифтной добычи выглядит следующим образом. Рабочий газ, чаще всего это прорывной или сухой газ, поступает по специальной трубной колонне в точку соединения с подъемной колонной, где происходит его смешивание с пластовым флюидом. Затем образовавшаяся газожидкостная смесь поднимается на поверхность [1].
Газлифтный метод характеризуется простотой в эксплуатации скважинного оборудования и последующего обслуживания, а также высокой надежностью работы, даже при проявлении песка.
Также требуется сложная и металлоемкая система распределения сжатого газа по скважинам. В общем объеме применения методов эксплуатации доля газлифта составляет около 5 %.
Основная цель применения данного метода заключается в возможности регулирования дебита в широком диапазоне за счет изменения режима подачи газа. На нефтегазоконденсатных месторождениях со временем наблюдается увеличение газового фактора, что связано с достижением давления насыщения, равного начальному пластовому давлению. В таких условиях газлифтный способ оказывается более эффективным по сравнению с использованием ЭЦН [2].
Повышение газового фактора происходит при снижении забойного давления ниже давления насыщения, в результате чего газ начинает выделяться из пластовой жидкости вблизи скважины.
На сегодняшний день настройка моделей добывающих скважин выполняется через адаптацию параметров, рассчитанных с помощью программного обеспечения Petroleum Experts Prosper, к фактическим данным на момент актуализации.
Оптимальный режим работы скважины при газлифтном способе – это такой режим, при котором достигается максимальный дебит нефти.
Ниже представлена типичная зависимость дебита нефти и газа для газлифтного процесса.
Для определения оптимального режима работы скважины в специализированном программном обеспечении необходимо подгрузить информацию о текущем режиме работы.
Описание алгоритма
Как говорилось ранее в данной работе, основным инструментом решения задачи было использование задачи о рюкзаке.
Задача о рюкзаке формулируется следующим образом: имеется рюкзак, который может вместить предметы с ограниченным общим весом W. Также имеется набор предметов, каждый из которых обладает определенным весом wiw и ценностью viv. Необходимо выбрать такие предметы, чтобы максимизировать суммарную ценность, не превышая при этом допустимого веса рюкзака.
В наших условиях весом выступало ограничение по подаче общего газлифтного газа для всего месторождения. Ценностью служил дебит жидкости.
Существует несколько методов решения задачи: классическим перебором или с помощью динамического программирования. Основным отличием между ними является скорость решения. В задаче использовался второй способ, далее рассмотрим его.
Метод динамического программирования позволяет решать задачу о рюкзаке с полиномиальной сложностью относительно количества предметов и веса рюкзака. Для этого вводится таблица dp[i][w], где i – индекс предмета, а w – текущий вес рюкзака. Элемент таблицы dp[i][w] будет содержать максимальную ценность, которую можно получить, используя первые i предметов и общий вес не более w.
Объекты исследования
Для проверки работоспособности выбранного алгоритма были выбраны четыре месторождения, на которых есть скважины, которые эксплуатируются газлифтным способом. В таблице ниже представлены краткие характеристики каждого из них [4, 5].
Для каждого из месторождения была проведена оптимизация режимов работы с помощью ПО Prosper и далее с помощью решаемого алгоритма были выбраны новые режимы работы.
Решение и результаты
Для решения задачи о перераспределении общего объема газа газлифта всего месторождения между добывающими скважинами с целью увеличения общей добычи нефти было принято решение использовать полную задачу комбинаторной оптимизации.
После оптимизации скважин, основываясь на текущих режимах работы, результаты были прогнаны через алгоритм перераспределения газа газлифта между всеми скважинами.
Для ускорения работы алгоритма были приняты следующие условия. При поступлении данных они распределялись на три основные группы.
В первую группу относились скважины, в которых с увеличением дебита газлифта дебит нефти увеличивался, такие скважины характеризуются низких газовым фактором, низкой обводненностью. Газовый фактор ниже 800 м3/ м3.
Во вторую группу относились скважины, у которых с увеличением дебита газлифта дебит нефти уменьшается, у таких скважин высокий газовый фактор и высокая обводненность. Газовый фактор выше 1500 м3/ м3.
Для третьей группы были учтены скважины, у которых при увеличении или уменьшении дебита газлифта дебит нефти всегда уменьшается. Такие скважины считаются, что они работают в оптимальном режиме и в ходе работы алгоритма не подвергались изменениям
Разработанный алгоритм был протестирован для четырех месторождений, главным условием было, чтобы общий объем газлифта для месторождений был неизменным.
Итоговые графики и суммирующая таблица представлены ниже.
Для первого месторождения получилось получить прирост дебита нефти 47 м3/сут.
Для второго месторождения прирост составил 86 47 м3/сут.
Для третьего и четвертого месторождений прирост составил 41 м3/сут и 35 м3/сут соответственно.
Заключение
В ходе выполнения данной работы были достигнуты все цели и поставленные задачи. Был разработан метод оптимизации работы добывающих скважин с помощью решения полной комбинаторной оптимизационной задачи. Суммарный эффект для всех месторождений составил 209 35 м3/сут.
Результаты исследования позволяют сделать вывод о том, что данный подход может выступать альтернативным решением задач по определению оптимального режима работы скважины.
Литература
1. А.Г. Молчанов, В.Л. Чичерин Нефтепромысловые машины и механизмы. Недра 2013 г. 79с.
2. А.В. Левитин Алгоритмы. Введение в разработку и анализ – М.: Вильямс, 2006. – С. 160–163. – 576 с.
3. В.Н. Бурков, Горгидзе И.А., Ловецкий С.Е. Прикладные задачи теории графов / под ред. А.Я. Горгидзе – Тбилиси: Вычислительный центр АН СССР, 1974. – 231 с.
4. И.М. Муравьев. Экплуатация нефтяных месторождений: учебник для вузов / А.П. Муравьев Крылов – Л.: Гостоптехиздат, 1949. 365 с.
5. Маскет М., 2004.Течение однородных жидкостей в пористой среде / М. Маскет. – Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований. – 628 с.
