Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Совершенствование управления промышленностью, особенно сложными технологический комплексами, неразрывно связано с внедрением иятегрігрованнілс систем автоматизированного проектирования и управления. Это один из важнейших путей сбережения воспроизводимых и невоспроизводимых ресурсов. Внедрение систем автоматизированного управления производством на основе современных компьютерных технологий позволяет перейти к мойным средствам количественного и качественного анализа сложных систем, каковыми является объекты добычи нефти и газа.
В настоящее время достигнуты определенные результаты' в создании автоматизированных технологических комплексов по добыче нефти и газа, основанных на математических моделях функционирования объектов. Использование теоретических основ математического моделирования и оптимизации технологических процессов позволило на базе комплекса системно увязанных математических моделей, алгоритмов управления и программно-инструментальных средств, решать задачи оптимальной эксплуатации, регулирования и прогнозирования систем добычи нефти и газа.
В частности, разработанные детерминированные и стохастические модели течения жидкости и газа в пористых средах, основанные на общих законах механики сплошных сред и их адаптация к реальным условиям, позволили создать метода прогноза показателей разработки месторождений на перспективу. Созданные модели движения газожидкостных систем в скважинах с учетом перехода фаз, позволяли совершенствовать методики получения достоверной информации по коллекторским свойствам продуктивных горизонтов и параметрам насыщающих флюидов.
Разработанные математические модели, алгоритмы и программные средства вошли в различные математические и информационные обеспечения АСУ, САПР и АСУТЛІ разработки нефтяных и газовых месторождений. Однако эти системы не привели к радикальному повышению эффективности прогнозирования, регулирования и управления объектами добычи нефти и газа. Основная причина заключается в том, что разработанные системы в основном строились не по принципу охвата всей процедуры принятия решений по управлению всеми
этапами жизненного цикла объекта, а фрагментально - по принципу использования известных математических моделей и методов, без учета ряда факторов, присущих реальному объекту, которые приводят к существенным изменениям на различных стадиях принятия решений.
Современное состояние развития автоматизированных систем управления нефтегазодобывающего предприятия основывается на реализации принципов системного подхода, при котором сама система добычи представляется сложной многосвязной системой с сосредоточенными и распределенными параметрами. Этот подход использует концепцій) абстрактній систем как моделей реально существующих целостных образований.
Анализ опубликованных работ по системному исследованию различных технологических объектов показывает, что в настоящее время сложилось представление о системном принципе научных исследований в естествознании, как общем подходе выявления закономерностей объединения частей в целое - в систему взаимосвязанных элементов, образующих устойчивое единство и целостность. При этом, на наш взгляд, основная содержательная, а вместе с тем и методологическая проблема исследования состоит в том, чтобы выявить связи и отношения в системе, установить закономерности структури фу>жцм'->яирор.-ния, управления и развития в целом.
Настоящее исследование посвящено поиску возможностей применения совокупности* детерминированных и стохастических моделей функционирования систем с сосредоточенными и распределенными параметрами для оперативного анализа функционирования и прогнозирования показателей эксплуатации нефтегазового месторождения как объекта с причинно-следственными связями.
Исследование базируется на разработке и доведении до практического использования методологически и информационно-логически взаимосвязанного-комплекса методов, моделей, вычислительных алгоритмов и программ на основе теории алгоритмизации, позволяющих осуществлять оперативный анализ эксплуатации объектов добычи нефти и газа, принимать наиболее достоверные решения по осуществлению управляющих воздействий.
Разработанные модели, алгоритмы и программно-инструментальные средства являются соответствующим развитием работ в этом направлении для создания и дополнения математического и информационного обеспечения АСУ, АСУТП и САПР объектов добычи Еефти и га-
за с различными технологическими и экономическими ограничениями.
ОБЪЕКТАМИ ИССЛЕДОВАНИЙ являются нефтегазовые месторождения, представленные гидродинамическими системами "нефтегазосодержэщий пласт - скважина - пефтегазопромысловов оборудование", со специфическими особенностями и характеристиками, как объект математического моделирования, модельного представления и управления.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. Методологическую основу работы составляют методы системного анализа, теории иерархических, многоуровневых систем, методы математического моделирования, численные методы оценки параметров линейных и нелинейных моделей, а такхе прямые геолого-промысловкэ наблюдения.
ЦЕЛЬЮ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ является создание методологически и информационно-логически взаимосвязанного алгоритмического комплекса (системы), адекватно отражащего ретроспективу, текущее состояние и перспективу объекта управления,' позволяющего осуществлять оперативный анализ процесса разработки нефтегазовых месторождений и обеспечивать их эффективность.
Для достижения цели решаются следуидие задачи:
-
Разработка и исследование основных принципов системного моделирования для управления и прогнозирования процессов эксплуатации объектов добычи нефти и газа.
-
Разработка концептуальных-основ "построения и формализации системных соглашений по исследуемому объекту управления.
-
Разработка структуры алгоритмической системы управления многосвязными объектами с сосредоточенными и распределенными параметрами.
-
Разработка и исследование методов, моделей и алгоритмов обработки информации для принятия решений по эффективной эксплуатации и регулированию системой добычи нефти и газа.
5. Практическая реализация многофункциональных задач в
едином алгоритмическом комплексе оперативного анализа процессов
функционирования и управления многосвязнкми технологическими
объектами с сосредоточенными и распредол5нными параметрами.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСОЩДОВАНИЙ. На основе применения методологии системного подхода и системного анализа выделены специфические особенности и характеристики эксплуатации объектов добычи нефти и газа - как многосвязных объектов с сосредоточенными и распределЗннными параметрами. Разработана структура алгоритмической системы оперативного анализа - процессов
эксплуатации объектов добычи нефти и газа, проведены декомпозиция и структуризация системы и системных соглашений, выявлены основные задачи и предложены основные принципы взаимодействия их элементов.
Обобщены теоретические предпосылки и выведены- статистические закономерности по влиянию различных факторов на эффективность функционирования системы- Исследован характер осложнений при эксплуатации объектов добыта нефти и газа, разработана методика количественной оценки влияния жидкости в стволе на условия эксплуатации скважин при различных геолого-физических параметрах пласта. Разработаны математические модели функционирования и управления системой "пласт-скважина" ("П-С") с распределёнными и сосредоточенными параметрами с учетом динамики" переходных процессов.
На основе моделей многомерного корреляционного анализа исследована динамика изменения параметров системы "П-С", предложены модели функционирования системы и прогнозирования показателей эксплуатации на перспективу.
Разработана алгоритмическая система оперативного анализа функционирования и управления объектами добычи нефти и газа, представленная: алгоритмами обработки геолого-промысловой и геофизической информации; алгоритмом определения характера осложнений при эксплуатации объекта и принятия решений по осуществлению управлянцих воздействий; алгоритмом оптимального перераспределения плановой добычи в зависимости от технико-экономических условий системы; алгоритмом анализа динамических состояний пластовой фильтрационной системи (ШС).
Осуществлена системная увязка разработанных алгоритмов в единый алгоритмический комплекс анализа функционирования, прогнозирования, регулирования и управления объектами добычи нефти и газа.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ состоит в том, что изложенные модели, алгоритмы и программно-инструментальные средства направлены на решение крупной научной проблемы по оптимальному управлению и прогнозированию показателей эксплуатации нефтегазовых месторождений. Созданная система операшвного анализа процессов эксплуатации объектов добычи нефти и газа, на основе формализации "геолого-промысловых материалов и статистических данных по добыче углеводородов, позволяет , надбкно;
прогнозировать технологические режими эксплуатации объектов в целом, изыскивать наиболее оптимальные решения по корректировке уровней добычи в условиях изменчивости рыночной конъюнктуры на энергоносители.
Разработанные схемы по системному изучению эффективности эксплуатации объекта управления позволяют принимать наиболее правильные решения по возможности внедрения различных технологий интенсификации добычи нефти и газа.
Результаты работы обеспечивают создание, интеллектуальных систем для решения задач проектирования, анализа, регулирования и прогнозирования разработки нефтяных и газовых местороадений.
РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. Диссертационная работа выполнена по темам: "Разработка численно-аналитических методов моделирования и создание программного обеспечения для автоматизации проектирования и управления динамическими процессами -(применительно к системам добычи и газоснабжения)." //АН РУз., ГЭ91-1995 гг., Промежуточные отчеты 1991 - 1992 гг. ГТ * 0ІІ9І0034І2, 1993-1994 гг. ГР * 0І9І00340І2; "Вовлечение в активную разработку истощенных, обводнённых объектов ПО "Узнефтегаздобнча." /Л992-І993 гг. ГР й 0І93000О???, ГР Л ОІ94000267І.
РАЗРАБОТАНЫ И ВНЕДРЕНЫ следующие методики, программные средства и технологии:
программно-техническое обеспечение автоматизированной обработки информации в формах картографического изображения. Принято к внедрению в ГАО "Узбекнефтегаздобыча" для оперативного анализа геолого-промнсловой информации местороадений нефти и газа;
программно-технический комплекс автоматизированной обработки результатов сейсмонаблодений в задачах определения текущего состояния динамических параметров объекта управления. Принят к внедрению в ГО "Узтрансгэз" для определения текущих газоводяных контактов подземных газохранилищ;
алгоритм определения характера осложнений в процессе эксплуатации* объектов добычи нефти и газа. Принят к использованию при проектировании нефгегазоконденсагных месторождений Узбекистана институтом "УзбекНИПИнефтегаз";
технологии изоляции отдельных водонасыщенных интервалов и интенсификации добычи нефти. Внедрены в ГПУ "Шуртангаз", НГДУ "Карошнефть", УТДГ "Газлитрансгаздобыча".
рекомендации по приобщению к эксплуатации отдельных неф-теиасыщенных интервалов внедрены в УТДГ "Газлитрансгаздобыча";
алгоритм оптимального распределения и перераспределения добычи газа в зависимости от заданных условии отбора и эксплуатационных характеристик объектов управления. Внедрён в ГАО "Узнефтегаздобыча";
метод прогнозирования показателей эксплуатации объекта добычи нефти на. осново регрессионной модели функционирования объектов управления. ВнедрЗн в ГАО "Узнефтегаздобыча" для прогнозирования показателей разработки нефтегазовых месторождений Юго-Западного Узбекистана;
алгоритмическая система анализа функционирования и управления многосвязными технологическими объектами. Принята к внедрению в ГАО "Узнефтегаздобыча", передана в фонд алгоритмов и программ АН РУз. Справка N 371 от 13 декабря 1993 г.
Суммарный экономический эффект от внедрения разработок составляет боло 14,5 млн.сум. (в ценах 1995 года).
АПРОБАЦІЙ РАБОТЫ. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на: III республиканской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов (Ташкент, 1982), семинарах кафедры "Разработки газовых и газоконденсатних месторождений" МИНХ и ГП им. И.М. Губкина, .(1986, 1987 гг.), республиканской научно-технической конференции "Вопросы геологии, разведки, добычи и разработки нефтегазовых месторождений" (Ташкент, 1988), конференции молодых ученых и специалистов ТашПИ (Ташкент, 1989), всесоюзной научно-технической конференции "Роль молодежи в решении конкретных научно-технических проблем нефтегазового комплекса страны" (пос.Красный Курган, 1989), республиканской научно-практической конференции "Достижения науки - производетву" (Ташкент, 1991), всесоюзной конференции "Современные проблемы алгоритмизации" (Ташкент, 1991), республиканском научно-техническом семинаре института механики Казанского научного центра Российской Академии Наук (Казань, 1992), республиканской научно-технической конференции "Состояние и развитие кибернетики в Узбекистане" (Ташкент, 1993), научном семинаре лаборатории "Моделирование сложных систем" НПО "Кибернетика" АН РУз (Ташкент, 1994), научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава .ТашГТУ им.Беруни Ташкент, 1994).-
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубліковано 50 работ, в том числе получено 5 патентов на изобретения. Они приведены в списке использованной литературы.
На защиту выносятся следуюдие научные положения:
основные принципы системного моделирования процессов управления объектами добычи нефти и газа;
концептуальные осповн построения алгоритмической системы оперативного анализа процессов ' разработки нефтегазовых месторождений и формализации системных соглашений;
исследование методов, моделей и алгоритмов обработки информации для принятия решений по эффективной эксплуатации объектов добычи нефти и газа, как объектов с сосредоточенными и распределенными параметрами;
основные принципы и технология эффективной организации вычислительного процесса и обработки информации по оперативному анализу и прогнозированию показателей разработки нефтегазовых месторождений.
СТРУКТУРА И ОБЪЁМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложений.
Диссертация содержит 200 страниц машинописного текста, 46 рисунков, 12 таблиц и 42 листа приложений.
Автор выражает глубокую благодарность за оказанную помощь и научную консультацию при работе над диссертацией д.т.н. Ирматову И.К., д.г-м.н. профессору Азимову П.К. Автор благодарит также своих коллег по работе, которые оказали неоценимую помощь как в процессе проведения исследований, так и при окончательном оформлении работы.