Обзор оригинальных методов решения актуальных задач сопровождения разработки нефтяных и газонефтяных залежей на основе прокси-моделей семейства CRM

Введение и цель. В ситуации, когда осложняется структура запасов нефти и газа, возрастает потребность в оперативном управлении разработкой на основе математического моделирования и в снижении неопределенности результатов моделирования. В этой связи актуально развитие методов моделирования, основанных на аналитической физически содержательной модели материального баланса CRM (Capacitance Resistance Model). Цель статьи — дать обзор оригинальных методов, созданных на основе модели CRM, для решения задач, возникающих при сопровождении разработки нефтяных и газонефтяных залежей.

Материалы и методы. Исследования выполнены с использованием фактических и синтетических данных. Разработанные методы основываются на аналитической модели материального баланса CRM и ее модификациях и охватывают широкий перечень практических задач.

Результаты. Представленные методы позволяют решать следующие задачи, а именно: разделение добычи и закачки по пластам, моделирование работы скважин подгазовой зоны, картирование пластового давления, прогнозирование обводненности и учет геолого-технологических мероприятий. Также даются методы, позволяющие повысить экономичность при решении оптимизационных задач.

Заключение. Разработанные методы рекомендуется использовать при сопровождении разработки нефтяных и газонефтяных залежей, в т.ч. для решения оперативных задач. CRM-моделирование с учетом его функциональных возможностей способно сыграть ключевую роль в технологии многоуровневого моделирования, которая направлена на повышение качества принимаемых решений по разработке месторождений.

1. Поспелова Т.А., Степанов С.В., Стрекалов А.В., Соколов С.В. Математическое моделирование для принятия решений по разработке месторождений. — М.: ООО «Издательский дом Недра», 2021. — 427 с.

2. Bahrami P., Sahari Moghaddam F., James L.A. A Review of Proxy Modeling Highlighting Applications for Reservoir Engineering. Energies, 2022, no. 15, p. 5247. https://doi.org/10.3390/en15145247

3. Степанов С.В., Бекман А.Д., Ручкин А.А., Поспелова Т.А. Сопровождение разработки нефтяных месторождений с использованием моделей CRM. Тюмень: ИПЦ «Экспресс», 2021. — 300 с. https://doi.org/10.54744/TNSC.2021.53.50.001/

4. Holanda R.W.D., Gildin E., Jensen J.L., Lake L.W., Kabir C.S. A State-of-the-Art Literature Review on Capacitance Resistance Models for Reservoir Characterization and Performance Forecasting. Energies, 2018, no. 11, pp. 3368. https://doi.org/10.3390/en11123368

5. Sayarpour M. Development and Application of Capacitance-Resistive Models to Water/CO2 Floods. Ph.D. Dissertation. The University of Texas at Austin, Austin, Texas, 2008.

6. Зеленин Д.В., Степанов С.В., Бекман А.Д., Ручкин А.А. Исследование механизмов учета взаимовлияния скважин при использовании различных методов математического моделирования // Нефтепромысловое дело. — 2019. — № 12. — С. 39–45. https://doi.org/ 10.30713/0207-2351-2019-12(612)-39-45.

7. Ручкин А.А., Степанов С.В., Князев А.В., Степанов А.В., Корытов А.В., Авсянко И.Н. Исследование особенностей оценки взаимовлияния скважин на примере модели CRM // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование / Нефть, газ, энергетика. — 2018. — Т. 4, № 4. — С. 148–168. https://doi.org/10.21684/2411-7978-2018-4-4-148-168/

8. Степанов С.В., Соколов С.В., Ручкин А.А., Степанов А.В., Князев А.В., Корытов А.В. Проблематика оценки взаимовлияния добывающих и нагнетательных скважин на основе математического моделирования // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. — 2018. — Т. 4, № 3. — С. 146–164. https://doi.org/10.21684/2411-7978-2018-4-3-146-164

9. Шевцов Н.О., Степанов С.В., Поспелова Т.А. Исследование прогностической способности численной и аналитической моделей на примере оценки взаимовлияния скважин // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. — 2020. — Т. 6, № 3(23). — С. 131–142. https://doi.org/10.21684/2411-7978-2020-6-3-131-142/

10. Степанов С.В., Глухих И.Н., Аржиловский А.В. Концепция многоуровневого моделирования как основа системы поддержки принятия решений при разработке нефтяных месторождений на поздней стадии // Нефтяное хозяйство. — 2023. — № 12. — С. 112–117. https://doi.org/10.24887/0028-2448-2023-12-112-117

11. Бекман А.Д., Степанов С.В., Ручкин А.А., Зеленин Д.В. Новый алгоритм нахождения оптимального решения задачи определения коэффициентов взаимовлияния скважин в рамках модели CRM // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. —2019. — Т. 5, № 3. — С. 164–185. https://doi.org/10.21684/2411-7978-2019-5-3-164-185

12. Тырсин А.Н., Степанов С.В., Ручкин А.А., Бекман А.Д. Повышение достоверности моделирования взаимовлияния скважин для анализа эффективности системы заводнения // Математическое моделирование. — 2023. — Т. 35, № 6. — С. 63–80. https://doi.org/10.20948/mm-2023-06-05

13. Степанов С.В., Тырсин А.Н., Ручкин А.А., Поспелова Т.А. Использование энтропийного моделирования для анализа эффективности системы заводнения // Нефтяное хозяйство. — 2020 — № 6. — С. 62–67. https://doi.org/10.24887/0028-2448-2020-6-62-67

14. Тырсин А.Н. Векторное энтропийное моделирование многомерных стохастических систем. — М.: Наука, 2022. — 231 с.

15. Алтунин А.Е., Семухин М.В., Степанов С.В. Использование материального баланса и теории нечетких множеств для решения задачи разделения добычи при одновременной разработке нескольких пластов // Нефтяное хозяйство. — 2012. — № 12. — С. 56–60.

16. Степанов С.В., Васильев В.В., Алтунин А.Е. Усовершенствованный аналитический метод разделения добычи и закачки по пластам при их одновременной совместной разработке // Нефтяное хозяйство. — 2015. — № 11. — С.27–31

17. Степанов С.В., Ручкин А.А., Степанов А.В. Аналитический метод разделения добычи жидкости и нефти по пластам при их совместной разработке // Нефтепромысловое дело. — 2018. — № 2. — С. 10–17. https://doi.org/10.30713/0207-2351-2018-2-10-17

18. Соколов С.В. Практика проектирования, анализа и моделирования разработки нефтяных месторождений. — СПб.: Наука, 2008. — 200 с.

19. Бекман А.Д. Новый метод разделения добычи и закачки в совместных скважинах с помощью модифицированной модели CRM // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. —2021. — Т. 7, № 3. — С. 106–122. https://doi.org/10.21684/2411-7978-2021-7-3-106-122

20. Mamghaderi A., Bastami A., Pourafshary P. Optimization of waterflooding performance in a layered reservoir using a combination of capacitance-resistive model and genetic algorithm method. J. Energy Resour. Technol. Mar 2013, no. 135(1), pp. 013102 (9 pages). https://doi.org/10.1115/1.4007767

21. Moreno G.A. Multilayer capacitance-resistance model with dynamic connectivities. J. Pet. Sci. Eng. Sep 2013, pp. 298–307. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2013.08.009

22. Mamghaderi A., Pourafshary P. Water flooding performance prediction in layered reservoirs using improved capacitanceresistive model. J. Pet. Sci. Eng. 2013, no. 108, pp. 107–117. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2013.06.006

23. Иванцов Н.Н., Степанов С.В., Степанов А.В., Бухалов И.С. Оценка возможностей гидродинамических симуляторов имитировать разработку месторождений высоковязкой нефти. Часть 1. Конусообразование // Нефтепромысловое дело. — 2015. — № 6. — С. 52–58.

24. Mjaavatten A. et al. A Model for Gas Coning and Rate — Dependent Gas Oil Ratio in an Oil-Rim Reservoir. SPE 102390. 2006. https://doi.org/10.2118/102390-MS

25. Степанов С.В., Степанов А.В., Елецкий С.В. Численно-аналитический подход к решению задачи оперативного прогнозирования работы нефтяной скважины в условиях образования газового конуса // Нефтепромысловое дело. — 2013. — № 2. — С. 53–58.

26. Степанов С.В., Гринченко В.А., Степанов А.В., Анурьев Д.А., Долгов И.А. Сопровождение разработки подгазовой зоны с использованием различных видов гидродинамического моделирования на примере Верхнечонского месторождения // Научно-технический вестник ОАО НК «Роснефть». — 2013. — № 4. — С. 38–45.

27. Степанов С.В., Смирнов А.С. Расчетно-параметрический анализ работы нефтяных скважин подгазовой зоны Верхнечонского месторождения на основе численно-аналитической модели // Нефтяное хозяйство. — 2016. — № 10(016). — С. 72–77.

28. Бекман А.Д. Метод оценки взаимовлияния скважин подгазовой зоны на основе модели материального баланса CRM / Бекман А. Д., Ручкин А. А. // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. — 2024. — Т. 10, № 1(37). — С. 155–173. https://doi.org/10.21684/2411-7978-2024-10-1-155-173

29. Баренблатт Г.И., Ентов В.М., Рыжик В.М. Движение жидкостей и газов в природных пластах. — М.: Недра, 1984. — 211 с.

30. Бекман А.Д. Использование расширенной CRMP-модели для картирования пластового давления / А.Д. Бекман, Д.В. Зеленин // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. — 2021. — Т. 7, № 4(28). — С. 163–180. https://doi.org/10.21684/2411-7978-2021-7-4-163-180

31. Бекман А.Д. Улучшение качества картирования пластового давления за счет регуляризации задачи адаптации модели CRMP-TM // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. — 2022. — Т. 8, № 4(32). — С. 125–143. https://doi.org/10.21684/2411-7978-2022-8-4-125-143

32. Бекман А.Д. Новая двухфазная емкостно-резистивная прокси-модель процесса разработки нефтяного месторождения // Математическое моделирование. — 2023. — Т. 35, № 5. — С. 47–61. https://doi.org/10.20948/mm-2023-05-04

33. Бекман А.Д., Поспелова Т.А., Зеленин Д.В. Новый метод прогнозирования динамики обводненности скважин с использованием результатов CRMP-моделирования // Вестник Тюменского гос. ун-та. Физ.-мат. моделирование. Нефть, газ, энергетика. — 2020. — Т. 6, № 1(21). — С. 192–207. https://doi.org/10.21684/2411-7978-2020-6-1-192-207

34. Губанова А.Е., Хабибуллин Б.А., Орлов Д.М., Коротеев Д.А. Модифицированная модель материального баланса CR типа для прогноза добычи углеводородов с учётом геолого-технологических мероприятий // Российская нефтегазовая техническая конференция. 2021. SPE-206511-MS. https://doi.org/10.2118/206511-MS.

35. Бекман А.Д. Учет геолого-технических мероприятий при моделировании разработки нефтяной залежи методом материального баланса // Математическое моделирование. — 2022. — Т. 34, № 6. — С. 22–36. https://doi.org/10.20948/mm-2022-06-02

36. Шевцов Н.О., Степанов С.В. Совершенствование модели материального баланса для учета изменения коэффициента продуктивности скважин // Математическое моделирование. — 2022. —Т. 34, № 2. — С. 3–16. https://doi.org/10.20948/mm-2022-02-01

37. Шевцов Н.О. Модификация модели материального баланса CRM для решения задач оптимизации разработки нефтяных месторождений // Нефтепромысловое дело. — 2023. — № 11(659). — С. 20–27.

38. Аржиловский А.В., Зеленин Д.В., Ручкин А.А., Поспелова Т.А., Бекман А.Д. К вопросу разделения эффекта от сопутствующих ГТМ с учетом влияния закачки // Нефтяная провинция. — 2020. — № 3. — С. 99–112. https://doi.org/10.25689/NP.2020.3.99-112

39. Степанов С.В., Аржиловский А.В. О повышении качества математического моделирования при решении задач сопровождения разработки нефтяных месторождений // Нефтяное хозяйство. — 2023. — № 4. — С .56–60. https://doi.org/10.24887/0028-2448-2023-4-56-60

40. Бекман А.Д. К вопросу о закономерностях в трансформации параметров относительной фазовой проницаемости при изменении размерности модели нефтяного пласта / А. Д. Бекман, С. В. Степанов, Д. В. Зеленин // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. — 2023. — Т. 9, № 3(35). — С. 148–160. https://doi.org/10.21684/2411-7978-2023-9-3-148-160

41. Шевцов Н.О., Степанов С.В. Исследование связи коэффициентов взаимовлияния скважин в модели CRM с полем проводимости в рамках иерархического подхода к моделированию // Нефтепромысловое дело. — 2024. — № 7(667). — С. 20–25.

42. Степанов С.В., Лопатина Е.С., Загоровский М.А., Зубарева И.А. Многомасштабное моделирование добычи высоковязкой нефти при закачке воды и раствора полимера // Автоматизация и информатизация ТЭК. — 2024. — № 7(612). — С. 51–60.