Фундаментальные основы рациональной разработки трудноизвлекаемых нефтяных запасов на основе создания цифровых двойников объектов нефтегазового комплекса (промежуточный)

В условиях разработки трудноизвлекаемых запасов углеводородов особенно важным этапом является качество наполнения цифровых моделей актуальной достоверной информацией. Необходимость создания цифровых двойников затрагивает весь производственный процесс эксплуатации месторождений углеводородов, включая определение фильтрационно-емкостных характеристик нефтегазоностных пластов, оценку эффективности геолого-технологических мероприятий, подбор насосного оборудования скважин, моделирование околоскважинной зоны продуктивного пласта, разработку методов передачи информации при мониторинге эксплуатации, а также совершенствование математического аппарата. Для этого должны быть научно обоснованы математические модели, достоверность которых определяет качество технологических решений. Комплексное решение поставленных научных задач, в том числе, полностью согласуется со стратегией импортозамещения в экономике Российской Федерации. Для выполнения мониторинга эксплуатации скважин изучены возможности использования волоконно-оптических технологий систем распределенных акустических датчиков (DAS). В стендовых условиях оценена спектральная чувствительность метода DAS на основе геофизического грузонесущего кабеля. Разработана методика по фильтрации исходного сигнала по отношению сигнал/шум (SNR). Проведены опытно-промышленные испытания шумометрии DAS на эксплуатационных скважинах, в результате которых выполнено сравнение результатов технологии DAS, точечных микрофонов и метода распределенного температурного зондирования (DTS). Сделаны выводы, что применение системы распределенных акустических датчиков DAS позволяет выполнять мониторинг акустического шума по стволу газодобывающей скважины с выделением интервалов фильтрации флюида. Результаты моделирования показывают, что для достоверной оценки скорости при высоком качестве исходных данных, достаточно наличия в сигнале спектральных составляющих выше 2 кГц. В рамках моделирования сложнопостроенных нефтегазоностных резервуаров карбонатного типа коллектора выполнено изучение фациальной зональности фильтрационно-емкостных свойств Восточно-Ламбейшорского месторождения. Выявлены основные зависимости между фациальной зональностью, технологическими параметрами работы скважин и степенью выработки запасов нефти. Изучены процессы, происходящие при формировании резервуара, количественно оценено их влияние на неоднородность и анизотропию коллектора. Для задач количественной оценки фильтрационно-емкостных свойств карбонатных коллекторов проведено петрографическое изучение образцов керна, шлифов, компьютерная томография и электронная сканирующая микроскопия. В результате проведенного комплекса работ получены петрографические характеристики пород, двухмерные изображения широкого спектра пор и трехмерное представление распределения пустотности коллектора. Для изучения строения на макроуровне использованы гидродинамические исследования скважин. Комплексирование гидродинамических исследований скважин и лабораторных исследований керна позволило с высокой детализацией изучить особенности строения карбонатных коллекторов. Для решения задач моделирования проведения гидроразрыва пласта одной из ключевых задач является определение условий формирования и направления развития трещинноватости. Проведены эксперименты по трехосному нагружению образцов керна горных пород. В результате установлено, что для проницаемых образцов с наличием систем пор и каверн при давлении обжатия 20 МПа трещины не образуются. Для плотных образцов при давлении более 10 МПа происходит интенсивное развитие трещиноватости. В части моделирования околоскважинной зоны продуктивного пласта выполнена разработка численного цифрового двойника с элементами обсадной колонны и цементного камня. Разработанная математическая модель позволяет производить оценку нагрузок на крепь скважины и сохранность тампонажного камня при вторичном вскрытии продуктивных пластов, выполнять прогноз изменения проницаемости коллектора в околоскважинной зоне. Кроме того, выполнены исследования и обоснование выбора материалов для создания тампонажных составов с эластичными и самовосстанавливающимися свойствами. В части решения задач оптимизации насосного оборудования при эксплуатации скважин выполнено математическое описание процесса изменения нагрузок в точке подвеса колонны насосных штанг установок штанговых скважинных насосов при использовании механического и гидравлического приводов. Приведены результаты сравнительных экспериментальных испытаний механического и гидравлического приводов штанговых скважинных насосов с пневматическим и электродинамическим типами уравновешивания. Предложен обобщенный показатель оценки эффективности функционирования перспективных гидроприводов установок штанговых скважинных насосов – коэффициент энергоэффективности. С целью выполнения задач по непрерывному мониторингу эксплуатации скважин проработана концепция системы энергоснабжения по оптическому волокну для объектов нефтепромысла и ее основных технических характеристик. Проведено исследование оптических и электронных компонентов данной системы. Разработана функциональная модель использования фотоэлектрических преобразователей, реализован алгоритм нахождения оптимальной оптической мощности в системе передачи энергии по оптоволокну. Собран макет измерительной системы с энергоснабжением по оптическому волокну. Для описания математического аппарата исследуемых задач предложен новый подход к исследованию уравнений с запаздывающим аргументом и краевым задачам для функционально-дифференциальных уравнений, возникающих при геолого-технологическом моделировании. С помощью этого подхода получены условия устойчивости, колеблемости решений, наилучшие оценки скорости стабилизации решений уравнений с запаздыванием, а также необходимые и достаточные условия однозначной разрешимости краевых задач.