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

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. Проведены исследования повышения эффективности мониторинга работы скважин с использованием технологии распределенных акустических датчиков (DAS), направленные на тестирование программных алгоритмов для улучшения соотношения сигнал/шум. Разработанный для этих целей метод выделения компонент сигнала показывает высокую эффективность выделения длительных периодических колебаний при соотношении сигнал/ шум больше 1. На практике этот метод может быть использован при обработке данных сейсморазведки или вертикально-сейсмического профилирования для повышения соотношения сигнал/шум. В рамках исследования разработана методика создания цифровых моделей месторождений с трудноизвлекаемыми запасами с учетом фациальной зональности. Изучены зависимости относительных фазовых проницаемостей и коэффициенты вытеснения различных типов фаций. Разработана методика планирования эксплуатационного бурения и зарезки боковых стволов в условиях высокой степени неопределенности геологических свойств. Карбонатные коллектора часто характеризуются низкими значениями фильтрационно-емкостных свойств. Экономически рентабельные объемы добычи нефти в таких условиях достигаются за счет проведения на скважинах мероприятий, которые заранее смоделированы на геолого-гидродинамических моделях. Для решения поставленных задач комплексно использованы материалы промысловых, гидродинамических и геофизических (микросейсмических) исследований. По данным промысловых исследований получен ряд зависимостей, которые интегрированы в геолого-гидродинамические модели (ГГДМ). Усовершенствованные ГГДМ позволили достоверно спрогнозировать эффект от мероприятий по интенсификации добычи, которые проводились в сложнопостроенных карбонатных коллекторах. При эксплуатации месторождений серьезной проблемой является снижение эффективности добычи нефти и газа в низкопроницаемом коллекторе, ввиду чего большое значение приобретает понимание механизма разрушения коллектора при гидромеханическом воздействии. Предложено использовать жесткость осевой деформации для характеристики способности породы противостоять деформации и разрушению. Процесс разрушения горной породы воспроизводится на основе механики упругого повреждения, теории пористой упругой среды и принципа эффективного напряжения. Исследуется механизм разрушения и распределение давления фильтрации характерных точек горной породы при различных гидромеханических связях. При реализации текущего этапа исследований выполнена разработка численного цифрового двойника околоскважинной зоны продуктивного пласта с элементами крепи скважины, включающего кумулятивные перфорационные каналы, обсадную колонну, горную породу, цементный камень, и выполнено численное моделирование напряженно-деформированного состояния околоскважинной зоны добывающей скважины для различных методов вторичного вскрытия. Модель позволяет производить оценку нагрузок на крепь скважины и сохранность тампонажного камня при вторичном вскрытии продуктивных пластов и прогноз изменения проницаемости коллектора в околоскважинной зоне. Проанализирована статистическая информация по аварийным отказам электрогидравлических приводов (ЭГП) с электродинамическим уравновешиванием, функционирующих в составе установок штанговых скважинных насосов (УШСН). Определены основные технические трудности, связанные с эксплуатацией ЭГП УШСН с электродинамическим уравновешиванием, такие как низкая надежность гидравлической части, высокая динамическая нагруженность узлов приводов, наличие высокочастотных гармоник в рекуперируемой в сеть нефтепромысла электроэнергии. Выявлены узлы, лимитирующие ресурс ЭГП УШСН. Разработаны технические решения, направленные на повышение надежности и энергоэффективности функционирования ЭГП УШСН с электродинамическим уравновешиванием. Предложенные технические решения позволяют устранить недостатки ЭГП УШСН с электродинамическим уравновешиванием, препятствующие его широкому внедрению на нефтедобывающих промыслах, и, соответственно, повысить рентабельность нефтедобычи за счет реализации преимуществ ЭГП УШСН. При моделировании и анализе эффективности фотоэлектрических преобразователей проведены исследования систем двукратного преобразования энергии для энергоснабжения потребителей малой и средней мощности в затрудненных условиях с использованием линзованного волокна. Спроектировано устройство коррекции апертуры на входе модуля фотоэлектрического преобразователя (ФЭП) для системы электропитания с передачей энергии по оптическому волокну (PoF). Проведены оценочные расчеты оптимальных параметров устройства для использования в модуле фотоэлектрического преобразования. Для эффективного изучения математических моделей исследуемых задач разработан новый эффективный метод исследования уравнений с запаздываниями и краевых задач для функционально-дифференциальных уравнений, возникающих при геолого-технологическом моделировании. С помощью этого метода получены новые условия устойчивости решений уравнений с запаздыванием, точные оценки решений на бесконечности, неулучшаемые достаточные условия разрешимости функционально-дифференциальных уравнений.