Мустафина Галия Рустэмовна - Институт проблем транспорта

УДК 622.276
На правах рукописи
Мустафина Галия Рустэмовна
ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ НЕФТЕИЗВЛЕЧЕНИЯ
И СПОСОБОВ ИХ БЕЗОПАСНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ БАШКОРТОСТАНА
Специальности: 25.00.17 – Разработка и эксплуатация
нефтяных и газовых месторождений,
05.26.03 – Пожарная и промышленная
безопасность (нефтегазовый комплекс)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Уфа 2007
Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии «Институт
проблем транспорта энергоресурсов» (ГУП «ИПТЭР»), г. Уфа
Научный руководитель
 доктор технических наук, профессор
Котенев Юрий Алексеевич
Официальные оппоненты:
 доктор технических наук, профессор
Валеев Марат Давлетович
 кандидат технических наук
Ягафаров Рустем Равилевич
Ведущее предприятие
 Центр химической механики нефти Академии наук Республики Башкортостан
(ЦХИМН АН РБ), г. Уфа
Защита состоится 25 декабря 2007 г. в 16оо часов на заседании диссертационного совета Д 222.002.01 при ГУП «Институт проблем транспорта
энергоресурсов» по адресу: 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП «Институт
проблем транспорта энергоресурсов».
Автореферат разослан 24 ноября 2007 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
кандидат технических наук
Л.П. Худякова
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы
Одной из ключевых задач нефтяной отрасли Башкортостана является
стабилизация уровня добычи нефти. В решении этой задачи важное значение
имеет расширение масштабов применения научно обоснованных технологий
нефтеизвлечения.
На сегодняшний день большинство нефтяных месторождений ОАО
«АНК «Башнефть» находятся на поздней стадии разработки и характеризуются высокой обводненностью скважинной продукции (более 80…90 %) и
трудноизвлекаемыми запасами нефти.
В настоящее время различные технологии нефтеизвлечения во всех их
разновидностях получили самостоятельное развитие, каждая из которых
имеет свои положительные и отрицательные стороны. Так, процессы заводнения пластов приводят к таким отрицательным последствиям, как биозаражение системы «пласт  скважина  оборудование», заколонные перетоки в
скважинах и загрязнение пресноводных горизонтов.
В свою очередь, необходимость использования в технологиях сложного
нефтепромыслового оборудования, токсичных химических реагентов и их
композиций становится источником формирования факторов травмоопасности и аварийности.
Поэтому для повышения эффективности разработки нефтяных месторождений возникла необходимость развития методической базы, которая
позволяла бы при обосновании технологий нефтеизвлечения учитывать критерии их применимости как по геолого-физическим свойствам продуктивных объектов и технологической эффективности, так и по условиям
безопасности.
Актуальность работы приобретает особую значимость в связи с тем,
что она выполнена в соответствии с Государственной научно-технической
программой Академии наук Республики Башкортостан «Геология, нефтега3
зовый комплекс и экология Республики Башкортостан» на 2004-2006 гг.,
Правительственной программой Республики Башкортостан «Интенсификация нефтегазоизвлечений трудноизвлекаемых запасов углеводородов, разработка и внедрение обновленных технологий и технических средств в нефтегазовых отраслях» на 2006-2008 гг.
Цель работы
Разработка методических рекомендаций по обоснованию технологий
нефтеизвлечения и способов обеспечения их безопасного применения.
Основные задачи работы
1. Критериальный анализ применимости технологий нефтеизвлечения
на месторождениях Республики Башкортостан и факторов, влияющих на безопасность их применения.
2. Геолого-промысловый анализ эффективности технологий нефтеизвлечения на месторождениях-полигонах южного региона РБ.
3. Классификация методов увеличения нефтеотдачи (МУН) по степени
техногенной опасности.
4. Разработка математической модели обоснования условий безопасного функционирования производственных систем нефтеизвлечения и методических рекомендаций по оценке уровня безопасности нефтепромыслового
оборудования.
5. Разработка технологических и технических решений, направленных
на совершенствование процессов нефтеизвлечения, а также математической
модели оптимизации ресурсного сопровождения мероприятий по увеличению добычи нефти.
Научная новизна
1. Обоснованы технологии нефтеизвлечения по группам объектов разработки и объектам-полигонам, впервые проведена классификация МУН по
степени техногенной опасности.
2. Методом математического моделирования обоснованы условия безопасного функционирования производственных систем нефтеизвлечения.
4
3. Предложены технологические и технические решения, направленные
на совершенствование процессов нефтеизвлечения (патенты 2247195,
2285796 РФ на изобретения).
4. Построена математическая модель оптимизации ресурсного сопровождения мероприятий по увеличению добычи нефти.
Основные защищаемые положения
1. Технологии нефтеизвлечения по группам объектов разработки месторождений РБ и классификация МУН по степени их техногенной опасности.
2. Математическая модель обоснования условий безопасного функционирования систем нефтеизвлечения.
3. Технологические и технические решения, направленные на совершенствование процессов нефтеизвлечения.
4. Математическая модель оптимизации ресурсного сопровождения
мероприятий по увеличению добычи нефти.
Практическая ценность и реализация результатов работы
Предложены технологии нефтеизвлечения по группам объектов разработки и объектам-полигонам и классификация МУН по степени их техногенной опасности.
Разработан нормативный документ «Методические рекомендации по
оценке уровня безопасности нефтепромыслового оборудования», согласованный с Ростехнадзором (МР ОБТ 14-03).
Разработанные методические рекомендации, математические модели,
технические и технологические решения применяются при обосновании технологий нефтеизвлечения в проектах разработки нефтегазовых месторождений.
Результаты диссертационной работы использованы в научных, проектных, опытно-промышленных работах и экспертизе промышленной безопасности технических устройств, проводимых НПО «Нефтегазтехнология»,
ООО НПФ «Нефтегазразработка» и АНО РЦ НТО «Башпромбезопасность»
на месторождениях ОАО «АНК «Башнефть».
5
Апробация работы
Основные положения и результаты работы докладывались на 56-ой
научно-технической конференции студентов, аспирантов, молодых ученых
УГНТУ (секция «Промышленность. Экология. Безопасность») (Уфа, 2005);
на Всероссийской научно-практической конференции «Уралэкология. Природные ресурсы – 2005» (Уфа-Москва, 2005); на научно-практической конференции «Энергоэффективность. Проблемы и решения» в рамках V Российского энергетического форума (Уфа, 2005); на научно-практической конференции «Проблемы освоения трудноизвлекаемых запасов углеводородов» в
рамках VI Конгресса нефтегазопромышленников России (Уфа, 2005); на
научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения
надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» в рамках XIV Международной специализированной выставки «Газ.
Нефть. Технологии – 2006» (Уфа, 2006); на 57-ой научно-технической конференции студентов, аспирантов, молодых ученых УГНТУ (секция «Горное
дело») (Уфа, 2006); на научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти,
нефтепродуктов и газа» в рамках VII Конгресса нефтегазопромышленников
России (Уфа, 2007).
Публикации
По материалам диссертации опубликованы 18 печатных работ, в т.ч.
3  в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ. Получены 2 патента РФ на
изобретения.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных
выводов, библиографического списка использованной литературы, включающего 127 наименований, и приложения. Она изложена на 123 страницах
машинописного текста, содержит 8 рисунков, 16 таблиц.
6
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и
основные задачи работы, показаны её научная новизна и практическая ценность.
Первая глава диссертации посвящена анализу современного состояния и перспективам применения методов нефтеизвлечения и проблемам безопасности нефтепромысловых работ.
Изучению геологического строения и обоснованию технологий разработки месторождений Башкортостана, в том числе с применением методов
увеличения нефтеотдачи пластов, посвящены многочисленные работы отечественных исследователей: Абызбаева И.И., Андреева В.Е., Антипина Ю.В.,
Алмаева Р.Х., Баишева Б.Т., Баймухаметова К.С.,
Бахтизина Р.Н.,
Валеева М.Д., Горбунова А.Т., Гарифуллина Ш.С., Гильмановой Р.Х., Девликамова В.В., Зейгмана Ю.В., Копытова А.В., Котенева Ю.А., Лозина Е.В.,
Ленченковой Л.Е., Мирзаджанзаде А.Х., Мищенко И.Т., Мухаметшина В.Ш.,
Нугайбекова А.Г., Рогачева М.К., Саттарова М.М., Тимашева Э.М.,
Токарева М.А., Фахретдинова Р.Н., Федорова К.М., Хазипова Р.Х., Хайрединова Н.Ш., Хафизова А.Р., Хисамутдинова Н.И., Хлебникова В.Н., Юлбарисова Э.М. и др.
Значительный вклад в развитие системы обеспечения безопасности
нефтяного производства вносят известные ученые: Абдрахимов Ю.Р., Азметов Х.А., Бикбулатов И.Х., Гумеров А.Г., Гумеров Р.С., Гумеров К.М., Дулясова М.В., Зайнуллин Р.С., Ибрагимов Г.З., Идрисов Р.Х., Козлитин А.М.,
Куцын П.В., Карамова Л.М., Кузеев И.Р., Мукминов Р.А., Надршин А.С.,
Нугаев Р.Я., Прусенко Б.Е., Султанов М.Х., Хуснияров М.Х., Чиркова А.Г.,
Шарафиев Р.Г., Яговкин Г.Н., Ямалеев К.М. и др.
Месторождения Республики Башкортостан характеризуются широкими
интервалами изменения геолого-физических и физико-химических свойств
пластовых систем. В результате группирования объектов разработки месторождений по четырнадцати наиболее информативным параметрам (глубине
7
залегания, проницаемости, пористости, нефтенасыщенности, эффективной
нефтенасыщенной толщине, коэффициенту песчанистости, плотности, вязкости, объемному коэффициенту нефти, содержанию в ней смол и асфальтенов,
газовому фактору, начальным пластовым давлениям и температурам, плотности пластовой воды) выделены шесть относительно однородных групп
(две группы представлены месторождениями с терригенным типом коллектора и четыре  карбонатным).
К первой группе относятся месторождения терригенного девона, ко
второй  месторождения с терригенными коллекторами каменноугольного
возраста; группы с третьей по шестую включительно представлены карбонатными коллекторами (3  фаменского, 4  каширо-подольского, 5  верейбашкирского и турнейского, 6  сакмаро-артинского возрастов). Алгоритм
поиска объектов-аналогов дает возможность распространить результаты оценок, полученных для залежей-полигонов, на все изучаемые объекты конкретной группы.
По результатам критериального анализа применимости МУН для геолого-физических условий выделенных групп месторождений
обоснованы
технологии для объектов-полигонов.
На основе критериев эффективного применения физико-химических и
биогеотехнологических методов увеличения нефтеотдачи и сопоставительного их анализа с геолого-физическими характеристиками пластовых систем
рекомендованы следующие технологии увеличения нефтеотдачи для месторождений Башкортостана:
 для I группы (продуктивные пласты представлены терригенными
коллекторами девонского возраста, маловязкие нефти, достаточно однородный коллектор) целесообразны МУН, направленные на повышение коэффициента вытеснения: водогазовое воздействие, нагнетание чередующихся оторочек СО2 и воды, вытеснение нефти композициями ПАВ;
 II группа объектов (терригенные коллекторы каменноугольного возраста с высокой степенью макронеоднородности, средневязкие нефти) явля8
ется перспективной для применения МУН, направленных на увеличение коэффициента охвата процессов вытеснения: использование силикатнощелочных растворов, полимерных систем, волнового воздействия. Кроме того, высокоразвитая система ППД на объектах I и II групп делает актуальным
применение на них биоцида;
 III группа (карбонатный, преимущественно трещиноватый, коллектор фаменского возраста)  объекты для применения гидродинамических,
волновых и регулирующих технологий;
 IV группа (карбонатные коллекторы порового типа кашироподольского возраста, средние по вязкости нефти)  объекты для применения
водогазового воздействия и вытеснения нефти композициями ПАВ;
 V группа (карбонатные порово-кавернозные коллекторы башкирского и турнейского возрастов)  объекты для применения водогазового воздействия;
 VI группа (рифогенный карбонатный коллектор сакмаро-артинского
возраста с высоким этажом нефтеносности и большой степенью анизотропности по фильтрационно-емкостным свойствам) перспективна для применения газовых технологий (УВ-газы, чередование оторочек УВ-газа и ШФЛУ).
Количественная оценка технологической эффективности отобранных
МУН на десяти объектах-полигонах выполнена на основе теоретического
обоснования соответствующих видов физико-химического, газового и биогеотехнологического воздействий на продуктивные пласты. Для моделирования процессов воздействия использовались методы многофазных сред и геолого-статистическое моделирование. Оценка технологической эффективности применения методов повышения нефтеотдачи на залежах представлена в
таблице 1.
Применение оптимальных методов увеличения нефтеотдачи на каждой
группе месторождений увеличит конечную нефтеотдачу, причем наиболее
эффективно использование комбинированных методов воздействия: гидродинамических и физико-химических.
9
Таблица 1  Технологическая эффективность МУН на объектах
нефтедобычи РБ
Группы, прод. пласт, объекты-полигоны
II  тер. карбон
I – тер. девон
Технологии
Водогаз
Туймазы
Д1- Д2
Уршак Д1,
Сергеевск.
Дкн
Арлан
С1- С3
Уршак
тул
С1
* 6,8 %
** 0,3 тыс.т/м3
IV  карб.
каш.-под.
V  карб.
башк., верей, турней
VI  карб.
сакм.-арт.
Арланское
(Вятская
пл.), Воядинское
Тарасовское
Озеркинское, Введеновское
8,6 %
2,4 тыс.т/м3
4,4 %
0,1 тыс.т/м3
ШФЛУ+
УВ-газы
Газ
25 %
7,7 %
0,6 тыс.т/м3
СО2 + вода
ПАВ
10,4 %
0,56 тыс.т/м3
6,3 %
15 тыс.т/м3
2,2 %
25,9 тыс.т/м3
СЩВ
2,2 %
3%
54,6 тыс.т/м3
5%
97,2 тыс.т/м3
Биоцид
6,1 %
76,5 тыс.т/м3
1,1 %
97,5 тыс.т/м3
Примечания
*  прирост нефтеотдачи;
**  удельный технологический эффект;
***  III группа исключена.
С точки зрения применения различных технологий нефтеизвлечения,
значительный интерес представляют месторождения южного региона РБ.
Месторождения этого региона представлены различными типами залежей нефти в широком литолого-стратиграфическом диапазоне с различными
свойствами пород-коллекторов. Эти месторождения использовались как полигоны для отработки новых технологий физико-химического, биогеотехнологического, термического, гидродинамического и других видов воздействия
на пласт. Здесь применяется комплекс технологий увеличения нефтеотдачи
пластов, реализуемый с помощью гидродинамических, газовых, физикохимических и биологических методов воздействия на продуктивные
горизонты.
Выполненный анализ эффективности МУН (таблица 2) показывает, что
наибольший прирост добычи нефти даст закачка газа (44 %), дистиллерной
10
жидкости (20 %), бактерицида и биоПАВ (8 %). В связи с этим для стабилизации добычи нефти на месторождениях региона, а следовательно, и улучшения экономической эффективности производства наиболее актуально совершенствование зарекомендовавших себя технологий.
Таблица 2  Технологические показатели применения газовых технологий
повышения нефтеотдачи
Год
Начальные запасы
начала
нефти и КИН
приме- Qбал,
КИН КИН
добыча
Месторождение нения тыс. т при при реа- нефти,
техноРРГ, лизации тыс. т
логий
%
газо-вых
методов,
%
Озеркинское
Грачевское
Ст.-Казанковское
Итого
1975 4387
1983 14644
1978 24896
22,8
24,4
28,4
29,1
32,0
36,9
43927
Показатели разработки
добыча закачка закачка дополн.
газа,
газа,
ШФЛУ, добыто
млн м3 млн м3 тыс. т
нефти,
тыс. т
текущий
КИН,
%
1170,0
4252,4
7745,6
354,6
1271,2
1195,3
246,1
1629,5
734,3
70,8
371,4
734,2
351,8
670,8
231,3
26,7
29,0
31,1
13168,0
2821,1
2609,9
1176,4
1253,9
30,0
Как известно, при разработке нефтяных месторождений источники
техногенного воздействия в различных сочетаниях присутствуют во всех
звеньях технологической цепочки системы нефтеизвлечения.
Указанные факторы, в свою очередь, даже внутри одной системы неоднородны и зависят от структуры месторождений, типов действующего
оборудования, характера технологических процессов и физико-химических
свойств добываемого сырья и используемых реагентов.
Так, высокой бактериальной зараженностью характеризуются практически все нефтяные месторождения Республики Башкортостан (Арланское,
Бураевское, Четырмановское, Манчаровское и т.д.), где содержание сульфатвосстанавливающих бактерий (СВБ) в подтоварных и закачиваемых водах
достигает (2,5…6,0)105 клеток в 1 см3.
По природе, характеру проявления и влияния опасные и вредные производственные факторы подразделяются на технологические, технические, геолого-технические, природно-климатические и психофизиологические и суще-
11
ственно влияют на формирование потенциальной опасности производственных
процессов нефтеизвлечения.
В связи с этим и возникла необходимость разработки таких методических подходов и способов, которые обеспечили бы комплексное решение задачи обоснования технологий нефтеизвлечения с учетом геологофизических условий и технологической эффективности и требований безопасности.
На основе обобщения проектной и технологической документации и
анализа данных научно-технической литературы и результатов выполненных лабораторных исследований и промысловых испытаний сформулированы основные задачи и направления исследований.
Во второй главе освещены результаты оценки техногенной опасности
МУН и методические подходы к обоснованию условий безопасного функционирования систем.
Техногенная опасность МУН оценена экспертным способом с последующей обработкой результатов методом ранговой корреляции. Разработана
соответствующая классификация, где на 1-ом месте по степени техногенной
опасности Qi находятся гидродинамические МУН (Q1= 48,03), на 2-ом  физико-химические (Q2 = 43,78), на 3-ем  газовые (Q3 = 42,13), на 4-ом  термические (Q4 = 40,25), на 5-ом  вибровоздействующие (Q5 = 38,50) и на
6-ом  биологические (Q6 = 37,58).
Разработана математическая модель обоснования условий безопасного
функционирования производственных систем нефтеизвлечения.
В основу модели положена общая схема функционирования системы
по той или иной системной функции при наличии оператора или группы людей, работающих в условиях определенного набора опасных и вредных производственных факторов.
Система функционирует достаточно эффективно с точки зрения безопасности, если
12
 mi
1 ( j1 )
j1ji1

Ki ( j ) 
1
1
1

1! i2 i1
 m
ji1 ,i 2
i1 ( j1 ) i 2 ( j2 )
K i ( j )i
1
1
2 ( j2 )
 ... 
( j1 , j2 )
1
  
 m i1 ( j1 )... iq ( jq ) K i1 ( j1 )... iq ( jq )  A i1,i1  1,...,n,
(  1)! i i
i1 i 1 ( j1 j )ji1,i1
2
где
Ai
1
(1)
1
 количество несчастных случаев, происшедших по причине l, за
фиксированный промежуток времени;
K i (j1),..., iq(jq)  число членов производственной группы, где интенсивно
1
действуют факторы {i1, i2,
…,
iq} и проведена профилактическая работа
j1, j2,…, jq;
n  число опасных и вредных факторов;
l  максимальное число факторов, действующих на группу операторов,
l  n;
i1, i2, …, iq  набор опасных и вредных факторов;
ji , i
1
 множество возможных профилактических мероприятий, воз-
2 , , i q
действующих на факторы {i1, i2, …, iq};
m i ( j )... i
1
1
q
( jq )
 максимально допустимое за выбранный промежуток времени
количество негативных случаев, обусловленных фактором i1 и приходящихся
на одного члена группы работающих в условиях {i1 ( j1), i2 ( j2),...,iq ( jq )} .
На основе результатов проведенных исследований разработаны Методические рекомендации по оценке уровня безопасности нефтепромыслового
оборудования (МР ОБТ 14-03), структура которых включает:
1 – единичные показатели в соответствии с выбранной номенклатурой;
2 – групповые показатели, каждый из которых характеризует однородную группу показателей: техники безопасности, эргономики и технической
эстетики;
3 – обобщенный показатель безопасности оборудования.
Единичные показатели безопасности qi оцениваются экспертным путем
или с использованием технических средств.
13
Групповые показатели безопасности
n
K i   miqi ,
(2)
i 1
где m i  коэффициент весомости i-ого показателя, определяемый экспертным путем или на основе анализа частоты травматизма и заболеваемости.
Обобщенный показатель безопасности
К об.   К i .
(3)
Коэффициент уровня безопасности
К
K об
,
К баз
(4)
где Кбаз  показатель безопасности базового оборудования.
Величина К позволяет оценить безопасность анализируемого оборудования с учетом всех действующих опасных и вредных производственных
факторов. Если К  0,8 или К = 1, то безопасность оборудования соответствует нормативным требованиям. При К < 0,8 безопасность оборудования
является неудовлетворительной, т.е. действующие опасные и вредные факторы отрицательно влияют на человека-оператора. Безопасность оборудования
может быть обеспечена применением коллективных и индивидуальных
средств защиты или на основе новых технических решений.
В третьей главе приведены результаты разработки технологических и
технических решений, направленных на совершенствование процессов
нефтеизвлечения и снижение их техногенной опасности.
С целью повышения нефтеотдачи путём совершенствования технологии биоцидного воздействия на пласты месторождений, закачиваемые и попутно добываемые воды которых содержат микроорганизмы, предложено
применять реагент ЛПЭНОЛ (бактерицид типа ЛПЭ-11 в смеси с неионогенным поверхностно-активным веществом – НПАВ).
Экспериментально установлен факт роста КИН за счет совмещения подавления пластовой микрофлоры и роста нефтевытесняющей способности
раствора (ЛПЭ-11 + НПАВ) в сравнении с базовым (НПАВ) на 25,0 … 36,2 %.
14
Даны рекомендации по приготовлению композиции раствора и его использованию в промысловых условиях.
ЛПЭНОЛ является эффективным и технологичным нефтевытесняющим агентом: обеспечивает высокий прирост коэффициента вытеснения
нефти; обладает поверхностной активностью и биостойкостью, т.е. в пластовых условиях не подвергается биологической и химической деструкции; низкой
адсорбируемостью
на
породе.
Он
малотоксичен,
пожаро-
взрывобезопасен. Кроме того, агент обладает биоцидными свойствами и восстанавливает приемистость скважин, проницаемость пласта-коллектора и
увеличивает охват пласта заводнением за счет удаления биообразований и
закупорки, что приводит в целом к повышению нефтеотдачи.
Как наиболее перспективное технологическое решение с точки зрения
защиты подземных пресноводных комплексов предложен способ очистки
подземных питьевых вод (патент 2247195 РФ).
Способ очистки подземных питьевых вод предусматривает ограничение движения загрязнений путем строительства скважин и закачки растворов
реагентов. По контуру очага возможного загрязнения строят сетку скважин,
расстояние между которыми и количество ступеней выбирают в зависимости
от пористости и проницаемости горных пород. Ступени скважин располагают перпендикулярно направлению движения естественного потока подземных питьевых вод, а закачку растворов реагентов производят через межтрубное пространство скважин одновременно с добычей нефти и газа из продуктивного пласта. Результатом является надежное обеспечение очистки подземных питьевых вод при одновременной добыче нефти и газа.
Способ очистки подземных питьевых вод при добыче нефти создает
надежную ступень защиты окружающей среды от загрязнения вредными веществами, что значительно повышает экологическую безопасность и сокращает ущерб, наносимый природе загрязнением питьевых вод в районах добычи нефти. При этом не прерывается добыча нефти и газа из продуктивного
пласта, исключается опасность загрязнения водоемов и почвы.
15
С целью получения достаточно полной информации для обоснования
выбора объекта воздействия при внедрении технологий нефтеизвлечения
предложен метод идентификации пластовых нефтей на базе использования
их компонентно-фракционных составов.
Обоснован и предложен способ измерения параметров
пласта в
межтрубном пространстве, который позволяет повысить безопасность исследования скважин в процессах нефтеизвлечения (патент 2285796 РФ).
Способ
предусматривает
эксцентричное
расположение
насосно-
компрессорных труб в обсадной колонне. Согласно инклинограмме скважины, за направление оси симметрии планшайбы принимается направление от
центра подвески насосно-компрессорных труб на планшайбе к центру специального отверстия на ней для спуска приборов, а на муфте установлена ловушка-отклонитель.
Четвертая глава посвящена оптимизации ресурсного сопровождения
мероприятий по увеличению добычи нефти на основе математического моделирования.
При планировании мероприятий по увеличению добычи нефти на месторождениях (в дальнейшем мероприятия) предусматриваются затраты ресурсов,
необходимых для проведения технологических операций нефтеизвлечения.
В случае ограниченности ресурсов возникает задача: как распределить
их, чтобы планируемые мероприятия обеспечили максимальный суммарный
прирост добычи нефти при заданных ограничениях на имеющиеся ресурсы.
Для этого построена математическая модель оптимизации ресурсного
сопровождения мероприятий по увеличению добычи нефти, имеющая следующий вид:
 C
iI jJ
i,j
 A
iI jJ
X
jJ
i,j
Xi,j  max
(5)
Xi,j  Bi , i  I
(6)
i,j
 1, i I
16
(7)
Xi,j  0;1 , i  I , j  J ,
где
(8)
i  индекс месторождения, i  I , где I  множество месторождений,
I  1,2,...,m , m  число рассматриваемых месторождений;
j  индекс мероприятия по повышению нефтеотдачи, j  J , где
J  множество мероприятий, J  1, 2,...,n , n  число рассматриваемых ме-
роприятий;
Ci,j  показатель эффективности использования j -ого мероприятия на
i -ом месторождении, формируемый по базовым шкалам;
A i,j  затраты на внедрение j -ого мероприятия по повышению нефте-
отдачи на i -ом месторождении;
B i  лимит средств на проведение мероприятий по повышению нефте-
отдачи на i -ом месторождении;
X i,j  булева переменная ( Xi,j  0;1 ), принимающая значение 0 , если
j -ое мероприятие по повышению нефтеотдачи реализовано на i -ом место-
рождении, и 1  в противном случае.
Ограничения (6) представляют собой ресурсные ограничения: затраты
на внедрение мероприятий на i -ом месторождении не могут превосходить
соответствующий лимит средств на проведение мероприятий.
Ограничения (7) означают, что для каждого из месторождений может
быть выбрано лишь одно мероприятие. Ограничения (8) отражают тот факт,
что переменные X i,j могут принимать значение либо 0 , либо 1 . Целевая
функция (5) представляет собой суммарный эффект от внедрения мероприятий на всех месторождениях.
В нечеткой постановке, т.е. в случае нечеткого математического программирования (НМП), задача имеет вид
 C
iI jJ
i,j
Xi,j  max

17
(9)
 A
iI jJ
X
i,j
Xi,j  Bi , i  I
(10)

 1, i I
(11)
Xi,j  0;1 , i  I , j  J .
(12)
jJ
i,j
Знак  означает, что неравенство может нарушаться, то есть, другими
словами, имеет место нечеткое его выполнение; знак  означает прибли
женное, нечеткое достижение критерием своего оптимального решения.
Оптимизация ресурсного сопровождения мероприятий состоит из следующих этапов.
1. Формирование массива исходных данных
Массив исходных данных включает в себя определение размерности
задачи (определяется количество рассматриваемых месторождений и мероприятий по повышению их нефтеотдачи), матриц A , C , вектора B , пороговых значений выполнения критерия и ограничений.
Матрица A представляет собой себестоимость проведения мероприятий на соответствующем месторождении. Она определяется из техникоэкономического обоснования проекта.
Матрица C представляет собой прирост добычи нефти в денежном выражении за счет проведения мероприятий на соответствующем месторождении. Она также определяется из технико-экономического обоснования проекта.
Вектор B представляет собой нормативы затрат на проведение мероприятий на соответствующем месторождении.
2. Решение задачи целочисленного линейного программирования (5) (8)
Решение данной задачи позволяет определить оптимальный набор мероприятий при четком выполнении критерия оптимизации и ограничений. Это
решение в дальнейшем используется при решении задачи НМП (9)  (12).
18
3. Генерирование возможных альтернативных решений
Строится множество решений


1
X   xi,j :  Xi,j  1, Xi,j  0;1 ,i  I, j  J  ,
jJ


(13)
которые в той или иной степени удовлетворяют ограничению (10). На их основе строятся функции принадлежностей критерия (14) и альтернатив (15):
 i (X)  B i  B i
 0,

 i  X     i  X, B i  , B i   i (X)  B i  B i ,
1,
 i (X)  B i

где
B i
 допустимый порог выполнения
(14)
i -ого ограничения (10)
(  i (X)  B i  B i означает сильное нарушение неравенства), X  X ;
1
 0,
0 (X)  max
 0
0

,
 0  X     0  X, 0  , max
  0   0 (X)  max
0
0

0 (X)  max
0
1,
(15)
где  0  допустимый порог достижения максимума целевой функции (9)
 0 означает, что максимум не достигнут), max
( 0 (X)  max
 макси0
0
мальное значение функции (5) при наличии ограничений (6)  (8), X  X .
1
4. Решение задачи НМП
С использованием подхода Беллмана – Заде строится решение задачи
НМП как


X*  maxD  max   i  X   .
 iI

(16)
5. Анализ и интерпретация полученных результатов
В качестве примера приведены результаты решения задачи (НМП) по
увеличению добычи нефти на 6 месторождениях.
Для решения задачи НМП в соответствии с приведенной выше схемой
был разработан алгоритм. Алгоритм был реализован в виде программы,
написанной на объектно-ориентированном языке программирования DELPHI
19
5.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
1. В результате обобщения проектной и технологической документации, данных научно-технической литературы, посвященной проблеме интенсификации добычи нефти, анализа данных разработки месторождений с применением МУН и критериального анализа применимости технологий нефтеизвлечения на объектах-полигонах определены базовые технологии воздействия. Установлено, что при выборе конкретного метода воздействия на
пласт из множества технологий, удовлетворяющих критериям применимости
по геолого-физическим условиям и состоянию разработки месторождения,
приоритеты должны быть отданы методам, которые наряду с высокой технологической эффективностью обеспечивают безопасность их применения.
2. Выполнен геолого-технологический анализ применения МУН на
месторождениях-полигонах южного региона РБ. Определены базовые технологии, обеспечивающие наибольший прирост добычи нефти (закачка углеводородного газа, дистиллерной жидкости, бактерицида и биоПАВ).
3. Предложена классификация МУН по степени техногенной опасности.
4. Обоснованы методом математического моделирования условия безопасного функционирования производственных систем нефтеизвлечения и
разработан нормативный документ «Методические рекомендации по оценке
уровня безопасности нефтепромыслового оборудования», согласованный с
Ростехнадзором (МР ОБТ 14-03).
5. Предложены технологические и технические решения, направленные на совершенствование процессов нефтеизвлечения, и модель оптимизации ресурсного сопровождения мероприятий по увеличению добычи нефти.
20
Основное содержание работы опубликовано в 20 научных трудах,
из которых 3 (№№ 5, 15, 16) опубликованы в изданиях, включенных в
перечень ведущих рецензируемых научных журналов, в соответствии с
требованиями ВАК РФ:
1. Байтурина Г.Р. (ныне Мустафина Г.Р.). Экспертная оценка применяемых методов увеличения нефтеотдачи, представляющих техногенную опасность // Проблемы освоения трудноизвлекаемых запасов углеводородов. Сб.
докл. научн.-практ. конф. в рамках VI Конгресса нефтегазопромышленников
России.  Уфа: Монография, 2005.  С. 300-303.
2. Байтурина Г.Р. (ныне Мустафина Г.Р.). Совершенствование технологии водоизоляции в нефтяных скважинах // Проблемы освоения трудноизвлекаемых запасов углеводородов. Сб. докл. научн.-практ. конф. в рамках
VI Конгресса нефтегазопромышленников России.  Уфа: Монография, 2005. 
С. 159-161.
3. Байтурина Г.Р. (ныне Мустафина Г.Р.). Управление безопасностью
труда в процессах нефтедобычи // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа. Тез.
докл. научн.-практ. конф. в рамках VI Конгресса нефтегазопромышленников
России.  Уфа, 2005.  С. 213-214.
4. Шейх-Али Д.М. (Тынышпаев), Байтурина Г.Р. (ныне Мустафина Г.Р.). Идентификация нефтей для обоснования выбора объектов для внедрения МУН // Проблемы освоения трудноизвлекаемых запасов углеводородов. Сб. докл. научн.-практ. конф. в рамках VI Конгресса нефтегазопромышленников России.  Уфа: Монография, 2005.  С. 211-213.
5. Хазипов Р.Х., Нугаев Р.Я., Силищев Н.Н., Байтурина Г.Р. (ныне Мустафина Г.Р.). Экологические последствия биогенной сульфатредукции на
нефтяных месторождениях Республики Башкортостан // НТЖ «Нефтепромысловое дело».  М.: ВНИИОЭНГ, 2005.  № 4.  С. 47-48.
21
6. Ситдыков Г.А., Нугаев Р.Я., Байтурина Г.Р. (ныне Мустафина Г.Р.).
Исследование взаимодействия пластов при разработке нефтяных месторождений // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов:
Сб. научн. тр. / ИПТЭР.  Уфа, 2005.  Вып. 64.  С. 95-117.
7. Орехов Ю.В., Нугаев Р.Я., Байтурина Г.Р. (ныне Мустафина Г.Р.).
Математическое моделирование безопасности труда в производственных системах добычи нефти // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и
нефтепродуктов: Сб. научн. тр. / ИПТЭР.  Уфа, 2005.  Вып. 64. 
С. 186-199.
8. Байтурина Г.Р. (ныне Мустафина Г.Р.), Нугаев Р.Я., Хазипов Р.Х.
Экологические
последствия
применения
неионогенных
поверхностно-
активных веществ при добыче нефти // 56-ая научн.-техн. конф. студентов,
аспирантов, молодых ученых УГНТУ 9-11 ноября 2005 г. (региональная
межвузовская научн.-техн. секция «Промышленность. Экология. Безопасность»): Сб. матер. конф.  Уфа: Изд-во УГНТУ, 2005.  С. 15-17.
9. Хурамшина Л.В., Байтурина Г.Р. (ныне Мустафина Г.Р.). Результаты
вибросейсмовоздействия на Шкаповском месторождении ООО НГДУ «Аксаковнефть» // Проблемы освоения трудноизвлекаемых запасов углеводородов.
Сб. докл. научн.-практ. конф. в рамках VI Конгресса нефтегазопромышленников России.  Уфа: Монография, 2005.  С. 227-230.
10. Байтурина Г.Р. (ныне Мустафина Г.Р.). Повышение эффективности
применения методов увеличения нефтеотдачи // Проблемы и методы
обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа. Тез. докл. научн.-практ. конф. 24 мая 2006 г.  Уфа, 2006. 
С. 168-169.
11. Байтурина Г.Р. (ныне Мустафина Г.Р.). Оценка эффективности ресурсного сопровождения методов увеличения нефтеотдачи // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти,
нефтепродуктов и газа. Тез. докл. научн.-практ. конф. 24 мая 2006 г.  Уфа,
2006.  С. 166-167.
22
12. Гимадисламов Г.И., Павлюченко В.И., Байтурина Г.Р. (ныне Мустафина Г.Р.). Совершенствование технологии измерения параметров пласта
в межтрубном пространстве // 57-ая научн.-техн. конф. студентов, аспирантов
и молодых ученых: Сб. тез. докл. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2006. Кн. 1. –
С. 229.
13. Байтурина Г.Р. (ныне Мустафина Г.Р.), Шайхисламов А.С.,
Нугаев Р.Я., Гимадисламов К.И. Оптимизация выбора мероприятий по повышению нефтеотдачи // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти
и нефтепродуктов: Сб. научн. тр. / ИПТЭР.  Уфа, 2006.  Вып. 66. 
С. 107-118.
14. Байтурина Г.Р. (ныне Мустафина Г.Р.), Гимадисламов К.И.,
Нугаев Р.Я. Комплексная оценка уровня безопасности производственных систем нефтедобычи // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и
нефтепродуктов: Сб. научн. тр. / ИПТЭР.  Уфа, 2006.  Вып. 66.  С. 95-106.
15. Байтурина Г.Р. (ныне Мустафина Г.Р.), Резяпова И.Б., Хазипов Р.Х.
// Применение биостойкого нефтевытесняющего агента для повышения нефтеотдачи // НТЖ «Нефтепромысловое дело».  М.: ВНИИОЭНГ, 2007. 
№ 1.  С. 25-27.
16. Байтурина Г.Р. (ныне Мустафина Г.Р.), Котенев Ю.А. Современное
состояние применения методов воздействия на пласт и интенсификации добычи нефти на месторождениях Башкортостана и проблемы безопасности //
НТЖ «Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов». 
Уфа, 2007.  № 2.  С. 36-46.
17. Байтурина Г.Р. (ныне Мустафина Г.Р.), Котенев Ю.А. Анализ применения технологий нефтеизвлечения на месторождениях южного региона
Башкортостана // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа. Матер. научн.-практ.
конф. 22 мая 2007 г.  Уфа, 2007.  С. 116-117.
23
18. МР ОБТ 14-03. Методические рекомендации по оценке уровня безопасности нефтепромыслового оборудования / Г.Р. Байтурина (ныне Г.Р. Мустафина), Ю.А. Котенев, Р.Я. Нугаев.  Уфа: МНТЦ «БЭСТС», 2003.  15 с.
19. Пат. 2247195 РФ, МПК Е 03 В 3/06, Е 21 В 43/00. Способ очистки
подземных питьевых вод при добыче нефти / Г.И. Калмыков, Т.Х. Галимов,
Р.Я. Нугаев, Г.Р. Байтурина (ныне Г.Р. Мустафина) и др. (РФ). 
2003127418/03; Заявлено 09.09.2003; Опубл. 27.02.2005. Бюл. 6.
20. Пат. 2285796 РФ, МПК Е 21 В 47/00. Способ измерения параметров
пласта в межтрубном пространстве / Р.Я. Нугаев, К.С. Баймухаметов,
Г.Р. Байтурина (ныне Г.Р. Мустафина), В.И. Логиновский, К.И. Гимадисламов (РФ). – 2005100441/03; Заявлено 11.01.2005; Опубл. 20.10.2006. Бюл. 29.
24