СПОСОБ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО ОБУСТРОЙСТВА МЕСТОРОЖДЕНИЯ Российский патент 2019 года по МПК G06F17/50 G06F17/18 

Область техники, к которой относится изобретение

Заявляемое изобретение относится к комплексным системам и способам проектирования обустройства месторождений. Изобретение предназначено для решения задачи проектировании наземной инфраструктуры месторождения посредством поиска оптимальной конфигурации сети сбора продукции скважин с учетом расположения источников добычи (кустовых площадок), их количества, профиля добычи и др.

Такое проектирование выполняют с учетом следующих ограничений:

- объемов транспортируемого потока добываемого сырья, профиля добычи;

- времени запуска трубопровода в эксплуатацию;

- рельефа местности;

- категории территории, на которой размещается участок трубопровода;

- топографических ограничений.

Уровень техники

При проектировании наземной инфраструктуры важным является решение задач, связанных с построением сети с оптимальным расположением объектов обустройства и расчетом оптимальных параметров этой сети (количество и тип центров сбора, места их размещения, конфигурация сети линейных объектов, диаметры трубопроводов).

Из уровня техники известен способ проектирования сети, соединяющей заданные скважины с известной мощностью и сток с требуемым уровнем потребления, основанный на использовании алгоритм решения задачи Штейнера (Xue G., Lillys Т.Р., Dougherty D.Е. Computing the minimum cost pipe network interconnecting one sink and many sources // SIAM Journal on Optimization. - 1999. - T. 10, - №.1. - C. 22-42). В способе определена функция стоимости, требующая минимизации, использованы параметры k-оптимальности алгоритма построения желаемой сети.

Известны также отдельные решения, которые могут быть применены при проектировании упомянутых сетей, в одном из которых представлено описание численного моделирования оптимального транспортного пути к одному источнику, согласно которому строят первоначальную транспортную сеть, которую затем изменяют, насколько это возможно, используя глобальный и локальный алгоритмы оптимизации (Xia Q. Numerical simulation of optimal transport paths // Computer Modeling and Simulation, 2010. ICCMS'10. Second International Conference on. - IEEE, 2010. - Т. 1. - C. 521-525). В другом решении при построении сети используют алгоритм последовательного сведения задачи большой размерности к подзадачам меньшей размерности. Известно также решение задачи оптимального проектирования и эксплуатации транспортной газовой сети с использованием алгоритма выпуклой оптимизации (Babonneau F., Nesterov Y., Vial J.P. Design and operations of gas transmission networks //Operations research. - 2012. - T. 60. - №.1. - C. 34-47.].. В работе [Zhang J., Zhu D. A bilevel programming method for pipe network optimization // SIAM Journal on Optimization. - 1996. - T. 6. - №.3. - C. 838-857) предложено решение по определению оптимальных диаметров сетевых трубопроводов посредством минимизации издержек при заданных ограничениях методом двухуровневого программирования (в англоязычной литературе метод известен как bilevel programing method).

Также из уровня техники известен ряд патентов, характеризующих технические решения, касающиеся систем и способов проектирования обустройства месторождений.

В частности, из публикации US 2015/0339411, «Automated Surface network generation» (Автоматизированная генерация поверхностного обустройства) известны способ, устройство и программный продукт для автоматической генерации поверхностной сети для обустройства системы добычи нефти, дополнительно к существующей поверхностной сети. В решении предложен механизм оптимизации поверхностной сети на основе сходимости целевой функции при выполнении одного или нескольких граничных условий. В качестве граничных условий используют значения давлений среды в разных точках проектируемой сети поверхностного обустройства, максимальную скорость потока транспортируемого продукта, скорость эрозии среды, состав флюида, сетевую топологию, физические ограничения, наличие естественных или искусственных препятствий.

Однако, данный источник информации описывает метод проектирования сети поверхностного обустройства с неустоявшимся алгоритмом оптимизации. При этом в материалах описания данного изобретения указано о невозможности проведения оптимизации до достижения определенного критерия, что ставит под сомнение возможность построения сети с оптимальным расположением объектов обустройства и расчетом оптимальных параметров этой сети.

Наиболее близким к заявляемому является техническое решение, представленное в публикации СА 2914118 «Method of determining networks for resource recovery operations» (Способ построения сетей для обеспечения восстановления ресурсов). Способ описывает алгоритм присоединения множества кустов скважин к основному центру обработки (центру сбора продукции скважин) по всему месторождению. Способ включает выделение наиболее отдаленной подобласти и присвоение ей некоторого значения на основе определенных заранее экономических и физических критериев среди всех подобластей. Таким образом, кусты группируются в промежуточные центры, которые по тому же принципу объединяют в более крупные узлы, и, в конечном итоге, сводят к основному центру обработки. Выделение промежуточных центров позволяет оптимизировать общую стоимость сети.

Однако, известный способ реализует только один алгоритм, позволяющий решить частную задачу оптимального проведения трубопроводной обвязки без учета возможных изменений диаметров трубопроводов, а также предварительного определения оптимального местоположения центров сборов. Таким образом, на основании предложенного способа невозможно однозначно установить, что результатом реализации способа будет являться наиболее оптимальная схема поверхностного обустройства месторождения.

Раскрытие изобретения

Технической проблемой, решаемой заявляемым изобретением, является необходимость преодоления недостатков, присущих аналогам и прототипу, за счет решения задачи оптимального проектирования схемы размещения поверхностного обустройства месторождения с учетом динамических, топографических, физических и теплофизических параметров, а также экономической составляющей, включающей затраты на проведение трубопроводной обвязки, оснащения центров сбора продукции и т.д.

Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения заключается в обеспечении возможности обработки разнородных данных -геологических, топографических, геофизических, экономических, с формированием на выходе единого проекта поверхностного обустройства месторождения, характеризующегося оптимальной конфигурацией сети, за счет проведения оптимизационных шагов на каждом этапе построения проекта. Кроме того, заявляемое изобретение позволяет увеличить производительность системы при решении поставленной задачи, а также увеличить объем и вариативность обрабатываемых данных по сравнению с известными аналогами (т.е. позволяет производить обработку большего объема данных с получением результата (продукта) за меньшее количество времени). Кроме того, обработка данных в соответствии с заявляемым способом требует меньшего количества машинного времени и ресурсов для получения результата, в том числе задействованной оперативной памяти. Кроме того, использование отдельных независимых блоков системы (за счет использования функционала, обеспечивающего выборку из огромного массива внешних баз данных и обработку данных по определенному алгоритму с использованием целевых показателей) снижает и вероятность ошибки, обеспечивая получение более точного и достоверного результата.

Кроме того, технический результат заключается в том числе, в обеспечении:

- возможности построения интерактивной модели поверхностного обустройства месторождения с привязкой к топографической карте и объемам добываемой продукции,

- возможности оптимизации размещения объектов поверхностного обустройства при сокращении времени, затрачиваемого на определение оптимального положения объектов на месторождении,

- возможности изменения проекта при изменении входных данных,

- возможности подключения и отключения дополнительных расчетных блоков, позволяющих проводить оптимизацию поверхностного обустройства с использованием дополнительных внешних данных.

При этом под оптимальным размещением объектов поверхностного обустройства понимают удовлетворение полученного проекта заданным критериям, например, таким как общая протяженность трубопроводов, объемы добычи и т.д., достигаемым в результате проведенных расчетов проекта размещения поверхностного обустройства,

Поставленная задача решается тем, что способ проектирования поверхностного обустройства месторождения включает формирование исходных данных, включающих максимальное количество центров сбора продкции (ЦС), профиль и объемы добычи с каждой кустовой площадки (КП), радиус влияния ЦС как максимальное расстояние от ЦС до кустовой площадки (R_max), после чего осуществляют:

1) размещение центров сбора продукции скважин (ЦС) на карте кустовых площадок (КП), для чего

формируют «тепловую» карту объемов добычи в виде цветовой градиентной заливки карты КП в соответствии с исходными данными по объему добычи с каждой КП, с определением координат точки максимума объема добычи, в которой размещают первый ЦС, после чего все КП, расположенные от ЦС на расстоянии, не более R_max, присваивают данному ЦС, затем

А - обрабатывают «тепловую» карту посредством исключения площади, ограниченной окружностью с центром в первом ЦС и радиусом R_max, и корректировки цветовой градиентной заливки оставшейся площади карты КП,

Б - определяют точку максимума полученной на этапе А карты и размещают в ней следующий ЦС, которому присваивают все КП, удаленные от данного ЦС на расстоянии не более R_max,

В - шаги А и Б повторяют до достижения заданного максимального количества ЦС, при этом все КП, не присвоенные ни одному из ЦС, присваивают ближайшему ЦС,

Г - оптимизируют размещение ЦС с применением последовательно локальной и глобальной оптимизаций;

2) формирование сети коридоров коммуникаций, связывающих центры сборов продукции с кустовыми площадками, при этом создают проект первичной сети коридоров коммуникаций, включающей трубопроводы, для чего последовательно добавляют в сеть кустовые площадки, начиная от наиболее удаленной от ЦС и определяют наиболее оптимальный вариант ее подключения в сеть с использованием V или Y-профиля посредством решения трехточечной задачи для каждой подключаемой кустовой площадки, при этом в качестве критерия выбора профиля размещения коридоров коммуникаций используют минимальное значение комплексного параметра, после формирования первичной сети коридоров коммуникаций проводят ее глобальную и локальную оптимизацию;

3) определение диаметров трубопроводов на каждом участке построенной в соответствии с этапом 2) сети, для чего задают значение давления на входе ЦС и значение давления на КП, максимальный градиент падения давления, на основе которых определяют предварительные значения давления на всех точках сочленения сети, построенной на этапе 2), обеспечивающие градиент падения давления от КП к ЦС не более максимального, после чего с учетом известного профиля добычи, а также известной последовательности ввода КП определяют диаметры трубопроводов на каждом участке сети.

В качестве исходных данных дополнительно используют: координаты кустовых площадок месторождения, плановые данные по добыче по кустовым площадкам, топографические данные, максимальное расстояние от кустовой площадки до ЦС, количество ЦС.

На шаге Г при локальной оптимизации определяют возможность смещения точки размещения каждого ЦС относительно группы КП, присвоенных данному ЦС, для чего для каждой такой группы КП формируют отдельную тепловую карту с определением координат точки максимума добычи и сравнивают полученные координаты с первоначальными координатами ЦС, при этом в случае несовпадения координат, точку размещения ЦС смещают в точку максимума карты желательности группы КП, а в качестве глобальной оптимизации определяют возможность переотнесения каждой КП к другому ЦС, для чего определяют расстояния от каждой КП до каждого ЦС и присваивают кустовую площадку центру сбора (ЦС) с минимальным расстоянием, процесс оптимизации по шагу Г повторяют до получения устойчивого решения, характеризующегося отсутствием смещения ЦС при очередной итерации локальной оптимизации для каждой группы кустовых площадок и отсутствии возможности переотнесения каждой КП к другому ЦС.

Для обеспечения возможности последовательного добавления кустовых площадок к сети коридоров коммуникаций выполняют следующие действия относительно всех кустовых площадок, присвоенных общему ЦС:

Д - относительно каждого ЦС выбирают две соседние наиболее удаленные КП, присвоенные общему ЦС, и на основе соответствия минимальному значению комплексного параметра определяют V-профиль и Y-профиль коридоров коммуникаций от этих кустовых площадок до ЦС посредством решения трехточечной задачи, при этом

Е - в случае определения V-профиля, обе кустовые площадки исключают из дальнейшего рассмотрения и выбирают следующие две соседние наиболее удаленные от ЦС кустовые площадки и повторяют шаг Д, а

Ж - в случае определения Y-профиля, обе кустовые площадки исключают из дальнейшего рассмотрения, для дальнейшего рассмотрения выбирают их точку сочленения, выполняющую функцию источника продукции скважин, имеющего суммарные показатели двух исключенных КП, и наиболее удаленную от ЦС кустовую площадку и повторяют шаг Д.

В качестве комплексного параметра на шаге Д используют протяженность сети трубопроводов L, умноженную на объем перекачки от КП до центра сбора (Q*L).

Для проведения локальной оптимизации первичной сети коридоров коммуникаций определяют возможность смещения точки сочленения трубопроводов, для чего смещают эту точку на заранее определенное расстояние, вычисляют значение комплексного параметра для каждой группы из двух, соединенных между собой через точку сочленения источников и, при получении меньшего значения, присваивают точке сочленения координаты нового размещения. Для проведения глобальной оптимизации первичной сети коридоров коммуникаций выполняют перебор всех участков сети и выполняют проверку возможности соединения каждого участка трубопровода с другой точкой сочленения или другим трубопроводом при условии уменьшения при этом комплексного параметра оптимизации.

Проектирование генеральных схем поверхностного обустройства месторождений предполагает решение ряда задач построения различных нефтепромысловых сетей: сбора и транспорта нефти и попутных газов, высоко- и низконапорных водоводов, дорог, электроснабжения. Решение задачи построения нефтепромысловой сети связано также с выбором оптимальной структуры сети, трассированием отдельных звеньев сети, определением динамики ее строительства, расчетом различных отдельных звеньев и т.д., обеспечением надежности ее функционирования, а также обеспечением встраивания вновь построенной сети поверхностного обустройства с другими уже существующими сетями и системами обустройства.

На основании приведенного описания изобретения специалист в данной области может реализовать программные средства, на базе соответствующих компьютерных аппаратных средств общего назначения или особого назначения, в результате чего могут быть сформированы компьютерная система и/или компьютерные компоненты, для реализации предложенного способа в рамках осуществления настоящего изобретения и/или может быть сформирован носитель считываемой компьютером информации, в том числе в виде программных средств, посредством которых могут быть реализованы аспекты вариантов осуществления предложенного способа.

Заявленный способ может быть реализован с помощью программно-аппаратного комплекса или компьютерной системы, включающей в себя, по меньшей мере, процессор, обеспечивающий выполнение команд из соответствующих блоков, а именно, следующих блоков:

- блока ввода исходных данных, соединенного с блоком памяти, обеспечивающим хранение исходных данных и направление их для обработки в соответствующие блоки;

- блока памяти, обеспечивающего хранение введенных данных, а также промежуточных результатов обработки;

- последовательно соединенных между собой, а также с блоком памяти, блоков обработки данных: блока размещения центров сбора продукции скважин; блока формирования сети коридоров коммуникаций; блока определения диаметров трубопроводов; при этом каждый из этих блоков содержит модуль глобальной и локальной оптимизации, реализующие последовательность команд выбора наиболее оптимального решения каждого этапа заявленного способа посредством использования соответствующих алгоритмов (например, Штейнера, Дейкстры, Ферма-Торричелли)

- и блока вывода результатов расчетов на экран монитора или средства печати, обеспечивающий вывод результатов выполнения команд из каждого расчетного блока.

Блок ввода и блок вывода осуществляют взаимодействие компьютерно-реализуемой системы с оператором, и через проводные и/или беспроводные линии связи с внешними базами данных. Через блок ввода осуществляется ввод исходных данных, ТТО, топографических данных и т.д. Блок вывода осуществляет вывод данных в формате, удобном для восприятия оператором (например, в графическом, табличном формате), а также другие операции по выводу данных из компьютерно-реализуемой системы.

Блок памяти компьютерно-реализуемой системы содержит топографические, геологические карты, а также сведения, поступающие из и/или направляемые в последовательно реализуемые блоки для обработки. Процессор, реализующий заявляемый способ, т.е. осуществляющий описанные новшества в виде исполняемых команд, координирует действия компонентов вычислительной системы.

В качестве компьютерно-реализуемой системы может быть использован персональный компьютер, например, с операционной системой Windows, содержащий центральный процессор, оперативное запоминающее устройство, накопитель на жестком диске (или блок памяти, или хранилище данных, или БД), клавиатуру, монитор, коммуникационные устройства для обеспечения работы с интернет ресурсами (сетевую карту и/или модем), а также выходное устройство (блок вывода данных/отображения обработанных данных, например, монитор, или монитор совместно с принтером). При этом известно, что процессор представляет собой электронный блок, либо интегральную схему (микропроцессор), исполняющую машинные инструкции (код программ) - главная часть аппаратного обеспечения. В зависимости от введенных в процессор машинных инструкций решается соответствующая задача. В заявляемом изобретении машинные инструкции изложены в виде функций, предписанных для исполнения соответствующими блоками обработки данных, а именно, обеспечивающие выполнение заданных алгоритмов оптимизации с учетом введенных ограничений и параметров обработки. Блоки обработки данных, а именно блок размещения центров сбора продукции скважин; блок формирования сети коридоров коммуникаций; блок определения диаметров трубопроводов, как правило, установлены в системном блоке, выполняющем машиноисполняемые инструкции.

Эта система может быть специально сконструированным устройством, таким как электронное устройство, или может содержать один или несколько компьютеров общего назначения, которые могут реагировать на команды для выполнения этапов, описанных в данной заявке. Для выполнения таких функцией несколько компьютеров могут объединять в сеть. Программные команды могут хранить на любом носителе считываемой компьютером информации, например, на магнитных или оптических дисках, картах, запоминающих устройствах и т.п.

Краткое описание чертежей

Заявляемое изобретение поясняется графическими материалами, на которых представлены результаты реализации посредством компьютерной системы отдельных этапов заявляемого способа и примеров конкретного выполнения, в виде сгенерированных компьютерной системой изображений, представляемых на мониторе пользователя.

На фиг. 1 схематично представлен пример «тепловой карты» (карта желательности).

На фиг. 2 схематично представлен вариант размещения ЦС и зона его влияния (ограничена окружностью с радиусом R_max).

На фиг. 3 схематично представлен пример добавления кустовых площадок в первичную сеть коридоров коммуникаций.

На фиг. 4 схематично представлен пример присоединения кустовых площадок к сети коридоров коммуникаций по VY-алгоритму.

На фиг. 5 схематично представлены результаты локальной и глобальной оптимизаций формирования сети коридоров коммуникаций.

На фиг. 6-7 приведены скриншоты экрана в качестве демонстрации результатов выполнения заявляемого способа по формированию сети поверхностного обустройства месторождения.

Осуществление изобретения

Для наилучшего понимания сущности заявляемого способа составлен перечень определений и терминов, используемых в настоящем описании, а также краткое описание используемых алгоритмов и методов со ссылкой на общедоступные источники информации.

Кустовая площадка - в рамках настоящего изобретения - проект специальной площадки естественного или искусственного участка территории месторождения с расположенными на ней кустами скважин, а также технологическим оборудованием и эксплуатационными сооружениями, инженерными коммуникациями

Метод Недлера-Мида - метод безусловной оптимизации функции от нескольких переменных, не использующий производную (градиентов) функции.

Поверхностное обустройство - комплекс инфраструктурных объектов на месторождении, обеспечивающих процесс добычи, сбора, подготовки и внешнего транспорта нефти и газа, работы системы поддержания пластового давления и утилизации подтоварной воды, утилизации попутного нефтяного газа, энергоснабжения и обеспечения жизнедеятельности обслуживающего персонала. Примерный перечень объектов поверхностного обустройства приведен в Таблице 1.

Таким образом, в рамках заявляемого изобретения рассматривается способ проектирования сети, по меньшей мере, из приведенных выше объектов, каждый из которых имеет определенные характеристики.

Центр сбора продукции - площадной объект обустройства месторождения, до которого осуществляется транспорт продукции скважин от кустовых площадок по нефтесборным трубопроводам под действием пластового давления или давления скважинных насосов.

Коридоры коммуникаций - комплексный линейный объект обустройства, включающий в себя трубопроводы (нефтесборные и нефтепроводы, водоводы низкого и высокого давления, газопроводы), линии электропередач/ВЛ и автодороги.

Карта желательности или «тепловая карта» - карта кустовых площадок с отраженными на ней объемами добычи с каждой кустовой площадки.

Дерево Штейнера - решение одноименной задачи, состоящей в поиске кратчайшей сети, соединяющей заданный конечный набор точек плоскости.

- алгоритм на графах для нахождения кратчайшего пути от одной из вершин графа до всех остальных.

Точка Ферма-Торричелли - точка плоскости, сумма расстояний от которой до вершин треугольника является минимальной. Указанная точка дает решение задачи Штейнера для вершин треугольника.

Представленные выше алгоритмы, используемые на разных этапах построения схемы оптимального размещения объектов поверхностного обустройства, являются известными средствами решения отдельных задач оптимизации того или иного множества данных.

Ниже представлено подробное описание изобретения. Специалисту понятно, что нижеприведенное описание осуществления настоящего изобретения носит исключительно пояснительный характер и не ограничивает объем притязаний, заявленных в формуле изобретения.

Заявляемое техническое решение может быть реализовано в виде программного комплекса, решающего поставленную задачу проектирования оптимального размещения объектов поверхностного обустройства месторождения. При этом в качестве достигаемых в результате оптимизации параметров, могут быть получены: точки оптимального размещения центров сбора и оптимальные схемы коридоров коммуникаций.

Заявляемый способ реализуют следующим образом.

Глобально, всю последовательность действий при выполнении заявляемого способа можно разделить на три основных этапа: размещение центров сбора продукции скважин, формирование сети коридоров коммуникаций и определение диаметров трубопроводов.

В первую очередь, для получения полноценного проекта поверхностного обустройства месторождения, определяют возможное положение центров сбора продукции скважин.

В качестве исходных данных используют следующие:

- Координаты кустовых площадок (КП) и данные по добыче по кустовым площадкам

- Данные по топографии для использования в расчете карт желательности

- Максимальное расстояние от кустовой площадки до центра сбора (ЦС), иначе радиус влияния R_max

- Максимальное количество ЦС или фиксированное количество ЦС.

Указанные данные в цифровом виде через блок ввода данных помещают в блок памяти и при необходимости направляют в соответствующие блоки обработки.

В блоке оптимального размещения центров сбора по внесенным данным, характеризующим кустовые площадки и объемы добычи, стоят карту желательности, иначе называемую «тепловой» картой, при этом с ее помощью с применением цветовой индикации визуализируют объемы добычи с каждой кустовой площадки. С использованием данной карты определяют точки размещения ЦС, а именно, места наиболее оптимального размещения центров сбора продукции скважин.

Для этого по цветовой градиентной заливке «тепловой карты» (например, от холодных к теплым цветам, соответствующим градиенту изменения объемов добычи - от минимального к максимальному) определяют координаты наиболее «теплой» точки - координаты точки с максимальным объемом добычи (фиг. 1). В этой точке размещают первый ЦС, после чего все КП, расположенные от ЦС на расстоянии, не более R_max, присваивают данному ЦС (фиг. 2). Затем «тепловую» карту обрабатывают посредством исключения площади, ограниченной окружностью с центром в первом ЦС и радиусом R_max. Проводят корректировку цветовой градиентной заливки оставшейся площади карты КП и таким образом определяют следующий центр сбора продукции скважины (как самую «теплую» точку скорректированной карты), которому по аналогичному принципу присваивают также все кустовые площадки, расположенные на расстоянии не более R_max.

Таким образом, повторяя описанную операцию, присваивают все кустовые площадки определенным центрам сбора. Дальнейшие шаги направлены на оптимизацию полученного первого приближения полученной схемы размещения центров сбора. Оптимизацию распределения центров сбора продукции скважин проводят последовательно глобальную и локальную с цикличным повторением до достижения критерия оптимальности. При этом для локальной оптимизации таким критерием является отсутствие смещения координат точки центра сбора на каждом последующем итерационном шаге, а для глобальной оптимизации - отсутствие возможности переотнесения кустовой площадки к другому ЦС.

В качестве локальной оптимизации определяют возможность смещения точки размещения каждого ЦС относительно группы КП, присвоенных общему ЦС, для чего для каждой такой группы КП по известным значениям объемов добычи формируют отдельную карту желательности («тепловую» карту). Относительно этой вновь построенной карты желательности определяют координаты точки максимума и сравнивают полученные координаты с координатами ЦС, определенного на этапе построения первого приближения. В случае несовпадения координат точку размещения ЦС смещают в точку максимума карты желательности, построенной на данном шаге оптимизации.

В качестве глобальной оптимизации определяют возможность переотнесения каждой КП к другому ЦС, для чего определяют расстояния от каждой отдельной КП до каждого построенного на этапе первого приближения ЦС и в случае выявления ЦС на меньшем расстоянии, чем зафиксированное на этапе первого приближения, присваивают кустовую площадку этому ЦС с минимальным расстоянием.

Таким образом, в результате последовательного выполнения описанных выше шагов локальной и глобальной оптимизаций, с учетом итерационно проведенной до достижения критерия сходимости оптимизации, получают набор координат ЦС, наиболее оптимально расположенных относительно всего множества кустовых площадок месторождения.

Результаты глобальной и локальной оптимизаций передают в блок памяти для вывода результатов и/или дальнейшего использования на следующих этапах обработки.

На следующем этапе проектирования поверхностного обустройства месторождения в блоке формирования сети коридоров коммуникаций, выполняют проектирование оптимальной сети коридоров коммуникаций, связывающих ЦС с кустовыми площадками, присвоенными общему ЦС, а также связывающих ЦС между собой. Данная часть задачи решается с использованием известного дерева Штейнера (решение задачи Штейнера) с дальнейшей глобальной и локальной оптимизацией построенного первого приближения. При проектировании оптимальной трассы коммуникаций (нефте/газопроводы, электроснабжение, водоснабжение) используют алгоритм дерева Штейнера.

Размещение коммуникаций на поверхности земли определяется на основании критерия оптимальности. В качестве критерия принимаются суммарные затраты на строительство коммуникации и на транспортировку по ней того потока, для транспортировки которого она строится. Критерий оптимальности зависит от параметров, характеризующих свойства проектируемой коммуникации (например, тип транспортируемого продукта) и территории, на которой она размещается. Территория характеризуется удельными строительными затратами - это стоимость строительства отрезка коммуникации единичной длины в окрестности точки территории. Территория, на которой размещается коммуникация, может быть либо однородной относительно удельных строительных затрат, либо неоднородной. Территория считается однородной по условиям строительства, если удельные строительные затраты имеют одно и то же значение во всех точках территории. Если значение удельных строительных затрат меняется от точки к точке, то территория считается неоднородной.

Построение сети в первом приближении выполняют по так называемому VY алгоритму, при этом начинают формировать сеть от наиболее удаленной от ЦС пары кустовых площадок. Посредством решения трехточечной задачи (раскрыто, например: Труды ИСА РАН, 2008, Т. 32 «Решение трехточечной задачи Штейнера на проскости средствами Mathlab», Лотарев Д.Т.) определяют наиболее оптимальный вариант подключения данных кустовых площадок к ЦС - с использованием V профиля или Y-профиля (фиг. 3), при этом в качестве критерия выбора того или иного профиля размещения коридоров коммуникаций используют минимальное значение комплексного параметра, в качестве которого используют значение протяженности проектируемого трубопровода L, умноженное на объем перекачки транспортируемого продукта от КП Q. Таким образом, в результате выбора обе кустовые площадки соединяют с ЦС (V профиль) или между собой и затем с ЦС (Y-профиль). При этом точке их соединения присваивают характеристики, равные суммарным характеристикам двух соединяемых таким образом кустовых площадок. Описанным выше образом формируют первое приближение построения сети коммуникаций (коридоров коммуникаций), последовательно добавляя к проектируемой сети каждую кустовую площадку из оставшихся наиболее удаленных. Исключением является решение V профиля, когда обе кустовые площадки, соединенные с использованием такого профиля, исключают из дальнейшего рассмотрения. В результате получают предварительную карту сети коммуникаций, каждое звено которой получено в результате соответствия выбранному комплексному параметру. Дальнейший шаг заключается в оптимизации полученного первого приближения - глобальной и локальной, последовательно итерационно выполняемых до достижения соответствия критерию оптимальности. При этом для проведения локальной оптимизации определяют возможность смещения точки сочленения любых двух соседних КП, для чего смещают точку сочленения двух КП на заранее определенное расстояние в четырех направлениях (север, юг, восток, запад). Вычисляют при каждом смещении значение комплексного параметра для каждой группы из двух КП, соединенных между собой через точку сочленения, и при получении меньшего значения, чем зафиксированное в первом приближении, присваивают точке сочленения новое размещение (координаты).

Для проведения глобальной оптимизации первичной сети коридоров коммуникаций выполняют перебор всех участков трубопроводов и выполняют проверку возможности соединения данного участка трубопровода (звена) с другой точкой соединения или трубопроводом при условии уменьшения при этом комплексного параметра оптимизации.

При отсутствии смещений точки сочленения для локальной оптимизации и отсутствии возможности переназначения звена другой точке соединения или КП при глобальной оптимизации, считают критерий оптимальности достигнутым и процесс оптимизации завершают. В результате завершения данного этапа поверхностного обустройства получают карту сети коридоров коммуникаций, построенную с учетом соответствия комплексному параметру оптимизации. Данный способ может быть использован для построения сетей трубопроводов, линий электропередачи (ВЛ) и автодорог.

Результаты глобальной и локальной оптимизаций также передают в блок памяти для вывода результатов и/или дальнейшего использования на следующих этапах обработки.

Дополнительно может быть выполнено определение типов ЦС. Пользователем задается как общее количество ЦС, так и количество ЦС определенного типа. Так, ЦС с типом «Установка подготовки нефти (УПН)» присваивают объектам с максимальным суммарным уровнем добычи с кустовых площадок данных ЦС. Для остальных ЦС осуществляют выбор между типами «Дожимная насосная станция (ДНС)», «Мультифазная насосная станция (МФНС)» и «Установка предварительного сброса подтоварной воды (УПСВ)». Выбор между ДНС и МФНС определяют, исходя из настроек расчета (выбирается пользователем для каждого расчета). Выбор между ДНС/МФНС или УПСВ осуществляют на основе поступающего профиля добычи: если обводненность не превышает 30% то выбирают ДНС/МФНС, если обводненность больше 30% - выбирают УПСВ.

На следующем этапе проектирования в одноименном блоке обработки выполняют определение диаметров трубопроводов на каждом участке построенной в соответствии с предыдущим этапом сети. Выполнение данного этапа основано на использовании известных значений давления на входе ЦС и значение давления на КП, максимального градиента падения давления. На основе этих исходных данных, определяют предварительные значения давления на всех точках сочленения сети коридоров коммуникаций, построенной на предыдущем этапе, обеспечивающие градиент падения давления от КП к ЦС не более максимального, после чего с учетом известного объема и скорости добычи, а также известной последовательности ввода КП определяют возможные диаметры трубопроводов на каждом участке сети.

Пример конкретного выполнения

Заявляемое изобретение было реализовано при проектировании поверхностного обустройства четырех месторождений, расположенных в Ямало-Ненецком автономном округе, которое включало системы сбора, подготовки и внешнего транспорта нефти, системы ППД (поддержка пластового давления), энергоснабжения, утилизации газа, объектов вспомогательного назначения. Результаты проектирования отображены на фигурах 6-7, на которых представлены схемы поверхностного обустройства с двумя вариантами исходных данных - 1 скважина на одну КП (фиг. 6) и 12-24 скважины на одну КП (фиг. 7).

Для каждого месторождения в систему были загружены профили добычи. По каждому месторождению были рассчитаны три профиля добычи Р90-Р50-Р10 с прогнозом на 30 лет. Для корректных гидравлических расчетов трубопроводных систем для каждого месторождения были заданы отдельные физико-химические свойства флюидов. Для корректного расчета схем обустройства были использованы картографические данные. Для построения схем внешнего транспорта заданы потенциальные точки сдачи нефти с различными экономическими параметрами. В рамках рассматриваемого примера были определены четыре возможные точки сдачи товарной продукции. Для выполнения расчетов капитальных и эксплуатационных затрат заданы подготовленные удельные показатели, используемые для расчета параметров экономической эффективности в финансово-экономической модели. Для приведенного примера также были получены данные, характеризующие перечень объектов поверхностного обустройства, их технические характеристики (производительность, мощность, протяженность линейных объектов и др.), годы ввода в эксплуатацию.

Вышеприведенное описание предназначено для пояснения сущности заявляемого изобретения. Настоящее изобретение может подвергаться различным изменениям и модификациям, понятным специалисту на основе прочтения вышеприведенного описания. Такие изменения не ограничивают объем притязаний. Например, могут изменяться типы комплексных параметров, может изменяться критерий оптимальности, объем исходных данных для проведения расчетов, абсолютные значения заранее заданных параметров и т.д. Способ не ограничен каким-либо количеством анализируемых скважин или кустовых площадок, и их размещением на местности.

Реализация заявляемого изобретения позволит снизить затраты на обустройство месторождений, повысить качество выполнения проектов за счет автоматизации расчетов и проработки различных вариантов с выбором оптимального.

Изобретение относится к средствам проектирования обустройства месторождений. Технический результат заключается в повышении точности проектирования обустройства месторождений. Формируют исходные данные. Размещают центры сбора продукции скважин (ЦС) на карте кустовых площадок (КП). Формируют «тепловую» карту объемов добычи в виде цветовой градиентной заливки карты КП в соответствии с исходными данными по объему добычи с каждой КП, с определением координат точки максимума объема добычи, в которой размещают первый ЦС, после чего все КП, расположенные от ЦС на расстоянии, не более R_max, присваивают данному ЦС. Формируют сеть коридоров коммуникаций, связывающих ЦС с КП, при этом создают проект первичной сети коридоров коммуникаций, включающей трубопроводы. Определяют диаметры трубопроводов на каждом участке построенной сети, для чего задают значение давления на входе ЦС и значение давления на КП, максимальный градиент падения давления, на основе которых определяют предварительные значения давления на всех точках сочленения сети, обеспечивающие градиент падения давления от КП к ЦС не более максимального, после чего с учетом известного профиля добычи, а также известной последовательности ввода КП определяют рекомендуемые диаметры трубопроводов на каждом участке сети. 6 з.п. ф-лы, 1 табл., 7 ил.

1. Способ проектирования поверхностного обустройства месторождения, включающий формирование исходных данных: максимальное количество центров сбора (ЦС), профиль и объемы добычи с каждой кустовой площадки (КП), определение радиуса влияния ЦС как максимальное расстояние от ЦС до кустовой площадки (R_max), после чего выполняют следующие этапы

1) размещение центров сбора продукции скважин на карте кустовых площадок, для чего

формируют «тепловую» карту объемов добычи в виде цветовой градиентной заливки карты КП в соответствии с исходными данными по объему добычи с каждой КП, с определением координат точки максимума объема добычи, в которой размещают первый ЦС, после чего все КП, расположенные от ЦС на расстоянии не более R_max, присваивают данному ЦС, затем

А - обрабатывают «тепловую» карту посредством исключения площади, ограниченной окружностью с центром в первом ЦС и радиусом R_max, H корректировки цветовой градиентной заливки оставшейся площади карты КП,

Б - определяют точку максимума полученной на этапе А карты и размещают в ней следующий ЦС, которому присваивают все КП, удаленные от данного ЦС на расстоянии не более R_max,

В - шаги А и Б повторяют до достижения заданного максимального количества ЦС, при этом все КП, не присвоенные ни одному из ЦС, присваивают ближайшему ЦС,

Г - оптимизируют размещение ЦС с применением последовательно локальной и глобальной оптимизаций;

2) формирование сети коридоров коммуникаций, связывающих ЦС с КП, при этом создают проект первичной сети коридоров коммуникаций, включающей трубопроводы, для чего последовательно добавляют в сеть кустовые площадки, начиная от наиболее удаленной от ЦС, и определяют наиболее оптимальный вариант ее подключения в сеть с использованием V или Y-профиля посредством решения трехточечной задачи для каждой подключаемой кустовой площадки, при этом в качестве критерия выбора профиля размещения коридоров коммуникаций используют минимальное значение комплексного параметра, после формирования первичной сети коридоров коммуникаций проводят ее глобальную и локальную оптимизацию;

3) определение диаметров трубопроводов на каждом участке построенной в соответствии с этапом 2) сети, для чего задают значение давления на входе ЦС и значение давления на КП, максимальный градиент падения давления, на основе которых определяют предварительные значения давления на всех точках сочленения сети, построенной на этапе 2), обеспечивающие градиент падения давления от КП к ЦС не более максимального, после чего с учетом известного профиля добычи, а также известной последовательности ввода КП определяют рекомендуемые диаметры трубопроводов на каждом участке сети.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве исходных данных дополнительно используют, в том числе, координаты кустовых площадок месторождения, плановые данные по добыче по кустовым площадкам, топографические данные, максимальное расстояние от кустовой площадки до ЦС, количество ЦС.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на шаге Г при локальной оптимизации определяют возможность смещения точки размещения каждого ЦС относительно группы КП, присвоенных данному ЦС, для чего для каждой такой группы КП формируют отдельную тепловую карту с определением координат точки максимума добычи и сравнивают полученные координаты с первоначальными координатами ЦС, при этом в случае несовпадения координат, точку размещения ЦС смещают в точку максимума карты желательности группы КП, а в качестве глобальной оптимизации определяют возможность переотнесения каждой КП к другому ЦС, для чего определяют расстояния от каждой КП до каждого ЦС и присваивают кустовую площадку ЦС с минимальным расстоянием, процесс оптимизации по шагу Г повторяют до получения устойчивого решения, характеризующегося отсутствием смещения ЦС при очередной итерации локальной оптимизации для каждой группы кустовых площадок и отсутствии возможности переотнесения каждой КП к другому ЦС.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для обеспечения возможности последовательного добавления кустовых площадок к сети коридоров коммуникаций выполняют следующие действия относительно всех кустовых площадок, присвоенных общему ЦС:

Д - относительно каждого ЦС выбирают две соседние наиболее удаленные КП, присвоенные общему ЦС, и на основе соответствия минимальному значению комплексного параметра определяют V- профиль и Y- профиль коридоров коммуникаций от этих кустовых площадок до ЦС посредством решения трехточечной задачи, при этом

Е - в случае определения V- профиля, обе кустовые площадки исключают из дальнейшего рассмотрения и выбирают следующие две соседние наиболее удаленные от ЦС кустовые площадки и повторяют шаг Д, а

Ж - в случае определения Y- профиля, обе кустовые площадки исключают из дальнейшего рассмотрения, для дальнейшего рассмотрения выбирают их точку сочленения, выполняющую функцию источника продукции скважин, имеющего суммарные показатели двух исключенных КП и наиболее удаленную от ЦС кустовую площадку, и повторяют шаг Д.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в качестве комплексного параметра на шаге Д используют протяженность сети трубопроводов L, умноженную на объем перекачки от КП до центра сбора (Q*L).

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для проведения локальной оптимизации первичной сети коридоров коммуникаций определяют возможность смещения точки сочленения трубопроводов, для чего смещают эту точку на заранее определенное расстояние, вычисляют значение комплексного параметра для каждой группы из двух, соединенных между собой через точку сочленения источников и, при получении меньшего значения, присваивают точке сочленения координаты нового размещения.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для проведения глобальной оптимизации первичной сети коридоров коммуникаций выполняют перебор всех участков сети и выполняют проверку возможности соединения каждого участка трубопровода с другой точкой сочленения или другим трубопроводом при условии уменьшения при этом комплексного параметра оптимизации.