Алгоритмы оптимизации режимов закачки газа для повышения нефтеотдачи с ограничениями по сохранению пластовых вод и предотвращению техногенных сейсмических воздействий

Аннотация

Исследование предлагает алгоритмический комплекс оптимизации режимов закачки газа для повышения нефтеотдачи зрелых терригенных месторождений при одновременном соблюдении двух критичных ограничений: сдерживание роста обводненности и предотвращение техногенной сейсмичности, возникающей из-за превышения порового давления вблизи тектонических разломов. Методологически работа опирается на полномасштабный цифровой двойник пласта (3D сетка 250×300×40 ячеек), интегрирующий 3D-сейсмику, интерпретацию ГИС 87 скважин, PVT-анализ и 15-летнюю историю разработки; фильтрация моделируется композиционной black-oil моделью с тщательной калибровкой относительных фазовых проницаемостей, а геомеханический модуль откалиброван по микросейсмическим данным и испытаниям скважин. Центральным элементом является гибридный оптимизатор (генетический алгоритм для глобального поиска + сопряжённые градиенты с adjoint-моделированием для локальной доводки), решающий многокритериальную задачу в форме безусловной оптимизации с двумя штрафными слагаемыми за превышение порога обводненности и критического давления вблизи разломов. Верификация на десятилетнем горизонте показала, что по сравнению с базовым проектным режимом с постоянными объёмами закачки оптимизированная стратегия увеличивает накопленную добычу нефти на 8,19% при снижении суммарной закачки газа на 5,36%, уменьшает добычу воды на 21,33% и снижает среднее забойное давление нагнетания на 5,59%, что указывает на повышение энергоэффективности и охвата вытеснением. Геомеханические ограничения соблюдены: максимальные давления в контрольных точках рядом с разломом удержаны ниже порога сейсмоопасности (34,5 МПа), тогда как базовый сценарий его превышает. Чувствительный анализ выявил нелинейный компромисс: ужесточение предельной обводненности с 70% до 40% снижает итоговый КИН с 0,418 до 0,375, при этом удельный газовый фактор минимален около 50% благодаря более тонким режимам. По вычислительной эффективности гибридный алгоритм сходится на 39,5% быстрее, чем чистый ГА на малой модели, а на детализированной сетке обеспечивает приемлемое время расчёта для задач планирования; перспективы включают распараллеливание и прокси-модели для работы в контуре близком к реальному времени.