Системы геологического и гидродинамического моделирования месторождений

3. Дерево версий модели. Многовариантный расчет - дерево версий модели хранит в формате xml все изменения модели в виде дерева, дает возможность отслеживать все изменения, менять в графическом интерфейсе значения ключевых слов, в виде версий модели сохранять комбинации изменений. Дерево версий очень удобно использовать при адаптации модели, при выборе траектории новых скважин, при подборе направления и длины гидроразрыва пласта. t-Navigator позволяет запускать очередь версий модели на расчет в фоновом режиме и далее в одном окне просматривать и сравнивать графики расчета для всех версий одновременно. Например, траектория бурения бокового ствола скважины может быть подобрана с минимальными временными затратами:

- добавление траектории ствола мышью;

- визуальное сравнение эффективности различных вариантов бурения;

- инструмент для многовариантных расчетов.

4. Модуль оптимизации закачки - модуль строит матрицу дренирования, график эффективности закачки и таблицу дренирования, которые позволяют численно оценить в динамике взаимодействие пар добывающих и нагнетательных скважин, объем перетоков между ними.

Алгоритм оптимизации оценивает эффективность всех нагнетательных скважин и автоматически применяет корректирующие поправки для достижения большей «однородности» нагнетания. Для удержания среднепластового давления выше заданного пользователем значения, существует дополнительная возможность активации алгоритма «Автоматической компенсации» давления.

5. Арифметики пользователя. Модуль построения произвольных карт, фильтров и графиков пользователя - t-Navigator имеет уникальную арифметику пользователя, доступную для использования в графическом интерфейсе. Арифметика пользователя (аналог калькулятора) позволяет оперировать со всеми параметрами модели: свойства фаз, насыщенности, дебиты, закачки, давления, проводимости, исторические данные по свойствам и добыче.

С помощью логических операций, ключевых слов и специальных функций t-Navigator можно создавать фильтры пользователя - сделать отображаемой только интересующую часть модели - например: фильтр по модели, визуализирующий часть модели, где давление больше среднего давления, фильтр, отображающий только один отчетный регион и любые другие фильтры.

С помощью арифметики задаются пользовательские графики, например: суммарный дебит нефти для определенной группы скважин, график максимального отклонения расчетных и исторических дебитов нефти для скважин отчетного региона, график средней водонасыщенности для блоков, в которых есть перфорации заданной скважины и другие.

6. Модуль анализа неопределенностей - выбор наиболее эффективного способа расстановки скважин - с помощью данного модуля вычисляется наиболее эффективный способ расстановки скважин путем расчета и анализа различных вариантов. Для оценки экономической неопределённости, связанной с выбором той или иной схемы разработки, добывающие и нагнетательные скважины расставляются случайным образом по методу Монте-Карло. Выбор местоположения основан на заданных пользователем функциях плотности вероятности (в виде 3D-карт) и различных ограничениях (границы, минимальные и максимальные расстояния между скважинами и т. д.).

7. Модуль интерактивного ввода вертикальных и горизонтальных скважин - t-Navigator позволяет элементарно просто на любом шаге расчета вводить в эксплуатацию вертикальные и горизонтальные скважины. Модуль добавления новых скважин задает новую вертикальную скважину с помощью одного нажатия клавиши мыши на карте. Траектория горизонтальной скважины задаётся последовательностью нажатий клавиши мыши на ячейки вертикального профиля (любой профиль создается интерактивно в графическом интерфейсе в процессе расчета). Новая скважина может быть запущена в эксплуатацию на любом шаге расчёта.

8. Модуль интерактивного ввода групп скважин - модуль позволяет моделировать многоточечные схемы разработки месторождений. С помощью интерактивной формы дизайнера шаблонов можно создавать и сохранять произвольные конфигурации добывающих и нагнетательных скважин. После того, как шаблон скважин задан и сохранён, потребуется лишь одно нажатие клавиши мыши для добавления шаблона на любой карте. Добавление скважин осуществляется на паузе в процессе расчета на любом его шаге. Уже на следующем шаге расчета добавленные по шаблону скважины будут введены в эксплуатацию. t-Navigator позволяет создавать произвольное число шаблонов различных конфигураций.

9. Модуль компенсации ориентационных эффектов сетки - ограничения, связанные с так называемой «двухточечной» численной аппроксимацией потока между соседними ячейками, хорошо известны и накладывают дополнительные требования на генераторы сеток (линия между центрами ячеек и плоскость общей грани должны быть почти перпендикулярны). Простейшая двухточечная аппроксимация (TPFA) и разработанная компанией RFD гибридная многоточечная схема аппроксимации потока (MPFA) были сравнены на примере различных моделей со сложной сеткой. Многоточечная аппроксимация минимизирует ориентационный эффект MPFA и не приводит к искажению решения, в отличие от двухточечной аппроксимации TPFA.

10. Модуль построения двухмерных гистограмм - уникальный интерактивный модуль отображения произвольных пользовательских 2D-гистограмм и их проекций - мощное средство многомерного анализа статических, динамических параметров модели и их корреляций до, после и во время расчёта. Модуль позволяет для всех ячеек модели построить распределение по свойствам в виде двумерной гистограммы, где по осям X и Y будут отложены произвольные заданные пользователем параметры. Например, с помощью 2D гистограммы можно визуально соотнести, какое число блоков с большой пористостью имеют высокую проницаемость, а какое число блоков при большой пористости имеют низкую проницаемость.

11. Экономические параметры и отчеты - данный модуль служит для установки экономических параметров и построения графика чистой приведенной стоимости.

t-Navigator создает ежегодный сводный отчет ГОСТ для любого периода по выбору пользователя. Модуль создает по заказу пользователя и общий отчет по добыче, отчет по нагнетательным скважинам, данные по отчетным регионам, накопленная суммарная закачка\добыча и т. д. на каждом шаге расчета.

Могут быть созданы файлы результатов расчета, совместимые с Eclipse: .EGRID, .INIT, .UNSMPY, .UNRST, .SMSPEC.

12. Модуль создания новой модели: дизайнер модели и загрузка режимов работы скважин - дизайнер модели позволяет полностью создать модель в графическом интерфейсе. Поддержана загрузка сетки, PVT, начальных данные из текстовых файлов, выгруженных из другого программного обеспечения (Petrel, RMS). Загрузка данных по скважинам включает возможность загрузки траектории скважин (включая las-файлы), групп, событий и истории.

13. Модуль визуализации изолиний - распределение любых статических и динамических полей может быть изображено на двумерной карте в виде изолиний.

В итоге наш флагманский продукт t-Navigator™ может напрямую работать с входными данными в форматах ECLIPSE© 100 и 300 компании Schlumberger, IMEX и STARS™ компании CMG и Tempest MORE™ компании ROXAR.

2.2.4 Eclipse

Программное обеспечение для разработки нефтяных и газовых месторождений Eclipse разработано в компании Schlumberger [13].

Семейство симуляторов ECLIPSE предоставляет наиболее полный и робастный набор решений в индустрии для численного моделирования динамического поведения всех типов коллекторов, флюидов, степеней структурной и геологической сложности и систем разработки.

ECLIPSE покрывает полный спектр задач моделирования пласта, включая конечно-разностные модели для черной нефти, сухого газа, композиционного состава газоконденсата, термодинамические модели тяжелой нефти и модели линий тока. Выбирая различные дополнительные опции из широчайшего набора (например, моделирование метана в угольном пласте, контроль добычи по показателям теплотворности топлива, модель наземной сети сбора), вы дополняете возможности симулятора всем необходимым для полного удовлетворения потребностей для решения задач, расширяя и углубляя изученность проблем, связанных с разработкой месторождения. Симулятор ECLIPSE более 25 лет является эталоном коммерческой продукции для моделирования разработки благодаря непревзойденной широте возможностей, стабильности, скорости, масштабируемости параллельных вычислений и совместимости с множеством программных платформ.

Ряд дополнительных модулей и сопрягаемых программ в значительной степени расширяет возможности пакета:

1. Petrel Reservoir Engineering - Petrel Reservoir Engineering обеспечивает идеальную среду для работы инженера. Связка двух пакетов ECLIPSE + PETREL интегрирует все необходимые процессы вокруг задач моделирования, делает потоки обмена данными прозрачными, а интерфейс легким для восприятия.

2. ECLIPSE Blackoil Simulation - используйте трехфазную трехмерную модель вкупе с расширенными возможностями моделирования скважин, управления режимами их работы и исчерпывающим набором моделей процессов МУН.

3. ECLIPSE Compositional Simulation - описывайте поведение флюида и фазовые переходы в пластовых условиях с помощью модели многокомпонентной смеси углеводородных и неуглеводородных компонентов.

4. ECLIPSE FrontSim - моделируйте многофазный поток методом линий тока; используйте улучшенную визуализацию потоков в пласте вдоль линий тока.

5. ECLIPSE Thermal Simulation - используйте широчайший набор опций для моделирования методов теплового воздействия при разработке залежей тяжелой нефти.

6. INTERSECT Reservoir Simulation - быстрый расчет огромных и неоднородных моделей размером десятки миллионов ячеек

7. Simulation Options and Workflows - широкий диапазон дополнений к программному обеспечению ECLIPSE.

Для создания гидродинамической модели наиболее часто используют ECLIPSE Blackoil Simulation.

ECLIPSE Blackoil является универсальным симулятором нелетучей нефти, который использует полностью неявную схему моделирования фильтрации для трехмерных задач. В модели нелетучей нефти предполагается, что флюид состоит из пластовой нефти, растворенного газа и воды. Также предполагается, что пластовая нефть и растворенный газ могут смешиваться в любых пропорциях.

Рисунок 12 - Программный комплекс Eclipse

Данный симулятор широко используется для создания гидродинамических моделей при проектировании системы разработки залежей. За время его существования накоплен большой опыт применения; кроме того, в симулятор включено большое количество дополнительных инструментов.

Специфическими для симулятора ECLIPSE BlackOil являются следующие инструменты:

- учет наличия и взаимодействия нефтей с различными плотностями в пласте с помощью API-трассировки;

- моделирование изолированных областей месторождения;

- моделирование смешивающегося вытеснения;

- учет отклонения потока от закона Дарси;

- подсчет влияния различных механизмов нефтеизвлечения;

- потоки - учет связи водонапорного горизонта с наземным речным бассейном;

- вертикальное равновесие - уточненное описание потока флюидов через грани ячеек.

Eclipse имеет большое количество дополнительных опций, которые применяются совместно с Blackoil и Compositional для повышения точности базовой модели, а также для решения сопутствующих задач, учета и расчета дополнительных характеристик модели:

- создание моделей залежи Метана в угольном пласте;

- опция FLUX boundary - моделирование локального участка модели;

- локальные измельчения сетки - детализация выбранной области;

- учет сезонного потребления газа;

- учет и контроль качества добываемого газа;

- псевдо-композиционные расчеты в ECLIPSE 100 - упрощенная модель для расчета газоконденсатных задач;

- расчет градиентов (адаптация модели в программном продукте SimOpt);

- расчет сейсмических характеристик пласта, возможность сравнения с данными 4D-сейсмических исследований;

- многосегментные скважины - уточненная модель течения флюидов в стволе скважины;

- опция «наземной сети» (NETWORK) - моделирование сети сбора скважинной продукции;

- учет неньютоновского поведения водного потока;

- параллельные расчеты - расчет больших моделей, использование высокопроизводительных вычислительных серверов, кластерные расчеты

- возможность моделирования нескольких объектов разработки - Reservoir Coupling;

- оптимизация газлифта;

- моделирование закачки различных агентов: газа-растворителя, поверхностно-активных веществ (ПАВ), полимерных растворов, щелочей, пены [14].

Инструменты для подготовки данных и анализа результатов моделирования - полный цикл построения и мониторинга модели пласта.

Пре- и пост-процессоры Eclipse предлагают пользователям полный набор приложений для изучения месторождения методом гидродинамического моделирования. Эти приложения являются готовыми решениями для всех этапов работы от ввода данных и построения/укрупнения/осреднения сетки до анализа результатов моделирования.

Препроцессоры включают модули FloGrid, Schedule, SCAL, VFPi b PVTi. К постпроцессорам относятся GRAF и FloViz. SimOpt, который используется для пре- и постпроцессинга, помогает инженерам проводить этап сопоставления исторических и моделируемых данных добычи. Все вместе или независимо данные приложения функционируют совместно с симуляторами Eclipse.

У вас имеется возможность запускать каждое из приведенных ниже приложений из программы Eclipse Office, представляющего собой интерфейс для управления всеми задачами моделирования. Используя эти приложения, вы будете использовать свое время на решение инженерных и аналитических задач, а не на ввод и управление данными.

Программный комплекс ECLIPSE FloGrid предлагает уникальный набор геологических и гидродинамических инструментов, который позволяет решать сложные задачи описания месторождения для точного прогноза дебитов скважин.

В промышленности продолжает существовать противоречие между геологической и гидродинамической моделями. Геологические модели, отражающие структуру и петрофизические параметры, часто не учитывают данные добычи. В свою очередь, гидродинамические модели, отражающие динамические свойства, часто лишь аппроксимируют геологическую структуру.

Приложение ECLIPSE FloGrid разработано для поддержки соответствия между геологической и гидродинамической моделями. Оно обеспечивает эффективное моделирование фильтрации флюида на базе симуляторов семейства Eclipse.

Более точная оценка рисков за счет анализа неопределенностей и оценки добычи. Усовершенствованный процесс увязки исторических и моделируемых данных добычи с точной оценкой проводимости разломов и автоматическим формированием моделей разломов в Eclipse.

Интегрированное многофазное моделирование линий тока, помогающее при планировании скважин и проверки целевых сценариев разработки:

- трехмерные структурированные сетки;

- двухмерные карты;

- перемасштабирование сетки (перемасштабирование);

- локальное измельчение сетки (рисунок 13);

- визуализация;

- просмотр сейсмических данных.

Рисунок 13 - Локальное измельчение во FloGrid

Программный пакет по управлению гидродинамическим моделированием ECLIPSE Office, предоставляет законченное решение, позволяющее быстро создавать модели, эффективно управлять данными и вариантами гидродинамических расчетов.

Для эффективного управления рабочим процессом используются пять основных модулей ECLIPSE Office - Case Manager, Data Manager, Run Manager, Result Viewer, и Report Generator.

Опции PlanOpt и Nearwellbore Modelling дают дополнительные преимущества при настройке, управлении и проведении гидродинамических расчетов.

ECLIPSE Office - это интегрированная настольная система, позволяющая запускать любые приложения семейства ECLIPSE, включающее в себя приложения для пре- и постпроцессинга и, непосредственно, сами симуляторы ECLIPSE. Программы пре- и постпроцессинга генерируют входные данные для моделирования, а ECLIPSE Office помогает объединить различную информацию в единый набор данных для просчета в ECLIPSE. Программы постпроцессинга позволяют визуализировать выходные данные симуляторов ECLIPSE и манипулировать ими.

ECLIPSE Office предлагает широкие возможности редактирования. На этапе подготовки данных для редактирования данных используется Data Manager, а на этапе обработки результатов гидродинамического моделирования вы можете использовать Results Viewer или Report Generator. Методы редактирования включают:

Expression Editor позволяет задавать простые выражения, включающие константы. Также возможно создание динамических свойств

Calculator Spirit использует гибкие языки программирования для формирования более сложных выражений.

Run Differences может использоваться для выявления различий между вариантами гидродинамических расчетов.

Структура DATA-файла данных для расчета гидродинамической модели в ECLIPSE.

Файл исходных данных системы ECLIPSE разделен на разделы, каждый из которых начинается с ключевого слова. Ниже приведен список всех ключевых слов, определяющих начало раздела и краткое описание содержания каждого раздела. Более подробное описание содержания разделов приведено в материалах по каждому из них, которые следуют ниже.

Обязательно RUNSPEC Заголовок, параметры решаемой проблемы, переключатели, имеющиеся фазы и т. д.

Обязательно GRID Описание геометрии используемой сетки (положение углов блоков сетки) и свойств породы (пористости, абсолютной проницаемости и т. д.) для каждого блока сетки.

Опционально EDIT Коррекция поровых объемов, глубин центров сеточных блоков и проводимостей.

Обязательно PROPS Таблицы свойств породы и пластовых флюидов как функции давления, насыщенности и состава (плотности, вязкости, относительные проницаемости, капиллярные давления и др.)

Опционально REGIONS Деление используемой сетки на области для задания и вычисления:

- свойств PVT (плотностей и вязкостей флюидов);

- свойств, являющихся функциями насыщенности (относительные проницаемости и капиллярные давления);

- начальных условий (распределений давлений и насыщенностей в условиях капиллярно гравитационного равновесия);

- запасов флюидов (запасов по областям и перетоков между ними).

Если этот раздел опущен, все блоки сетки принадлежат области 1.

Обязательно SOLUTION Начальные условия в пласте могут быть заданы путем:

- вычисления равновесного состояния на основе задания положения межфлюидных контактов;

- ввода данных из Restart файла, созданного в результате предыдущего расчета;

- задания значений для каждого блока сетки.

Опционально SUMMARY Задание списка данных, подлежащих записи в Summary файл после каждого временного шага. Этот раздел необходим, если на основе результатов расчетов будут строиться графические зависимости (например, обводненность как функция времени).

Если этот раздел опущен, то Summary файлы не создаются.

Обязательно SCHEDULE Задание моделируемых операций (управление добычей и нагнетанием, ограничения) и моменты времени, для которых необходимо выводить результаты расчетов. В этом разделе могут быть также заданы кривые, описывающие вертикальное течение в стволах скважин и параметры настройки программы.

В общем виде простой DATA-файл будет выглядеть следующим образом:

В каждом разделе присутствуют свои ключевые слова, информацию о использовании которых можно найти в руководстве пользователя по Eclipse.

Резюмируя данный раздел, стоит отметить, что программный комплекс моделирования Eclipse состоит из двух отдельных программ моделирования: ECLIPSE 100 специализируется на моделировании нелетучей нефти, а ECLIPSE 300 - на композиционном моделировании.

ECLIPSE 100 - полностью неявный трехфазный трехмерный универсальный симулятор с газоконденсатной опцией. ECLIPSE 300 - композиционный симулятор, использующий кубическое уравнение состояния, коэффициенты распределения, зависящие от давления, и сводящаяся к модели нелетучей нефти. ECLIPSE 300 имеет следующие методы решения: полностью неявный, IMPES(полунеявный) и адаптивно-неявный (AIM).

Обе программы написаны на FORTRAN77 и могут работать на любом компьютере, имеющем компилятор FORTRAN77 (ANSI стандарт) и достаточный объем памяти [15].



Заключение

Геологическое и гидродинамическое моделирование играют важную роль в управлении технической системой месторождения, как при разработке планов освоения месторождения, так и при корректировке работ при освоении и разработке, позволяя быстро и адекватно реагировать на изменение ситуации при появлении новых обстоятельств.

Однако не следует забывать, что даже наиболее совершенные модели являются лишь вспомогательным инструментом, на который нельзя полагаться безоглядно.

В ходе выполнения работы, были выполнены следующие задачи:

- произведён анализ спектра задач ставящихся перед системами моделирования;

- прошло ознакомление с различными программными пакетами для моделирования изучаемых процессов;

- на основании ознакомления, дана обзорная характеристика данным программным пакетам;

- выявить и представить роль компьютерного моделирования в управлении системой месторождения.

Таким образом, цель работы - дать обзор систем геологического и гидродинамического моделирования месторождений и определить место моделирования в процессе управления месторождением, выполнена в достаточно полной мере.



Список использованных источников

1 Абасов М. Т., Кулиев А. М. Методы гидродинамических расчетов разработки многопластовых месторождений нефти и газа. - Баку: ЭЛМ, 1976. - 200 с.

2 Азиз Х., Сеттари Э. Математическое моделирование пластовых систем. - М.: Недра,1982. - 407 с.

3 Бадьянов В. А. Методы компьютерного моделирования нефтяных месторождений в задачах нефтепромысловой геологии : автореферат дис. доктора геолого-минералогических наук : 04.00.17. - Тюмень, 1998. - 72 c.

4 Баренблатт Г.И., Ентов В.М., Рыжик В.М. Движение жидкостей и газов в природных пластах. - М.: Недра, 1984. - 208 с.

5 Букаты М. Б. Разработка программного обеспечения в области нефтегазовой гидрогеологии // Разведка и охрана недр. - 1997. - № 2. - С. 37-39.

6 Букаты М.Б. Рекламно-техническое описание программного комплекса HydrGeo. - М.: ВНТИЦ, 1999. - 5 c. - Номер гос. регистрации алгоритмов и программ во Всероссийском научно-техническом информационном центре (ВНТИЦ) № 50980000051 ПК.

7 Букаты М.Б. Разработка программного обеспечения для решения гидрогеологических задач. // Известия ТПУ. - 2002. - Т. 305. - Вып. 6. - С. 348-365.

8 Гладков Е.А., Гладкова Е.Е. Неоднозначность геолого-технологической информации в процессе адаптации гидродинамической модели // Бурение и нефть. - 2008. - № 10. - С. 40-41.

9 Гладков Е.А., Гладкова Е.Е. Необходимость реализации системы поддержания пластового давления на месторождениях Сахалина // Бурение и нефть. - 2009. - № 10. - С. 31-32.

10 Гладков Е.А. Теоретическая и практическая невозможность построения детальной фильтрационной модели на основе геологической модели // Бурение и нефть. - 2009. - № 7-8. - С. 22-23.

11. Гладков Е.А., Гладкова Е.Е. Стандартные ошибки и их устранение при создании трехмерной геолого-технологической модели месторождений углеводородов // Горные ведомости. - 2010. - № 1. - С. 48-53.

12 Гладков Е.А., Гладкова Е.Е. Трехмерная геолого-технологическая модель месторождения УВ на основе индивидуальной поскважинной адаптации // Газовая промышленность. - 2010. - № 5. - С. 36-39.

13 Гладков Е.А. Методология создания трехмерной геолого-технологической модели на месторождениях с историей разработки более 50 лет // Бурение и нефть. - 2011. - № 1. - С. 32-35.

14 Гладков Е.А., Гладкова Е.Е. Изменение фильтрационно-емкостных свойств залежей в процессе их разработки // Oil$Gas Journal Russia. - 2011. - № 9. - С. 75-79.

Размещено на Allbest.ru