Гидродинамическое моделирование

Размещено на http://www.allbest.ru/

Российский государственный университет

НЕФТИ и ГАЗА

Национальный исследовательский университет имени И.М. Губкина

филиал в г. Оренбурге

Реферат

на тему: Компьютерное моделирование в нефтегазовом деле

на тему: Гидродинамическое моделирование

Выполнил:

Прибылов К.С.

Оренбург 2016 г.



Содержание

Введение

1. Гидродинамическое моделирование

2. Исходные данные для гидродинамического моделирования

3. Основные программные продукты для гидродинамического моделирования



Введение

Основная цель современной разработки месторождений углеводородов направлена на наиболее полное извлечение их извлекаемых запасов при максимальной экономической рентабельности. Для достижения наиболее полного коэффициента охвата и коэффициента извлечения нефти используются передовые технологии. Одним из ключевых направлений по праву является компьютерное моделирование. Адаптация истории разработки и ее прогноз, позволяют оптимально, и, с наименьшими затратами, разрабатывать месторождения углеводородов.

Математические методы моделирования нефтяных и газовых коллекторов стали активно применяться в 60-х годах, когда начали использоваться упрощенные модели «песок-глина».

В середине 70-х годов широко стала применяться геостатистика, впервые для построения карт применялся метод кригинга. Стали активно внедряться стохастические модели типа «песок-глина», например, на таких месторождениях Северного моря как Wytch Farm и Frig.

Bo второй половине 80-х годов уже создавались полноценные геологические модели. Появились новые методы и компьютерные приложения, разработанные в Норвегии (STORM, IRAP), Стэмфорде (SCRF, GSLIB), IFP (Heresim).

1990-e годы характеризуются огромным количеством публикаций на тему применения стохастических методов моделирования коллекторов. Пиксельное (метод Последовательного Гауссовского моделирования и метод Последовательного Индикаторного моделирования) и объектное моделирование стали использоваться совместно. В целом, это десятилетие ознаменовалось интеграцией в процессе моделирования различных методов моделирования и различных источников информации. При моделировании стохастические методы использовались совместно с сейсмическими данными, изучением седиментологической структуры коллекторов, данными гидродинамического исследования скважин и т. д.

В первые годы XXI века быстрое развитие получило программное обеспечение (ROXAR, PETREL, ECLIPSE), которое применяется для моделирования. Новейшие программные пакеты дали возможность интегрировать различные источники данных и методы в одной модели. Также в эти годы получил применение метод «тренировочных изображений».



1. Гидродинамическое моделирование

Разработки в области численного гидродинамического моделирования и создания суперкомпьютеров всегда были взаимосвязаны: как только аппаратное обеспечение становилось мощнее, инженеры строили модели, которые были больше или сложней, в результате существующие компьютеры оказывались слишком медленными. Далее совершенствовались компьютеры, и снова усложнялись модели и т. д.

Исследования в численном моделировании начались в конце 50-х годов прошлого столетия как расширение концепции материального баланса. Некоторые фундаментальные концепции и математические методы, разработанные в течение первых двух десятилетий исследований, являются актуальными и сейчас (конечно-разностная дискретизация, IMPES, полнонеявный метод, формулизация моделей композиционной и «черной нелетучей нефти», модели скважин, и др.).

Несмотря на то, что теория численного моделирования была разработана относительно быстро, широкому внедрению моделирования в еже-дневную работу инженеров препятствовала недостаточная компьютерная мощность. Так, до начала 80-х годов размеры типичных численных гидродинамических моделей редко превышали нескольких тысяч ячеек. Только, когда модели стали иметь приемлемый уровень детализации, гидродинамическое моделирование стало достаточно точным и могло использоваться в качестве основного инструмента для выполнения проекта разработки месторождений. С появлением мейнфреймов и суперкомпьютеров в 80-х годах и выпуском коммерческих симуляторов месторождений (например, первый релиз ECLIPSE был выпущен в 1983 г.), численное моделирование стало стремительно развиваться.

К концу 90-х годов моделирование перестало быть делом только узких специалистов. В настоящее время в большинстве стран мира законодательно закреплено требование для компаний-операторов подтверждать проекты разработки месторождений численными гидродинамическими моделями.

Начало XXI в. характеризуется экспонентным ростом доступной (и по цене) компьютерной мощности за счет появления параллельных вычислений на многопроцессорных компьютерах и невероятного роста мощности персональных компьютеров (ПК), которое было вызвано индустрией компьютерных приложений и игр.

Например, в 1998 г. одна модель ECLIPSE месторождения на Среднем Востоке (1,6 млн активных ячеек, более 500 скважин, 30 лет истории разработки, пятикомпонентная модель флюида) рассчитывалась на соответствующем 64-процессорном RISC-компьютере за 20 ч.

В 2004 г. та же модель рассчитывалась за 15 ч на PC-кластере (восемь процессоров, ОС Linux). Это означает, что для достижения одинаковой производительности, за 6 лет число необходимых процессоров снизилось в 8-10 раз, стоимость аппаратного обеспечения - в 300 раз.

Доступность массивных вычислительных ресурсов по цене также означает, что инженеры и исследователи могут использовать новые способы эксплуатации этой компьютерной техники.

В настоящее время, в России основными программными пакетами при создании геологических моделей месторождений нефти и газа являются Petrel (Schlumberger), Irap (Roxar), Stratamodal (Landmark), DV-Geo (ЦГЭ), TimeZYX (группа компаний «Траст).

При создании гидродинамических моделей чаще всего используют Eclipse/Petrel (Schlumberger), Tempest (Roxar), VIP (Landmark), TimeZYX (группа компаний «Траст). В последние годы (начиная с 2007 года) особенно активно стала продвигаться отечественная программа t-Navigator (RF Dinamics, г. Москва).

Особо стоит отметить разработку специализированного программного комплекса HydroGeo, разработанного выдающимся ученым Национального исследовательского Томского политехнического университета, Михаилом Болеславовичем Букаты. Данная программа предназначена для гидродинамического и гидрогеохимического моделирования.

Исходные данные для гидродинамического моделирования.

Гидродинамическая модель представляет собой приближенное описание поведения изучаемого объекта с помощью математических символов. Процесс такого моделирования можно условно подразделить на четыре взаимосвязанных этапа:

1. формулирование в математических терминах законов, описывающих поведение объекта;

2. решение прямой задачи, т. е. получение путем исследования модели выходных данных для дальнейшего сопоставления с результатами наблюдений за объектом моделирования;

3. адаптация модели по результатам наблюдения, решение обратных задач, т. е. определение характеристик модели, которые оставались неопределенными;

4. анализ модели, ее модернизация по мере накопления новой информации об изучаемом объекте, постепенный переход к новой более совершенной модели.

Первый этап моделирования требует глубоких знаний об изучаемом объекте. Для создания модели пластовой системы используются обширные сведения из геологии и геофизики, гидромеханики и теории упругости, физики пласта и химии, теории и практики разработки месторождений, математики, численных методов и программирования. На этом этапе формулируются основные уравнения, описывающие процесс фильтрационного переноса жидкостей и газов в пористой среде и выражающие законы сохранения массы, энергии, закон движения, уравнение состояния. Определяются совокупности начальных и граничных условий, для которых будет решаться сформулированная система дифференциальных уравнений в частных производных. Количество и тип уравнений зависят от особенностей рассматриваемой задачи: геологического строения пласта, свойств фильтрующихся флюидов, моделируемого процесса добычи. Затем разрабатываются численные методы и алгоритмы для решения поставленной задачи. Создается математическая модель фильтрации - компьютерная программа, которая решает уравнения тепло- и массопереноса с заданными начальными и граничными условиями.

На втором этапе осуществляется решение прямой задачи для конкретного объекта разработки, т. е. для заданного набора входных данных. Формирование набора входных данных является самостоятельной сложной проблемой. На этом этапе информация о строении и свойствах пласта и насыщающих его жидкостей, о режимах и показателях работы скважин преобразуется к виду, требуемому для ввода в модель фильтрации. Важнейшим элементом моделирования является построение трехмерной геометрической модели пласта на основе интерпретации сейсмических исследований с последующим насыщением этой модели информацией о распределении основных геолого-физических характеристик пласта (пористости, проницаемости, насыщенности и др.) по данным геофизических и гидродинамических исследований скважин и изучения керна с использованием детерминистических или геолого-статистических методов. Объем пласта рассматривается как упорядоченная совокупность блоков, каждому из которых приписывается по одному значению каждого параметра. Ввод свойств породы и флюидов для каждого расчетного блока, площадь сечения которого в горизонтальной плоскости определяется сотнями квадратных метров при толщине в несколько метров, является очень сложной и трудоемкой задачей. Масштаб керна определяется сантиметрами. Геофизические измерения в скважинах, как правило, имеют радиус проникновения в пласт порядка нескольких метров.

О строении и свойствах межскважинного пространства можно судить только по данным отраженных сейсмических волн и вертикального сейсмического профилирования, а также по результатам гидродинамических исследований пласта, в частности, пьезометрии (гидропрослушивания). Однако по данным сейсмики не могут быть непосредственно определены свойства породы и пласта. Результаты закачки трассеров, гидропрослушивания и т.п. позволяют лишь косвенно оценивать осредненные значения фильтрационно-емкостных параметров, но не могут дать детальной картины распределения свойств. Поэтому при заполнении массивов данных о свойствах породы и жидкостей необходимо, во-первых, решать проблему интерполяции и экстраполяции данных измерений по скважинам на межскважинное пространство, а во-вторых, проблему усреднения или масштабирования данных, полученных на масштабах керна и геофизических исследований, на масштаб расчетных блоков. Проблема усреднения проницаемости, и особенно относительных фазовых проницаемостей, является очень сложной и до сих пор остается областью активных научных исследований. Перечисленные факторы в совокупности с ошибками измерений и низким качеством исходных данных, которое иногда имеет место, приводят к неопределенности в описании коллектора. Задача последующего моделирования - по возможности уменьшить эту неопределенность.

В результате решения прямой задачи, т. е. проведения гидродинамических расчетов для заданного набора входных данных, определяются выходные характеристики модели - распределения потоков и давлений в пласте во времени, дебиты скважин и т. п. Эти результаты могут быть сопоставлены с данными наблюдений - замерами давлений и дебитов, показателями работы скважин.

На третьем этапе моделирования осуществляется адаптация математической модели по данным наблюдений. Путем воспроизведения истории разработки месторождения осуществляется уточнение основных фильтрационно-емкостных параметров пласта, заложенных в модель. Чаще всего корректируются абсолютные и фазовые проницаемости, объем законтурной области, коэффициент сжимаемости пор, коэффициенты продуктивности и приемистости скважин. Обратная задача решается итерационно до тех пор, пока модель фильтрации не воспроизведет распределение давления и насыщенностей, которое возникает в результате приложенного воздействия - заданных режимов работы добывающих и нагнетательных скважин. Этот этап моделирования, очень трудоемкий и требующий большого опыта и знаний, является необходимым для достоверного прогнозирования поведения пласта и оценки технологических показателей вариантов разработки.

Построенная таким образом модель объекта разработки используется затем для прогнозирования и планирования добычи, оценки запасов, комплексной оптимизации пласта.

На четвертом этапе моделирования по мере накопления информации об объекте модель пласта уточняется, совершенствуется, отражает новую информацию о пласте, технологические решения, применяемые на месторождении, и может использоваться для дальнейшего управления процессом разработки.

В этом случае можно говорить о постоянно-действующей геолого-технологической модели месторождения.

Гидродинамическое моделирование применяется не только для решения проблем прогнозирования, контроля и управления процессом разработки пласта, хотя именно в этом состоит основное коммерческое использование моделей и соответствующих программных продуктов. Важнейшими сферами применения математического моделирования являются: решение так называемых обратных задач по уточнению строения и свойств пласта путем воспроизведения истории разработки, по обработке результатов исследования скважин, по изучению процессов вытеснения на керне и определению фазовых проницаемостей, решение исследовательских задач теории фильтрации, таких как создание моделей течения в неоднородных и трещиновато-поровых средах, изучение механизмов воздействия на пласт и моделирование новых технологий, исследование процессов конусообразования, притока к горизонтальным скважинам и трещинам гидроразрыва и т. п.

Особое место занимают аналитические решения, полученные в рамках до-статочно простых моделей, но важные для понимания механизмов фильтрационных процессов. Кроме того, аналитические решения применяются для тестирования компьютерных моделей фильтрации.

Основными элементами пакета программ для моделирования пласта являются предпроцессор, постпроцессор и собственно модели фильтрации. На стадии предпроцессора осуществляется ввод данных о строении и свойствах пласта и пластовых жидкостей, в том числе построение и оцифровка разностной сетки, задание скважин, обработка баз данных с информацией о работе скважин, соединение и согласование информации из различных источников, выбор модели фильтрации, характеристик разностной сетки, методов решения системы уравнений.

Постпроцессор осуществляет визуализацию результатов расчетов: построение различных карт, графиков, таблиц, анимацию результатов моделирования фильтрационных процессов в пласте.

Развитый пакет программ включает в себя несколько моделей фильтрации, которые можно использовать по выбору в зависимости от моделируемого объекта и процесса:

· модели двух- и трехфазной фильтрации несмешивающихся жидкостей (модель нелетучей нефти),

· модель многокомпонентной фильтрации (композиционная модель),

· модель неизотермической фильтрации,

· модели физико-химических методов воздействия на пласт (полимерного заводнения, закачки поверхностно-активных веществ, угле-кислого газа и т. п.),

· модели фильтрации в среде с двойной пористостью и с двойной проницаемостью для моделирования процессов в трещиновато-поровых коллекторах.

· На разных стадиях моделирования пласта используются специальные опции, такие как

· масштабирование сеток при переходе от геологической модели к гидродинамической (осреднения данных геологической модели при построении и оцифровке более грубой сетки для моделирования фильтрации),

· построение сеток различных типов (блочно-центрированной, с распределенными узлами, с геометрией угловой точки, прямоугольной, цилиндрической, криволинейной, полигонов Вороного, гибкой, с локальным измельчением),

· выбор методов аппроксимации и решения уравнений (явный или неявный, прямой или итерационный, упорядочение и решение систем линейных уравнений, контроль за сходимостью),

· инициализация (моделирование начального равновесного распределения флюидов в пласте),

· расчет эффективных фазовых проницаемостей и капиллярного давления,

· контроль за работой скважин (задание дебитов, забойных давлений, ограничений для групп скважин).

Широкие возможности для комплексного анализа различных факторов, доступность, способность быстро обрабатывать большие объемы информации делают гидродинамическое моделирование незаменимым средством для изучения и управления процессами, происходящими в нефтяных и газовых пластах.

Фильтрационный перенос жидкостей и газов в пористых средах, возникающий при извлечении углеводородов, описывается фундаментальными законами сохранения массы, импульса, энергии. Однако применить эти законы непосредственно для описания фильтрации в пори-стых средах чрезвычайно сложно, поэтому на практике используется полуэмпирический подход, основанный на применении закона Дарси взамен уравнения сохранения импульса.

Изотермическая фильтрация описывается уравнениями сохранения массы, закона Дарси в совокупности с уравнениями фазового состояния. Если рассматриваются неизотермические процессы, учитывается также уравнение сохранения энергии.

Таким образом, основные свойства пластовых флюидов (вязкости, плотности, объемные коэффициенты, растворимости) изменяются в зависимости от давления и температуры. Обычно они определяются в ходе лабораторных исследований проб пластовых жидкостей. Результаты представляются либо в виде таблиц, либо в виде функциональных зависимостей известного вида, например, полиномов, степенных функций и т. п. В последнем случае задаются полученные в результате экспериментов коэффициенты и показатели степени, определяющие конкретный вид зависимостей. При задании исходных данных в виде таблиц в ходе моделирования необходимые значения параметров отыскиваются путем интерполяции по табличным значениям. При моделировании крупных или многопластовых объектов свойства жидкостей могут изменяться в пределах моделируемой области.

Тогда модель объекта разбивается на отдельные зоны, для каждой из которых свойства флюидов задаются отдельно. Поскольку модель объекта представляет собой совокупность сеточных блоков, каждому из которых приписывается то или иное значение каждой переменной, для выделения зон вводится дополнительный целочисленный параметр, значение которого для каждого блока соответствует номеру зоны.

Показатели работы скважин постоянно регистрируются и вносятся в специальную базу данных, которая используется при моделировании. Записывается тип скважины (добывающая или нагнетательная), состояние (работает или не работает), дебит или расход каждой фазы, забойное и пластовое давление. гидродинамиеский моделирование углеводород нефть

Часть этих данных учитывается при моделировании в качестве граничных условий, а остальные служат для проверки адекватности построенной модели. Обычно изменяющиеся во времени граничные условия задаются с определенным шагом (например, один год), тогда перед вводом в модель эти показатели осредняются по времени.

Наиболее серьезную проблему представляет задание свойств пласта, поскольку исходная информация об этих параметрах всегда очень ограничена. После построения трехмерной геометрической модели резервуара на основе интерпретации сейсмики эта модель наполняется информацией о распределении основных геолого-физических характеристик пласта (пористости, проницаемости, насыщенности и др.) по данным геофизических и гидродинамических исследований скважин и изучения керна с использованием детерминистических или геолого-статистических методов. Масштаб керна определяется сантиметрами. Геофизические измерения в скважинах, как правило, имеют радиус проникновения в пласт порядка нескольких метров. О строении и свойствах межскважинного пространства можно судить только по данным отраженных сейсмических волн и вертикального сейсмического профилирования, а также по результатам гидродинамических исследований пласта.

Однако по данным сейсмики не могут быть непосредственно определены свойства породы и пласта. Результаты закачки трассеров, гидропрослушивания и т. п. позволяют лишь косвенно оценивать осредненные значения фильтрационно-емкостных параметров, но не могут дать детальной картины распределения свойств.

Поэтому при задании свойств пласта для каждого расчетного блока, площадь сечения которого в горизонтальной плоскости определяется сотнями квадратных метров при толщине в несколько метров, необходимо, во-первых, решать проблему интерполяции и экстраполяции данных измерений по скважинам на межскважинное пространство, а во-вторых, проблему усреднения или масштабирования данных, полученных на масштабах керна и геофизических исследований, на масштаб расчетного блока.



2. Исходные данные для гидродинамического моделирования

Созданная ранее трехмерная геологическая модель обычно импортируется в гидродинамическую модель. В зависимости от размерности геологической модели, как правило, происходит уменьшение количества ячеек в гидродинамической модели, как минимум, в несколько раз.

Обычно пористость, горизонтальная проницаемость и начальная нефтенасыщенность соответствуют таковым, рассчитанным в геологической модели. Т. е., в ячейках, через которые проходят скважины, они соответствуют параметрам по ГИС. В остальных ячейках модели - трехмерная интерполяция в пределах пласта. Для учета анизотропии проницаемость по вертикали (в Западной Сибири) принята в 10 раз меньше горизонтальной проницаемости.

При создании гидродинамической модели обычно принимаются следующие условия и допущения:

· фильтрация флюидов трехмерная, двухфазная: нелетучая нефть с растворенным газом и минерализованная вода;

· расчет полей давления и насыщенности осуществляется по схеме разностного решения уравнений материального баланса совместно с уравнениями движения для каждой из фаз (закон Дарси, фильтрационная модель Баклея-Леверетта);

· водонапорная область модели задана путем охвата расчетной областью площади водонасыщенной законтурной области, при этом на удаленных гранях расчетной сетки выполняются условия непротекания;

· уровень ВНК принят горизонтальным;

· скелет пласта считается упруго-деформируемым;

· физико-химические свойства нефти зависят от пластового давления и заданы в табличном виде;

· начальное пластовое давление соответствует гидростатическому;

· гравитационные и капиллярные силы учитываются явным образом;

· скважины проходят через центр расчетного блока вертикально;

· значения коллекторских свойств (пористости, проницаемости, песчанистости) в ячейках, через которые проходят скважины, рассчитаны по каротажным диаграммам. Для остальных ячеек заданы путем трехмерной интерполяции в пределах каждого пласта. Физико-химические свойства нефти и газа рассчитаны по данным лабораторных физико-химических исследований поверхностных проб нефти. Значения свойств обычно берутся из последнего утвержденного в центральной (территориальной) комиссии по разработке нефтяных и газовых месторождений (ЦКР или ТКР соответственно) проектного документа. Свойства воды рассчитываются по глубинным пробам, а в самой гидродинамической модели используются значения плотности в поверхностных условиях, сжимаемости и вязкости в пластовых условиях.

Уровни водонефтяного контакта задаются в соответствии с геологическим представлением на данном этапе изученности.

3. Основные программные продукты для гидродинамического моделирования

Как уже было написано ранее, основными программными продуктами при создании гидродинамических моделей чаще всего выступают Eclipse (Schlumberger), Tempest (Roxar), VIP (Landmark), TimeZYX (группа компаний «Траст). Для гидродинамического и геохимического моделирования в нефтегазовой гидрогеологии используется HydroGeo (М.Б. Букаты, ТПУ). В последние годы (начиная с 2007 года) особенно активно стала продвигаться отечественная программа t-Navigator (RF Dinamics, г.Москва).

TimeZYX

Группа компаний «Таймзикс» является единственным российским разработчиком полномасштабного импортозамещающего программного комплекса для геолого-гидродинамического моделирования и мониторинга разработки месторождений нефти и газа (http://www.timezyx.ru) .

Программный комплекс «TimeZYX» является развитием проекта по созданию программного комплекса «ТРАСТ», начатого в 2004 году по инициативе Министерства природных ресурсов РФ и Российской академии естественных наук.

За время разработки, внедрения и использования программного комплекса разработчикам удалось достичь следующих преимуществ: мультиязычность, оперативная техническая поддержка, разумные цены и выгодная лицензионная политика, сертифицированность по системе ГОСТ Р, рекомендации к применению ЦКР Роснедра.

ПК «TimeZYX» первым из комплексов геолого-гидродинамического моделирования прошел сертификацию по системе ГОСТ Р и был рекомендован ЦКР Роснедра для создания постоянно действующих геолого-технологических моделей месторождений нефти и газа. Обязательность требования об использовании недропользователями, проектными и экспертными организациями при подготовке и экспертизе проектной технологической документации программного обеспечения, сертифицированного в установленном порядке, предусмотрена введенным в 2011 году в действие Национальным стандартом «Месторождения нефтяные и газонефтяные. Правила проектирования разработки».

Реализованные в сотрудничестве с российскими и мировыми лидерами в области параллельных вычислений алгоритмы ПК «TimeZYX» для персональных и суперкомпьютеров позволяют проводить эффективные распределенные расчеты и выполнять проекты в кратчайшие сроки. Востребованными решениями ПК «TimeZYX» являются: моделирование сложных месторождений с разномасштабной трещиноватостью, гигантских месторождений (более 1 млрд. ячеек), секторное моделирование и оптимизация размещения скважин, боковых стволов (в том числе с горизонтальным окончанием), параметров ГРП, автоэкспертиза и автосравнение моделей.

ПК «TimeZYX» включает специализированные конверторы, поддерживающие большинство распространенных промышленных форматов данных. Для обеспечения преемственности работ производится перевод моделей из других программных продуктов в «TimeZYX». Использование промышленной СУБД MS SQL позволяет проводить геолого-гидродинамическое моделирование в многопользовательском «бесшовном» итерационном процессе и сразу использовать эти результаты для оптимизации разработки, прозрачно производить обновление моде-лей при получении новых исходных данных. Функциональные возможности ПК также обеспечивают возможность выгрузки результатов моделирования при сдаче работ как в форматах ТimeZYX, так и в других форматах (Schlumberger или Rохаr).

Программный комплекс рекомендован Решением ЦКР Роснедра от 19.05.2005 года к использованию для проектирования и анализа разработки. Ряд программных модулей TimeZYX рассматривался на специальных заседаниях ЦКР Роснедра. Так, программные модули МКТ блока гидродинамического моделирования «TimeZYX» были рекомендованы Решением ЦКР Роснедра от 13.12.2006 года для построения гидродинамических моделей и мониторинга разработки, а также при подготовке высшими учебными заведениями профильных кадров для нефтегазового комплекса. Программный модуль Экспертиза был рассмотрен на заседании ЦКР Роснедра от 07.07.2006 года и рекомендован к проведению оценки цифровых моделей проектными и экспертирующими организациями.

Платформа TimeZYX - единственный российский полномасштабный сертифицированный программный комплекс с уникальными возможностями для создания и оптимизации постоянно действующих геолого-технологических моделей (ПДГТМ) месторождений нефти и газа. Платформа позволяет проводить полный перечень проектных и исследовательских работ, начиная с загрузки и анализа геологических и геофизических данных и заканчивая созданием отчетных проектных документов по разработке месторождения и эффективности предлагаемых ГТМ. В состав платформы TimeZYX входят следующие основные блоки:

Геология - блок геологического моделирования, предназначенный для создания и редактирования 2D- и 3D-геологической модели, первичного анализа, построения карт и подсчета запасов в соответствии с регламентными требованиями. Блок обладает новейшими программами индикаторного и объектного стохастического моделирования, в частности сложноструктурированных и трещиноватых сред.

Ремасштабирование - программный модуль, используемый при переходе от геологической к гидродинамической модели, включая ремасштабирование по латерали, для корректного уменьшения размерности геологической модели, обеспечивающий минимальное искажение геометрии проницаемых геологических тел, их связности и фильтрационно-емкостных свойств.

Гидродинамика - блок для создания, редактирования и адаптации гидродинамических моделей, проведения расчетов прогнозных вариантов, визуализации результатов расчета.

Оптимизация и анализ - блок мониторинга и анализа, предназначенный для анализа результатов гидродинамических расчетов, экспертизы используемой ПДГТМ и оценки ее пригодности для прогноза технологических показателей разработки, расчета экономических показателей и эффективности использования месторождения, а также составления таблиц и отчетов.

Гидродинамический симулятор МКТ - проблемноориентированный симулятор для моделирования процессов фильтрации в гигантских месторождениях сложной структуры и создания постоянно действующих геолого-технологических моделей. Главная особенность симулятора - это возможность на основе наборов модулей создавать конфигурацию программы, позволяющую эффективно решать задачи повышенной сложности, недоступные другим программам.

Базовая версия симулятора МКТ включает в себя модель Black Oil с возможностью расширения модулями для расчета неизотермической и композиционной моделей месторождений.

Одна из особенностей симулятора МКТ - это наличие многомасштабных многосеточных алгоритмов, корректно отражающих реальную структуру среды. Эти алгоритмы позволяют реализовать в отдельных ячейках переход от расчета на гидродинамической сетке к расчету на подробной сетке (down-scaling), при этом в остальной области для сокращения времени счета расчет производится на гидродинамической сетке. При этом используются эффективные относительные и абсолютные проницаемости. При работе с гигантскими месторождениями эффективным инструментом является секторное моделирование, поддержка которого в полном объеме реализована в симуляторе МКТ.

МКТ позволяет рассчитывать наземные газосборные сети. Имеется возможность выбора режима группового управления скважинами: поддержание требуемого уровня добычи, максимизация дебита с учетом ограничений на скважинах и пропускной способности наземного оборудования.

Поддерживаются аквиферы модели Картера-Трэйси, Фетковича, аквифер с постоянным притоком.

Для учета нелинейного закона фильтрации высоковязких нефтей в МКТ включена модель критического градиента, а также закон Форхгеймера для моделирования высокоскоростного течения газа вблизи скважин.

Использование форматов файлов симулятора МКТ позволяет значительно сократить объем данных и увеличить скорость загрузки модели, кроме того поддерживаются форматы наиболее распространенных симуляторов, таких как Eclipse (Schlumberger) и Tempest MORE (Roxar), что гарантирует безболезненный переход с одного симулятора на другой.

Возможности модуля гидродинамики

PVT-блок служит для определения фазового состояния многокомпонентной смеси и для конвертации свойств многокомпонентной смеси в свойства флюидов модели черной нефти.

Дополнительные опции симулятора МКТ

В симулятор включены дополнительные опции, которые бывают чрезвычайно полезны в некоторых частных случаях.

Квадратичный закон фильтрации

Для задач с большими скоростями движения флюидов МКТ позволяет использовать квадратичный закон фильтрации. Это особенно важно для течений газа вблизи скважин.

Закачка трассеров

Иногда возникает необходимость проследить распространение воды закачанной с нагнетательной скважины или поступившей из аквифера, например, для оценки связности пластов. Опция закачки трассирующего состава жидкости, заключающаяся в «подкраске» воды из источника, позволяет сделать это.



Возможности TimeZYX

Автоматическое отключение нагнетательных скважин при прогнозе

Если в заданном радиусе нет добывающих скважин, происходит отключение нагнетательной скважины. Опцию имеет смысл использовать при прогнозном расчёте, когда, например, все соседние с нагнетательной добывающие скважины отключаются по условиям минимального дебита, обводненности и т. п., и такая скважина должна перейти в фонд неработающих скважин.

Автоматический перевод добывающих скважин в нагнетательные

При выполнении установленных экономических ограничений на работу добывающих скважин (например, минимальный дебит углеводорода или максимальная обводненность) имеется возможность автоматического перевода скважины в режим закачки.

Опция циклической закачки.

В симуляторе МКТ реализована опция циклической закачки, позволяющая с заданной периодичностью включать и выключать нагнетательные скважины.

Групповое управление скважинами

Имеется возможность задания группового уровня добычи/закачки для выделенных групп скважин, при этом распределение дебитов по скважинам происходит в автоматическом режиме с учетом ограничений на работу каждой из рассматриваемых скважин.

Опция компенсации отбора: режим работы нагнетательных скважин из рассматриваемой группы будет установлен таким образом, чтобы скомпенсировать отбор добывающих скважин, такой режим позволяет поддерживать среднее пластовое давление в рассматриваемой области.

Линии тока

Реализована опция визуализации фильтрационных течений. Пользователю доступны массовые потоки каждой из фаз, присутствующих в модели, и, кроме того, предоставлена возможность модифицировать кубы потоков с помощью программы постпроцессинга MKT-офис для отображения интересующих линий тока.

Использование суперкомпьютеров

Гидродинамический симулятор МКТ включает в себя версию для кластерных комплексов и систем с общей памятью, что позволяет провести ресурсоёмкие вычисления за приемлемое время, использовать единую модель месторождения при расчёте геологотехнических мероприятий, а также избежать потери информации, неизбежно возникающей при осреднении.

Параллельная версия МКТ позволяет значительно ускорить расчёт. Версия работает как на обычных многоядерных рабочих станциях, так и на кластерных системах. Применённый алгоритм оптимального разбиения на расчётные подобласти обеспечивает отличную масштабируемость и, как следствие, ускорение на реальных сложных моделях. Полученная эффективность 60-80 % позволяет в среднем ускорить расчёт в пять раз при увеличении числа используемых ядер в восемь раз.

Композиционный симулятор

Композиционный симулятор МКТ позволяет моделировать процессы многокомпонентной многофазной фильтрации природных углеводородов и воды. С его помощью возможно проведение расчетов задач разработки газоконденсатных месторождений, в которых явление ретроградной конденсации оказывает существенное влияние на течения флюидов в пласте. Моделирование трещин

В отличие от большинства симуляторов, в МКТ реализованы различные инструменты для расчета трещиноватых структур и уединенных трещин, обладающие следующими преимуществами:

· расчет на исходной сетке без локального измельчения;

· учет реальной геометрии и параметров трещин;

· физически корректное моделирование заводнения по трещинам;

· моделирование динамического схлопывания раскрытия трещин;

· удобное и наглядное представление трещин в 2D- и 3D-визуа-лизаторах в оболочке МКТ-Офис;

· Можно использовать наиболее адекватный метод для любого типа трещин, исходя из причин их возникновения:

· естественные - трещины, которые образовались в пласте вследствие естественных факторов, параметры таких трещин считаются постоянными;

· техногенные - трещины, возникающие в призабойной зоне скважин, например, при высокоинтенсивной закачке. Важным обстоятельством является тот факт, что при снижении давления эти трещины могут схлопываться;

· ГРП - трещины, возникающие вследствие гидроразрыва пласта. Формально они являются техногенными трещинами, отличие состоит в том, что для того, чтобы не происходило схлопывание, в трещину закачивается проппант - специальное вещество, обладающее очень высокой проницаемостью;

Моделирование трещин в платформе TimeZYX дает возможность более реалистично отразить процессы фильтрации в трещиноватых коллекторах. Применение современных алгоритмов позволяет обойтись без локального измельчения сетки. Как следствие, добавление трещин в модель не приводит к резкому увеличению времени расчета.

Моделирование трещин ГРП в TimeZYX

Пользователями программных модулей «TimeZYX» являются недропользователи и проектные организации России: ГАЗПРОМ (Газпром нефть, Газпром добыча Надым, ТюменНИИгипрогаз, ВНИПИ газдобыча), РОСНЕФТЬ (КНТЦ, Томскнефть), ТНК-ВР (Новосибирскнефтегаз, ТННЦ), ЛУКОЙЛ (РИТЭК), БАШНЕФТЬ (Башнефть-Геопроект), ТАТНЕФТЬ (ТатНИПИнефть), ВНИИнефть, НАЦ РН им. Шпильмана, ВНИГРИ, ЗапСибНИИГГ, Гипровостокнефть, ВолгоУралНИПИгаз, СибТехНефть, УралОйл, ТИНГ, Геотехинформцентр, АксонОйл, ТАН-ДЕМ и другие.

Зарубежные пользователи ПК «TimeZYX»: Казахский институт нефти и газа, КазНИПИмунайгаз, НИПИнефтегаз, Optimum, Казпром-геофизика (Казахстан), НГК Азербайджана, Сахалин Энерджи Инвестмент Компани Лтд. (Royal Dutch SHELL), SINOPEC, EP Tech (Китай).

Обучение ПК «TimeZYX» проводится в РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, Уфимском государственном нефтяном техническом университете, Тюменском государственном нефтегазовом университете, Томском политехническом университете, Альметьевском государственном нефтяном институте, Азербайджанской Государственной Нефтяной Акаде-мии, Кызылординском государственном университете им. Коркыт Ата.

Модули ПК «TimeZYX» используются экспертами ГКЗ, ЦКР и ТКР Роснедра. По применению ПК имеются многочисленные положительные заключения и рекомендации пользователей.

За последние годы на основе ПК «TimeZYX» были защищены на НТС Заказчика и в ЦКР Роснедра работы по всему спектру проектных документов: от построения постоянно-действующих геолого-гидродинамических моделей, подсчету геологических и извлекаемых запасов, ТЭО КИН, технологических схем, до НИОКР по научному со-провождению разработки, разработке рекомендаций по оптимизации размещения и схеме вскрытия продуктивного разреза пологонаправленными скважинами, разработке информационного и научно-учебно-методического обеспечения для образовательного процесса вузов.

HydroGeo

Программный комплекс HydroGeo был разработан выдающимся ученым и практиком Михаилом Болеславовичем Букаты в Томском политехническом университете. Текущая версия программного комплекса HydroGeo (ПК HG) включает в настоящее время 27 специализированных и служебных программных модулей. Он может рассматриваться, как одна из версий автоматизированного рабочего места специалистов гидрогеологов и гидрогеологов-нефтяников и предназначен для выполнения:

1) научных и прикладных расчетов по оценке фильтрационно- ёмкостных свойств пород по результатам опытно-фильтрационных исследований в горных выработках различного назначения (обработка данных откачек/наливов, нагнетаний/опытных выпусков, испытания в колонне и опробования с помощью испытателей пластов в обычных и глубоких скважинах);

2) оценки эксплуатационных запасов подземных вод и расчёта воронки депрессии/репрессии скважинных и других, сводимых к системе взаимодействующих источников/стоков, водозаборов или систем нагнетания, в том числе в условиях ступенчатой аппроксимации изменений дебита, автоматической оптимизации дебитов и размещения эксплуатационных скважин;

3) научных и прикладных расчетов по составу природных водных растворов и пород (пересчёты результатов химического анализа воды и пород, расчеты pH, Eh, форм миграции-комплексообразования, смешения, испарения, сорбции, химического взаимодействия с минералами, кинетики при заданных РТ-условиях);

4) научных и прикладных расчетов по составу, газонасыщенности и свойствам свободных и водорастворенных газов и моделированию водно-газовых равновесий;

5) 1, 2 и 3D-сеточного численного моделирования геомиграции (геофильтрации + геохимического взаимодействия воды с породами, или только геофильтрации).

ПК реализован в виде модульной 32-разрядной программы (software), работающей в среде MS Windows. Практически все его модули прошли апробацию при проведении производственных работ и научных исследований, а также в процессе обучения студентов. Общей особенностью всех программных процедур комплекса является отсутствие принципиальных ограничений применяемых методов в зависимости от температуры, давления, минерализации и состава природных поверхностных и подземных вод, находящихся в жидкой фазе, и учёт специфики исследования глубоких скважин, что позволяет широкое использование ПК, как при традиционных гидрогеологических работах, так и в нефтегазовой гидрогеологии.

ПК HG разработан в лицензионной системе программирования Borland Turbo Delphi 2006, на языке Delphi Pascal (около 22-23 тыс. строк, 30-35 тыс. операторов) и представляет собой сервисное Windows-приложение, функционирующее в операционной среде Windows 95-XP-Vista-2003-2008 на x86, и совместимых с ними ПЭВМ и рабочих станциях. В нем применяются динамическое распределение памяти и технология параллельных вычислений (при расчете наиболее ресурсоемких сеточных гидрогеохимических моделей - Threads). ПК обеспечивает переключение русского/английского языков интерфейса (реализация не завершена), вызов Help-системы и использование всплывающих подсказок.

В ПК HG учитываются тонкие геохимические процессы, происходящие в пластовых условиях, нередко приводящие к изменению фильтрационно-емкостных свойств пород резервуара.

Алгоритм определения фильтрационно-ёмкостных параметров совмещает возможность использования стандартных графоаналитических способов обработки кривых притока (КП) и восстановления давления (КВД), полученных при гидрогеологических откачках/нагнетаниях или испытании скважин. В расчетах используются методы Тейса-Джейкоба и Хорнера-Сейза (с автоматическим выделением на графиках областей квазистационарной фильтрации и влияния ёмкости ствола скважин) и специальная аналитическая методика, базирующаяся на численном интегрировании КП и КВД на основе принципа суперпозиций (наложения течений). Применение второго из этих методов позволяет учесть одновременное изменение дебита и забойного давления в ходе обычных опытно-фильтрационных работ или испытания глубоких скважин. Особый алгоритм, основанный на графоаналитической обработке индикаторных прямых, применен для обработки данных испытания скважин по методу установившихся отборов (режимах выпуска флюида на устье скважины, нормированных по дебиту с помощью сменных штуцеров и др.).

Список определяемых параметров включает обычно коэффициенты фильтрации, проницаемости, пьезо- и уровнепроводности, пластовое давление/статический напор, скин-эффект, коэффициент продуктивности. В ряде случаев возможна оценка давления насыщения жидкой фазы газом, возможен расчет плотности воды и газа в пластовых условиях по их составу, сжимаемости пористой среды и др. Опция аналитического расчета систем взаимодействующих скважин (водозаборов/систем нагнетания) позволяет проводить расчеты эксплуатационных изменений уровня вод, как в напорных, так и в безнапорных условиях, с учетом до четырех условно-прямолинейных границ первого и второго рода. Она позволяет также выполнять автоматизированную оптимизацию размещения и дебита скважин водозаборов/систем нагнетания и проводить моделирование их работы в условиях ступенчатого изменения дебита. Для численного моделирования 1-3х мерной геофильтрации в ПК применена конечно-разностная форма дифференциального уравнения нестационарной фильтрации. Его решение осуществляется путем равномерной (в текущей версии используется квадратная форма блоков в плане и произвольная их мощность) разбивки области фильтрации на сеть элементарных блоков/узлов и записи для каждого блока уравнения баланса воды. Для вычислений использован сравнительно простой, но достаточно эффективный подход, предусматривающей итерационный расчет поля напоров/давлений с применением метода релаксации и изменения направления прогонки итераций. Используемая модель позволяет задать в каждом из расчетных блоков действие внешних (инфильтрация/испарение) и внутренних (откачка/нагнетание) источников/стоков и выполнять расчеты применительно к напорно-безнапорным условиям. При совместном численном моделировании гидродинамических и гидрогеохимических процессов Для расчета гидродинамической дисперсии использован подход, который заключается в применении модели двойной пористости. В этом случае общая пустотность породы (открытая пористость) условно разделяется на проточную (эффективная или динамическая пористость) и непроточную (разность открытой и эффективной пористости) составляющие, а расчет сводится к замещению части проточной пустотности расчетного блока втекающим раствором, конвективному смешению содержащихся в проточной части блока добавившегося и оставшегося растворов и диффузионному смешению растворов проточной и непроточной зон. Ввиду крайне медленного протекания в большинстве реальных ситуаций молекулярной диффузии, её самостоятельный вклад в суммарную дисперсию пока не учитывается. Для каждого расчетного блока учитывается действие как внешних по отношению к системе источников/стоков вещества (например, привнос 54 вместе с закачиваемым в скважину раствором или инфильтрующимися атмосферными осадками), так и внутренних, главным среди которых является физико-химическое взаимодействие раствора с вмещающими породами. В основу моделирования внутренних источников/стоков вещества в соответствии с применяемым в ПК HG методом «констант равновесия» положено понятие элементарных реакций, совокупность которых способна исчерпывающе описать анализируемые природные процессы, а также методы равновесной термодинамики и химической кинетики. Расчет коэффициентов активности компонентов раствора и активности растворителя-воды осуществляется по выбору: либо по методике Питцера, либо по формуле Девис. При этом в качестве параметров элементарных процессов рассматриваются мольные изменения термодинамических параметров при заданных и стандартных ТР-условиях, термодинамические константы равновесия и произведения активностей компонентов раствора и минерала, участвующих в реакции, получаемые в соответствии с законом действия масс. Учет кинетики осуществляется на основе использования относительных скоростей реакций, оцениваемых по справочным значениям их удельных начальных скоростей. В случае включения опции перехода к шкале реального времени, для одной из реакций, выбираемой в качестве опорной, задается величина действительного времени достижения равновесного состояния. В расчете времени взаимодействия принимается, что логарифм произведения активности реакций по мере приближения к равновесию изменяется пропорционально времени, а максимальная продолжительность взаимодействия раствора с заданным минералом обратно пропорциональна скорости диффузионного переноса в растворе (удельным начальным скоростям реакций). Ввиду преобладания в реальных природных системах условий недонасыщения и равновесия, осаждение в текущей версии ПК условно рассматривается как «мгновенное». Ионообменная сорбция катионов моделируется на основе использования констант фазового распределения, которые должны быть определены для каждой конкретной породы экспериментально или оценены по литературным данным.

Радиоактивный распад рассчитывается по соответствующему экспоненциальному закону, для чего используется время полураспада, приведенное в ТБД. Расчет модели комплексообразования, необходимый для изучения форм миграции и определения действительных (а не валовых, получаемых при химическом анализе) концентраций компонентов раствора, проводится по формулам равновесной термодинамики на основе гипотезы о его внутренне равновесном состоянии. При этом текущие содержания иона водорода, гидроксил-иона и условная активность электронов, используемая при моделировании окислительно-восстановительных взаимодействий, определяются с использованием принципа электронейтральности и расчета изменения Eh в ходе протекания геохимических процессов. Моделирование растворения-осаждения проводится путем пошагового приближения системы к состоянию равновесия с учетом безразмерного (или «реального», если включен учет кинетики) времени и приоритета элементарных реакций в зависимости от их относительной скорости протекания, которая оценивается по приближённым зависимостям. Аналогичный подход применяется и для расчета водно-газовых равновесий, в том числе при совместном моделировании геохимических процессов в системе вода-газ-порода, но в этом случае вместо обычных термодинамических зависимостей используется система уравнений регрессии, полученная на основе эмпирических (экспериментальных) данных по растворимости газов в водных растворах.

t-Navigator.

Компания «Rock Flow Dynamics» была создана на собственные средства весной 2005 года группой энтузиастов с богатым опытом в области моделирования месторождений. В итоге, разработанный ими программный комплекс 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.

t-Navigator активно продвигается на отечественный рынок компанией RF Dinamics. Архитектура продукта была изначально задумана таким образом, чтобы подавляющее большинство операций с моделью могло быть произведено через графический интерфейс, что позволяет экономить огромное количество сил и времени, затрачиваемых на адаптацию моделей, а также на подбор оптимальных схем разработки.

Кроме того, данная функциональность нашла широкое применение непосредственно на нефтегазовых промыслах, где большая часть специалистов, занимающихся решением оперативных задач, не имеет навыков профессиональных модельеров. Не имея опыта работы с текстовыми файлами определенной структуры, довольно тяжело взять полученную от специалиста гидродинамическую модель и, внося изменения в схему разработки, оценить эффективность тех или иных геолого-технических мероприятий. Графический интерфейс t-Navigator позволяет инженерам-разработчикам за пару дней освоить необходимый инструментарий и приступить к решению промысловых задач на основе трехмерных гидродинамических моделей. Для простоты работы реализован механизм запуска серийных расчетов с различными вариантами ГТМ для последующей оценке эффективности на общем графике.

...