Гидродинамическое моделирование

Программмный комплекс t-Navigator

На сегодняшний день на добывающих предприятиях с помощью данного программного комплекса решаются следующие задачи:

1) создание прогнозной версии модели для планирования разработки месторождения;

2) оценка эффективности грп;

3) выбор оптимальных кандидатов на бурение боковых стволов;

4) оценка эффективности обработки призабойной зоны кислотами, растворами пав;

5) расстановка скважин (групп скважин) по заданной схеме разработки;

6) оценка эффективности заводнения;

7) выбор оптимальной схемы закачки.

Также идея внедрения пакета визуализации с доступом к расчетному ядру открывает ряд возможностей по использованию аналитических инструментов, которые сложно было бы реализовать при считывании трехмерных полей выходных данных по окончании расчета. Непосредственно в ходе расчета модели специалист имеет доступ к двумерным и трехмерным картам рассчитанных параметров, графикам по скважинам, секторным диаграммам, графиками распределения добычи или закачки по интервалам перфорации каждой скважины. Кроме того, «на лету» можно построить карту с трубками тока, графики и матрицу дренирования для оценки эффективности закачки, различные типы гистограмм и многое другое. При этом для визуальной оценки информации Вы можете использовать любое количество окон, которые будут синхронно обновляться по ходу расчета.

Все элементы работы с интерактивной визуализацией и аналитическими инструментами могут быть экспортированы в различных форматах для использования в отчетах и презентациях. Также предусмотрена выгрузка таблиц в формате «Госплана».

Специфические модули t-Navigator

Модуль оптимизации заводнения

Модуль служит для гидродинамического моделирования трубок тока. С помощью линий тока t-Navigator позволяет выделить зоны дренирования скважин, построить матрицу дренирования, график эффективности закачки, таблицу дренирования. Накопленная и мгновенная таблицы дренирования позволяют численно оценить в динамике взаимодействие пар добывающих и нагнетательных скважин в любой момент времени и за любой период времени. Полностью поддержаны трассеры.

Модуль разрезания модели

Данный модуль дает возможность авто разрезания (или авто сборки) большой модели на самодостаточные фрагменты, авто декомпозиции. Разрезание может быть осуществлено по любым траекториям: вырезание отчетного региона в качестве самостоятельной модели, разрезание по произвольной карте пользователя. Осуществляется распределённая работа группы с общей «виртуальной моделью», использующая концепцию «каталога подмоделей», запись и учёт в расчёте граничных условий обоих типов (после первого расчёта виртуальной модели).

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:

1) добавление траектории ствола мышью;

2) визуальное сравнение эффективности различных вариантов бурения;

3) инструмент для многовариантных расчетов.

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.

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 пара-метрами 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.

Как указывают сами разработчики t-Navigator - «Арифметика пользователя предоставляет невероятные возможности анализа моде-ли!»

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.).

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. После добавления скважины расчёт продолжается: скважина вводится на следующем шаге и сразу начинает добывать!

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Заключение

В независимости от компьютерных программ, стоит помнить «десять золотых правил» для инженеров-гидродинамиков, занимающихся моделированием резервуаров, составленных одним из крупнейших специалистов в этой области - Х. Азизом (K. Aziz, 1989):

1. Сформулируйте задачу и определите цели исследования. Перед началом моделирования изучите геолого-физические характеристики пласта и насыщающих его флюидов, а также их динамическое поведение. Прежде всего ясно определите и зафиксируйте цели исследования. Оцените, насколько эти цели реалистичны. Все это поможет выбрать наиболее подходящую модель для исследования.

2. Упрощайте. Используйте наиболее простые модели, отражающие природу пласта, цели исследования и имеющиеся данные. Простые аналитические модели или балансовые расчеты для одиночного блока, на которых основана классическая разработка пластов, - зачастую, это все, что необходимо. В то же время, наиболее сложные из доступных моделей могут не отвечать конкретным потребностям. Следует учитывать возможности и ограничения модели.

3. Оценивайте степень взаимодействия различных элементов системы. Пласт не является изолированным объектом. Он может сообщаться с водонапорной системой и через нее - с другими пластами. Кроме того, пласт сообщается через скважины с наземными сооружениями. Изоляция различных компонентов системы при проведении отдельного исследования часто приводит к неверным результатам из-за пренебрежения взаимодействием различных элементов единой системы. Однако, если возможно, не бойтесь разбивать большую проблему на части. Это приведет не только к значительной экономии, но и к лучшему пониманию сложных механизмов.

4. Не думайте, что больше - всегда лучше. Объем исследования всегда ограничивается вычислительными ресурсами или бюджетом. Инженеры, которые занимаются моделированием, часто полагают, что ни один компьютер не позволяет моделировать именно ту задачу, которую они считают нужным рассматривать, поэтому они просто стремятся увеличивать размерность модели в соответствии с имеющимися вычислительными мощностями. Но увеличение числа расчетных блоков и компонентов не приводит автоматически к увеличению точности и достоверности. В действительности, в некоторых случаях верно обратное. Поэтому необходимо обоснованно определять количество расчетных блоков, используемое в каждом исследовании.

5. Доверяйте здравому смыслу. Помните, что моделирование не является точной наукой. Все модели основаны на предположениях и дают только приближенные решения реальных задач. Следовательно, только хорошее понимание задачи и модели - необходимое условие успеха. Численная аппроксимация может привести к таким «псевдофизическим» феноменам, как численная дисперсия. Используйте свой здравый смысл и опыт, особенно если он основан на анализе промысловых и лабораторных наблюдений. Внимательно проверяйте входные и выходные данные. Проводите простые расчеты методом материального баланса, чтобы проверить результаты расчетов. Уделяйте особое внимание нереальным значениям физических параметров.

6. Не ожидайте от модели больше, чем она может дать. Часто самое большое, что можно получить в результате исследования, - это лишь некоторые указания для относительного сопоставления доступных вариантов. В других случаях можно ожидать гораздо большего, но, не учитывая какой-либо физический механизм при построении модели, нельзя изучить его влияние на процессы в пласте с использованием данной модели.

7. Проблема корректировки параметров при воспроизведении истории. Всегда подвергайте сомнению подбор данных при воспроизведении истории. Помните, что эта задача имеет не единственное решение. Самое разумное решение будет получено только в результате тщательного анализа его приемлемости с физической и геологической точки зрения. Хорошее совпадение истории при нереальных значениях корректируемых параметров приведет к плохому прогнозу. Хорошее качество воспроизведения истории не всегда гарантирует достоверный прогноз.

8. Не сглаживайте крайности. Уделяйте внимание крайним значениям проницаемости (барьерам и каналам). Будьте внимательны при осреднении для того, чтобы не потерять важную информацию о крайних значениях. Никогда не усредняйте крайние значения.

9. Уделяйте внимание масштабам измерения и использования параметров. Величины, измеренные на масштабе керна, не могут непосредственно применяться на масштабах более крупных блоков, однако эти данные должны быть обязательно учтены при определении значений параметров на других масштабах. Осреднение может изменить природу усредняемого параметра. Например, проницаемость может быть скаляром на некоем малом масштабе и тензором на большем масштабе. Даже смысл капиллярного давления и фазовых проницаемостей может различаться на разных масштабах. Кроме того, вследствие осреднения в уравнениях фильтрации может появиться дисперсионное слагаемое.

10. Не скупитесь на необходимые лабораторные исследования. Модели не заменяют хороших лабораторных экспериментов, которые ставятся для приобретения понимания природы моделируемого процесса или для измерения значимых параметров уравнений, которые решаются при моделировании. Планируйте лабораторную работу с учетом разумного использования полученной информации. Научитесь тому, как масштабировать данные. Кроме вышеприведенных «золотых правил», в процессе разработки месторождений нефти и газа возможно изменение фильтрационно-емкостных свойств пород, слагающих углеводородный резервуар, что также осложняет адаптацию.

Список литературы

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 си-стем. - 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 нефте-газовой гидрогеологии // Разведка и охрана недр. - 1997. - № 2. - С. 37-39.

6. Букаты М.Б. Рекламно-техническое описание программного ком-плекса HydrGeo. - М.: ВНТИЦ, 1999. - 5 c. - Номер гос. регистрации алго-ритмов 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 мо-дели // 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 постро-ения 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 уг-леводородов // Горные ведомости. - 2010. - № 1. - С. 48-53.

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

13. Гладков Е.А. Методология создания трехмерной геолого-техноло-гической 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