Василенко В.С. Скуба РЕФЕРАТ. Основное по для гидродинамического моделирования
 Скачать 1.51 Mb.
|
|
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». Основные программные продукты для гидродинамического моделирования. 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). 1.1. TimeZYX Группа компаний «Таймзикс» является единственным российским разработчиком полномасштабного импортозамещающего программного комплекса для геолого-гидродинамического моделирования и мониторинга разработки месторождений нефти и газа 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. 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 1.2.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 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 1.3.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.  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. |