Оценка индивидуального сейсмического риска. Программа Научные и научнопедагогические кадры инновационной России
 Скачать 8 Mb.
|
|
z = −λ ef f T 0 − T 1 l z . Секция нефтяного инжиниринга 121 Численный метод был применен для определения эффективного коэффициента теплопроводности для х различных моделей насыщения выбранной породы (гетерогенного и гидрофильного. В качестве образца породы использовались данные томографического сканирования керна. Рассматривался кубический участок породы с ребром l z длиной 1 см, который был разбит на 200 ячеек. Вычисления проводились для всего диапазона водонасыщенно- сти (от 0% до 100%). Полученные данные показали, что для обеих моделей насыщения эффективный коэффициент теплопроводности возрастает практически линейно с повышением водонасыщенности (рис. 1). При гидрофильном насыщении λ ef возрос от Вт м·K до 0,883 Вт м, а при гидрофобном — от Вт м·K до Вт м·K Литература 1. Николаев С.А. и др. Теплофизика горных пород. — Казань: Издательство Казанского университета, 1987. — 342 с. Carlslaw H.S. Conduction of heat in solids. — Oxford, 1964. — 223 p. 3. Aichlmayr H.T. The Effective Thermal Conductivity of Saturated Porous Media. — The University of Minnesota, 1999. — 110 Рис. 1. График изменения от величины водонасыщенности для гидрофобного и гидрофильного коллекторов я научная конференция МФТИ ФАКИ-2 УДК 532.546.3 В.А. Иванов victor.ivanov88@gmail.com Московский физико-технический институт (государственный университет) ОАО «Роснефть» Оценка межскважинных гидродинамических связей на месторождении на основе данных эксплуатации скважин При разработке нефтяных месторождений часто встает задача оценки влияний скважин друг на друга. Такая задача может быть вызвана желанием оптимизировать добычу с целью увеличить КИН или использовать систему разработки, более подходящую для данного месторождения. В этой работе межскважинные связи вычисляются на основе данных добычи и закачки жидкости в пласт. Такие данные чаще всего имеются на любом промысле, и из их анализа можно получить многоценной и полезной информации. В данной работе предложен метод анализа, основанный на материальном балансе с учетом сжимаемости пластовой жидкости. Согласно используемой модели, дебит на добывающей скважине является сложной функцией истории заводнения окружающего пласта. А непосредственными параметрами, характеризующими связность пары скважин добывающая-нагнетательная, являются весовые коэффициенты и τ . Они подбираются в процессе решения оптимизационной задачи по приближению модельных дебитов к реальным дебитам из истории разработки. Вначале описанная выше методика была опробована на синтетическом примере и показала очень хорошие результаты (точность приближения R 2 ≈ 0,995). Этот же синтетический пример показал, каким образом неоднородности пласта, такие как барьеры и высо- копроводящие каналы, влияют на величины λ, ν и τ . После этого методика была опробована на участке Приобского месторождения. На рис. 1 представлены значения λ на карте этого участка. На этом рисунке длины отрезков, направленных от нагнетательных скважин к добывающим, соответствуют величинам λ. Добывающие скважины обозначены кружками Секция нефтяного инжиниринга 123 Литература 1. Yousef, A. A, Jensen, J.L., Lake, L.W. Integrated Interpretation of Interwell Connectivity Using Injection and Production Fluctuations // Mathematical Geosciences. — 2009. — V. 41, N. 1. — P. 81--102. 2. Yousef, A.A., Gentil, P., Jensen, J.L., Lake, L.W. A Capacitance Model To Infer Interwell Connectivity From Production and Injection Rate Fluctuations // SPEREE. — 2006. — V. 9, N. 6. — P. Рис. 1 124 я научная конференция МФТИ ФАКИ-2 УДК 624.139 П.В. Лонкин, В.Ю. Григорьев, П.В. Храпов, А.А. Федотов, sevones91@yandex.ru, Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана Влияние потепления климата на температурные поля грунтов вокруг промышленных объектов в криолитозоне Согласно метеорологическим наблюдениям, поданным Межправительственной группы экспертов по изменению климата [1] с года средняя температура на планете поднялась на 0.5 градуса Цельсия, и Земля продолжает нагреваться примерно на 0.16 градуса за десятилетие. Увеличение среднегодовой температуры атмосферы в свою очередь ведет к увеличению температуры грунта. На температуру грунта влияют также и промышленные объекты, построенные на нем [2--4]. Исследованию влияния этих факторов на температурный режим грунтовой области в криолитозоне и посвящена данная работа. Численный расчет проводится в ограниченной области D — прямоугольном параллелепипеде размером 21 ×15×17 м. Верхняя граница области D представляет собой плоскость, разделенную на 3 зоны (рис. 1): зона с естественными условиями теплообмена, зона снежных надувов, здание. При расчете боковые грани области D теплоизоли- рованы, а на нижней границе задается тепловой поток из недр Земли, который принят равным мВт мВ результате расчетов получены зависимости температуры от времени в точках наблюдения Ми М (рис. 1) для следующих глубин, 3, 5, 7 и 15.5 м. Так как при изменении температуры на 0.1 ◦ C изменения в результатах несущественны, то был рассмотрен случай повышения температуры на 1 ◦ C. Как видно из графиков (рис. 2), повышение температуры окружающей среды на 1 ◦ C приводит к повышению температуры грунта. На глубине 5 м температура грунта становится положительной примерно через 14–15 лета при потеплении — через 9--15 лет Секция нефтяного инжиниринга 125 Аналогично и на глубине дом. Без потепления — через 20--21 года с потеплением — через 15–16 лет. То есть деградация грунта при повышении температуры окружающей среды на 1 ◦ C происходит налет раньше, что сокращает срок эксплуатации промышленного объекта в данных условиях. Рис. 1. Область расчета Рассмотрим влияние здания на температуру грунта. Как видно из графиков (рис. 3), в точке М первые 19–20 лет влияния здания на температуру вечномерзлых грунтов нет. Об этом свидетельствуют полностью совпавшие графики для всех глубин (3, 5, 7, 15.5 м. Но по прошествии 20 лет графики, пусть несущественно, но расходятся. Для случая созданием температура грунта начинает расти быстрее, чем для случая, когда здания нет. То есть влияние здания сказывается только по прошествии 15–20 лет. Из этого можно сделать вывод, что прогноз температуры грунта нужно делать на больший срок, чем 20 лет, иначе это может привести к повышенному риску разрушения промышленного объекта. В отличие от расчета для точ- 126 я научная конференция МФТИ ФАКИ-2 ки М, в точке М (рис. 4), в непосредственной близости от здания, влияние здания происходит значительно быстрее. Уже через полгода температура на трехметровой глубине достигает положительных значений, на глубине 5 м — через 2 года. Выводы. При повышении температуры окружающей среды деградация грунта может произойти раньше, чем пройдет срок эксплуатации промышленного объекта. Прогноз температуры грунтов в криолитозоне необходимо производить на срок более 20 лет, так как влияние здания на температуру грунтов сказывается по прошествии этого времени. Рис. 2. Зависимость температуры от времени в течение 50 лет в точке наблюдения М Секция нефтяного инжиниринга 127 Рис. 3. Зависимость температуры от времени в точке М приза- стройке и без застройки Рис. 4. Зависимость температуры от времени в точке М приза- стройке и без застройки я научная конференция МФТИ ФАКИ-2 Литература 1. Изменение климата обобщающий доклад Вклад рабочих групп I, II ив четвертый доклад об оценке Межправительственной группы экспертов по изменению климата МГЭИК». — Швейцария, Женева, 2007. — 104 с. Хрусталев Л.Н., Давыдова ИВ. Прогноз потепления климата и его учет при оценке надежности оснований зданий на вечномерзлых грунтах // Криосфера Земли. — 2007. — T. 11, № 2. — C. 68--75. 3. Попов А.П. и др. К вопросу о типовых технических решениях по основаниями фундаментам для криолитозоны // Инженерная геология. — 2008. — T. 3000. — C. 22--38. 4. Хрусталев Л.Н. Основы геотехники в криолитозоне. — М.: МГУ, 2005. — 544 c. 5. Короновский Н.В. Общая геология. — М КДУ, 2006. — 528 c. УДК МВ. Прокопьев Mikhail.Prokopyev@gmail.com Московский физико-технический институт (государственный университет) ОАО «Роснефть» Полуаналитическая модель месторождения с нефтяной оторочкой для оперативной оценки эффективности его системы разработки На сегодняшний день при разработке нефтяных месторождений с газовой шапкой и подстилающей водой наиболее целесообразно применять современные технологии бурения горизонтальных скважин. Полная выработка месторождения с нефтяной оторочкой достигается в том случае, когда смыкание водонефтяного и газонефтяного контактов происходит точно в интервале проводки горизонтальной скважины. В таком случае полностью вырабатывается нефтенасы- щенная часть продуктивного пласта, в то время как природный газ Секция нефтяного инжиниринга 129 содержащийся в газовой шапке месторождения, вырабатывается после окончания добычи нефти. В противном случае произойдет преждевременное обводнение или прорыв газа в скважину, что приведет к снижению нефтеотдачи. Таким образом, для максимизации коэффициента извлечения углеводородов при разработке месторождений с нефтяной оторочкой было бы актуально рассмотреть задачу оптимального использования энергии газовой шапки. Для решения рассматриваемой проблемы была реализована полу- аналитическая динамическая модель, в основе которой лежит уравнение материального баланса. Балансовые запасы месторождения, фи- зико-химические свойства флюидов, распределение порового объема коллектора от глубины и коэффициенты продуктивности скважин используются в разработанном модуле в качестве входной информации. Систему поддержания пластового давления планируется осуществлять путем закачки попутного газа обратно в пласт. Оптимизация проводится потрем параметрам темпы закачки газа в пласт, длительность этапа разработки месторождения, на котором необходимо осуществлять систему ППД, а также глубина проводки боковых стволов горизонтальных скважин. В результате использования модели у пользователя появляется информация о динамике основных эксплуатационных параметров разработки, таких как пластовое давление, положение флюидных контактов, необходимая депрессия на скважинах, профили добычи нефти и газа и т.д., а также экономическая эффективность предполагаемой системы разработки месторождения. Основная цель данной работы — создать технический модуль, который позволит осуществлять оперативную оценку эффективности системы разработки нефтяных месторождений. Его призвание — получать грубую, но оперативную оценку на этапе предварительного проектирования системы разработки, нежели максимально точные расчеты, для которых существует множество мощнейших гидродинамических симуляторов. Литература 1. Севастьянова К.К., Павлов В.А. Применение метода материального баланса для прогнозирования темпов добычи пластовых флюидов и падения пластового давления для карбонатных трещиноватых коллекторов // Нефтяное хозяйство. — 2007. — № 11. С. 14--17. 130 я научная конференция МФТИ ФАКИ-2 2. Tracy G.W. Simplified form of the material balance equation // Petroleum Transactions. — 1955. — V. 204. — P. 243--246. 3. Pletcher J.L. Improvements to Reservoir Material–Balance Methods // SPE Reservoir Evaluation & Engineering. — 2002. — V. 5, N. 1. — P. 49--59. УДК НИ. Рыжиков, ДН. Михайлов 2 elezarkun@gmail.com, Московский физико-технический институт (государственный университет) 2 Московский научный центр «Шлюмберже» Построение профилей твердых компонент пористого образца с помощью рентгеновской томографии Знание распределения и концентрации твердых компонент (минеральных гранул, слагающих пористую матрицу глины или иного наполнителя пористого пространства) в пористой среде является важной информацией для многих технических приложений в биологии, петрофизике, разработке нефтяных и газовых месторождений. Мощным неразрушающим методом для решения таких задач является рентгеновская томография, позволяющая восстановить образы внутренней структуры сечения образца посредством реконструкции матрицы коэффициентов затухания рентгеновского излучения. На таких сечениях в каждой точке коэффициенту поглощения ставится в соответствие конкретное значение серого цвета. Поскольку коэффициент поглощения индивидуального материала зависит от его атомарного состава и плотности, соответственно различные по составу и плотности вещества отображаются различными параметрами серого. Для получения количественного соотношения различных минералов или материалов внутри образца с помощью данных рентгеновской томографии необходимо корректно выбрать пороговые значения серости для отдельных веществ (thresholding) и, таким образом, отделить индивидуальные вещества на каждом сечении. Существуют Секция нефтяного инжиниринга 131 различные методы порогового анализа, различные по сложности и области применения (см, например, обзор В данной работе использовался метод, основанный на исследовании распределения градаций серости по интенсивности — метод гистограмм. Гистограмма изучаемого рентгеновского изображения (сечения) аппроксимируется суммой гауссианов, количество которых равно количеству различных материалов, представленных на сечении. Форма гауссиана для аппроксимации отдельных веществ выбрана исходя из того, что коэффициент поглощения индивидуального вещества в каждой фиксированной точке пространства случайно варьируется около некоторого среднего значения. Таким образом, распределение отдельного вещества на каждом сечении должно соответствовать нормальному распределению. Отношение площадей отдельных материалов на рентгеновском сечении к общей площади сечения равно интегралам по отдельным гауссианам. Аппроксимация всех сечений рентгеновской томографии образца позволяет восстановить пространственное распределение (профиль) индивидуальных материалов вдоль образца. В докладе приведены примеры расчетов профилей для смеси трех различных материалов. Литература 1. Sezgin M., Sankur B. Survey over image thresholding techniques and quantitative performance evaluation // Journal of Electronic Imaging. — 2004. — N. 13(1). — P. 146–165. 132 я научная конференция МФТИ ФАКИ-2 УДК 552.122 В.С. Свительман 1 , О.Ю. Динариев, Московский физико-технический институт (государственный университет) 2 Московский научный центр «Шлюмберже» Геостатистический анализ микромоделей горных пород Разработка нефтяных и газовых месторождений опирается на геологическое моделирование, в основе своей базирующееся на петрофи- зических фильтрационно-емкостных свойствах коллекторов [1]. В настоящее время в петрофизических исследованиях все более активно используется метод рентгеновской микротомографии, позволяющий строить трехмерные модели горных пород с разрешением 1--8 мк /1 воксель. Это открывает новые возможности с одной стороны, для литологического, морфологического и минералогического анализов, с другой стороны, для прямого трехмерного моделирования физико- химических и гидродинамических процессов на уровне поровых ка- налов. Значительный объем информации, содержащийся в микротомо- граммах, недостаточно изучен и систематизирован специалистами из- за сравнительной новизны этого метода и отсутствия научно обоснованных методов обработки такого рода данных. Поскольку мик- ротомограммы пород, по существу, представляют собой случайные трехмерные объекты, большие надежды в вопросах анализа и систематизации информации на масштабах 1 мк и выше возлагаются на геостатистические методы. Так как традиционная геостатистика была в значительной степени связана с макромасштабами, работа с информацией на микроуровне требует либо существенной модификации классических подходов, либо создания новых, более адекватных для реальных микротомограммам, процедур и алгоритмов. Следует также отметить, что известные методы микрогеостатистики [2, 3] в основном разработаны и используются для синтетических материалов и являются малоинформативными для геологического анализа. Настоящая работа посвящена разработке и применению методов статистического анализа микроструктуры горных пород, которые мо- Секция нефтяного инжиниринга 133 гут служить коллекторами жидких и газообразных углеводородов. Рассматриваются варианты построения трехмерных распределений пористости на разных масштабах для выявления репрезентативных объемов породы. Анализируются закономерности поведения полей вариограмм для оценки а) корреляционных длин образцов, бани- зотропии пород на разных масштабах, связанных с разложением по сферическим гармоникам. Кроме того, исследованы подходы многоточечной статистики [4] в таких задачах, как а) расчет и анализ функций распределения на шаблонах разных размеров, б) стохастическая генерация микроструктуры для задач усреднения, в) определение среднестатистических свойств изотропии / анизотропии поро- ды. Работа поддержана Московским научно-исследовательским центром «Шлюмберже»и является составной частью комплекса петро- физических исследований на микроуровне. Литература 1. Регламент по созданию постоянно-действующих геолого-техно- логических моделей нефтяных и газонефтяных месторождений. РД 153-39.0-047-00. — М Минтопэнерго, 2000. 2. Ohser J., Mucklich F. Statistical Analysis of Microstructures in Material Science. — Chichester: John Wiley & Sons, 2000. 3. Torquato S. Random Heterogeneous Materials. — New York: Springer Science & Business Media, 2002. 4. Krishnan S., Journel A.G. Spatial connectivity: from variograms to multiple-point measures // Mathematical Geology. — 2003. — V. 35, N. 8. — P. Секция прикладной механики УДК 531.781 И.Н. Завьялов, С.Ю. Иванов sergiv2005@yandex.ru Московский физико-технический институт (государственный университет) Разработка средства измерения тяги реактивного микродвигателя на основе магнитного подвеса На текущий момент развитие космических технологий характеризуется переходом к все более миниатюрным космическими аппаратам. Данные тенденции обусловлены экономической эффективностью применения группы малых аппаратов по сравнению с выводом на орбиту уединенного аппарата той же массой. Группа аппаратов в целом более надежна и потому обладает большим временем активного существования. В задачах, связанных с применением групп космических аппаратов, на передний план выходят задачи управления. Помимо вычислительной сложности алгоритмов группового управления, ввиду уменьшения массы аппаратов, возрастают требования поточности системы управления КА, которая в конечном счете определяется датчиками обратной связи и исполнительными элементами. Одним из основных исполнительных элементов является двигательная установка, обеспечивающая маневрирование на орбите и решающая задачу поддержания выбранной орбиты. Точность задания вектора тяги напрямую определяет точностные характеристики всей системы управления. Создание двигателя со сверхмалой тягой, обладающего малым шагом задания абсолютного значения вектора тяги, является отдельной важной задачей космического приборостроения. В тоже время не менее важной задачей является создание средства измерения сверхмалых тяг. Особенностью подобного измерителя является высокая точность измерений для двигателя малой массы и габаритов Секция прикладной механики 135 Современные способы измерения малых сил, основанные на использовании тензодатчиков или электромагнитных систем, позволяют добиться значительной точности (1 мкг, однако обладают большим временем установления равновесия (порядка 1 с. Эта особенность ограничивает возможность их применения для измерения силовых воздействий с частотой более 1 Гц. Предлагаемый способ основан на использовании платформы, ле- витирующей в магнитном поле. Платформа может свободно вращаться вокруг вертикальной оси. Двигатель, вектор тяги которого должен быть направлен по касательной к краю платформы, создает момент сил, вызывающий изменение угловой скорости платформы. Существенным преимуществом данного способа является возможность «накопления»воздействия за определенное время. Был изготовлен макет устройства, состоящий из МЭМС-датчика угловой скорости ADXRS624 фирмы Analog Devices, модуля АЦП, радиочастотного передатчика. Со стороны приемника была реализована автоматическая система сбора данных на персональный компьютер. Моделирование слабого силового воздействия осуществлялось напором воздушного потока. Разработанное устройство входе испытаний показало чувствительность не хуже 2 мкН. Таким образом, требования технического задания были удовлетворены я научная конференция МФТИ ФАКИ-2 УДК 532.542.4 |