Моделирование резервуара

Смоделированная верхняя часть структуры, карта глубин на основе геологических данных в полной модели месторождения. (симулятор GSI MERLIN)

Моделирование резервуаров — это область разработки месторождений , в которой компьютерные модели используются для прогнозирования потока флюидов пористую (обычно нефти, воды и газа) через среду .

Создание моделей нефтяных месторождений и выполнение на их основе расчетов разработки месторождений — одно из основных направлений деятельности инженеров и исследователей-нефтяников. На основе геолого-физической информации о свойствах нефтяного, газового или газоконденсатного месторождения, рассмотрения возможностей систем и технологий его разработки создают количественные представления о разработке месторождения в целом. Система взаимосвязанных количественных представлений о разработке месторождения представляет собой модель его разработки, состоящую из модели пласта и модели процесса разработки месторождения. Модели пластов и процессы добычи из них нефти и газа всегда облечены в математическую форму, т.е. характеризуются определенными математическими соотношениями. Основной задачей инженера, занимающегося расчетом разработки нефтяного месторождения, является составление расчетной модели на основе отдельных представлений, полученных в результате геолого-геофизического изучения месторождения, а также гидродинамических исследований скважин. Вообще говоря, в модели разработки нефтяного месторождения можно использовать любую комбинацию моделей пласта и процесса разработки, если эта комбинация наиболее точно отражает свойства и процессы пласта. При этом выбор конкретной модели пласта может повлечь за собой учет каких-либо дополнительных особенностей модели процесса и наоборот.

Модель пласта следует отличать от его расчетной схемы, которая учитывает только геометрическую форму пласта. Например, модель пласта может представлять собой стратифицированный неоднородный коллектор. В расчетной схеме резервуар с одной и той же моделью может быть представлен как резервуар круглой формы, прямолинейный резервуар и т.п.

Основы

Традиционные конечно-разностные симуляторы доминируют как в теоретической, так и в практической работе по моделированию пласта. Традиционное FD-моделирование опирается на три физические концепции: сохранение массы , изотермическое поведение фазы жидкости и приближение Дарси о течении жидкости через пористую среду. Тепловые имитаторы (чаще всего используемые для применения с тяжелой сырой нефтью ) добавляют к этому списку сохранение энергии , позволяя изменять температуру внутри пласта.

Численные методы и подходы, распространенные в современных симуляторах:

Большинство современных программ FD-моделирования позволяют создавать трехмерные представления для использования в моделях всего месторождения или одной скважины. Двумерные аппроксимации также используются в различных концептуальных моделях, таких как поперечные сечения и двумерные модели радиальной сетки.
Теоретически конечно-разностные модели позволяют дискретизировать резервуар с использованием как структурированных, так и более сложных неструктурированных сеток для точного представления геометрии резервуара. Локальное уточнение сетки (более мелкая сетка, встроенная в грубую сетку) также является функцией, предоставляемой многими симуляторами для более точного представления эффектов многофазного потока в призабойной зоне скважины. Это «уточненное построение сетки» вблизи стволов скважин чрезвычайно важно при анализе таких проблем, как образование конусов воды и газа в пластах. Другие типы симуляторов включают симуляторы конечных элементов и линии тока.
Представление разломов и возможностей их распространения — это расширенная функция, предоставляемая во многих симуляторах. В этих моделях проводимость потока между ячейками должна рассчитываться для несмежных слоев за пределами традиционных соединений сосед-сосед.
Моделирование естественных трещин (известное как двойная пористость и двойная проницаемость) — это расширенная функция, позволяющая моделировать углеводороды в блоках с плотной матрицей. Приток происходит из блоков с плотной матрицей в более проницаемую сеть трещин, окружающих блоки, и в скважины.
Симулятор черной нефти не учитывает изменения в составе углеводородов по мере разработки месторождения, за исключением растворения или выделения растворенного газа в нефти, а также испарения или выпадения конденсата из газа.
Композиционный симулятор пласта рассчитывает PVT-свойства нефтяной и газовой фаз после их согласования с уравнением состояния (EOS) как смеси компонентов. Затем симулятор использует подобранное уравнение EOS для динамического отслеживания движения как фаз, так и компонентов в полевых условиях. Это достигается за счет увеличения затрат времени на установку, времени вычислений и памяти компьютера.

Имитационная модель рассчитывает изменение насыщенности трех фаз (нефти, воды и газа) и давление каждой фазы в каждой ячейке на каждом временном шаге. В результате снижения давления, как при исследовании истощения пласта, газ будет высвобождаться из нефти. Если давление увеличивается в результате закачки воды или газа, газ повторно растворяется в нефтяной фазе.

Проект моделирования разрабатываемого месторождения обычно требует « исторического сопоставления », когда историческая добыча и давление на месторождении сравниваются с расчетными значениями. На раннем этапе было понятно, что это, по сути, процесс оптимизации, соответствующий максимальному правдоподобию . Таким образом, его можно автоматизировать, и существует множество коммерческих и программных пакетов, предназначенных именно для этого. Параметры модели корректируются до тех пор, пока не будет достигнуто разумное соответствие на месторождении и обычно для всех скважин. Обычно добываемая обводненность или водонефтяной фактор и газовый фактор совпадают.

Другие инженерные подходы

Без моделей FD оценки нефтеотдачи и дебиты нефти также могут быть рассчитаны с использованием многочисленных аналитических методов, которые включают уравнения материального баланса (включая метод Хавлены-Оде и метод Тарнера), методы дробных кривых потока (такие как Бакли-Леверетта метод одномерного вытеснения , метод метод Дейца для наклонных структур или моделей конуса), а также методы оценки эффективности охвата для паводков и анализа кривой падения. Эти методы были разработаны и использовались до традиционных или «традиционных» инструментов моделирования как недорогие в вычислительном отношении модели, основанные на простом описании однородного пласта. Аналитические методы, как правило, не могут охватить все детали данного пласта или процесса, но обычно являются быстрыми численными методами и иногда достаточно надежными. В современной разработке месторождений они обычно используются в качестве инструментов отбора или предварительной оценки. Аналитические методы особенно подходят для оценки потенциальных активов, когда данные ограничены и время критично, или для широких исследований в качестве инструмента предварительного отбора, если необходимо оценить большое количество процессов и/или технологий. Аналитические методы часто разрабатываются и продвигаются в научных кругах или внутри компании, однако существуют и коммерческие пакеты.

Программное обеспечение

Для моделирования пласта доступно множество программ. Наиболее известные (в алфавитном порядке):

Открытый исходный код:

BOAST – Симулятор Black Oil Applied Simulation Tool (Boast) – это бесплатный пакет программного обеспечения для моделирования пластов, доступный от Министерства энергетики США. ^{[ 1 ]} Boast — это численный симулятор IMPES (неявное давление-явное насыщение с конечной разностью), который сначала находит распределение давления для заданного временного шага, а затем рассчитывает распределение насыщения для того же изотермического временного шага. Последний выпуск вышел в 1986 году, но он по-прежнему остается хорошим симулятором для образовательных целей.
MRST – Набор инструментов MATLAB Reservoir Simulation Toolbox (MRST) разработан компанией SINTEF Applied Mathematics как набор инструментов MATLAB®. Набор инструментов состоит из двух основных частей: ядра, предлагающего базовые функции и одно- и двухфазные решатели, а также набора дополнительных модулей, предлагающих более продвинутые модели, средства просмотра и решатели. MRST в основном предназначен как набор инструментов для быстрого прототипирования и демонстрации новых методов моделирования и концепций моделирования на неструктурированных сетках. Несмотря на это, многие инструменты весьма эффективны и могут применяться к удивительно большим и сложным моделям. ^{[ 2 ]}
OPM – Инициатива Open Porous Media (OPM) предоставляет набор инструментов с открытым исходным кодом, ориентированных на моделирование потока и переноса жидкостей в пористых средах. ^{[ 3 ]}

Коммерческий:

СЛБ ПЕРЕСЕЧЕНИЕ ^{[ 4 ]}
SLB ECLIPSE — первоначально разработан компанией ECL (Exploration Consultants Limited), а в настоящее время принадлежит, разрабатывается, продается и поддерживается компанией Digital and Integration (ранее известной как GeoQuest ), подразделением SLB . Название ECLIPSE изначально было аббревиатурой от «Неявная программа ECL для моделирования». Симуляторы включают моделирование черной нефти, композиционное моделирование, термическое моделирование конечного объема и моделирование линий тока. Дополнительные варианты включают в себя уточнение локальной сети, метан угольных пластов, эксплуатацию газовых месторождений, современные скважины, соединение резервуаров и наземные сети. ^{[ 5 ]}
tNavigator от Rock Flow Dynamics поддерживает моделирование мазута, композиционное и термокомпозиционное моделирование и ускоряется как центральными, так и графическими процессорами на ноутбуках, рабочих станциях и кластерах высокопроизводительных вычислений. ^{[ 6 ]}

ECHELON от Stone Ridge Technology: полностью неявный симулятор, единственный симулятор пласта с полным ускорением на графическом процессоре для составов черной нефти. ^{[ 7 ]}
от ESTD Co. RETINA Simulation – RETINA Simulation – это программное обеспечение для моделирования нефтяных месторождений и композиционного коллектора, полностью разработанное в компании по инженерной поддержке и развитию технологий (ESTD). ^{[ 8 ]}
CMG Suite (IMEX, GEM и STARS) – Группа компьютерного моделирования в настоящее время предлагает три симулятора: симулятор черной нефти под названием IMEX, композиционный/нетрадиционный симулятор под названием GEM и симулятор тепловых и сложных процессов под названием STARS. ^{[ 9 ]}
Sensor , разработанный компанией Coats Engineering, представляет собой симулятор черной нефти и композиционного резервуара, разработанный в начале 1990-х годов доктором Китом Х. Коутсом, основателем индустрии коммерческого моделирования резервуаров (Intercomp Resource and Development, 1968). Sensor — последний из многих симуляторов пласта, разработанных доктором Коутсом.
XXSim — это универсальный композиционный симулятор пласта на основе EOS с полностью неявной формулировкой. Он позволяет любым компонентам появляться и оставаться в любых жидких фазах (водной, масляной и паровой). Его можно упростить до обычного или традиционного мазутного, композиционного и термического модулей. Его также можно расширить до теплового симулятора, полностью основанного на EOS. ^{[ 10 ]}
Tempest MORE — это симулятор пласта, предлагающий варианты мазута, состава и термической обработки. ^{[ 11 ]}
ExcSim , полностью неявный трехфазный 2D-модифицированный симулятор резервуара черной нефти для платформы Microsoft Excel. ^{[ 12 ]}
Landmark Nexus – Nexus — это симулятор нефтяных и газовых резервуаров, первоначально разработанный под названием «Falcon» компаниями Amoco , Лос-Аламосской национальной лабораторией и Cray Research . В настоящее время он принадлежит, разрабатывается, продается и поддерживается компанией Landmark Graphics, подразделением обслуживания продуктов компании Halliburton . Nexus постепенно заменит VIP или Desktop VIP, предыдущее поколение симулятора Landmark. ^{[ нужна ссылка ]}
Plano Research Corporation FlowSim — это полностью неявный трехфазный трехмерный симулятор коллектора с конечной разностью черной нефти и состава с LGR, двойной пористостью, двойной проницаемостью и параллельными возможностями. ^{[ 13 ]}
компании GrailQuest В ReservoirGrail используется запатентованный подход под названием Time Dynamic Volumetric Balancing. ^{[ 14 ]} для моделирования коллекторов во время первичной и вторичной добычи . ^{[ 15 ]}
Gemini Solutions Merlin — это полностью неявный трехфазный симулятор резервуара с конечной разностью, первоначально разработанный в исследовательском отделе Texaco и в настоящее время используемый Бюро по управлению энергией океана и Бюро по обеспечению безопасности и охраны окружающей среды для расчета скорости разлива в наихудшем случае и давления разрыва/обрушения на башмаки обсадных труб и противовыбросовые превенторы . ^{[ 16 ]}^{[ 17 ]}
компании Under Palm Trees DeepSim — это полностью неявный трехфазный композиционный симулятор коллектора с конечной разностью для платформы телефонов и планшетов Android. ^{[ 18 ]}^{[ 19 ]}
TTA/PetroStudies предлагает полноценный симулятор черной нефти Exodus с модулем вспомогательной адаптации истории (Revelations), который может изменять пористость/проницаемость/структуру/эффективную продуктивность/начальное давление/насыщенность/глубину контакта в соответствии с наблюдаемыми дебитами/кумулятивными показателями/давлениями в скважинах. . ^{[ 20 ]} Revelations запускает несколько дел на компьютерах в общей сети. Exotherm предлагает термическое моделирование SAGD, CSS с дискретным потоком скважины до поверхности.
Моделирование Meera — это гибридный инструмент прогнозирования добычи с использованием искусственного интеллекта и физики для планирования добычи и составления бюджета от Target Solutions LLC. ^{[ 21 ]}

Приложение

Моделирование резервуара в конечном итоге используется для прогнозирования будущей добычи нефти, принятия решений и управления месторождением. Современной основой управления разработкой месторождения является оптимизация разработки месторождения с обратной связью (CLFD), которая использует моделирование резервуара (вместе с геостатистикой, ассимиляцией данных и выбором репрезентативных моделей) для оптимальной эксплуатации месторождения.

Известные люди

Ками Сепернури

См. также

Ссылки

Азиз К. и Сеттари А. Моделирование нефтяных резервуаров , 1979, Издательство Applied Science Publishers.
Эртекин Т., Абу-Кассем Дж. Х. и Г. Р. Кинг, Базовое прикладное моделирование коллектора , Учебник SPE, том 10, 2001 г.
Фанчи Дж. Принципы прикладного моделирования резервуаров , 4-е издание, Elsevier GPP, 2018 г.
Маттакс, К.С. и Далтон, Р.Л., Моделирование резервуара , Монография SPE, том 13, 1990.
Гольштейн, Э. (редактор), Справочник по нефтяной инженерии , том V(b), глава 17, Разработка месторождений, 2007 г.
Уорнер, Х. (редактор), Справочник по нефтяной инженерии , том VI, глава 6, Метан угольных пластов, 2007 г.
Карлсон, М., Практическое моделирование резервуара , 2006, PennWell Corporation.
Р. Э. Юинг, Математика моделирования резервуара

Другие ссылки

^ «Департамент энергетики» . Проверено 3 марта 2014 г.
^ «Домашняя страница MRST» . Проверено 3 марта 2014 г.
^ «Инициатива открытых пористых СМИ» . Проверено 3 марта 2014 г.
^ «Главная страница ИНТЕРСЕКТ» .
^ «Домашняя страница ЗАТМЕНИЯ» .
^ «Домашняя страница РФД» . Проверено 7 марта 2014 г.
^ «Программное обеспечение ECHELON: самое быстрое в мире программное обеспечение для резервуаров | SRT» .
^ «Домашняя страница RETINA» .
^ «Домашняя страница CMG» . Проверено 28 октября 2016 г.
^ «Домашняя страница XXSim» .
^ «Домашняя страница Tempest» . Проверено 18 февраля 2020 г. .
^ «ЭксСим» . Проверено 24 апреля 2015 г.
^ «ФлоуСим» .
^ «Страница программного обеспечения ReservoirGrail» . 2 августа 2014 года . Проверено 13 января 2016 г.
^ «Домашняя страница ReservoirGrail» . Проверено 13 января 2016 г.
^ «Приложение E – Группа моделирования резервуара, 2010 г.; Отчет о моделировании резервуара» (PDF) . Проверено 19 апреля 2016 г.
^ «Возможности бизнеса в сфере закупок BSEE» (PDF) . Проверено 19 апреля 2016 г.
^ «DeepSim — Android-приложения в Google Play» . play.google.com . Проверено 13 августа 2017 г.
^ «DeepSim – Мощное моделирование пласта с интуитивно понятным интерфейсом» . deepsim.stupendous.org . Проверено 13 августа 2017 г.
^ «PetroStudies Consultants Inc. – Индексная страница» . www.petrostudies.com . Проверено 27 сентября 2017 г.
^ «Лучший инструмент моделирования резервуаров» .

Внешние ссылки

* Программное обеспечение для моделирования пласта

[1] «Департамент энергетики» . Проверено 3 марта 2014 г.

[2] «Домашняя страница MRST» . Проверено 3 марта 2014 г.

[3] «Инициатива открытых пористых СМИ» . Проверено 3 марта 2014 г.

[4] «Главная страница ИНТЕРСЕКТ» .

[5] «Домашняя страница ЗАТМЕНИЯ» .

[6] «Домашняя страница РФД» . Проверено 7 марта 2014 г.

[7] «Программное обеспечение ECHELON: самое быстрое в мире программное обеспечение для резервуаров | SRT» .

[8] «Домашняя страница RETINA» .

[9] «Домашняя страница CMG» . Проверено 28 октября 2016 г.

[10] «Домашняя страница XXSim» .

[11] «Домашняя страница Tempest» . Проверено 18 февраля 2020 г. .

[12] «ЭксСим» . Проверено 24 апреля 2015 г.

[13] «ФлоуСим» .

[14] «Страница программного обеспечения ReservoirGrail» . 2 августа 2014 года . Проверено 13 января 2016 г.

[15] «Домашняя страница ReservoirGrail» . Проверено 13 января 2016 г.

[16] «Приложение E – Группа моделирования резервуара, 2010 г.; Отчет о моделировании резервуара» (PDF) . Проверено 19 апреля 2016 г.

[17] «Возможности бизнеса в сфере закупок BSEE» (PDF) . Проверено 19 апреля 2016 г.

[18] «DeepSim — Android-приложения в Google Play» . play.google.com . Проверено 13 августа 2017 г.

[19] «DeepSim – Мощное моделирование пласта с интуитивно понятным интерфейсом» . deepsim.stupendous.org . Проверено 13 августа 2017 г.

[20] «PetroStudies Consultants Inc. – Индексная страница» . www.petrostudies.com . Проверено 27 сентября 2017 г.

[21] «Лучший инструмент моделирования резервуаров» .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

v т и для компьютерного моделирования Программное обеспечение
Biology	Protein structure prediction Nucleic acid simulation
Chemistry	Chemical process simulators Quantum chemistry Molecular modeling Monte Carlo molecular modeling Molecular design
Physics	Finite element Cosmological simulation Dynamic simulation Dynamical simulation Electronic circuit simulation EM simulation Multiphysics simulation Reservoir simulation
Social science	Social simulation Sociology Organizational studies