Моделирование процессов разработки нефтяных и нефтегазовых месторождений

У Тема Моделирование процессов разработ ки неф т яны х и неф т егазовы х месторож дений Под моделированием понимается реально или мысленно созданная структура, воспроизводящая или отражающая изучаемый объект. Название модель происходит от латинского слова modulus, что означает «мера, образец». Моделирование – это процесс, при котором специалист использует модель для получения информации, на базе которой он может принять разумное решение. Моделирование не заменяет изучение объекта, но может помочь понять основные взаимосвязи происходящих в нем процессов. Численное моделирование продуктивных пластов в отечественной практике проектирования разработки стали применять в конце XX века. На сегодняшний день оно стало уже привычной стандартной операцией при составлении проектных технологических документов на разработку месторождений углеводородного сырья (УВС), с целью анализа разработки, планирования геолого-технических мероприятий (ГТМ), мониторинга за разработкой и т.п. Моделируются залежи различных по составу флюидов, разнообразные механизмы извлечения углеводородов. На основе геолого-физических сведений о свойствах месторождения углеводородов, рассмотрения возможностей систем и технологий его разработки, создают количественные представления о разработке месторождения в целом. Система взаимосвязанных количественных представлений о разработке месторождения – есть модель, которая состоит из модели пласта и модели процесса разработки месторождения. В настоящее время ни один проектно-технологический документ на разработку месторождения не выполняется без использования моделирования. Научными организациями ведется большая работа по созданию постоянно-действующих геолого-технологических моделей, которые используются для непрерывного мониторинга и оперативного принятия решения по разработке месторождения, планирования буровых работ, сложных и дорогостоящих мероприятий. 1.1. Типы моделей продуктивных пластов При решении задач по разработке месторождений УВС анализируется несколько сотен переменных. Современному инженеру необходимо иметь инструмент, который позволял бы оценивать имеющиеся факторы и определять их взаимосвязь с полученным решением. Этот инструмент должен позволять эффективно принимать решения и выбирать необходимые средства модернизации, изменения и уточнения систем и объектов в процессе работы. Модельный подход наиболее близко отвечает этим целям. Модели, как правило, бывают двух видов: физические и математические. Физические модели имеют ту же физическую природу, что и изучаемый объект. Эксперименты на физических моделях проводят для исследования закономерностей изучаемого явления. В качестве физических моделей можно считать широко применяемые в настоящее время модели, составленные из образцов керна, которые воспроизводят физические процессы вытеснения нефти из горных пород. Результаты таких лабораторных исследований являются важным источником информации о пласте. Среди физических моделей отдельную группу составляют аналоговые модели, которые воспроизводят процесс, физически подобный оригиналу, но который может подчиняться другой группе физических законов. Например, это электролитическая модель, используемая для изучения процессов в пласте и основанная на однозначной связи между фильтрацией жидкости в пористой среде и потоком ионов в электрическом потенциальном поле или потенциометрическая модель стационарного течения флюида, представляющая собой сосуд, повторяющий форму границ пласта. В настоящее время в практике разработки месторождений аналоговые модели практически не используются. Современные цифровые фильтрационные модели пришли на смену аналоговым благодаря развитию электронновычислительной техники. Современное моделирование основано на использовании математических моделей. Математические модели представляют собой системы математических уравнений, описывающие с физической точки зрения характер исследуемого процесса. При моделировании процессов разработки нефтяных месторождений эти уравнения в общем виде представляют собой сложные дифференциальные уравнения в частных производных. Решить эти уравнения без применения вычислительной техники практически невозможно. Процесс начинается с того, что в модель вводят исходные данные, после обработки которых с помощью модели получают выходные данные. Эта информация анализируется с точки зрения эффективности влияния происшедших изменений на рабочие характеристики процесса. Если необходимо, проводится коррекция, затем процесс моделирования повторяется. В процессе моделирования от цикла к циклу благодаря опыту специалиста получают более подробное представление о пласте, которое можно использовать для прогнозирования процесса разработки. Блок-схема процесса математического моделирования приведена на рис. 1.1.1. В зависимости от полноты и достоверности исходных данных для месторождений УВС используют детерминированные (адресные) или стохастические (вероятностные) модели. В детерминированных (адресных) моделях все факторы, оказывающие влияние на развитие ситуации, однозначно определены и их значения известны в момент принятия решения. В моделях такого типа стремятся как можно точнее воспроизвести фактическое строение и свойства пластов. Каждая деталь точно должна соответствовать детали строения реального пласта. Практическое применение детерминированных моделей пластов стало возможным благодаря широкому развитию быстродействующих электронновычислительных машин (ЭВМ) и соответствующих математических методов. Стохастические (вероятностные) модели предполагают наличие элемента неопределенности, учитывают возможное вероятностное распределение значений факторов и параметров, определяющих развитие ситуации. До внедрения в практику проектирования современных быстродействующих ЭВМ для стохастического моделирования использовались упрощенные методики. К числу наиболее известных из них относятся следующие. 1. Модель однородного пласта. В этой модели основные параметры реального пласта (пористость, проницаемость), изменяющиеся от точки к точке, осредняют. Часто принимают гипотезу о изотропности пласта, то есть равенстве проницаемостей в любом направлении, исходящем из рассматриваемой точки пласта. В случае, если пласт принят анизотропным, то принимают, что проницаемость по вертикали (вследствие напластования) отличается от его проницаемости по горизонтали. Модель однородного пласта при стохастическом методе его создания используют для пластов с действительной небольшой неоднородностью. В природе совершенно однородные пласты практически не встречаются. 2. Модель слоистого пласта. Эта модель представляет собой структуру, состоящую из набора слоев с заданием значений пористости (mi) и проницаемости (ki) каждого слоя (рис. 1.1.2). При этом считают, что из всей толщины пласта h слои с пористостью в пределах Δmi и проницаемостью в пределах Δkiсоставляют часть Δhi. Если известны значения проницаемости отдельных прослоев пласта в отдельных скважинах, то из суммарной толщины всех пропластков h часть из них Δh1обладает проницаемостью в пределах Δk1. 4. Модель трещиновато-пористого пласта. В реальном пласте, соответствующем данной модели, промышленные запасы УВС содержатся как в трещинах, так и в блоках, пористых и проницаемых. Эта модель также может быть представлена в виде набора кубов с длиной грани li, разделенных трещинами шириной bi. Фильтрация флюидов происходит как по трещинам, так и по блокам. Вследствие значительной проницаемости трещин по сравнению с проницаемостью блоков любые изменения давления распространяются по трещинам быстрее, чем по блокам, в результате чего при разработке трещиновато-пористых пластов характерны перетоки жидкостей и газов из блоков в трещины и наоборот (рис. 1.1.4). Детерминированные модели, с одной стороны, не позволяют достаточно полно учитывать элемент неопределенности, но с другой – позволяют учесть многие дополнительные факторы, зачастую недоступные стохастическим моделям. Здесь также часто оказывается справедливой известная закономерность: учитывая одни факторы при моделировании, мы нередко забываем о других. И это естественно. Никакая модель не может учесть абсолютно все факторы. Но профессионально разработанная модель отличается тем, что позволяет учесть наиболее существенные из них. Важно помнить, что месторождение можно разработать только один раз, поэтому любая ошибка, допущенная в этом процессе, неисправима. Только применяя метод моделирования можно изучить различные варианты разработки месторождения. Значительным преимуществом моделирования является то, что использование этого метода позволяет объединить все данные, присущие пласту, в одну компактную систему, исследование которой без него невозможно. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!