Прикладные программные продукты Преподаватель –доцент каф. ГРНМ Иванова И.А. Национальный исследовательский Томский политехнический университет Институт природных ресурсов Кафедра геологии и разработки нефтяных месторождений 1

Лекция 4 Введение в Eclipse Гидродинамическое моделирование 2

Что такое гидродинамическое моделирование? Простейшая гидродинамическая модель это модель материального баланса. В модели материального баланса используются осредненные величины и не учитывается пространственное распределение и неоднородность. Гидродинамическое моделирование это дискретное, конечно разностное, представление пространственной системы. Учитывается пространственное распределение свойств флюида и породы(пространственная дискретизация). Моделирование во времени осуществляется дискретными шагами и запрос может быть сделан на любой шаг (временная дискретизация). Eclipse хороший инструмент для гидродинамического моделирования, требующий хорошего инженерного мышления. 3

Что такое гидродинамическое моделирование? 4

Метод материального баланса имеет следующие ограничения: Не учитывает пространственное распределение. Свойства пласта и флюидов усредняются по всему месторождению. Для того чтобы оценить систему в конкретный момент времени, требуется расчет материального баланса на каждый временной интервал. Гидродинамическое моделирование, как и расчет материального баланса, является численным и использует количественную оценку и интерпретацию свойств пласта и флюида для будущего проектирования поведения месторождения. Что такое гидродинамическое моделирование? 5

Насколько модель соответствует месторождению? Модель не идентична месторождению Представительность модели зависит от количества и качества данных Модель достоверно отображает месторождение, если месторождение описано достаточно точно Некоторые свойства могут быть не определены или определены приблизительно Данные должны подтверждаться в процессе воспроизведения истории разработки Какие-либо изменения данных должны быть физически обоснованными 6

Месторождение и его модель отличаются по следующим причинам: Входные данные сомнительны. Измерения любого рода имеют погрешность. Например, определение проницаемости методом пропитки керна дает ряд значений, сосредоточенных вокруг среднего. Решение о том, какие из имеющихся замеров достаточны для расчета средней проницаемости и какие из них отражают реальную проницаемость, и является основной задачей. Одной из основных наиболее трудоемких частей моделирования является сбор всевозможных данных и оценка их достоверности. Часто это занимает намного больше времени, чем непосредственное создание гидродинамической модели. Если входные данные представлены с достаточной точностью, то модель ведет себя также как и месторождение, хотя поверхностного сходства между моделью и месторождением может и не быть, что можно увидеть на рисунке. Насколько модель соответствует месторождению? 7

8

Месторождение и его модель отличаются по следующим причинам: Характеристики месторождения могут быть неизвестны. Данные по скважине дают информацию о зоне дренирования и общую информацию о характеристиках месторождения на некотором расстоянии от этой зоны. Сейсмические данные дают дополнительную информацию о структуре. Вся остальная геологическая информация либо предполагается, либо экстраполируется. Например, на рисунке изображен разрез с высокой степенью детализации, но присутствие и реальное местоположение песчаных тел может быть определено только по результатам бурения. Насколько модель соответствует месторождению? 9

Месторождение и его модель отличаются по следующим причинам: Гидродинамическое моделирование может не подходить для моделирования некоторых процессов. Все гидродинамические модели являются дискретными численными моделями, приближающимися к непрерывной системе. Уравнение диффузии, на котором базируется моделирование - это нелинейное дифференциальное уравнение в частных производных, которое может быть прямо решено программой только для очень простых моделей. Вместо этого решается приближение в форме линейных дифференциальных уравнений. Например, дифференциальные уравнения не применимы для сильно сжимающихся флюидов, поэтому не могут детально описать движение свободного газа при достаточно высоких давлениях, обычно начиная приблизительно с 240 бар (24 МПа, 3500 psia). Это типично в отношении притока в скважину из ячеек сетки, с которыми они связаны, в этом случае предоставляется выбор уравнения для расчета притока. Насколько модель соответствует месторождению? 10

Месторождение и его модель отличаются по следующим причинам: Гидродинамическая модель вводит некие представления, которые видоизменяют представление о модели. Все программы для гидродинамического моделирования представляют месторождение и скважины как набор точек, способных отдавать, принимать и содержать флюиды. Этими точками представлены большие и сложные объекты, и метод, с помощью которого усреднялись свойства месторождения для создания свойств в отдельных точках, определяет границы изменения характеристики модели. Например, одна ячейка сетки гидродинамического моделирования может быть на глубине 3 км, иметь координату 100*100*10, иметь одно значение пористости, три значения проницаемости по направлениям X, Y и Z, значения песчанистости и набор кривых относительных проницаемостей и капиллярного давления. Эти ячейки воспринимаются программой как точки. При моделировании флюид будет протекать через ячейки сетки также как через горную породу, если все вышеперечисленные свойства осредненный и/или заграблены так, что сохранились все характеристики потока. Насколько модель соответствует месторождению? 11

Почему гидродинамическое моделирование? 12

Почему гидродинамическое моделирование? Типичные вопросы, решающиеся с помощью гидродинамического моделирования: Точное установление извлекаемых запасов Прогноз графиков добычи Определение необходимого количества скважин Определение наилучшего размещения интервалов перфорации Выбор наилучшей схемы размещения скважин Оценка эффектов раннего прорыва воды или газа и выбор способа их минимизации Оценка необходимого количества наземно-промыслового оборудования и времени его необходимости ввода в эксплуатацию Определение оптимальных объемов закачки и времени ее начала Выявление и оценка застойных зон Оценка объемов подземных хранилищ газа и их возможные дебиты. Оценка оптимальной утилизации попутного газа Оценка финансового риска посредством экономического анализа наилучшего, наихудшего и основного вариантов разработки. 13

Возможности Eclipse 100 ECLIPSE 100 это полностью неявная, трехфазная, трехмерная модель черной нефти 14

Как работает ECLIPSE Статическое описание месторождения Строится пространственная модель месторождения, состоящая из отдельных блоков или ячеек сетки Каждой ячейке сетки присваиваются значения глубины, пористости, проницаемости и определяются ее размеры Данные по PVT свойствам и свойствам породы Задаются значения объемных коэффициентов флюидов, вязкостей, плотностей, отношений газ-нефть/нефть-газ, сжимаемостей породы и воды Задаются относительные фазовые проницаемости и капиллярные давления. Данные для инициализации Определяются контакты флюидов, глубина, давление на этой глубине и капиллярные давления Данные по скважинам Задаются местоположение скважины и перфораций, дебит/приемистость скважин и групп и другие данные, такие как скин- фактор, радиус скважины, контроль и т.д. 15

Как работает ECLIPSE NNC (non-neighbor connections) – ячейки, не имеющие соседних соединений 16

ECLIPSE является программой, работающей с определенным файлом. Инженером создается один входной файл данных для ECLIPSE. Этот файл данных содержит полное описание модели. Модель содержит описание месторождения, описание свойств флюида и породы, данные для инициализации, скважины и их дебиты и данные о поверхностном оборудовании. Входной файл является текстовым и состоит из набора ключевых слов и комментариев. Каждое ключевое слово имеет определенный синтаксис, хотя многие имеют схожий или идентичный синтаксис. Файл данных делится на секции определенными ключевыми словами. У каждой секции своя определенная цель. В общем, ключевые слова ECLIPSE применимы для определенной секции файла данных. ECLIPSE обращается к файлу данных и моделирование происходит с минимальным воздействием со стороны пользователя. Как работает ECLIPSE 17

ECLIPSE читает входной файл данных секция за секцией и обрабатывает каждую секцию по очереди. Различные проверки делаются до обработки следующей секции. Последняя секция является специфической, так как в ней содержатся данные, зависящие от времени, и не считывается как единое целое; ключевые слова обрабатываются в порядке их чтения из файла данных. Первая задача, выполняемая ECLIPSE – это выделение памяти для входных данных. Хотя ECLIPSE выделяет и резервирует столько памяти, сколько требуется для моделирования в целом, различные виды информации в процессе моделирования требуют некоторого количества памяти. Геометрия гидродинамической сетки и свойства преобразуются в форму, более удобную для расчета потоков. Для каждой ячейки ECLIPSE рассчитывает поровый объем, проводимости в трех направлениях, глубину центра и создает связи с другими ячейками, в которые или из которых может перетекать флюид. Эти значения могут меняться как пользователем, так и ECLIPSE. Как работает ECLIPSE 18

Свойства породы и флюида определяются следующим образом. Свойства флюида определяются набором входных таблиц, которые определяют поведение фазы относительно каждой фильтрующейся фазы. Свойства породы определяются набором входных таблиц относительных проницаемостей и капиллярного давления в зависимости от насыщенности. Это сильно влияет на отношение добываемых фаз, т.е. на обводненность и на газовый фактор. Затем определяется начальное состояние модели, чаще всего задаются глубины ВНК и/или ГНК и давление на известной глубине. ECLIPSE использует эту информацию совместно с информацией определенной ранее для расчета начальных градиентов гидростатического давления в каждой зоне месторождения и определения начального насыщения каждой фазой в каждой ячейке сетки до начала разработки. Это называется инициализацией. Как работает ECLIPSE 19

Заключительная секция файла данных – это секция, в которой фактически начинается моделирование. Скважины бурятся, перфорируются и комплектуются, определяется управление добычей и закачкой, скважины открываются, и флюиды начинают перемещаться по месторождению, управляемые скважинами. ECLIPSE выдает различную информацию о результатах моделирования и об их изменении в процессе моделирования, определенную пользователем. После завершения расчетов, эту информацию можно просмотреть, используя текстовые редакторы или программы обработки результатов. Как работает ECLIPSE 20