Специализированные ПО для создания ГДМ

1.

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
Гидродинамическое
моделирование

2. Специализированные ПО для создания ГДМ

Программный комплекс Программный комплекс
«РН-КИМ»
«Tempest» (Emerson)
Предназначен для
(ООО «РНтрехмерного
БашНИПИнефть»)
моделирования
Преимущественно
разработки
разработан для
месторождений
пользования дочерними
углеводородов.
обществами
и подрядчиками
ПАО «Роснефть».
Программный комплекс
Программный комплекс
«tNavigator»
«Техсхема 18»
(Рок Флоу Динамикс)
(ПАО "Сургутнефтегаз«
Самый распространенный в
Преимущественно
НГ компаниях
разработан для
программный комплекс
пользования дочерними
для решения задач ГДМ.
обществами
Возможно отобразить как
ПАО «Сургутнефтегаз». В
2D, так и 3D.
2014 г. являлся третьим ПО
по частоте использования
в России.
Форматы многих ПО совместимы друг с другом, что позволяет В КРАЙНЕМ СЛУЧАЕ
воспроизводить сторонние форматы.
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
2

3. Импортозамещение: гм -6%, гдм -65%

Импортозамещение: гм -6%, гдм 65%
Использование ПО для ГМ (2024)
Использование ПО для ГДМ (2024)
4% 2%0%0%
5%
1% 3%
37%
24%
39%
55%
30%
Irap
Petrel
tNavigator
РН-ГЕОСИМ
Техсхема 15
FlowZoom
tNavigator
Tempest
РН-КИМ
Eclipse
FlowZoom
Техсхема 15

4.

Что представляет ГДМ?
В конечном итоге ГДМ – это совокупность представления объекта в виде
двухмерной или трехмерной сетки ячеек, каждая из которых характеризуется
набором идентификаторов и параметров геологической модели, дополнительно
включая:
геологическую основу;
свойства флюидов – PVT;
фильтрационные параметры - относительные фазовые проницаемости, капиллярные
давления;
фактические данные по скважинам,
который
содержит
интервалы
перфорации,
радиус
скважины,
пластовое или забойное давление,
данные о дебитах (расходах) фаз,
коэффициенты
продуктивности
(приемистости) скважин, обустройстве
месторождения.
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
4

5. Цели моделирования (1)

• Оценка запасов углеводородов
• Исследование механизма фильтрации
• Оптимизация систем разработки
• Планирование добычи
• Прогнозирование, контроль и управление процессом
разработки пласта
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
5

6. Цели моделирования (2)

• решение так называемых обратных задач по уточнению
строения и свойств пласта путем воспроизведения истории разработки,
по обработке результатов исследования скважин, по изучению процессов
вытеснения на керне и определению фазовых проницаемостей
• решение исследовательских задач теории фильтрации, таких как создание моделей
течения в неоднородных и трещиновато-поровых средах, изучение механизмов
воздействия на пласт и моделирование новых технологий, исследование процессов
конусообразования, притока к горизонтальным скважинам и трещинам гидроразрыва и т. п.
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
6

7.

Основные понятия
Гидродинамическое
моделирование
месторождений УВ
Область разработки
месторождений, в которой ПК и
специализированное
программное обеспечение
используются для
прогнозирования потока
флюидов через поровую среду.
Гидродинамическая модель
месторождения
Это математическая модель,
воспроизводящая физические
процессы
в месторождении нефти или газа
при его разработке на систему
дифференциальных уравнений в
частных производных
сохранения массы, импульса и
энергии.
Основная цель построения ГДМ
Анализ текущего состояния и
прогнозирование процесса
разработки. Современные
методы компьютерного
моделирования позволяют
планировать разработку
и принимать текущие решения
на месторождениях любого
размера и уровня сложности.
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
7

8. Последовательность создания модели

• Создание цифровой интегрированной базы геологической, геофизической,
гидродинамической и промысловой информации;
• Создание цифровой геологической модели месторождения;
• Создание многомерных изотермических и неизотермических трёхфазных и
композиционных гидродинамических математических моделей;
• Адаптация модели на историю разработки (этап настройки)
• Прогноз технологических показателей разработки
• Создание цифровых технологий просмотра результатов расчёта созданной
модели.
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
8

9. Последовательность создания модели

Создание
цифровых
технологий
просмотра
результатов
расчета
моделей
Создание цифровой
интегрированной
базы
геологической,
геофизической,
гидродинамической
и промысловой
информации
Прогноз
технологических
показателей
разработки
Адаптация модели
на историю
разработки
(этап настройки)
Создание
цифровой
геологической
модели
месторождения
Создание
многомерных
изотермических и
неизотермических
трёхфазных и
композиционных
гидродинамически
х математических
моделей
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
9

10. необходимо Необходимо

Необходимо
Понимать ограничения симуляторов
Уметь отбраковывать исходные данные
Уравнения, описывающие работу скважин, имеют ограничения
Иметь представления о принципах задавания шага по времени
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
10

11. Исходные данные (1)

• Топоснова, полигоны лицензий
• Стратиграфические разбивки (маркеры)
• Структурные карты кровли, подошвы и поверхности
нарушений пласта, зон замещения и выклинивания,
водоохранных зон, категорий запасов
• Карты или кубы сейсмических атрибутов
• Карты эффективных
и нефтенасыщенных толщин 2D
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
11

12. Исходные данные (2)

• Кривые ГИС
• Результаты интерпретации ГИС (РИГИС)
• Уравнения петрофизических зависимостей «керн-керн» и
«керн-ГИС», средние и граничные значения коллекторских
свойств, кривые капилярного давления
• Отбивки флюидных контактов
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
12

13. Исходные данные (3)

• Координаты устья скважин, альтитуды
• Инклинометрия
(гироскопы на «старых»
скважинах) скважин
• Координаты пластопересечений
(макшейдерская служба)
• Даты бурения и ввода скважин в добычу (под
закачку)
• Карты накопленных отборов и закачки
• Трассерные исследования
• Термометрия скважин
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
13

14. Исходные данные (4)

• Фильтрационно-емкостные параметры
(пористость, проницаемость);
• Фильтрационные параметры (относительные
фазовые проницаемости, капиллярные
давления, данные PVT);
• Данные по скважинам (интервалы перфорации,
радиус скважины, забойное давление, дебит)
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
14

15. Исходные данные (5)

• Неоднородность коллектора;
• Многофазность и многокомпонентность
фильтрационных потоков;
• Капиллярные и гравитационные силы
(многомерная фильтрация);
• Последовательный порядок разбуривания,
систему размещения и режимы работы
нагнетательных и добывающих скважин.
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
15

16. Параметры адаптации модели

Фильтрационноёмкостные свойства
Относительные фазовые
проницаемости
Энергетическая
характеристика объекта
Уточнение геометрических
характеристик месторождения
(залежи)
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
16

17. Для качественной адаптации необходимо (1)

Результаты
интерпретации
данных
геохимических
исследований,
геофизических
данных
Данные 3D- или
детализационной
2Dсейсморазведки
Измерения на кернах
фазовых
проницаемостей,
капиллярных
давлений,
остаточной
нефтенасыщенности,
коэффициентов
вытеснения нефти
Результаты
литологических
исследований
керна,
шлифов,
палеонтологич
еские
исследования
Данные
инклинометрии
скважин
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
17

18. Для качественной адаптации необходимо (2)

Контроль за
разработкой
(дебитометрия,
термометрия,
влагометрия)
Результаты
гидродинамических
исследований
скважин
Данные о
конструкциях
скважин
Сведения о
компонентном
составе
флюидов
Лабораторные
исследования
PVT свойств
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
18

19. Действия при создании модели

• Загрузить сетку модели
и схему выделения
слоёв.
• Определить свойства
пласта.
• Определить свойства
пластовых флюидов.
• Задать начальные
условия, например,
контакты флюидов и
начальные давления.
• Расположить скважины и
смоделировать
перфорации.
• Задать дебиты по
истории разработки и
ограничения добычи для
прогноза.
• Провести расчёты.
• Проанализировать
результаты.
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
19

20. Типовые модули симулятора

Модуль
трёхфазного
моделирования
Модуль
неизотермической
фильтрации
Модуль
композиционного
моделирования
Модуль PVT
Модуль
автоматической
адаптации
Модуль
визуализации
результатов
расчёта
Пуртова Инна Петровна к.т.н. тел. 8(912)9244778
эл.почта inna10@inbox.ru
20

21. Модели фильтрации

модели двух- и
трёхфазной фильтрации
несмешивающихся
жидкостей (модель
нелетучей нефти)
модель
многокомпонентной
фильтрации
(композиционная модель)
модель неизотермической
фильтрации
модели физикохимических методов
воздействия на пласт
модели фильтрации в
среде с двойной
пористостью и с двойной
проницаемостью для
моделирования процессов
в трещиновато-поровых
коллекторах
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
21

22.

Типы сеток
• блочно-центрированная
• с распределенными узлами
• с геометрией угловой точки
• прямоугольная
• цилиндрическая
• криволинейная
• полигонов Вороного
• гибкая
• с локальным измельчением
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
22

23. Блочно-центрированная сетка

23

24. Сетки с распределенными узлами

24

25. С геометрией угловой точки

25

26. Диаграмма Вороного для 11 точек

26

27. Метод отражения для аппроксимации граничных условий

27

28. Методы аппроксимаций и решения уравнений

• явный
• неявный,
• прямой
• итерационный,
упорядочение и решение систем линейных уравнений, контроль за
сходимостью
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
28

29. Контроль за работой скважин

Задание дебитов
Задание забойных давлений
Ограничения для групп
скважин
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
29

30. Нагнетание рабочих агентов

закачка горячей
воды и пара в
пласт
закачка холодной
воды в пласт
закачка кислот, щелочей, ПАВ,
мицеллярных растворов в
пласт
закачка сухого
газа (метан) в
пласт
закачка воздуха при внутрипластовом
горении
закачка бактерий в
пласт
закачка
растворителей
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
30

31. Типовые условия и допущения в гидродинамической модели (1)

фильтрация флюидов трехмерная, двухфазная: нелетучая
нефть с растворенным газом и минерализованная вода;
• расчет полей давления и насыщенности осуществляется по
схеме разностного решения уравнений материального баланса
совместно с уравнениями движения для каждой из фаз (закон
Дарси, фильтрационная модель Баклея-Леверетта);
• водонапорная область модели задана путем охвата
расчетной областью площади водонасыщенной законтурной
области, при этом на удаленных гранях расчетной сетки
выполняются условия непротекания;
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
31

32. Типовые условия и допущения в гидродинамической модели (2)

• уровень ВНК принят горизонтальным;
скелет пласта считается упруго-деформируемым;
• физико-химические свойства нефти зависят от пластового давления и
заданы в табличном виде;
• начальное пластовое давление соответствует гидростатическому;
• гравитационные и капиллярные силы учитываются явным образом;
• скважины проходят через центр расчетного блока вертикально;
• значения коллекторских свойств (пористости, проницаемости,
песчанистости) в ячейках, через которые проходят скважины,
рассчитаны по каротажным диаграммам. Для остальных ячеек заданы
путем трехмерной интерполяции в пределах каждого пласта
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
32

33.

Этапы моделирования
Формулирование в
математических
терминах законов,
описывающих
поведение объекта
Решение прямой
задачи, т. е. получение
путем исследования
модели выходных
данных для
дальнейшего
сопоставления с
результатами
наблюдений за
объектом
моделирования
Адаптация модели по
результатам
наблюдения, решение
обратных задач, т. е.
определение
характеристик
модели, которые
оставались
неопределенными
Анализ модели, её
модернизация по
мере накопления
новой информации
об изучаемом
объекте,
постепенный
переход к новой
более совершенной
модели
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
33

34. Основные принципы гидродинамических симуляторов

Закон сохранения вещества
Закон переноса вещества
Уравнения состояния
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
34

35.

Этапы построения ГДМ
1 этап.
Подготовка исходных данных
(геология, ФЕС, исторический фонд и т.д.)
1.1 этап. Ремасштабирование ГМ (при необходимости)
2 этап.
Адаптация модели
3 этап.
Расчет прогнозных вариантов
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
35

36.

Этап 1.
Подготовка исходных данных
Переход из ГМ к фильтрационной модели
Минимальный набор кубов, необходимых для запуска гидродинамической модели, помимо
геометрии включает:
Куб пористости (PORO) – строится в ГМ;
Куб песчанистости/коллектор-неколлектор (NTG) – строится в ГМ;
Куб нефтенасыщенности (SOIL) или водонасыщенности (SWAT) – если есть
один из данных кубов, то по формуле 1=SOIL+SWAT рассчитываем второй
напрямую в ГМ или в ГД симуляторе;
Куб латеральной абсолютной проницаемости по направлению X (PERMX) –
рассчитывается по зависимости, если в исходной ГМ нет данного куба;
Куб латеральной абсолютной проницаемости по направлению Y (обычно
ставится PERMY=PERMX);
Куб латеральной абсолютной проницаемости по направлению Z
(прописывается с учетом коэффициента анизотропии для данного пласта PERMZ=PERMX*0.1).
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
36

37.

Этап 1.1.
Ремасштабирование ГМ – апскейлинг
Цель проведения ремасштабирования
максимально укрупнить геологическую модель с минимальной погрешностью.
Процедура ремасштабирования геомодели состоит из двух этапов:
1. ремасштабирование структуры;
2. ремасштабирование свойств.
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
37

38. Адаптация модели (влияние параметров на показатели)

(Азиз Х., Сеттари Э., 1982)
• Средний уровень пластового давления,
• Распределение давлений в пласте,
• Распределение насыщенности,
• Забойные давления.
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
38

39. Корректировка пластового давления

• Подбор объема законтурной области
• Степень законтурной области с основным пластом
• Модификация абсолютной и относительной проницаемости
• Проводимость нарушений
Корректировка насыщенности
• Изменение фазовых проницаемостей
• Изменение вертикальной анизотропии
• Моделирование горизонтальных глинистых барьеров,
отделяющиеслои пласта с различным насыщением
Корректировка забойного давления
• Подбор коэффициента продуктивности или приемистости скважин
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
39

40. Принципы адаптации 1 (определение целей адаптации)

Уточнение особенностей строения пласта
Уточнение объема законтурной области
Выявление недостоверные исходных данных и параметров, к которым наиболее
чувствительна модель
Определение отклонений от нормальных, средних для данной площади, условий
разработки, как в отдельных скважинах, так и на некоторых участках
Степень детальности идентификации моделей, которые будут использоваться
только для прогноза интегральных показателей разработки или еще и для
управления работой отдельных скважин, должна быть различной
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
40

41. Принципы адаптации 2 (выбор метода адаптации)

ручного или автоматизированного определяется
- целями работы
- доступными временными ресурсами
- доступными материальными ресурсами
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
41

42. Принципы адаптации 3 (выбор параметров, которые будут подгоняться)

При высокой достоверности исходной информации желательно стремиться к совпадению
расчетных и фактических показателей по отдельным скважинам и, следовательно, по
объекту в целом.
При несовпадении надо выявить причины расхождений, возможна постановка задачи по
проведению дополнительных геофизических и гидродинамических исследований с целью
уточнения скин-фактора по отдельным скважинам, определения заколонных перетоков,
ухода закачиваемой воды в другие пласты и т. п.
При низком качестве исходной информации, стремятся только к воспроизведению
интегральных показателей по участку или месторождению, не добиваясь совпадения по
скважинам.
Иногда помимо интегральных показателей подгоняют показатели только по высокодебитным
скважинам
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
42

43. Принципы адаптации 4 (определение параметров пласта, которые могут быть изменены)

Параметры характеризуются наибольшей степенью неопределенности и при этом
существенно влияют на поведение пласта
объем и степень активности законтурной области
поровый объем
сжимаемость пластовой системы
распределение абсолютной и фазовых проницаемостей
Параметры и свойства пласта, которые могут быть подвергнуты корректировке,
ранжируются по степени достоверности исходной информации о них. В некоторых
случаях для подтверждения или опровержения гипотез о строении и свойствах пласта,
выдвинутых в ходе воспроизведения истории, могут быть поставлены специальные
промысловые эксперименты
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
43

44. Принципы адаптации 5 (проведение многовариантных расчетов)

Сначала на модели воспроизводится изменение уровней и распределения пластового давления во
времени.
Эти расчеты рекомендуется проводить, задавая граничные условия на скважинах в виде суммарного
отбора или закачки всех фаз, т. к. в этом случае в модели повторяется фактический суммарный
объем флюидов в пласте.
На следующей стадии подгоняется распределение насыщенности, причем сначала воспроизводятся
интегральные показатели: суммарный отбор нефти, воды и газа по участкам или пласту в целом.
На этой стадии можно использовать те же граничные условия на скважинах и в результате получить
единые для каждого участка или пласта фазовые проницаемости.
На следующей стадии воспроизводятся показатели по отдельным скважинам.
С этой целью обычно уточняют фазовые проницаемости вокруг скважин. При воспроизведении
насыщенности может измениться поле давления, поэтому процедуру настройки модели обычно
проводят путем нескольких итераций.
И наконец, после того как поля давления и насыщенностей восстановлены, подбирают
коэффициенты продуктивности и приемистости таким образом, чтобы воспроизвести забойные
давления по скважинам.
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
44

45. Принципы адаптации 6 (проверка критерия п.3)

Если критерий выполнен, то задача идентификации модели решена.
В противном случае, осуществляется переход к п. 4 с целью выбора новых параметров для
корректировки в соответствии с ранжированием.
Если основная цель моделирования – дальнейшее прогнозирование технологических
показателей разработки, то следует стремиться к тому, чтобы наилучшим образом был
воспроизведен последний период истории, непосредственно предшествующий прогнозному.
Если модель будет использоваться еще и для расстановки новых скважин и
прогнозирования динамики их обводнения, то необходимо также качественно воспроизвести
момент прорыва воды к скважинам и показатели их работы на раннем этапе.
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
45

46.

Адаптация модели
Этап 2.
Адаптация модели
процесс измерения параметров модели таким образом, чтобы результаты расчета
за период истории разработки совпали с фактическими данными (давления
и дебиты фаз) при допустимом отклонении, прописанном в регламенте.
Почему расчетные и фактические показатели расходятся?
Большинство параметров модели не поддаются непосредственному измерению, и их
приближенные значения оцениваются косвенно через другие переменные.
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
46

47.

Этап 2.
Адаптация модели
Варьируемые параметры
процесс измерения параметров модели таким образом, чтобы результаты расчета
за период истории разработки совпали с фактическими данными (давления
и дебиты фаз) при допустимом отклонении, прописанном в регламенте.
Рекомендуется сначала прибегать к глобальной настройке (в целом по объекту),
а уже потом к локальной (по скважинам)
Глобальная настройка
Локальная настройка
Давление
• граничные условия;
• проницаемость;
• вертикальная
анизотропия пласта;
• настройка уровня
закачки.
Дебиты
• ОФП – форма и
концевые точки;
• проницаемость.
• Продуктивность и
интервалы вскрытия
пласта (перфорации);
• скин-фактор,
параметры ГРП;
• проницаемость;
• концевые точки;
• модификация
литологии.
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
47

48.

Этап 3.
Расчет прогнозных вариантов
Расчет прогнозных вариантов выполняется на основе адаптированных фильтрационных моделей. Для
расчета в секции SCHEDULE/RECU подключается файл, в котором прописываются данные о скважинах и
ограничениях согласно данному варианту.
Начала расчета
на прогноз
с рестарта
Вывод
результатов
Вывод
результатов
Вариант
базовый
Траектории скважин
Конец
расчета
Перфорации
История
Исторические данные
о дебитах/давлениях
События (PROD,
SHUT, INJ),
ограничения
Возможная структура
подключаемых файлов
Пуртова Инна Петровна к.т.н.
тел. 8(912)9244778 эл.почта
inna10@inbox.ru
48