КММУВ Введение

1.

ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ

2.

ВВЕДЕНИЕ
Содержание
• Моделирование
• Модели пласта
• Гидродинамическое моделирование
• Применение гидродинамических моделей
• Типы гидродинамических моделей
• Развитие моделирования
2

3.

МОДЕЛИРОВАНИЕ
«Все модели неправильны,
но некоторые полезны»
Джордж Бокс
3

4.

МОДЕЛИРОВАНИЕ
Понятие модели
• Модель
– аналог (заместитель) изучаемого
объекта/явления
– упрощение объекта
• возможность реализации (построения)
модели
• отражает только основные свойства и
функции объекта
• Цель моделирования
– исследование объекта
– прогноз поведения объекта
– экономия финансов и времени
4

5.

МОДЕЛИРОВАНИЕ
Модели
Физические
Математические
5

6.

МОДЕЛИРОВАНИЕ
Математическая модель
• Пример
мяч – точка с определенной массой
движение в плоскости
перпендикулярной поверхности
нет сопротивления воздуха
мяч не вращается
6

7.

МОДЕЛИРОВАНИЕ
Модели в нефтегазовой отрасли
Модель поверхностного
обустройства
(сети сбора и ППД)
Модели технологических
процессов
нефтегазопереработки
Модель скважины
Модели пласта
7

8.

ВВЕДЕНИЕ
Содержание
• Моделирование
• Модели пласта
• Гидродинамическое моделирование
• Применение гидродинамических моделей
• Типы гидродинамических моделей
• Развитие моделирования
8

9.

МОДЕЛИ ПЛАСТА
Виды моделей пласта
Модели пласта
Статические
Динамические
Седиментологическая
9

10.

МОДЕЛИ ПЛАСТА
Виды моделей пласта
• Седиментологическая модель (обстановка осадконакопления)
Блок-диаграмма
10

11.

МОДЕЛИ ПЛАСТА
Виды моделей пласта
Модели пласта
Статические
Динамические
Седиментологическая
Гидродинамическая
Геологическая
11

12.

МОДЕЛИ ПЛАСТА
Виды моделей пласта
• Математические (цифровые) модели пласта
– представление пласта в виде набора ячеек в пространстве
– ячейки характеризуются петрофизическими свойствами
– свойства однородны внутри ячейки
12

13.

МОДЕЛИ ПЛАСТА
Виды моделей пласта
• Математические (цифровые) модели пласта
– представление пласта в виде набора ячеек в пространстве
– ячейки характеризуются петрофизическими свойствами
– свойства однородны внутри ячейки
50-100 м
50-100 м
0.2-1 м
литология
песчанистость
пористость
проницаемость
насыщенность
давление
13

14.

МОДЕЛИ ПЛАСТА
Виды моделей пласта
• Математические (цифровые) модели пласта
– представление пласта в виде набора ячеек в пространстве
– ячейки характеризуются петрофизическими свойствами
– свойства однородны внутри ячейки
Геологическая модель
– свойства не изменяются со временем
14

15.

МОДЕЛИ ПЛАСТА
Виды моделей пласта
• Математические (цифровые) модели пласта
– представление пласта в виде набора ячеек в пространстве
– ячейки характеризуются петрофизическими свойствами
– свойства однородны внутри ячейки
Геологическая модель
– свойства не изменяются со временем
Гидродинамическая модель
– часть свойств изменяются со временем
– включает дополнительные параметры
для описания изменений свойств
15

16.

МОДЕЛИ ПЛАСТА
Виды моделей пласта
Модели пласта
Статические
Динамические
Седиментологическая
Гидродинамическая
Геологическая
Бассейновая
16

17.

МОДЕЛИ ПЛАСТА
Виды моделей пласта
• Бассейновая модель (углеводородной системы)
– гидродинамическая модель
– термодинамическая модель
– описывает процессы
• генерации
• миграции
• аккумуляции
• потерь
углеводородов
Ловушка нефти
Ловушка газа
Миграция нефти
Миграция нефти/газа
Миграция газа
17

18.

МОДЕЛИ ПЛАСТА
Виды моделей пласта
Модели пласта
Статические
Динамические
Седиментологическая
Гидродинамическая
Геологическая
Бассейновая
18

19.

МОДЕЛИ ПЛАСТА
Виды моделей пласта
Модели пласта
Статические
Динамические
Седиментологическая
Гидродинамическая
Геолого-гидродинамическая модель (ГГДМ)
Геолого-технологическая модель (ГТМ)
Геологическая
Бассейновая
19

20.

ВВЕДЕНИЕ
Содержание
• Моделирование
• Модели пласта
• Гидродинамическое моделирование
• Применение гидродинамических моделей
• Типы гидродинамических моделей
• Развитие моделирования
20

21.

ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Результаты расчета гидродинамической модели
• Графики
– месторождение
Текущие показатели
Накопленные показатели
Характеристики вытеснения
21

22.

ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Результаты расчета гидродинамической модели
• Графики
– скважины
Забойное давление
Обводненность
Кроссплоты
22

23.

ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Результаты расчета гидродинамической модели
• Кубы свойств
– динамика изменения во времени
2015 г.
2020 г.
2025 г.
23

24.

ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Результаты расчета гидродинамической модели
• Кубы свойств
– карты, разрезы
2015 г.
24

25.

ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Понятие
• Гидродинамическая модель
– модель пласта, представленная в виде набора ячеек
– петрофизические свойства внутри ячейки однородны
– часть свойств ячеек могут изменяться во времени
– перетоки флюидов происходят из одной ячейки в другую
– включает свойства породы-флюидов,
физико-химические свойства флюидов
– включает модель притока в скважину
25

26.

ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Понятие
• Гидродинамическая модель
Структурная сетка
Статические
фильтрационноемкостные свойства
Специальные
исследования керна
(SCAL)
Начальные условия
Физико-химические
свойства флюидов
(PVT)
Режимы работы
скважин
26

27.

ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Понятие
• Гидродинамическое моделирование
Модель
?
Результаты
27

28.

ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Понятие
• Гидродинамическое моделирование
– решение уравнений гидродинамики
• дифференциальные уравнения
Материальный баланс
Закон Дарси
28

29.

ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Понятие
• Гидродинамическое моделирование
– решение уравнений гидродинамики
• дифференциальные уравнения
• решение численными методами
29

30.

ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Математические
модели
Аналитические
Численные
Решение в виде явного
выражения неизвестного
от входных данных
Решение путем
многократное вычисления
простых выражение
точное решение
быстрые
ограниченное применение
приближенное решение
медленные
универсальные
30

31.

ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Математические
модели
Аналитические
Численные
r
31

32.

ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Математические
модели
Аналитические
?
Численные
32

33.

ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Понятие
• Гидродинамическое моделирование
– решение уравнений гидродинамики
• дифференциальные уравнения
• решение численными методами
…
…
33

34.

ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Понятие
• Симулятор
– программная реализация решения уравнений гидродинамики
Sub Solver(aMat() As Double, b() As
Dim i As Integer, j As Integer,
Dim nm1 As Integer, kb As Integer,
Dim T As Double
nm1 = N - 1
For k = 1 To nm1
kp1 = k + 1
For i = kp1 To N
b(i) = b(i) + aMat(i, k) * T
Next i
Next k
For kb = 1 To nm1
km1 = N - kb
k = km1 + 1
b(k) = b(k) / aMat(k, k)
T = -b(k)
For i = 1 To km1
b(i) = b(i) + aMat(i, k) * T
Next i
Next kb
b(1) = b(1) / aMat(1, 1)
End Sub
…
…
ECLIPSE (Schlumberger)
Tempest (ROXAR)
tNavigator (Rock Flow Dynamics)
34

35.

ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Понятие
• Гидродинамическое моделирование
Модель
Текстовые и бинарные
файлы
?
Симулятор
Результаты
Текстовые и бинарные
файлы
35

36.

ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Понятие
• Препроцессор
– программа для подготовки и обработки исходных данных модели
Текстовые и бинарные
файлы
• Постпроцессор
– программа для визуализации и обработки результатов расчета модели
Текстовые и бинарные
файлы
36

37.

ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Понятие
• Инструменты гидродинамического моделирования
Препроцессор
Текстовые и бинарные
файлы
Симулятор
Постпроцессор
Текстовые и бинарные
файлы
37

38.

ВВЕДЕНИЕ
Содержание
• Моделирование
• Модели пласта
• Гидродинамическое моделирование
• Применение моделирования на различных стадиях разработки
• Типы гидродинамических моделей
• Развитие моделирования
38

39.

ПРИМЕНЕНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
Применение гидродинамических моделей при проектировании
разработки
• Построение геолого-гидродинамической модели
39

40.

ПРИМЕНЕНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
Применение гидродинамических моделей при проектировании
разработки
• Формирование вариантов разработки
1. Семиточечная 500 м
2. Девятиточечная 750 м
3. Рядная 500 м
4. Пятиточечная 500 м
40

41.

ПРИМЕНЕНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
Применение гидродинамических моделей при проектировании
разработки
• Расчет и анализ технологических показателей
1. Семиточечная 500 м
2. Девятиточечная 750 м
3. Рядная 500 м
4. Пятиточечная 500 м
41

42.

ПРИМЕНЕНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
Применение гидродинамических моделей при проектировании
разработки
• Экономический анализ
1. Семиточечная 500 м
2. Девятиточечная 750 м
3. Рядная 500 м
4. Пятиточечная 500 м
42

43.

ПРИМЕНЕНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
Применение моделей на различных стадиях разработки
• Стадии разработки
Основной период разработки
Завершающий период
разработки
II
I
III
IV
Разведка
43

44.

ПРИМЕНЕНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
Применение моделей на различных стадиях разработки
• Разведка, I стадия
– Выбор режима разработки
– Выбор схемы размещения скважин
– Определение графика бурения
– Выбор поверхностного обустройства
– Выбор нефтегазовых сооружений (платформа, буровое судно, …)
44

45.

ПРИМЕНЕНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
Применение моделей на различных стадиях разработки
• Разведка, I стадия
– Большие капиталоемкие решения
– Необходима точная оценка
– Малый объем геолого-геофизической информации
– Отсутствует история разработки
45

46.

ПРИМЕНЕНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
Применение моделей на различных стадиях разработки
• II стадия
– Анализ и корректировка текущего
плана разработки
– Планирование геолого-технических мероприятий (ГТМ)
– Объем геолого-геофизической информации
– Существует история разработки
Настройка (адаптация) модели
46

47.

ПРИМЕНЕНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
Применение моделей на различных стадиях разработки
• III+IV стадия
– Анализ эффективности применения
методов увеличения нефтеотдачи (МУН)
– Время «покидания» месторождения
– Объем геолого-геофизической информации
– Длительная история разработки
47

48.

ВВЕДЕНИЕ
Содержание
• Моделирование
• Модели пласта
• Гидродинамическое моделирование
• Применение моделирования на различных стадиях разработки
• Типы гидродинамических моделей
• Развитие моделирования
48

49.

ТИПЫ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
Гидродинамические
модели
Модели
флюидов
Учет температуры
Модели
фильтрационной среды
Модель нелетучей
нефти
Композиционная
модель
Модели физикохимического
воздействия на
пласт
49

50.

ТИПЫ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
Модели флюидов
• Модель нелетучей нефти (Black Oil)
– флюиды (фазы) представлены 3 компонентами
• нефть
• газ
• вода
– газ может растворяться в нефти
– постоянный композиционный состав
– материальный баланс для каждого компонента
– простота построения
– низкая вычислительная трудоемкость
– используется по умолчанию
порода
газ
Поровое
нефть
нефтьгаз
пространство
вода
50

51.

ТИПЫ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
Модели флюидов
• Модель нелетучей нефти (Black Oil)
– добыча на режиме истощения
порода
(первичная разработка)
– заводнение (вторичная разработка)
– несмешивающееся нагнетание газа
• водогазовое воздействие: попеременная
газ
Поровое
нефть
нефтьгаз
пространство
вода
закачка оторочек воды и газа
51

52.

ТИПЫ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
Модели флюидов
• Композиционная модель (Compositional)
– флюиды (фазы) представлены компонентами
• С1 С2 … Сn+ углеводородные компоненты
• N2 CO2 неорганические вещества
• вода
– изменяемый композиционный состав
– материальный баланс для каждого компонента
– свойства флюидов определяются на основе
уравнения состояния
– сложность построения
– высокая вычислительная трудоемкость
порода
С1 С2 …С
n+ N2 CO2
газ
С1 С2нефть
…Сn+ N2 CO2
вода
52

53.

ТИПЫ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
Модели флюидов
• Композиционная модель (Compositional)
– смешивающееся нагнетание газа
• водогазовое воздействие
– разработка газоконденсатных месторождений
• рециркуляция газа (сайклинг-процесс)
– разработка месторождений флюидов в
порода
С1 С2 …газ
Сn+ N2 CO2
С1 С2нефть
…Сn+ N2 CO2
вода
сверхкритическом состоянии
53

54.

ТИПЫ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
Модели флюидов
• Модели физико-химического воздействия на пласт
– расширенная композиционная модель или
модель нелетучей нефти
– дополнительные компоненты
• полимер
• ПАВ
• растворитель
порода
газ
Поровое
нефть
пространство
ПАВ полимер
вода
растворитель
54

55.

ТИПЫ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
Гидродинамические
модели
Модели
флюидов
Учет температуры
Модель нелетучей
нефти
Изотермическая
модель
Композиционная
модель
Тепловая
модель
Модели
физикоХимические
химического
модели
воздействия на
пласт
Модели
фильтрационной среды
55

56.

ТИПЫ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
Учет температуры
• Изотермическая модель (Isothermal)
– постоянная температура во всех ячейках
в любой момент времени
– используется по умолчанию
• Тепловая модель (Thermal)
порода
газ
Поровое
нефть
пространство
пар
вода
вода
– дополнительный компонент пар
– учитывается изменение температуры в ячейках
• дополнительные уравнения термодинамики
– учитывается изменение свойств породы и флюидов
при изменении температуры
• дополнительные зависимости свойств от температуры
56

57.

ТИПЫ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
Учет температуры
• Тепловая модель (Thermal)
– закачка пара
• пароциклическая обработка скважин
(Huff and Puff)
• паротепловое воздействие на пласт
• парогравитационный дренаж (SAGD)
порода
газ
Поровое
нефть
пространство
пар
вода
вода
– вытеснение горячей/холодной водой
– внутрипластовое горение
57

58.

ТИПЫ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
Гидродинамические
модели
Модели
флюидов
Учет температуры
Модели
фильтрационной среды
Модель нелетучей
нефти
Изотермическая
модель
Модель одинарной
пористости
Композиционная
модель
Тепловая
модель
Модель двойной
пористости
Модели физикохимического
воздействия на
пласт
Модель двойной
проницаемости
58

59.

ТИПЫ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
Модели фильтрационной среды
• Модель одинарной пористости
(Single Porosity)
– запасы углеводородов содержаться в
поровом пространстве (матрице)
– движение флюидов происходит по поровому
пространству (матрице)
– используется по умолчанию
порода
газ
Поровое
нефть
пространство
вода
59

60.

ТИПЫ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
Модели фильтрационной среды
Вторая среда
• Модель двойной пористости
(Double/Dual Porosity)
– основные запасы углеводородов
содержаться в поровом пространстве (матрице)
– матрица не проницаема
– движение флюидов происходит по второй
среде (трещинам, кавернам)
порода
газ
Поровое
нефть
пространство
вода
Матрица
60

61.

ТИПЫ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
Модели фильтрационной среды
Вторая среда
порода
• Модель двойной проницаемости
(Double/Dual Permeability)
– основные запасы углеводородов
содержаться в поровом пространстве (матрице)
– движение флюидов происходит
• по поровому пространству
• по второй среде (трещинам, кавернам)
газ
нефть
вода
порода
газ
Поровое
нефть
пространство
вода
61

62.

ТИПЫ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
Гидродинамические
модели
Модели
флюидов
Учет температуры
Модели
фильтрационной среды
Модель нелетучей
нефти
Изотермическая
модель
Модель одинарной
пористости
Композиционная
модель
Тепловая
модель
Модель двойной
пористости
Модели физикохимического
воздействия на
пласт
Модель двойной
проницаемости
6262

63.

ВВЕДЕНИЕ
Содержание
• Моделирование
• Модели пласта
• Гидродинамическое моделирование
• Применение моделирования на различных стадиях разработки
• Типы гидродинамических моделей
• Развитие моделирования
63

64.

РАЗВИТИЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ
История развития гидродинамического моделирования
1930-1940
1950
1960
1970
1980
1990-2000
• Физические модели
64

65.

РАЗВИТИЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ
История развития гидродинамического моделирования
1930-1940
1950
1960
1970
1980
1990-2000
• Формулировка основных принципов
и уравнений гидродинамики
• 2D структурная сетка
• 2 фазы (несжимаемые)
нефть
вода
65

66.

РАЗВИТИЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ
История развития гидродинамического моделирования
1930-1940
1950
1960
1970
1980
1990-2000
• Модель нелетучей нефти (Black Oil)
• 3D структурная сетка
• 3 фазы (сжимаемые)
• Множество скважин (>2)
газ
нефть
вода
66

67.

РАЗВИТИЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ
История развития гидродинамического моделирования
1930-1940
1950
1960
1970
1980
1990-2000
• Композиционная модель (Compositional)
• Химические модели (Chemical)
• Тепловая модель (Thermal)
67

68.

РАЗВИТИЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ
История развития гидродинамического моделирования
1930-1940
1950
1960
1970
1980
1990-2000
• Моделирование трещиноватых коллекторов
– модели двойной среды
• Структурная сетка геометрии угловой точки
• Графический интерфейс пользователя
• Геостатистика
68

69.

РАЗВИТИЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ
История развития гидродинамического моделирования
1930-1940
1950
1960
1970
1980
1990-2000
• Интегрированные модели
• Структурная сетка Вороного
• Апскейлинг (Ремасштабирование)
• Распараллеливание расчетов
69

70.

РАЗВИТИЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ
Предпосылки развития моделирования
• Увеличение мощности процессора (CPU)
Количество транзисторов процессора
Количество ячеек
Количество ячеек модели
Процессор
Годы
Schlumberger, 2012
70

71.

РАЗВИТИЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ
Предпосылки развития моделирования
• Параллельные вычисления
71

72.

РАЗВИТИЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ
Предпосылки развития моделирования
• Совершенствование методов визуализации
72

73.

РАЗВИТИЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ
Предпосылки развития моделирования
• Интегрированные пакеты программ
73

74.

РАЗВИТИЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ
Предпосылки развития моделирования
• Геостатистика
– раздел статистики, изучающий взаимосвязь между данными в
пространстве
74

75.

РАЗВИТИЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ
Предпосылки развития моделирования
• Апскейлинг (Ремасштабирование)
– процедура перехода от мелкоячеистой модели (геологической) к
крупноячеистой (гидродинамической)
Геологическая модель
Гидродинамическая модель
≈106-107 ячеек
≈105-106 ячеек
75

76.

РАЗВИТИЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ
Предпосылки развития моделирования
• Организационные изменения в отрасли
– проектирование разработки месторождений в
“мультидисциплинарных” (проектных) командах
– разработка собственного программного обеспечения внутри
компаний
– появление сервисных компаний, оказывающих услуги по
направлению геологического и гидродинамического моделирования
76

77.

СПАСИБО
Самарский государственный
технический университет
https://samgtu.ru/