Научная статья на тему 'Оптимизация процесса цифрового 3D-моделирования месторождений нефти и газа'

Оптимизация процесса цифрового 3D-моделирования месторождений нефти и газа Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
886
131
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
3D-МОДЕЛИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ И ГАЗА / ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА / ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Захарова Алена Александровна, Иванов Максим Анатольевич

Предложена схема оптимизации процесса цифрового 3D-моделирования месторождений нефти и газа. Это позволяет сократить сроки проектирования разработки нефтегазовых месторождений, повысить качество и надежность создаваемых моделей. Разработанные программные средства автоматизируют различные этапы процесса моделирования и применяются при решении практических задач. Данные средства были опробованы при проектировании разработки ряда месторождений Томской области, а также при подготовке специалистов в области проектирования разработки нефтегазовых месторождений.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Захарова Алена Александровна, Иванов Максим Анатольевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

OPTIMIZATION OF A 3D-MODELING DIGITAL PROCESS OF OIL AND GAS FIELDS

The optimization scheme of a 3D-modeling digital process of oil and gas fields is offered. It allows reducing the terms to design the development of oil-and-gas deposits, to raise quality and reliability of created models. The developed software automate various stages of the modeling process and are applied at to solve practical problems. The given means were tested at designing development of several deposits of Tomsk region, as well as by preparation of experts in the field of designing development of oil-and-gas deposits.

Текст научной работы на тему «Оптимизация процесса цифрового 3D-моделирования месторождений нефти и газа»

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Боровикова О.И., Загорулько Ю.А. Организация порталов знаний на основе онтологий // Компьютерная лингвистика и интеллектуальные технологии: Труды Междунар. семинара «Диа-лог'2002». - Протвино, 2002. - Т. 2. - С. 76-82.

2. Тихомиров И.А. Распознавание интерфейсов Интернет-ресурсов на основе использования неоднородных семантических сетей // Труды 9-й национальной конф. по искусственному интеллекту «КИИ'2004». - М.: Физматлит, 2004. - Т. 1. -С. 179-185.

3. Хорошевский В.Ф. Управление знаниями и обработка ЕЯ-текстов // Труды 9-й национальной конф. по искусственному интеллекту «КИИ'2004». - М.: Физматлит, 2004. - Т. 2. -С. 565-572.

4. Сидорова Е.А. Технология разработки тематических словарей на основе сочетания лингвистических и статистических методов // Компьютерная лингвистика и интеллектуальные технологии: Труды Междунар. конф. «Диалог'2005». - М.: Наука, 2005. - С. 443-449.

5. Загорулько Ю.А., Кононенко И.С., Сидорова Е.А. Семантический подход к анализу документов на основе онтологии предметной области // Компьютерная лингвистика и интеллектуальные технологии: Труды Междунар. конф. «Диалог'2006». -М.: Изд-во РГГУ, 2006. - С. 468-473.

6. Боровикова О.И., Загорулько Ю.А., Загорулько Г.Б., Кононенко И.С. Подход к построению портала знаний по компьютерной лингвистике // Системный анализ и информационные технологии: Труды II Междунар. конф. - Обнинск, 2007. - Т. 1. - С. 126-129.

Поступила 05.03.2007г.

Ключевые слова:

Онтологическая информация, Интернет-ресурсы, портал научных знаний, предметный словарь, онтология предметной области, поиск ресурсов, оценка релевантности, индексирование и классификация.

УДК 688.518:622.276

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ЦИФРОВОГО 3D-МОДЕЛИРОВАНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ И ГАЗА

А.А. Захарова, М.А. Иванов

Институт «Кибернетический центр» ТПУ E-mail: alen@cc.tpu.edu.ru, IvanovMA@tpu.ru

Предложена схема оптимизации процесса цифрового 3D-моделирования месторождений нефти и газа. Это позволяет сократить сроки проектирования разработки нефтегазовых месторождений, повысить качество и надежность создаваемых моделей. Разработанные программные средства автоматизируют различные этапы процесса моделирования и применяются при решении практических задач. Данные средства были опробованы при проектировании разработки ряда месторождений Томской области, а также при подготовке специалистов в области проектирования разработки нефтегазовых месторождений.

Сегодня нефтегазодобыча является одной из наиболее наукоемких и высокотехнологичных областей производства. Поэтому в ней в полной мере востребованы современные информационные технологии (ИТ), при помощи которых создаются цифровые трехмерные модели месторождений нефти и газа с целью оценки запасов и состояния разработки, а также прогнозирования технологических показателей для выбора наиболее оптимальной стратегии выработки залежей углеводородного сырья. Стремительное развитие компьютерных технологий позволяет использовать высокопроизводительные вычислительные машины совместно с разработанными программными технологиями для сбора, хранения, расчета, представления и анализа различного рода данных, относящихся к процессу трехмерного моделирования месторождений. Совокупность современных вычислительных систем и специализированных программных комплексов (ПК) - это необходимый инструмент для любой нефтегазодобывающей компании. Поэтому применение и развитие ИТ при моделировании состояния разработки месторождений весьма актуально [1].

В процессе создания трехмерных моделей месторождений нефти и газа можно выделить три основных этапа:

1. Геологическое (Г) моделирование.

2. Гидродинамическое (ГД) моделирование.

3. Анализ результатов моделирования с целью принятия решений по управлению проектированием и разработкой месторождений нефти и газа.

На рис. 1, в качестве примера, приведена схема процесса моделирования с применением программного обеспечении (ПО) компании Schlumberger.

Как видно из рис. 1, основными инструментами представленной компании при построении цифровых трехмерных моделей являются программные комплексы «Petrel» и «Eclipse» [2]. В процессе моделирования специалисту приходится обрабатывать, систематизировать и хранить большое количество входной и создаваемой в процессе работы информации. При этом средств управления и автоматизации данным процессом не предусмотрено в предложенной схеме, что существенно повышает временные затраты на проектирование разработки месторождений нефти

Известия Томского политехнического университета. 2QQ8. Т. 312. № 5

и газа. Таким образом, разработка дополнительных программных средств автоматизации ряда операций на отдельных этапах моделирования при создании цифровых моделей месторождений и на их основе проектной документации является важной задачей.

Исходные данные

Препроцессинг и формирование

вариантов разработки (Предположение эффективности вариантов разработки и их формирование специалистом)

Отчеты (ПК Microsoft Office)

4. Разработка средств для анализа (в том числе пространственного) и сравнения полученных вариантов.

Для повышения эффективности процесса моделирования и снижение временных затрат на разработку моделей, формирования прогнозных показателей и проектной документации, а именно, для автоматизации отдельных этапов работ в процессе моделирования представленная выше схема создания трехмерных цифровых моделей была расширена за счет разработки авторских программных средства и алгоритмов, рис. 2.

Разработанные программные средства состоят из следующих функциональных модулей:

1. ПО ^-ГипсИоп» автоматизирует расчет значений начальной водонасыщенности водонефтяного пласта. Используя данные капиллярометрии, а также значения поверхностных натяжений различных систем с учетом температуры и давления, данное программное средство позволяет определить коэффициенты для расчета водонасыщенности по формуле [3, 4].

ASw - =

3,183((Pw -PHC )gh)

(1)

Рис. 1. Схема процесса моделирования с применением ПО компании 5с11!итЬегдег

В рамках представленной выше технологии следует отметить актуальность создания следующих программных средств и модулей:

1. Разработка и реализация методов автоматической группировки вертикальных слоев во время ремасштабирования (загрубления исходной геологической модели) при переходе от геологической модели к гидродинамической.

2. Реализация автоматической генерации и размещения схем расстановки скважин при формировании прогнозных вариантов разработки.

3. Настройка автоматического отключения нагнетательных скважин с целью автоматизации настройки системы поддержания пластового давления (ППД).

У 008(0)

где А и В - коэффициенты /-функции; рк и рнс -плотность воды и нефти в пластовых условиях, кг/м3; g - ускорение свободного падения, м/с2; К -проницаемость, мДарси; Ф - пористость, доли ед.; Н - высота над уровнем водонефтяного контакта, м.

Полученная зависимость имеет степенной вид, поэтому для нахождения ее коэффициентов необходимо прологарифмировать уравнение вида у=ахь, чтобы привести его к линейной зависимости. В результате чего получается уравнение вида %х. Далее составляем систему уравнений [5]:

n lg а + b £ lg xi = £ lg y i ;

i=1 i=1 n n n

lg a £ lg Xi + b £ (lg Xi )2 = £ lg Xi lg у, , (2)

где n - количество экспериментальных значении.

Линейная система (2) может быть решена любым известным методом (Гаусса, простых итераций, формулами Крамера). После получения значений коэффициентов А и В, применяя ур. (1), можно связать любое значение водонасыщенности с K и Ф при некоторой h выше зеркала свободной воды (границы разделов двух фаз - нефти и воды). Рассмотренный механизм расчета водонасыщен-ности актуален и в настоящий момент широко применятся при построении трехмерных моделей месторождений нефти и газа, но поддерживается не всеми соответствующими программными комплексами. Например, в ПК «Petrel» нет встроенных функций для расчета водонасыщенности с применением /-функции, а ПО «/-function» функционально дополняет базовое ПО.

Рис. 2. Расширенная схема процесса моделирования с применением ПО компании Schlumberger и авторского ПО

2. ПО «Data Collect» является средством для сбора, хранения, анализа и представления исходных данных и результатов моделирования и проектирования, а также для поддержания процесса обмена данными между различными программными модулями. Данное ПО реализовано на базе реляционной системы управления базами данных «FireBird». Широкий набор исходных данных поступает на вход ПО - импортируются такие данные как: свойства пластовых флюидов, результаты лабораторных испытаний и исследований, геолого-физические характеристики пласта и др. Кроме того, предусмотрено хранение и структурирование исходных данных, представленных в отдельных файлах. ПО «Data Collect» позволяет быстро и легко получить доступ к структурированным при помощи него исходным данным.

На рис. 3 приведена часть концептуальной модели схемы хранения исходных данных.

4. ПО «GMUpscale» - программный модуль, выполняющий группировку (объединение) исходных слоев цифровой трехмерной модели по вертикали с помощью метода Лоренца при ремасштабирова-нии. Данный модуль имеет важное значение для процесса моделирования, т. к. от качества выполнения загрубления зависит и качество создаваемой гидродинамической модели. Цель проведения ука-

занной процедуры - уменьшение размерности исходной трехмерной геологической модели, которая является основой для моделирования процессов фильтрации в продуктивных пластах. Это сокращает время расчетов и сохраняет точность модели. На рис. 4 приведен пример ремасштабирования, выполненный при помощи метода Лоренца.

4. ПО «Start Expert» - экспертная система, позволяющая предварительно проанализировать имеющуюся информацию о структуре месторождения, о степени его расчлененности, вертикальной и горизонтальной неоднородности. «Start Expert» оценивает фильтрационно-емкостные характеристики залежи, рассчитывает продуктивность пласта и, в конечном счете, предлагает наиболее подходящие системы разработки для данного нефтегазового месторождения. На рис. 5 приведен пример алгоритма работы экспертного модуля.

5. ПО «Well Spacing» - программный модуль, который позволяет быстро и эффективно сформировать схему разработки месторождения с учетом всех необходимых параметров. Система «Well Spa-cing» выполняет несколько важных функций:

• обеспечивает связь между программным обеспечением компании Schlumberger и разработок

других компаний;

Известия Томского политехнического университета. 2008. Т. 312. № 5

Рис. 3. Фрагмент концептуальной модели

MTG oz КН Ед КН PoiH Ед РогН Зоны -1 АЛП - 1

0.62633 С 390653 0.725938 1 600 0.02464 1 000 1 1 ,иии 0,900 - о.еоо - 0.700 -0,600 -0,500 -0,400 -0 300 - /

0.480325 0.39855 0.287173 0,977 0.010647 0,377 - 7 Lorenc EBB

0 4 85641 0 617937 0,399271 С 399323 0.301945 0 650932 0,968 0 959 0 017693 0 024275 0.961 0 945 2 3 4 5 6 7 3 9 0 62683 0 390653 0.726938 1.000 0 02454 /

0.629747 С 399327 0 594973 0 938 0 025114 0,922 0 430325 0.39855 0.287173 0.977 0 016647

0 494507 0,399343 0.251687 0,920 0.015461 0,898 2 0 435641 0.399271 0.301945 0.966 0 017693

0.67413 0.399375 0.245476 0912 0.019627 0 384 0.517937 0.399328 0.650982 0.959 0.024275 f У

0.514714 0 399336 0.302449 0904 0.01761 0 365 0.S29747 0 494507 0.399327 0 399343 0.594973 ft i tu у 0,933 0.025114 0 015401

0.374225 0.601303 С 399363 0,399356 0.133331 0.245691 0.394 0,390 0.000777 0 017398 0,349 0.341 0 57413 0.399375 0.245476 0 912 0 019627 F

0 515616 0 399357 0 67705 0 333 0 019198 0 324 0.514714 0.399336 0.302449 0 904 0 01751

0 260252 С 399364 0 10268 0.361 0 005235 0 306 3 - 10 11 w 0.374225 0.399369 0 133831 0 394 0 008777

0.423124 0,399352 0.227307 0,858 0.012639 0,801 0.501303 0.399355 0.245091 o.sso 0 017398

о.гоги 0.399397 0.10281 0.351 0.003423 0 789

0.494756 639933 0.150536 0 348 0.015498 0 736

0.513662 0.265678 0 399303 0,399422 0.480534 0 137338 0 343 0.328 0.017392 0.005642 0.772 0,755 Iii"

0 496769 0 399305 0 227955 0.473611 0 323 0.014353 0 750 lis I II

U.ISIJJJ 0.417S2 0,399407 0 43S202 0,301 и.ипэ^+эч-0.013599 0,722

0.4411604 639941 0.480229 0.788 0.014083 0.709 4 0,200 -

0.389322 0 399435 0.300341 0 772 0.010324 0696

0.179605 С 399394 0.073301 0.763 0.002365 0 686

0 494387 0 399432 0 407755 0,760 0 014962 0,683 л i лл

0 473341 0 399412 0 349989 0 748 0 014475 0 669

0.482365 0.39941 0 315599 0 737 0 014367 0 656 U,10U -

0.466323 0 399434 0 392944 0,727 0 014102 0,642

0.474971 0,399391 0.419651 0 714 0.014095 0.628

0.473974 0 399423 0.361106 0 701 0.013939 0615 и.иии 1 ■ i

0.172206 0,399403 0.049338 0.690 0.002079 0,602 0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000

0.053739 0 39940S 0.003412 0.688 0.0002 0,600

0 34391 0 399429 0 370109 0 638 0 000562 0 600

Рис. 4. Пример работы ПО «GMUpscale»

• выполняет экспорт сетки разбуривания в ГИС приложения с использованием обменного формата «mif»;

• позволяет быстро и удобно сформировать схему разработки месторождения с учетом всех необходимых параметров.

Помимо перечисленных функций в ПО «Well Spacing» существует возможность оценить начальные дебиты добывающих скважин в соответствии с формулой Дюпюи [6].

Таким образом, система «Well Spacing» является готовым решением для формирования схем разработки месторождений нефти и газа. На рис. 6 приведен пример формирования 5-точечной системы

разработки с учетом заданного контура водонефтя-ного контакта.

1. ПО «Shut Inject» - программный модуль для автоматической регуляции системы ППД модели с учетом произвольного критерия. Данный модуль позволяет:

• формировать и редактировать связи между добывающими и нагнетательными скважинами;

• управлять отключением как всех скважин в проекте, так и каждой скважиной в отдельности. Таким образом, «Shut Inject» генерирует настроенный файл модуля Schedule (описание скважин, включая историю их работы) ПК Eclipse. Принцип работы «ShutInject» основан на механизме повтор-

Рис. 5. Пример алгоритма работы экспертного модуля

Рис. 6. Пример построения площадной семиточечной системы разработки с использованием ПО «Well Spacing»

Таблица. Эффективность применения авторского ПО

ПО Процесс Объем данных Без автоматизации С автоматизацией

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

min max min | max min max

Время, мин

./-function Расчет водонасыщенности 10 образцов керна 50 образцов керна 5 20 < 1 < 1

GMUpscale Загрубление геологической модели 9 слоев ГД модели 40 слоев ГД модели 15 45 < 1 2

Start expert Препроцессинг простая структура месторождения сложная структура месторождения 20 40 < 1 1

Well spacing Формирование системы разработки 5 скважин 60 скважин 30 240 5 10

Shut inject Настройка системы ППД 5 скважин 60 скважин 30 300 5 15

Finish expert Анализ и выбор оптимального варианта 3 варианта разработки 8 вариантов разработки 5 30 < 1 4

Report Формирование отчетов 3 варианта разработки 8 вариантов разработки 60 240 1 5

Итог: 165 915 15 38

Эффективность применения, % 90,9 95,8

ки и интенсивность отборов углеводородного сырья, скорость обводнения скважинной продукции и др. Созданное ПО в автоматическом режиме осуществляет анализ результатов моделирования -ряда прогнозных вариантов разработки - и рекомендует оптимальный.

7. ПО «Report» - программный модуль, который позволяет визуализировать и подготовить к печати основные показатели вариантов разработки моделей нефтегазовых месторождений в соответствии с нормативными и регламентными требованиями. Указанное ПО помогает специалисту при подготовке проектной документации, оперативно формирует все необходимые отчеты и графические приложения в автоматическом режиме. Пример результатов, полученных с использованием ПО «Report», приведен на рис. 8.

Оценить эффективность использования разработанных средств можно при помощи таблицы. В ней приведены временные затраты специалиста на

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ямпольский В.З., Захарова А.А., Иванов М.А., Чернова О.С. Анализ программного обеспечения для трехмерного моделирования и оптимизации разработки месторождений нефти и газа // Известия Томского политехнического университета. -2006. - № 7. - Т. 309. - С. 50-55.

2. Программное обеспечение для разработки месторождений [Электронный ресурс] // нефтесервисная компания Schlum-berger (10 файлов). - http://www.slb.ru/sis/item98/. - 01.03.06.

3. Каневская Р.Д. Математическое моделирование разработки месторождений нефти и газа с применением гидравлического разрыва пласта. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 1999. - 212 с.

4. Басниев К.С., Дмитриев Н.М., Розенберг Г.Д. Нефтегазовая гидромеханика. - М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2003. - 479 с.

соответствующие процессы. Рассмотрены два случая: как для варианта без автоматизации процесса, так и для варианта, предполагающего такую автоматизацию. В первом случае опытный специалист обрабатывает небольшое количество входных данных. Во втором случае неопытный специалист работает с большим объемом данных. Таким образом, рассмотрено два противоположных случая. Предполагается, что во втором случае неопытный специалист будет тратить в разы больше времени, чем его более профессиональный коллега. Как видно из таблицы, эффективность применения разработанных программных средств колеблется в диапазоне от 90,9 до 95,8 %.

Таким образом, использование представленных выше авторских программных средств позволяет автоматизировать процесс формирования трехмерных моделей нефтегазовых месторождений и снизить временные затраты на подготовку соответствующей проектной документации.

5. Зубрицкас И.И. Обработка экспериментальных данных при однофакторном методе исследований [Электронный ресурс] // Новгородский гос. ун-т им. Ярослава Мудрого Электрон. дан. (1 файл). - http://www.novsu.ru/npe/files/um/1128/umk/OTND/ Glava_5/glava_5.htm. - 01.03.06.

6. Щелкачев В.Н. Уточнение вывода основных динамических уравнений теории фильтрации // Известия вузов. Нефть и газ. - 1961. - № 2. - С. 87-93.

Поступила 17.04.2008 г.

Ключевые слова:

3D-модели месторождений нефти и газа, программные средства, информационные технологии

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.