Краткий анализ моделирования

Краткий анализ моделирования (трехмерная геологическая и гидродинамическая модели)

В последнее десятилетия пристальное внимание уделяется трехмерному гидродинамическому моделированию. В 2012г принят новый временный регламент, где описаны требования, предъявляемые к 3Д моделям.
Однако хорошо известно, что проектные решения принимаются на основе опыта проектировщика с применением нульмерных и одномерных моделей. Трехмерные модели необходимы, так как позволяют уточнить структуру текущих запасов газа (нефти), местоположение бурения новых скважин, наметить наиболее эффективные ГТМ. Но проектные решения определяются на основе методик, созданных еще в 60-80 годы прошлого века.
Трехмерная модель необходима, она позволяет собрать, обобщить и свести воедино всю исходную информацию, выявить противоречия между геологической и гидродинамической моделями, построить карты начальной, текущей и остаточной плотности запасов нефти/газа, наметить мероприятия на скважинах с уточнением их местоположения.
Однако при создании 3Д моделей, особенно на этапе пробной эксплуатации, существует недостаток и неопределенность исходных данных. Пробуренные скважины (обычно поисковые и разведочные) расположены на расстоянии 2-4 км и более друг от друга. Зачастую пробурено не более десятка скважин, а может быть даже всего лишь одна. Имеющиеся параметры коллекторов, свойства флюидов обычно приняты по аналогии с соседними месторождениями, что еще сильнее приводит к неопределенности.
Построенная геологическая модель по такой редкой сетке скважин является вещью в себе (особенно межскважинное пространство) и при бурении новых скважин более чем в 90% не подтверждается и требует уточнения. В этом случае увеличение количества ячеек от 1 млн до 10 млн не увеличивает точность построения модели.
Применение трехмерного геолого-гидродинамического моделирования должно было повысить качество выполняемых проектных работ. Однако специалисты столкнулись практически с отсутствием, потерей или недостатком необходимой информации для построения качественных моделей. И это на старых месторождениях, разрабатываемых десятки лет. А на новых месторождениях научно-исследовательские работы практически не проводят.
В основу трехмерных моделей заложены законы сохранения и уравнения состояния.
1. Закон сохранения массы, который является основой метода материального баланса для нефтяных залежей и метод падения давления для газовых залежей;
2. Закон Дарси, основа для формулы Дюпюи в радиальном случае;
3. Уравнение состояния идеального газа - Менделеева-Клайперона;
4. Уравнение состояния реального газа, учитывающее коэффициент сверхсжимаемости (Z);
5. Уравнение пьезопроводности – основа для определения параметров пласта по ГДИ и другие.
И в проектировании должна быть «золотая» середина: использование как трехмерных, так и нульмерных, и одномерных моделей. А также использование методик и рекомендаций, учитывающих эмпирический опыт и позволяющих выявить тренды при прогнозе.
Следует отметить, что несмотря на выход «Регламента по созданию постоянно действующих геолого-технологических моделей нефтяных и газонефтяных месторождений» [53], а также «Временного регламента…», 2012г. [52] вышли в свет «Методические указания по геолого-промысловому анализу разработки нефтяных и газонефтяных месторождений» [54], где рассматриваются и рекомендуются к использованию широко известные методики и подходы, например покоэффициентная методика расчета КИН, характеристики вытеснения нефти водой и кривые падения дебита нефти, расчет режима работы залежи по формуле упругого режима. Можно упомянуть «Методическое руководство по оценке технологической эффективности применения методов увеличения нефтеотдачи» [51], где рекомендуется использовать характеристики вытеснения и кривые падения дебита нефти при анализе выработки запасов.
Проектирование разработки нефтяных месторождений неотрывно связано с математическими моделями, которые описывают физические процессы, происходящие в пласте. Использование математических моделей позволяет понять причину изменения показателей разработки и выработать дальнейший план мероприятий по увеличению добычи нефти. Первоначально были разработаны простые математические модели с большими допущениями, которые давали достоверные результаты в узком диапазоне исходных данных.
Для более детального анализа разработки месторождений используют постоянно действующие модели (ПДМ). В современных моделях большое внимание уделяется прогнозу показателей скважины, что значительно повышает эффективность использования ПДМ при анализе разработки нефтяного месторождения. Проектирование разработки нефтяного месторождения с помощью постоянно действующих моделей можно разделить на два этапа – адаптация и прогнозирование. На этапе адаптации осуществляется подгонка параметров модели к истории разработки.
Основной проблемой адаптации постоянно действующих моделей является неопределенность и отсутствие контроля некоторых данных таких, как пластовое давление, насыщенность и коэффициент продуктивности. Анализ неопределенности исходных данных и снижение уровня неоднозначности постоянно действующих моделей на сегодняшний день является актуальной проблемой.
Обладая значительной наглядностью ПДМ достаточно трудоемки, а получаемые данные постоянно нуждаются в адаптации.
Основным интеллектуальным этапом при создании геологической модели является построение принципиальной геологической модели. Принципиальная модель обычно представляется в виде: карты эффективных толщин, параметров неоднородности пласта, геолого-статистических разрезов, коэффициентов расчлененности и др. Необходимость использования принципиальной модели вызывается тем, что формализованные алгоритмы построения трехмерных сеток «коллектор-неколлектор» дают не удовлетворяющий геолога результат. Результатом подготовки принципиальной модели являются цифровые трендовые карты, чаще всего карты эффективных толщин. На этих картах выделены геологические особенности, которые невозможно получить методами интерполяции, но которые представляют собой знания и опыт геолога (геофизика), строящего модель.
«В 3D геологической модели надо реализовать те представления, которые существуют у геологов-региональщиков, промысловых геологов, геофизиков-сейсмиков, геофизиков-каротажников, петрофизиков, специалистов по ГДИ, гидродинамиков, промысловиков. Даже если предположить, что внутри каждой группы специалистов достигнут консенсус, то нет никаких сомнений, что реализовать мнения разных специалистов в модели не удаётся. Поэтому построение 3D геологической модели - это поиск обоснованных компромиссов. Исходная неопре-деленность данных определяется собственно содержанием научных дисциплин, поскольку все они основаны в основном на эмпирических корреляционных зависимостях между измеренными параметрами» [267, Билибин С.И.]