Способ (варианты), система и машиночитаемый носитель для определения доли пластового флюида в смеси флюидов
METHOD (VARIANTS), SYSTEM AND MACHINE-READABLE MEDIUM FOR DETERMINING THE PROPORTION OF RESERVOIR FLUID IN A FLUID MIXTURE

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к способу определения содержания углеводородных флюидов в смесях и может применяться для раздельного учета продукции при совместной эксплуатации нескольких пластов.
Информация о содержании различных углеводородных флюидов в сложных смесях, к которым относится, в том числе нефть и конденсат, используется как для оценки изменения свойств пластовых флюидов в процессе добычи с целью контроля выработки запасов месторождений углеводородов, так и во время изучения различных процессов, происходящих в пластах при воздействии на них, например, для увеличения нефтеотдачи. При одновременной добыче флюидов из нескольких пластов в разрезе одной скважины существенным вопросом становится учет вклада каждого из флюидов в получаемую продукцию.
Определение доли флюидов различных пластов в смеси основано на различии их углеводородного состава. Определяемый состав углеводородов в пробах пластовых флюидов позволяет идентифицировать отдельный флюид, отобранный из конкретного нефтегазоносного пласта, т.к. нефти разных резервуаров (или отдельных участков сложнопостроенного резервуара), как правило, имеют измеримые систематические различия в составе. Для оценки различий нефтяного флюида, относящегося к различным пластам, используют, в частности, так называемый «фингерпринт» пластового флюида (в данном контексте «фингерпринт» – набор параметров, однозначно характеризующих углеводородный флюид, отобранный из конкретного нефтегазоносного пласта, т.е. индивидуализирующих параметров состава и свойств этого флюида).
Таким образом, образец нефти, состоящий из различных флюидов, сформированный, например, в результате взаимного вклада нефтеносных пластов во время добычи можно рассматривать как смесь уникальных «фингерпринтов», каждый из которых характеризует отдельный пласт. Выявление доли каждого такого «фингерпринта» в смеси и позволяет оценить содержание флюида в составе смеси (анализируемом образце). Точность определения доли флюида обсулавливается надежностью пробоотбора, пробоподготовки, высокой точностью (достоверностью) данных об углеводородном составе пластовых флюидов и их смеси, а также точностью применяемых методов обработки данных при определении доли вклада отдельного флюида в смесь.
Существует ряд способов, которые позволяют повысить точность определения углеводородного состава пластового флюида и, соответственно, различимость этих флюидов в смеси (патент RU2341792, опубл.20.12.2008 г, МПК: G01N 27/62, G01N 30/72; патент RU2720430, опубл. 29 апреля 2020, МПК: E21B 49/00, E21B 49/08, G01N 33/26, G06F 17/18). Однако требуется точное определение доли вклада различных флюидов в один производственный поток, которое может способствовать своевременным решениям и вмешательствам на всех этапах разработки и управления нефтяным месторождением.
Известен способ анализа распределения добычи (патент US 9074465, опубл. 07.07.2015, МПК: E21B 43/14, E21B 47/00), который включает  получение результатов спектрального анализа (по меньшей мере 2 из указанных способов анализа: спектроскопия электромагнитного поглощения, спектроскопия комбинационного рассеяния, рентген-флуоресцентная спектроскопия, спектроскопия электромагнитного рассеяния, ЯМР-спектроскопия или терагерцевая спектроскопия с разрешением по времени) для каждого индивидуального пластового флюида, получение спектральных характеристик смешанного флюида, допущение линейной зависимости между индивидуальными спектральными характеристиками и спектральными характеристиками смешанного флюида, определение соотношение количества каждого из множества флюидов в добываемой смеси флюидов в результате анализа индивидуальных спектров для каждого из флюидов и допущенной линейной зависимости.
Общими признаками известного и заявляемого способов является анализ состава индивидуальных флюидов и смеси флюидов.
Общими признаками известной и заявляемой системы для определения доли пластового флюида в смеси флюидов является использование методов, базирующихся на линейной корреляции данных, составляющих исходный фингерпринт проб флюидов (в частности – метод главных компонент).
Однако, с учетом сложного состава углеводородных (пластовых) флюидов и сложностью выявления индивидуальных компонентов в составе каждого флюида, известный способ не обеспечивает высокую точность определения вклада каждого флюида в смесь. Однако, пластовые флюиды не всегда содержат компоненты, которые значительно отличаются у нефти одного пласта и нефти другого пласта, либо они могут быть мало отличимы друг от друга при анализе смеси флюидов, например, при анализе состава – хроматографические или спектральные характеристики (пики) могут накладываться друг на друга и установить точное соотношение таких компонентов с использованием обычной линейной корреляции не является возможным.
Известен способ (Kaufman, R. L. (1990). Gas chromatography as a development and production tool for fingerprinting oils from individual reservoirs: applications in the Gulf of Mexico. In GCSSEPM Foundation Ninth Annual Research Conference Proceedings, October 1, 1990 (pp. 263-282)), согласно которому с использованием хроматографических данных выполняют подробный анализ целостности пласта, например, определения того, является ли разрыв герметичным или нет, есть ли гидравлические преграды в резервуаре. Известный способ основан на определении различных флюидов в образцах нефти с использованием простых градуировочных зависимостей, построенных на соотношении высот хроматографических пиков отдельных маркерных соединений (фингерпринтов индивидуальных пластовых флюидов).
Общими признаками известного и заявленного способов являются определение доли и наличия пластового флюида в смеси (для анализа образования смеси пластовых флюидов  в результате перетоков между пластов) с использованием данных об углеводородном составе индивидуальных пластовых флюидов, а также выявление отличий между углеводородными составами этих пластовых флюидов.
Однако, в основе известного способа лежит предположение о линейной комбинации хроматографических пиков индивидуальных пластовых флюидов в результирующей хроматограмме смеси флюидов, что не всегда соблюдается при анализе реальных образцов. Кроме того, известный способ позволяет анализировать смеси, состоящие не более чем из трех индивидуальных флюидов. Это связано с тем, при смешении двух флюидов линейная градуировочная зависимость представляется в виде кривой, при смешении трех флюидов поверхность, однако при большем числе флюидов в смеси нет простого графического представления модели, из которого можно было найти решение. Хроматограммы индивидуальных пластовых флюидов могут иметь незначительные различия, что приводит к повышению ошибки при определении вклада каждого флюида в смесь при использовании простых градуировочных зависимостей.
Ближайшим аналогом (прототипом) является способ оперативного раздельного учета продукции двухпластового эксплуатационного объекта (патент RU2625822, опубл. 14.07.2017, МПК: E21B 47/10, E21B 49/08), который включает отбор устьевых проб из каждого эксплуатационного однопластового объекта, отбор проб из двухпластового эксплуатационного объекта, статистическую обработку полученных данных, при этом осуществляют подготовку проб, перемешивание проб однопластовых объектов в заданных пропорциях, проводят исследование динамической вязкости полученных модельных смесей, строят зависимости между содержанием в модельных смесях доли нефти каждого из пластов и динамической вязкостью модельных смесей, после чего определяют долю каждого из пластов в составе смеси.
Общими признаками известного и заявляемого способов является отбор проб индивидуальных флюидов (однопластового объекта), подготовка проб, получение модельных смесей с различным соотношением индивидуальных флюидов, определение доли каждого флюида при сопоставлении данных, полученных для смеси флюидов и для модельных смесей с различным соотношением индивидуальных флюидов.
Однако, неверный выбор проб индивидуальных флюидов, которые используются для подготовки модельных смесей может привести к значительному снижению точности определения доли каждого флюида в смеси флюидов. Помимо этого значения динамической вязкости смесей не обеспечивают достаточно высокую точность определения состава смеси флюидов и, соответственно, вклада индивидуального флюида в смесь.
Техническим результатом изобретения является повышение точности определения содержания доли каждого пластового флюида в смеси двух и более флюидов, а также повышение надёжности различимости углеводородных флюидов в смеси, которые относятся к разным пластам/месторождениям.
Технический результат достигается для способа определения доли пластового флюида в смеси флюидов, который включает получение по меньшей мере одной пробы индивидуального пластового флюида из по меньшей мере двух пластов, подготовку калибровочных смесей путем смешения индивидуальных пластовых флюидов разных пластов в различных соотношениях, определение углеводородного состава полученных калибровочных смесей, установление взаимосвязи между содержанием индивидуальных пластовых флюидов в калибровочных смесях и полученными данными об углеводородном составе калибровочных смесей с использованием метода многомерной регрессии, получение пробы исследуемого флюида и определение её углеводородного состава, определение доли каждого индивидуального пластового флюида по полученным данным об углеводородном составе пробы исследуемого флюида и по установленной взаимосвязи между содержанием индивидуальных флюидов в калибровочных смесях и углеводородным составом калибровочных смесей.
Достижение технического результата обеспечивается за счет анализа состава калибровочных смесей, а не физико-химических свойств, а также за счет использования для анализа и определения доли вклада каждого индивидуального пластового флюида в смесь метода многомерной регрессии, который позволяет минимизировать погрешность в результате нахождения взаимосвязи между аналитическим сигналом и величиной определяемого параметра.
Для приготовления калибровочных смесей может быть использована одна проба каждого индивидуального пластового флюида, а может быть использовано три или более проб каждого индивидуального пластового флюида. При использовании более одной пробы готовят «усредненные» образцы индивидуальных пластовых флюидов, которые содержат флюиды всех полученных проб одного пласта и репрезентативно покрывают весь диапазон содержаний каждого флюида, учитывая все возможные вариации содержаний отдельных соединений. Такие вариации обычно связаны с естественными процессами массопереноса внутри одного пласта, с особенностями пробоотбора и пробоподготовки, а также с инструментальными погрешностями газохроматографического оборудования.
Технический результат достигается для способа определения доли пластового флюида в смеси флюидов, который включает получение по меньшей мере трёх проб индивидуального пластового флюида из по меньшей мере двух пластов и определение их углеводородного состава, определение образцов характеризующих состав индивидуальных пластовых флюидов, по данным углеводородного состава проб индивидуальных пластовых флюидов для подготовки калибровочных смесей, подготовку калибровочных смесей путем смешения определенных на предыдущем этапе образцов индивидуальных пластовых флюидов разных пластов в различных соотношениях, определение углеводородного состава полученных калибровочных смесей, установление взаимосвязи между содержанием индивидуальных пластовых флюидов в калибровочных смесях и полученными данными об углеводородном составе калибровочных смесей с использованием метода многомерной регрессии, получение пробы исследуемого флюида и определение её углеводородного состава, определение доли каждого индивидуального пластового флюида по полученным данным об углеводородном составе пробы исследуемого флюида и по установленной взаимосвязи между содержанием индивидуальных флюидов в калибровочных смесях и углеводородным составом калибровочных смесей.
Достижение технического результата обеспечивается за счет использования калибровочных смесей и использования метода многомерной регрессии для установления взаимосвязи между данными о составе калибровочных смесей и данными об их углеводородном составе. Использование калибровочных смесей позволяет учесть изменения состава, которые могут наблюдаться при смешении реальных образцов пластовых флюидов.
Использование метода многомерной регрессии для сопоставления данных (содержании индивидуальных пластовых флюидов) калибровочных смесей (образцов) с данными об углеводородном составе смеси флюидов при определении доли индивидуальных пластовых флюидов в исследуемой пробы, которая может представлять собой смесь флюидов, позволяет минимизировать погрешность в результате нахождения связи между аналитическим сигналом (например, высотой хроматографических пиков) и величиной определяемого параметра (количество флюида индивидуального пласта в калибровочной смеси). Для этого данные об углеводородном составе (например, высоты хроматографических пиков) организованы в матричном виде, где каждая строка соответствует отдельному калибровочному образцу. Значения определяемого параметра в калибровочных образцах внесены в отдельный вектор (Y). Таким образом регрессионное уравнение, связывающее величину определяемого параметра с высотами пиков, можно записать в матричной форме: Y = BX.
Исследуемая проба представляет собой пластовый флюид содержание индивидуальных флюидов, в которой необходимо установить/проверить. Например, в случае, если необходимо определить наличие перетока флюидов между пластами.
Одним из методов многомерной регрессии является метод проекции на латентные структуры (ПЛС-метод), использование которого позволяет дополнительно повысить точность определения доли индивидуального пластового флюида в смеси флюидов за счет использования полного набора переменных (например, всех высот хроматографических пиков для всех изученных образцов), скорредированных с изменением целевого моделируемого параметра (например, доли пласта в смеси).
При использовании в качестве метода многомерной регрессии ПЛС-метода строят ПЛС-модель.
Важным этапом при создании ПЛС-модели, определяющим с какой точностью будет определена доля вклада каждого флюида в смесь, является определение (выбор) образцов пластовых флюидов для создания калибровочного набора. В случае возможности такого выбора, например, при отборе нескольких проб индивидуального пластового флюида.
В связи с тем, что состав проб, отобранных из одного пласта, может отличаться (в некоторых случаях довольно значительно), проводят определение углеводородного состава по меньшей мере трёх проб индивидуального пластового флюида. Определение оптимального образца пластового флюида для калибровочных смесей позволяет снизить неопределенности в составе индивидуального пластового флюида, которые связаны с тем, что в пластах различной проницаемости состав отдельных проб пластовых флюидов (отобранных из разных скважин), может значительно различаться. При этом позволяет избежать смешения всех полученных проб индивидуального пластового флюида для получения образцов для калибровочных смесей.
Определение образца может быть проведено экспертным путем в результате анализа и сопоставления любым известным для специалиста способом данных об углеводородном составе проб пластовых флюидов с выявлением пробы, в наибольшей степени характеризующей флюид индивидуального пласта.
Для выбора (определения) образца каждого пластового флюида, использующегося при получении калибровочных смесей, предпочтительно использовать метод главных компонент (МГК), который является информативным и широко применяемым методом для сравнения индивидуальных характеристик углеводородного состава пластовых флюидов. Это позволяет определить образец из нескольких проб индивидуального пластового флюида, который будет максимально характеризовать состав этого флюида (образец, имеющий усредненные по флюиду значения счетов по первым двум компонентам, - «усредненный образец»).
В случае, если пробы одного индивидуального пластового флюида характеризуются разбросом друг относительно друга на графике счетов МГК (т.е. углеводородные составы этих пластовых флюидов одного пласта значительно отличаются, что характерно, например, для низкопроницаемых пластов), то предпочтительно дополнительно получать «усредненный» образец данного индивидуального пластового флюида, который будет включать наиболее отличающиеся пробы, перед подготовкой калибровочных смесей нескольких пластовых флюидов. Для этого могут быть использованы пробы этого индивидуального флюида, имеющие наибольшее расстояние друг от друга на графике счетов МГК. Именно эти образцы и будут наиболее сильно отличаться друг от друга по химическому составу и позволят наиболее полно описать этот индивидуальный флюид.
Оценка расстояния на графике счетов МГК ясна и известна для специалиста. Получение «усредненных» образцов позволяет дополнительно повысить точность способа.
2
Перед определением состава пластовых флюидов или из смеси предпочтительно проводят пробоподготовку. Пробоподготовка может включать нагревание пробы от 20 до 40 минут в герметичном сосуде при температуре 333± 30 К с перемешиванием при центробежном ускорении от 980 до 58800 м/с (от 100 до 6000 g).
Определение углеводородного состава может осуществлять любым известным для специалиста способом, например, с использованием метода газовой хроматографии в сочетании с пламенно-ионизационным детектором или с квадрупольным масс-анализатором, или с время-пролетным масс-детектором. Выбор метода определения углеводородного состава пластового флюида может быть осуществлен по значению плотности пластового флюида. Такой подход известен из уровня техники (патент RU 2742651, опубл. 09.02.2021) и позволяет повысить точность определения углеводородного состава флюида, что дополнительно позволяет повысить точность определения вклада каждого индивидуального флюида в их смесь.
Задача ПЛС-моделирования заключается в нахождении вектора регрессионных коэффициентов B матрицы Y = BX, который будет связывать высоты пиков с долей отдельного флюида. Эта задача решается путем одновременном разложения матриц X и Y в пространство скрытых переменных (LV), которые определяются по максимальному изменению дисперсии в матрице X и векторе Y (Wold, S., Sjöström, M., & Eriksson, L. (2001). PLS-regression: a basic tool of chemometrics. Chemometrics and intelligent laboratory systems, 58(2), 109-130). После определения вектора В с помощью калибровочных образцов ПЛС-модель готова для определения доли флюида в неизвестных пробах. Значения регрессионных коэффициентов В зависит от количества скрытых переменных, используемых для разложении матриц X и Y. Первые LV связаны с максимальными источниками дисперсии в X, скоррелированными с Y, т.е. представляют собой комбинацию высот пиков, соответствующих соединениям, содержание которых наиболее сильно меняется при изменении доли пласта в калибровочном образце. Последующие LV связаны с меньшими вкладами соединений в общую дисперсию - чем старше LV, тем меньшую дисперсию она описывает, в связи с чем старшие LV отбрасывают, как неинформативный источник шума. Таким образом, меняя количество скрытых переменных в модели регулируют долю полезной информации и шума в модели, что, в свою очередь, и влияет на окончательную погрешность в определении доли флюида. Если число LV мало, то не вся полезная информация используется для определения целевого параметра, что приводит к росту погрешности. С другой стороны, при большом числе LV в модель помимо полезной информации попадает шум, что так же приводит к росту погрешности. Оптимальное число LV может быть определено во время процедуры валидации, которая известна из уровня техники для специалиста и основана на минимизации критериев качества модели, оценивающих погрешность определения доли флюида в смеси. В связи с чем способ может дополнительно включать стадию валидации ПЛС-модели.
Для расчета таких критериев требуется, например, отдельный набор проверочных образцов с известными значениями параметра Y, но, в отличие от образцов для калибровочных смесей, не используемых для определения вектора B(для построения модели). Наиболее распространенным критерием качества модели является среднеквадратичная погрешность прогнозирования (RMSEP):
y
i
real
где  – известное содержание определяемого флюида в проверочном образце,
i
y
i
pred
,  – рассчитанное с помощью модели (при определенных значениях B) содержание флюида в проверочном образце,
i,
n
– общее число проверочных образцов.
Величина RMSEP используется не только для оптимизации модели (поиска количества LV для расчета B, при котором RMSEP будет минимально), но также и для оценки общей погрешности определения содержания флюида в смеси. Основной трудностью практического применения данного критерия является необходимость использования дополнительных образцов в проверочном наборе, что повышает трудоемкость анализа и его стоимость. Устранить этот недостаток можно с помощью оптимизации модели методом полной перекрестной проверки. В этом методе из калибровочного набора по одному последовательно исключаются образцы, которые и используются для проверки модели. Определение регрессионных коэффициентов осуществляется по оставшимся образцам, а спрогнозированное значение исключенного образца используются для расчета среднеквадратичной погрешности. Затем исключенный образец возвращается в калибровочный набор, из которого исключается следующий калибровочный образец. Такая процедура повторяется, пока не будут проверены все образцы калибровочного набора. Рассчитанный по этим образцам критерий качества модели называется – среднеквадратичная погрешность перекрестной проверки (RMSECV). Для его расчета не требуется дополнительных стандартных образцов с известным содержанием определяемого параметра. Т.е. валидацию ПЛС-модели можно проводить с использованием среднеквадратичной погрешности перекрестной проверки или, например, среднеквадратичной погрешности прогнозирования.
Повышение точности построенной модели дополнительно повышается при повышении количества калибровочных образцов.  В частности, предпочтительно использовать не менее 5 калибровочных смесей.
3
Оптимальное количество и состав (содержание индивидуальных пластовых флюидов для приготовления) калибровочных смесей из образцов отдельных флюидов определяется в зависимости от числа пластовых флюидов в смеси. Наиболее простые смеси – двухкомпонентные, в состав которых входит всего два флюида. В этом случае предпочтительно (но не обязательно) использование десятиуровневого дизайна смесей. В соответствии с таким дизайном в калибровочный набор будут входить два образца отдельных флюидов и девять образцов синтетических смесей с шагом смешения 10% (т.е. первый образец смеси будет содержать 10% первого флюида и 90% второго, а последний наоборот – 90% первого флюида и 10% второго). С случая трехкомпонентной смеси (образец состоит из трех флюидов) использование десятиуровневого полнофакторного дизайна существенно увеличивает трудоемкость, а значит и общую эффективность анализа, так как требует большого числа образцов калибровочных смесей (а именно 10 = 1000 образцов). Для решения этой проблемы - уменьшения числа калибровочных образцов при незначительном ухудшении качества модели предложено несколько подходов, наиболее предпочтительным из которых в случае закрытой системы (сумма содержаний всех компонентов в каждой смеси составляет 100%) может быть симплекс-решетчатый экспериментальный план (Видмер Г.М., Кельнер Р., Мерме Ж.-М., Отто М. Аналитическая химия. Проблемы и подходы. Том 2- МИР, Москва, 2004 г., 726 стр). В данном дизайне используются:
- три образца отдельных флюидов;
- один образец, содержащий в равных количествах все три флюида (по 33% каждого флюида);
- девять смесей, описывающих двухкомпонентные взаимодействия (смеси, содержащие только два флюида в различных соотношениях);
- девять смесей, описывающих трехкомпонентные взаимодействия (смеси, содержащие все три флюида в различных соотношениях, кроме смеси, содержащего все три флюида в равных количествах).
Такой калибровочный набор будет содержать оптимальное число образцов, которые позволят с достаточно высокой точностью определить содержание каждого из них, т.е. построение трехкомпонентных ПЛС моделей хорошего качества также будет обеспечиваться.
В случае большего числа индивидуальных флюидов в смеси (более 3) использование симплекс-решетчатого экспериментального плана приводит к существенному росту калибровочных образцов (например, для четырех-компонентных смесей потребуется 69 образцов, а для пяти-компонентной - 251 образец). Для создания калибровочных наборов с минимально-возможным числом образцов, которые можно использовать в многокомпонентных смесях, существуют различные подходы. Например, циклический пермутационный дизайн (Brereton, R. G. (1997). Multilevel multifactor designs for multivariate calibration. Analyst, 122(12), 1521-1529.), который основан на концепции циклического генератора, позволяющего получать небольшое число калибровочных образцов для многокомпонентных смесей. При этом изменения содержаний для всех компонентов смеси строго ортогонально, что позволяет независимо учитывать различные взаимодействия между отдельными факторами. Однако в данном дизайне количество калибровочных образцов строго фиксировано. Известен, например, калибровочный дизайн (Kirsanov, D., Panchuk, V., Agafonova-Moroz, M., Khaydukova, M., Lumpov, A., Semenov, V., & Legin, A. (2014). A sample-effective calibration design for multiple components. Analyst, 139(17), 4303-4309), основанный на равномерном распределении N точек в пространстве произвольной размерности n, где каждое измерение отвечает отдельному компоненту в смеси, а точка – образцу. Объем этого пространства фиксируется верхними границами концентрации компонентов. Для равномерного заполнения весь n-мерный объем разбивается на m одинаковых равносторонних подобъемов таким образом, чтобы при заполнении всего объема точками каждый подобъем содержал не менее одной точки, т.е. m≤N. При этом количество этих подобъемов должно быть максимальным, например, для двумерного пространства, содержащего 9-15 точек, m будет равно 9, если количество точек 16-25, то m=16 и т.д.
табл
Дополнительно может проводиться предварительная оценка достоверности ПЛС-модели по соотношению вариаций состава (дисперсии) образцов внутри индивидуального пластового флюида и между ними в пространстве главных компонент с использованием МГК соответственно. Количественная оценка возможности разделения образцов по пластам может осуществляться на основании классического многомерного теста Хотеллинга (Esbensen, K. H., Guyot, D., Westad, F., & Houmoller, L. P. (2002). Multivariate data analysis: in practice: an introduction to multivariate data analysis and experimental design. Multivariate Data Analysis). В качестве признаков в таком случае используются счета первых двух компонент, полученные при моделировании с использованием МГК. Тест Хотеллинга (T2) является обобщением t-статистики Стьюдента, используемый для выявления существенных различий в образцах, описываемых несколькими признаками. T2 критерий, рассчитанный по статистике Хотеллинга для двух групп образцов (например, из двух различных флюидов), пересчитывается в F-критерий и сравнивается с критическими (табличными) значениям F-распределения Фишера. Если полученное значение F меньше критического (F), то различия между группами носят случайный характер, в противном случае различия между группами статистически значимо и образцы из этих пластов могут быть использованы для создания калибровочных смесей ПЛС-модели.
Технический результат достигается также при использовании в способах системы (компьютерной) для определения доли пластового флюида в смеси флюидов, которая содержит по меньшей мере один процессор и программный код и выполнена с возможностью исполнения процессором под управлением программного кода: установления взаимосвязи между содержанием индивидуальных пластовых флюидов в калибровочных смесях, которые приготовлены путем смешивания индивидуальных пластовых флюидов разных пластов в различных соотношениях, и полученными данными об углеводородном составе калибровочных смесей с использованием метода многомерной регрессии, определения доли каждого индивидуального пластового флюида в исследуемом флюиде по полученным данным об углеводородном составе пробы исследуемого флюида и по установленной взаимосвязи между содержанием индивидуальных флюидов в калибровочных смесях и углеводородным составом калибровочных смесей.
Углеводородный состав калибровочных смесей может быть определен любым известным для специалиста методом определения состава, а также качественно установлен через свойства калибровочных смесей и исследуемой пробы.
Достижение технического результата обеспечивается также при использовании в способах машиночитаемого носителя для определения доли пластового флюида в смеси флюидов, на котором сохранена компьютерная программа, имеющая программный код, при исполнении которого на компьютере процессор выполняет установления взаимосвязи между содержанием индивидуальных пластовых флюидов в калибровочных смесях, которые приготовлены путем смешивания индивидуальных пластовых флюидов разных пластов в различных соотношениях, и полученными данными об углеводородном составе калибровочных смесей с использованием метода многомерной регрессии, определение доли каждого индивидуального пластового флюида в исследуемом флюиде по полученным данным об углеводородном составе пробы исследуемого флюида и по установленной взаимосвязи между содержанием индивидуальных флюидов в калибровочных смесях и углеводородным составом калибровочных смесей.
Достижение технического результата обеспечивается за счет осуществления процессором установления указанной взаимосвязи и использование её для определения доли вклада каждого индивидуального пластового флюида в смесь по полученным данным об углеводородном составе смеси флюидов.
Методом многомерной регрессии может быть метод проекции на латентные структуры (ПЛС) и процессор дополнительно может строить ПЛС-модель по установленной взаимосвязи, либо другой известный алгоритм.
Процессор дополнительно может проводить определение пробы, наиболее характеризующей состав индивидуального пластового флюида, с использованием метода главных компонент (МГК) и данных об углеводородном составе проб индивидуальных пластовых флюидов.
Также процессор дополнительно может проводить определение проб индивидуальных флюидов для приготовления усредненных образцов по наибольшему расстоянию их друг от друга на графике счетов МГК.
Процессор дополнительно может проводить предварительную оценку достоверности ПЛС-модели, например, по соотношению вариаций состава образцов внутри флюида и между ними, при этом углеводородный состав проб пластового флюида процессор анализирует с использованием МГК в пространстве главных компонент, определяет T2 критерий, рассчитанный по статистике Хотеллинга, для групп образцов индивидуальных пластовых флюидов, пересчитывают в F-критерий и сравнивает с рассчитанными критическими значениям F-распределения Фишера, в случае если F-критерий больше критического значения F-распределения Фишера, процессор фиксирует, что ПЛС-модель калибровочных образцов пластовых флюидов достоверна.
Процессор дополнительно может проводить валидацию ПЛС-модели, например с использованием метода среднеквадратичной погрешности перекрестной проверки.
Изобретение поясняется следующими фигурами.
На фигуре 1 представлена схема совместной добычи пластовых флюидов из двух пластов, где 1 – пласты.
На фигуре 2 представлен полученный методом главных компонент график счетов для оценки параметров состава индивидуальных пластовых флюидов 2 – N1, 3 – N2, 4 – N3.
На фигурах 3 – 5 представлены графики «введено – найдено» ПЛС-модели, отражающие взаимосвязь между известным содержанием индивидуальных пластовых флюидов в калибровочных смесях и определенным по ПЛС-модели для 5 - калибровочных и 6 – проверочных образцов.
На фигуре 6 представлен полученный методом главных компонент график счетов для оценки параметров состава индивидуальных пластовых флюидов 7 – N4, 8 – N5.
На фигуре 7 представлен график «введено – найдено» ПЛС-модели, отражающий взаимосвязь между известным содержанием индивидуальных пластовых флюидов в калибровочных смесях и определенным по модели для 5 - калибровочных и 6 - проверочных образцов.
На фигуре 8 представлен полученный методом главных компонент график счетов для оценки параметров состава индивидуальных пластовых флюидов 9 – N6, 10 – N7, 11 – N8, 12 – N9, 13 – N10, 14 – N11.
На фигурах 9 – 11 представлены графики «введено – найдено» ПЛС-моделей, отражающие взаимосвязь между известным содержанием индивидуальных пластовых флюидов в калибровочных смесях и определенным по ПЛС-модели для 5 - калибровочных и 6 - проверочных образцов.
Получают по меньшей мере одну пробу индивидуального пластового флюида из по меньшей мере двух пластов. Затем проводят подготовку калибровочных смесей путем смешения индивидуальных пластовых флюидов разных пластов в различных соотношениях и определяют углеводородный состав полученных калибровочных смесей. Устанавливают взаимосвязь между составом калибровочных смесей и полученными данными об их углеводородном составе с использованием метода многомерной регрессии.
Получают пробу смеси индивидуальных пластовых флюидов и определяют её углеводородный состав. Определяют долю каждого индивидуального пластового флюида по полученным данным об углеводородном составе пробы пластового флюида и по установленной взаимосвязи между составом калибровочных смесей и их углеводородным составом.
Ниже приведены частные примеры реализации, которые иллюстрируют заявленное изобретение, но не ограничивают его.
2
Пример 1. Получены пробы индивидуальных флюидов N1 (11 проб), N2 (4 пробы), N3 (9 проб), а также проба смеси указанных флюидов. Проведена пробоподготовка. Все пробы нефти (углеводородного флюида) были разделены на две части: первые были термостатированы в течение 30 мин при температуре 65°C и отделены от механических примесей и воды центрифугированием при той же температуре и относительном центробежном ускорении 3430 м/с (350 g), вторые были отцентрифугированы при комнатной температуре. Групповой анализ нефти выявил следующие результаты, которые представлены в таблице 1.
Таблица 1. Групповой состав образцов пластовых флюидов при различной пробоподготовке.
№ нефти
Массанасыщенной фракции, г
Массаароматической фракции, г
Масса смол, г
Масса асфальтенов, г
Σ масс всех фракций, г
№ 1 (горячее)
0,4619
0,2499
0,0592
0,0203
0,7913
№ 1 (холодное)
0,4568
0,2601
0,0384
0,0126
0,7679
№ 2 (горячее)
0,5013
0,2009
0,0495
0,0092
0,7609
№ 2 (холодное)
0,3940
0,2063
0,0110
0,0065
0,6178
№ 3 (горячее)
0,5582
0,1999
0,0458
0,0080
0,8119
№ 3 (холодное)
0,4639
0,2101
0,0284
0,0051
0,7075
№ 4 (горячее)
0,4544
0,2187
0,0487
0,0148
0,7366
№ 4 (холодное)
0,4207
0,2517
0,0359
0,0106
0,7189
Результаты в таблице 1 указывают на изменение соотношения компонентов нефти при отделении воды и механических примесей без нагрева: относительно проб после горячего центрифугирования, пробы, полученные разделением при комнатной температуре, имеют обеднение по смолисто-асфальтеновым соединениям, при этом они содержат большее количество ароматических соединений. Снижение доли насыщенной фракции, по-видимому, может быть связано с выпадением эмульсии парафинов в ходе центрифугирования. Также во всех образцах выявлено снижение суммы фракций, что может быть обусловлено неэффективным отделением воды и механических примесей при обычном центрифугировании, так как они не дают вклада в массы фракций в результате их удаления в ходе толуольной экстракции асфальтенов и отгонки растворителей со всех четырех фракций: нерастворимые примеси остаются на фильтре в насадке Сокслета, вода отгоняется в виде азеотропа.
Таким образом, следует заключить, что предложенный вариант метода подготовки проб не только позволяет эффективно отделить нежелательные для последующего хроматографического исследования флюида примеси, но и сохранить исходный групповой состав нефти, что однозначно, важно для количественного анализа. Приведенные результаты подтверждают дополнительное повышение точности при пробоподготовке при повышенной температуре. Данный вариант пробоподготовки был использован для подготовки проб для других примеров, но при этом он не ограничивает заявленный способ определения доли пластового флюида в смеси флюидов, а только позволяет дополнительно повысить точность данных о составе проб, которая в свою очередь дополнительно будет повышать точность определения доли вклада индивидуальных пластовых флюидов в из смесь.
табл
табл
табл
Затем для проб, подготовленных при повышенной температуре, определяют углеводородный состав с использованием метода газовой хроматографии, совмещенной с квадрупольным масс-анализатором. Полученные хроматограммы анализируют с использованием МГК. На фиг. 2 приведен график счетов МГК для первых двух компонент. Доля объясненной дисперсии этих компонент составляет 71%. Рассчитанные значения F для каждой пары всех трех пластов существенно выше табличных значений критерия Фишера: значение F для пластов  N1 и N2 составило 93,26 (F = 3,88), для пластов N1 и N3 значение F составило 129,14 (F = 3,59), для пластов N2 и N3 значение F составило 136,85 (F = 4,10), соответственно качество полученных в дальнейшем ПЛС-моделей будет высоким.
Из фигуры 2 видно, что образцы индивидуальных пластовых флюидов, представленные ниже, имеют максимальные различия в составе (с наибольшим расстоянием друг относительно друга) в пласте (N1: пробы №1, №3, №4, №11; N2: пробы №12, №13, №14, №15; N3: пробы №16, №18, №20, №22).
Из этих проб путем смешения в равных количествах были получены «усредненные» образцы для каждого индивидуального пластового флюида для приготовления калибровочных образцов. Это позволило сократить количество проб для приготовления «усредненных» образцов индивидуальных пластовых флюидов. При этом специалист может выбрать вариант реализации способа, в котором «усреднённые» образцы готовят их путем смешения в равных количествах всех проб индивидуального пластового флюида.
Состав (количество индивидуальных пластовых флюидов для приготовления) калибровочных смесей был определен из симплекс-решетчатого экспериментального плана (табл.2).
Таблица 2. Содержание индивидуальных пластовых флюидов в калибровочных смесях, %.
№ образца
N1
N2
N3
PLS1
100
0
0
PLS 2
0
100
0
PLS 3
0
0
100
PLS 4
33
33
33
PLS 5
25
75
0
PLS 6
75
25
0
PLS 7
0
25
75
PLS 8
0
75
25
PLS 9
25
0
75
PLS 10
75
0
25
PLS 11
20
40
40
PLS 12
40
20
40
PLS 13
40
40
20
PLS 14
10
70
20
PLS 15
20
70
10
PLS 16
70
20
10
PLS 17
70
10
20
PLS 18
10
20
70
PLS 19
20
10
70
PLS 20
50
50
0
PLS 21
50
0
50
PLS 22
0
50
50
Определяют углеводородный состав калибровочных смесей с использованием метода газовой хроматографии, совмещенной с квадрупольным масс-анализатором. В данном случае для дополнительной точности определения вклада был выбран ПЛС-метод как один из методов многомерной регрессии.
Данные высот хроматографических пиков и данные о содержании индивидуальных пластовых флюидов в калибровочных смесях переводят в латентное пространство с использованием ПЛС-метода, проводят построение ПЛС-модели для установления взаимосвязи между составом калибровочных смесей и их углеводородным составом (кривая 5 на фигурах 3-5, показана черным цветом). Принцип построения ПЛС-модели является известным для специалиста.
Определение состава смеси пластовых флюидов проводят путем определения углеводородного состава смеси с использованием того же метода, который использовался для определения углеводородного состава калибровочных смесей. Полученные данные хроматограмм – высоты хроматографических пиков переводят в пространство латентных переменных с использованием ПЛС-метода и получают ПЛС-модель. На фигурах 3 – 5 приведены графики «введено-найдено» ПЛС-моделей для определения доли пластового флюида: N1 - фиг.3, N2 - фиг.4, N3 – фиг.5.
В результате сопоставления данных сформированной ПЛС-модели и данных об углеводородном составе смеси пластовых флюидов (высот хроматографиеских пиков, полученных при определении углеводородного состава смеси флюидов) определяют содержание индивидуальных пластовых флюидов в смеси по значениям высот хроматографиеских пиков (кривая 6 на фигурах 3-5, показана синим цветом). В таблице 3 приведен пример результата определения состава смеси по ПЛС-моделям, представленным на фигурах 3 – 5 для одной из смесей углеводородных флюидов, состав которой определяли (которая использовалась для проверки).
Таблица 3. Доля вклада индивидуальных пластовых флюидов.
Пластовый флюид
Содержание в смеси, %
N1
39,5
N2
13,1
N3
45,2
Оптимизация модели и оценка ее погрешности проводились с помощью полной перекрестной проверки. Все построенные ПЛС-модели для трехкомпонентной смеси имеют удовлетворительное качество - коэффициенты корреляции моделей принимают значения не ниже 0,8, а значения RMSECV не превышают 13%.
F
Пример 2. Получены пробы индивидуальных флюидов N4 (6 проб) и N5 (5 проб), а также проба смеси указанных флюидов. Проведена пробоподготовка при повышенной температуре аналогично примеру 1. Определен углеводородный состав всех проб. Далее хроматограммы были обработаны методом главных компонент. На фигуре 6 приведен график МГК счетов первых двух компонент, которые суммарно объясняют 88% всей дисперсии в данных. Счета первых двух компонент были использованы для расчета  критерия, рассчитанного по тесту Хоттелинга, которое составило 38,35, что существенно превышает табличное значение (4,26).
Для смешения были выбраны: проба №3 пластового флюида N4 и проба №15 пластового флюида N5, которые имели средние по всему пласту значения счетов первых двух главных компонент. В данном случае получение усредненных образцов индивидуальных флюидов не проводили. Калибровочные образцы были получены смешением образцов проб в соответствии с десятиуровневым дизайном. Содержание индивидуальных пластовых флюидов в калибровочных смесях приведены в таблице 4. Далее для всех калибровочных образцов определяют углеводородный состав, определяют высоты хроматографических пиков, которые используют для построения ПЛС-модели, предназначенной для определения доли пласта N4.
Проводят определение углеводородного состава смеси, долю вклада индивидуальных флюидов необходимо определить, с использованием того же метода газовой хроматографии, что и для определения углеводородного состава калибровочных смесей. Высоты хроматографических пиков и сформированную ПЛС-модель используют для определения вклада индивидуального флюида. В данном случае (двухкомпонентная смесь) определяли долю вклада флюида пласта N4.  Доля флюида пласта N5 определялась как 100-доля пласта N4.
Таблица 4. Содержание индивидуальных пластовых флюидов в калибровочных смесях, %.
Образец
N4
N5
Y01
0
100
Y02
20
80
Y03
40
60
Y04
60
40
Y05
80
20
Y06
100
0
Y07
10
90
Y08
30
70
Y09
50
50
Y10
70
30
Y11
90
10
На фигуре 7 приведен график «введено-найдено» полученной ПЛС-модели. Черным цветом показаны образцы, участвующие в построении модели. Синим - образцы в проверке. Доля вклада флюида пласта N4 составила 75,6%. Оптимизация модели и оценка ее погрешности проводились с помощью полной перекрестной проверки. В идеальном случае прямые, проведенные по калибровочным и проверочным образцам, должны иметь наклон и коэффициент корреляции близкие к единице, а смещение должно быть около нуля, что и наблюдается для полученной ПЛС-модели - наклоны в калибровке и проверке составляют 0,99 и 0,98; коэффициенты корреляции 0,99 и 0,98; и смещение 0,6 и 0,9 соответственно. Общая погрешность модели, оцененная по величине RMSECV составляет 5,2%. Все параметры модели (угол наклона графика введено-найдено, его смещение и коэффициент корреляции), а также общая погрешность свидетельствуют о высоком качестве полученной ПЛС модели для определения доли пластов двухкомпонентной смеси.
Пример 3. Получены пробы индивидуальных флюидов шести пластов. Проведена пробоподготовка при повышенной температуре аналогично примеру 1. Определен углеводородный состав всех проб. Далее хроматограммы были обработаны методом главных компонент. На фигуре 8 приведен график счетов МГК для проб указанных флюидов. Из графика видно, что пласты N6, N7, N8, N9, N10 не имеют четкого разделения за исключением пласта N11, тем не менее для этих пластов были построены шестикомпонентные модели для определения доли каждого индивидуального пластового флюида в смеси. В связи с тем, что установить точные границы областей на графике счетов МГК для пластов затруднительно были выбраны центры кластеров, отвечающие индивидуальным пластам на графике счетов, и для приготовления калибровочных смесей выбраны образцы проб, соответствующие центрам кластеров. Калибровочные смеси были получены смешением образцов в соответствии с дизайном равномерного распределения точек в n-мерном пространстве, который подробно описан выше. Содержание отдельных образцов в смесях калибровочных образцов приведены в таблице 5.
Определяют углеводородный состав калибровочный смесей. С использованием данных о составе калибровочных смесей и их углеводородном составе (характеризующимся высотами хроматографических пиков) строят ПЛС-модели для определения доли вклада флюидов всех шести пластов в смесь. На фиг. 9-11 приведены графики «введено-найдено» ПЛС-моделей с наилучшим качеством – N9 (фиг. 9), N10 (фиг. 10), N11 (фиг. 11). Как и ожидалось после анализа графика счетов МГК, наилучшее качество у модели, предназначенной для определения доли пласта N11 – коэффициент корреляции в перекрестной проверке составил 0,97, а величина RMSECV 4,5%. ПЛС-модели для пластов N9 и N10 характеризовались более низким качеством, которое тем не менее оставалось удовлетворительным (коэффициент корреляции больше 0,8 для обеих моделей, а погрешность определения доли пластов не превышала 11%).
Таблица 5. Содержание индивидуальных пластовых флюидов в калибровочных смесях, %.
№
N6
N7
N8
N9
N10
N11
С1
78
3
2
6
5
6
С2
22
10
34
11
2
21
С3
39
26
8
0
6
21
С4
54
11
20
3
12
0
С5
97
0
0
2
1
0
С6
1
70
4
12
0
13
С7
22
40
2
4
23
9
С8
4
24
2
1
5
64
С9
3
92
1
1
0
3
С10
9
80
3
4
3
1
С11
12
54
7
9
10
8
С12
4
1
56
13
19
7
С13
0
5
74
6
3
12
С14
0
0
96
2
1
1
С15
20
4
44
4
19
9
С16
7
34
11
15
2
31
С17
2
4
3
90
1
0
С18
1
1
2
71
4
21
С19
9
0
21
55
14
1
С20
3
9
4
42
31
11
С21
5
8
24
26
8
29
С22
2
9
1
4
78
6
С23
1
0
0
4
95
0
С24
10
4
15
6
63
2
С25
15
9
16
8
47
5
С26
0
0
0
4
0
96
С27
4
7
3
1
2
83
С28
9
2
6
5
10
68
С29
9
6
28
3
1
53
С30
25
24
13
3
29
6
С31
12
23
29
19
12
5
С32
28
19
36
13
2
2
С33
10
17
13
23
22
15
С34
19
16
25
5
14
21
С35
8
9
46
28
5
4
С36
4
5
7
9
6
69
Остальные модели для определения доли пластов N6, N7, N8, имели недостаточно удовлетворительное качество (коэффициент корреляции этих моделей не превышал 0,5, а средняя погрешность была выше 30%). Не смотря на низкое качество ПЛС-моделей для этих трех пластов, заявляемый способ продемонстрировал высокую эффективность, так как позволил определить содержание пластов, слабо отличающихся друг от друга по составу (N9 и N10).
В таблице 6 представлены результаты определения доли вклада флюидов пластов N9, N10 и N11 в смесь флюидов.
Таблица 6. Доля вклада индивидуальных пластовых флюидов.
Пластовый флюид
Содержание в смеси, %
N9
2,7
N10
14,6
N11
61,6
Таким образом, приведенные примеры подтверждают достижение технического результата – повышение точности определения содержания доли каждого пластового флюида в смеси двух и более флюидов, а также повышение надёжности различимости углеводородных флюидов в смеси, которые относятся к разным пластам/месторождениям, который обеспечивается путем определения углеводородного состава калибровочных смесей и установления взаимосвязи между содержанием индивидуальных пластовых флюидов в калибровочных смесях и углеводородным составом калибровочных смесей с использованием методов многомерной регрессии.
Установление взаимосвязи между содержанием индивидуальных пластовых флюидов в калибровочных смесях и углеводородным составом калибровочных смесей и определение доли вклада индивидуальных пластовых флюидов может быть проведено с использованием заявленных системы и машиночитаемого носителя.