УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ ФИЛЬТРАЦИИ ФЛЮИДОВ В ЗАЛЕЖАХ УГЛЕВОДОРОДОВ

Область техники, к которой относится полезная модель.
Настоящая полезная модель относится к области обработки данных, а более конкретно к устройствам для определения направления фильтрации флюидов в залежах углеводородов, включающим в себя находящиеся в едином корпусе модуль ввода электрических сигналов, соответствующих трехмерной карте давления и фильтрационно-емкостным свойствам пласта залежей углеводородов, выход которого соединен с входом модуля определения линий тока распространения флюида, выход которого соединен с входом модуля выделения пар нагнетательная-добывающая скважины, между которыми присутствует переток флюида, выход которого соединен с входом модуля вычисления точек графа перетоков флюида между скважинами, в котором вершинами являются упомянутые нагнетательные и добывающие скважины, которые соединяются ребром, если между ними присутствует переток флюида, и может быть использована для анализа заводнения и гидродинамической связи между скважинами для нефтегазовых месторождений с большим количеством скважин.
В настоящем описании приняты следующие термины:
Флюид - любое вещество, поведение которого при деформации может быть описано законами механики жидкостей. В нефтегазовом деле под флюидом, как правило, понимают пластовые газ, нефть и воду.
Линия тока - это кривая, касательная к которой в каждой точке совпадает с направлением вектора скорости движения частиц флюида в этой точке. Линии тока широко используются при моделировании нефтегазовых месторождений для решения задач оптимизации заводнения, воспроизведения истории разработки месторождения, визуализации результатов расчета гидродинамических симуляторов.
Кривая Безье - параметрическая кривая, которая задается двумя главными опорными точками (начало и конец кривой), а также рядом промежуточных опорных точек, через которые кривая не проходит. Промежуточные точки играют роль магнитов. Кривая начинается в начальной опорной точке и направляется к конечной, по мере движения притягиваясь к контрольным точкам. Сначала преобладает влияние первой точки, но по мере приближения ко второй точке более сильным становится влияние контрольных точек.
Модуль ввода - это модуль сервера, который может представлять собой приемник входящих сигналов, и преобразователь их для последующей обработки.
Вычислительный модуль - это модуль сервера, который представляет собой микропроцессор, специально приспособленный для обработки сигналов.
При этом некоторые модули могут быть объединены в отдельных реализациях. Или наоборот, состоять из связанных между собой нескольких вычислительных модулей (кластер), это может быть необходимо, когда требуется обрабатывать большие массивы данных.
Уровень техники.
Известно из уровня техники устройство для определения направления фильтрации флюидов в залежах углеводородов, включающее в себя находящиеся в едином корпусе модуль ввода электрических сигналов, соответствующих трехмерной карте давления и фильтрационно-емкостным свойствам пласта залежей углеводородов, выход которого соединен с входом модуля определения линий тока распространения флюида, выход которого соединен с входом модуля выделения пар нагнетательная-добывающая скважины, между которыми присутствует переток флюида, выход которого соединен с входом модуля вычисления точек графа перетоков флюида между скважинами, в котором вершинами являются упомянутые нагнетательные и добывающие скважины, которые соединяются ребром, если между ними присутствует переток флюида. (См. описание патента на изобретение США 6519531 США. Опубликовано в 2003 г. Batycky R.P., Thiele М.R. System and methods for visual interpretation of well rate allocation factors).
Данное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявленной полезной модели и взято за прототип к предлагаемой полезной модели. Недостатком данного устройства является то, что оно не обеспечивает высокую точность определения усредненного направления фильтрации флюидов в залежах углеводородов. Это связано с тем, что в этом устройстве происходит определение направления фильтрации флюидов между скважинами, когда нагнетательная и добывающая скважина, между которыми есть переток флюида, при моделировании «соединяются» прямой линией, толщина которой соответствует объему потока флюида между ними. Но при таком подходе невозможно определить усредненное направление течения флюида между скважинами, которое представляет интерес для определения наиболее обводненных участков месторождения, особенно при большом количестве скважин. Так как среда, в которой происходит фильтрация флюида, неоднородная, то, как правило, усредненная траектория движения частиц между скважинами сильно отличается от рассчитанной прямой линии.
Раскрытие полезной модели.
Опирающаяся на это оригинальное наблюдение настоящая полезная модель, главным образом, имеет целью предложить устройство для определения направления фильтрации флюидов в залежах углеводородов, включающее в себя находящиеся в едином корпусе модуль ввода электрических сигналов, соответствующих трехмерной карте давления и фильтрационно-емкостным свойствам пласта залежей углеводородов, выход которого соединен с входом модуля определения линий тока распространения флюида, выход которого соединен с входом модуля выделения пар нагнетательная-добывающая скважины, между которыми присутствует переток флюида, выход которого соединен с входом модуля вычисления точек графа перетоков флюида между скважинами, в котором вершинами являются упомянутые нагнетательные и добывающие скважины, которые соединяются ребром, если между ними присутствует переток флюида, позволяющее, по меньшей мере, сгладить, как минимум, один из указанных выше недостатков, а именно обеспечить повышение точности определения усредненного направления фильтрации флюидов в залежах углеводородов с большим количеством скважин, что и является поставленной технической задачей.
Для достижения этой цели выход модуля вычисления точек графа перетоков флюида между скважинами соединен с первым входом модуля определения усредненного направления фильтрации флюидов в залежах углеводородов, выполненным с возможностью перерасчета упомянутых ребер графа в виде траектории, которая строится путем интерполяции по точкам, полученным из линий тока распространения флюида в неоднородной пористой среде в залежах углеводородов, причем второй вход модуля определения усредненного направления фильтрации флюидов в залежах углеводородов соединен с выходом модуля определения линий тока распространения флюида.
Благодаря таким выгодным характеристикам появляется возможность перерасчета упомянутых ребер графа в виде траектории, которая строится путем интерполяции по точкам, полученным из линий тока распространения флюида в неоднородной пористой среде в залежах углеводородов. То есть появляется возможность более точно определить усредненное направление фильтрации флюидов в залежах углеводородов, за счет замены прямого усредненного направления перетока флюидов на изогнутое, которое при этом привязано именно к линиям тока распространения флюида. При этом заявленные отличия позволяют определить направление перетока флюида даже в ситуации с большим количеством скважин.
Существует также вариант полезной модели, в котором модуль определения усредненного направления фильтрации флюидов в залежах углеводородов включает в себя блок расчета траектории, по которой частица проходит из нагнетательной в добывающую скважину за кратчайшее время с учетом фильтрационно-емкостных свойств пласта и трехмерной карты давлений. Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность построения траекторий, которые проходят через зоны с наиболее интенсивным течением пластового флюида. Удаленные от траектории зоны, с большой долей вероятности являются зонами сосредоточения остаточных запасов нефти, что представляет интерес для разработчика. Кроме того, такая траектория всегда проходит там, где реально течет флюид.
Существует также вариант полезной модели, в котором выход модуля определения усредненного направления фильтрации флюидов в залежах углеводородов соединен с модулем визуализации.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность визуализации на дисплее усредненного направления фильтрации флюидов в залежах углеводородов. Дисплей может быть являться частью устройства, или может быть соединен с ним как с помощью проводных, так и с помощью беспроводных соединений.
Совокупность существенных признаков предлагаемой полезной модели неизвестна из уровня техники для устройств аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для полезной модели.
Краткое описание чертежей.
Другие отличительные признаки и преимущества полезной модели ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых:
- фигура 1 схематично изображает функциональную схему предлагаемого устройства для определения направления фильтрации флюидов в залежах углеводородов, согласно полезной модели,
- фигура 2 схематично изображает графическое представление линий тока флюидов между скважинами,
- фигура 3 схематично изображает графическое представление движения флюидов между скважинами с помощью частного варианта заявленного устройства: интерполяции по трем опорным точкам, полученным из линий тока, на основе квадратичной кривой Безье, согласно полезной модели,
- фигура 4 схематично изображает графическое представление движения флюидов между скважинами с помощью частного варианта заявленного устройства: вычисления линий тока с минимальным временем пролета частицы, согласно полезной модели,
- фигура 5 изображает этапы функционирования устройства для определения направления фильтрации флюидов в залежах углеводородов, согласно полезной модели.
Согласно фигуре 1 устройство для определения направления фильтрации флюидов в залежах углеводородов включает в себя находящиеся в едином корпусе 1 модуль 2 ввода электрических сигналов, соответствующих трехмерной карте давления и фильтрационно-емкостным свойствам пласта залежей углеводородов. Выход этого модуля 2 соединен с входом модуля 3 определения линий тока распространения флюида. Выход этого модуля 3 соединен с входом модуля 4 выделения пар нагнетательная-добывающая скважины, между которыми присутствует переток флюида. Выход этого модуля 4 соединен с входом модуля 5 вычисления точек графа перетоков флюида между скважинами, в котором вершинами являются упомянутые нагнетательные и добывающие скважины, которые соединяются ребром, если между ними присутствует переток флюида. Выход этого модуля 5 вычисления точек графа перетоков флюида между скважинами соединен с первым входом модуля 6 определения усредненного направления фильтрации флюидов в залежах углеводородов, выполненного с возможностью перерасчета упомянутых ребер графа в виде траектории, которая строится путем интерполяции по точкам, полученным из линий тока распространения флюида в неоднородной пористой среде в залежах углеводородов. Второй вход модуля 6 определения усредненного направления фильтрации флюидов в залежах углеводородов соединен с выходом модуля 3 определения линий тока распространения флюида.
Модуль 6 определения усредненного направления фильтрации флюидов в залежах углеводородов включает в себя блок 61 расчета траектории, по которой частица проходит из нагнетательной в добывающую скважину за кратчайшее время с учетом фильтрационно-емкостных свойств пласта и трехмерной карты давлений.
Выход модуля 6 определения усредненного направления фильтрации флюидов в залежах углеводородов может быть опционально соединен с модулем 7 визуализации.
Модули 2-7 могут быть также соединены между собой через общую шину данных, передающую электрические сигналы. На фигуре 1 не показана.
Осуществление полезной модели.
Устройство для определения направления фильтрации флюидов в залежах углеводородов работает следующим образом. (Приводится не ограничивающий применения полезной модели пример осуществления). Согласно фигурам 2-4, на которых дополнительно условно обозначены:
- добывающие скважины - 11
- нагнетательные скважины - 12
- направления фильтрации флюидов - 13
и фигуре 5:
Этап А1. Предварительно вводят в модуль 2 электрические сигналы, соответствующие трехмерной карте давления и фильтрационно-емкостным свойствам пласта залежей углеводородов
Этап А2. Посредством модуля 3 определяют линии тока распространения флюида.
Этап A3. Посредством модуля 4 выделяют пары нагнетательная-добывающая скважины, между которыми присутствует переток флюида. В качестве входных данных на модуль 3 используют линии тока, вычисленные методом трассировки частиц в модуле 2 на основе трехмерной карты давления. Эта карта является результатом решения системы уравнений многокомпонентной многофазной фильтрации в неоднородной пористой среде. Форма линий тока определяется фильтрационно-емкостными свойствами пласта и текущей трехмерной картой давлений. Линия тока может быть представлена в виде набора точек, где каждая точка соответствует положению частицы тока в некоторый момент времени. Для каждой точки определяют координаты (X, Y, Z) и момент времени Т, в который частица находилась в заданной точке. Также для каждой линии тока хранят данные о скважинах, на которых линии тока начинаются и заканчиваются.
Этап А4. Посредством модуля 5 вычисляют точки графа перетоков флюида между скважинами, в котором вершинами являются упомянутые нагнетательные и добывающие скважины, которые соединяют ребром, если между ними присутствует переток флюида
Этап А5. Посредством модуля 6 определяют усредненное направление фильтрации флюидов в залежах углеводородов, что дает возможность более глубокого анализа, чем прямые линии. Для этого производят перерасчет упомянутых ребер графа в виде траектории, которую строят путем интерполяции по точкам, полученным из линий тока распространения флюида в неоднородной пористой среде в залежах углеводородов.
Этап А6. Визуализируют на дисплее полученные данные с помощью модуля 7. На Фиг. 2 изображена визуализация графической модели направления фильтрации флюидов 13 в неоднородной пористой среде в залежах углеводородов на основе линий тока между нагнетательными 12 и добывающими скважинами 11 с помощью линий тока.
То есть на основе линий тока определяют пары из нагнетательной 12 и добывающей скважины 11, между которыми есть переток флюида 13. На основании полученных данных о наборе скважин, осуществляют моделирование графа, вершинами которого являются скважины 12 и 11, которые соединяются ребром, если между ними есть переток флюида 13.
Траектория, построенная путем интерполяции по точкам, полученным из линий тока, является важной для проведения анализа, потому что зоны близкие к этой траектории - это зоны с наиболее интенсивным течением пластового флюида. Удаленные от траектории зоны, с большой долей вероятности являются зонами сосредоточения остаточных запасов нефти.
Кроме того, использование интерполяции по точкам, полученным из линий тока, в качестве метода визуализации перетоков флюида между скважинами, требует мало памяти для сохранения результатов расчета. На каждом расчетном шаге для каждой пары взаимодействующих скважин необходимо хранить только точки, по которым проводится интерполяция, и объем перетока флюида от нагнетательной к добывающей скважине. Этим и объясняется возможность достижения заявленного технического результата при большом количестве скважин.
Точки для интерполирования можно выбирать различными способами. Например, в качестве набора точек, по которым проводится интерполяция, можно взять каждую N-ю точку линии тока, по которой частица проходит из нагнетательной в добывающую скважину за кратчайшее время.
Другой способ - для каждой линии тока взять набор точек, соответствующий положению частицы в некоторые фиксированные моменты времени, и усреднить их для нескольких линий тока. То есть, построить такой набор точек, где каждая точка является центром масс набора точек, в которых частицы, соответствующие разным линиям тока, находились в заданные моменты времени.
Еще одним вариантом является использование вместо одинаковых моментов времени одинаковых процентов пройденного частицей пути от одной скважины до другой.
Также для построения квадратичной кривой Безье можно использовать три опорные точки. Если в качестве крайних точек выбрать фиксированные точки, не меняющиеся во время расчетных шагов: например, устья скважин или координаты верхней границы верхнего интервала перфорации скважины, то крайние точки можно не хранить и для каждой пары скважин потребуется хранить только объем перетока флюида и среднюю опорную точку кривой Безье.
На Фиг. 3 изображено графическое представление движения флюидов между нагнетательными и добывающими скважинами с помощью частного варианта заявленного способа. В этом варианте направление перетока флюида интерполируется по трем точкам квадратичной кривой Безье.
Ребро графа 13 строят по принципу визуализации траектории перетока флюида между нагнетательной 12 и добывающей 11 скважинами, с помощью квадратичной кривой Безье. Квадратичная кривая Безье в частном варианте заявленного изобретения строится по трем опорным точкам, где:
- первая точка (x1, y1) является проекцией координаты верхней границы верхнего интервала перфорации нагнетательной скважины на двумерную карту;
- вторая точка (x2, y2) берется так, чтобы кривая Безье прошла через точку, которая является проекцией на двумерную карту центра масс набора точек, где каждая точка соответствует середине одной из линий тока, соединяющих нагнетательную и добывающую скважину;
- третья точка (x3, y3) является проекцией координаты верхней границы верхнего интервала перфорации добывающей скважины на двумерную карту.
Серединой линии тока является точка, в которой частица оказывается за половину временного интервала, за который частица преодолевает путь от начала до конца линии тока.
Вторая опорная точка (x2, y2) кривой Безье вычисляется по формуле:
x2=2*x_center_mass-0.5*(x1+x3),
y2=2*y_center_mass-0.5*(y1+y3), где,
(x1, y1) - координаты первой точки,
(x_center_mass, y_center_mass) - координаты точки, которая является проекцией на двумерную карту центра масс набора точек, где каждая точка соответствует середине одной из линий тока, соединяющих нагнетательную и добывающую скважины;
(x3, y3) - координаты третьей точки.
Таким образом, ребра графа визуализируют данные о направлении течения флюида между парами из нагнетательной и добывающий скважины в неоднородной пористой среде.
Затем полученный граф визуализируется на двумерной или трехмерной карте месторождения. Двумерная карта месторождения строится путем проецирования трехмерной сетки гидродинамической модели месторождения на плоскость. Границы интервалов перфорации скважин также проецируются на эту плоскость. Также двумерная карта может представлять собой ломаный разрез трехмерной карты месторождения.
Пользователь может управлять визуализацией графа с помощью модуля 7, оставляя в нем только те вершины и ребра, которые в данный момент представляют для него интерес. Например, пользователь может так настроить визуализацию, чтобы отображались только ребра между выбранными им скважинами. Или задать граничные значения объема перетока флюида, чтобы не визуализировать ребра графа, когда переток флюида между скважинами меньше или больше некоторого заданного граничного значения.
Заявленное устройство может использоваться для вычисления и визуализации накопленных перетоков между скважинами. В этом случае для каждого временного шага из рассматриваемого временного интервала строятся линии тока. Затем одним из описанных выше способов выбирается набор точек для интерполяции в рамках одного расчетного шага. После чего строится набор точек, где каждая точка является усреднением соответствующих точек с отдельных временных шагов.
Возможно также при этом строить кривую Безье, которая является усреднением кривых Безье для отдельных шагов. В качестве второй опорной точки усредненной кривой Безье берется точка, являющаяся центром масс набора вторых опорных точек кривых Безье, полученных для каждого расчетного шага из рассматриваемого временного интервала.
Таким образом, пользователь получает необходимую модель направления движения флюидов, что позволяет получить полный набор аналитических данных, которые отображают направление наиболее интенсивного движения флюида в неоднородной пористой среде.
У такого применения предлагаемого устройства, описанного выше, есть преимущество в том, что его можно использовать для анализа накопленных показателей за несколько расчетных шагов, и нужно хранить очень мало данных - только опорные точки.
Существует альтернативный вариант использования предлагаемого устройства, при котором в качестве ребра берется траектория, по которой частица проходит из нагнетательной в добывающую скважину за кратчайшее время с учетом фильтрационно-емкостных свойств пласта и трехмерной карты давлений. То есть в таком варианте визуализируют линию тока с минимальным временем пролета частицы. Преимущество такого альтернативного способа состоит в том, что траектории, которые в нем строятся, проходят через зоны с наиболее интенсивным течением пластового флюида. Удаленные от траектории зоны, с большой долей вероятности являются зонами сосредоточения остаточных запасов нефти, что представляет интерес для разработчика. Кроме того, в этом альтернативном варианте использования устройства траектория всегда проходит там, где реально течет флюид, т.к. выбрана сама линия тока. См. фиг. 4
Приведенные варианты осуществления полезной модели являются примерными и позволяют добавлять новые варианты или модифицировать описанные. Например, использовать этапы выборочно, переставлять.
Промышленная применимость.
Предлагаемое устройство для определения направления фильтрации флюидов в залежах углеводородов, имеет ясное предназначение, может быть осуществлено специалистом на практике и при осуществлении обеспечивает реализацию заявленного назначения. Возможность осуществления специалистом на практике следует из того, что для каждого признака, включенного в формулу полезной модели на основании описания, известен материальный эквивалент, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» и критерию «полнота раскрытия» для полезной модели.
В соответствии с полезной моделью заявителем был изготовлен опытный образец устройства для определения направления фильтрации флюидов в залежах углеводородов, которое было выполнено на базе стандартных микропроцессоров и модулей памяти, проводных и беспроводных соединений.
Опытная эксплуатация данного устройства показала, что с его помощью возможно осуществлять:
- определение линий тока распространения флюида,
- выделение пар нагнетательная-добывающая скважины, между которыми присутствует переток флюида,
- вычисление точек графа перетоков флюида между скважинами, в котором вершинами являются упомянутые нагнетательные и добывающие скважины, которые соединяют ребром, если между ними присутствует переток флюида,
- определение усредненных направлений фильтрации флюидов в залежах углеводородов,
- визуализацию на дисплее полученных данных.
Таким образом, за счет вышеуказанных эффектов и достигается заявленный технический результат, а именно: повышение точности определения усредненного направления фильтрации флюидов в залежах углеводородов с большим количеством скважин.
Заявленное устройство может быть применено как для анализа мгновенных перетоков флюида на текущем расчетном шаге, так и для анализа накопленных за несколько расчетных шагов перетоков флюида.