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

Отчеты

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

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

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 £

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

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