29. Модельные исследования.

Применение программ моделирования для составления проекта разработки га­зонефтяного месторождения и составляет процесс модельного исследования. Он имеет различные стадии. Многие вопросы, которые решаются в процессе проектирования, сходны с вопросами, возникающими при разработке программы, однако здесь они рас­сматриваются с несколько иной точки зрения. Следует отметить, что данные стадии не являются всеобъемлющими. В некоторых случаях могут быть и другие этапы.

Итак, для типичного исследования характерны следующие этапы.

1. Опр-ие и обоснование задач разработки с установлением технических и экономических целей.

2. Сбор имеющихся геолого-промысловых и других данных и принятие реше­ния о получении в случае необходимости дополнительной информации.

3. Интерпретация геолого-промысловой информации о свойствах горных пород.

4. Анализ свойств насыщающих пласты флюидов.

5. Выбор типа математической и разностной модели и ее разработка.

6. Корректировка параметров модели с использованием данных об истории раз­работки пласта, запасов флюидов и т.п.

7. Прогнозирование поведения пласта при различных технологических воздей­ств- иях, зависящих от целей исследования.

8. Технико-экономический анализ результатов расчетов, выдача рекомендаций и технологических решений по разработке залежи.

Эти этапы, вообще говоря, достаточно типичны, но для различных задач могут значительно отличаться.

На первом этапе важно четко поставить вопросы, на которые необходимо отве­тить при моделировании. Подход к исследованию зависит от конечной цели. Важны вопросы экономики. Какая система разработки пласта наилучшая? Како­вы оптимальные дебиты скважин? Как расположить скважины? На эти и другие вопро­сы удается ответить в результате технико-экономических расчетов.

В других ситуациях необходимо найти, например, решение проблемы увеличения нефтеотдачи нефтяной оторочки. В этом случае возникает задача активного воз­действия на разработку, перераспределения отбора флюидов из пласта и т.п.

Сбор достоверных данных по всей залежи всегда затруднителен. Особенно это касается больших по размерам пластов. При этом необходимо обращать особое внима­ние на полноту и надежность данных.

На третьем этапе по имеющимся геолого-промысловым данным и физическим свойствам горных пород строится "геологическая модель" пласта. Здесь определяется конфигурация модели, толщины пластов, коэффициенты пористости, проницаемости, флюидонасыщенности и т.п.

Анализ данных о свойствах флюидов (данные PVT- исследований) служит для того, чтобы показать, нужно ли учитывать при прогнозных расчетах компонентный со­став пластовых флюидов или можно свести сложную углеводородную смесь к упро­щенной модельной смеси с ограниченным числом псевдокомпонентов. Все данные о свойствах пласта и флюидов должны быть проверены и аппроксимированы по возмож­ности простыми зависимостями.

Разработка численной модели пласта один из самых сложных и ответственных этапов, когда сливаются воедино наука и искусство моделирования. Без сомнения, са­мая простая модель пласта, отражающая наиболее важные аспекты интересующего нас физического процесса, является наилучшей. Поэтому сначала всегда надо стремится определить, нельзя ли получить ответ с помощью простейшей математической модели. Такой подход обычно приводит к лучшему пониманию поставленной задачи.

При выборе модели необходимо учитывать:

вид ответов, которые мы хотим получить; их точность; неопределенность знания о гра­ницах пласта и имеющихся промысловых данных; неопределенность свойств породы и флюидов; физику реальных процессов и степень их схематизации в модели; погрешно­сти, возникающие из-за допущений, принятых при разработке численной модели; по­грешности аппроксимации.

Очень важным фактором при разработке численной модели является вопрос о ее размерности, поскольку время расчетов и объем необходимой памяти существенно уве­личивается с ростом числа измерений. Следует помнить, что число верных знаков в решении задачи зависит от числа верных знаков исходных данных.

Одномерные модели часто используются для оценки упрощенных ситуаций, при наличии ограниченной информации о пласте, моделировании лабораторных экспери­ментов, для качественной оценки влияния отдельных переменных на результаты.

Двумерные модели хорошо описывают реальные пласты с хорошей вертикаль­ной сообщаемостью. Поведение отдельных скважин в большинстве случаев может хо­рошо описываться при помощи двумерных радиальных моделей.

Трехмерные модели надо использовать, когда существует необходимость изуче­ния поведения флюидов в пласте, как по площади, так и по разрезу. Особенно это важно при разработке месторождений со слоистой и зональной неоднородностью, а также для многофазных систем.

Иногда при модельном исследовании можно применять последовательно не­сколько моделей. Например, применение радиальной модели для получения данных о распределении флюидов около скважины и использование этих данных в пространст­венной (трехмерной) модели месторождения.

Размер и ориентация разностной сетки также являются важными факторами, от которых зависит точность решения. Здесь следует помнить следующие простые прави­ла.

- Ориентация сетки должна быть согласована с направлением главных осей тензора проницаемости, а в профильных и трехмерных моделях слои модели должны соответ­ствовать геологическим слоям.

-Там, где ожидаются наибольшие изменения результатов решения, следует измель­чать шаг сетки.

-Для получения более точных результатов шаг сетки надо брать мельче в местах не­однородных включений и в районе близко расположенных скважин.

-Резкие и большие изменения шагов сетки могут приводить к большим погрешно­стям аппроксимации.

-Там, где это возможно, шаг сетки следует выбирать на основе исследования ее влия­ния на результаты решения.

Если возможен выбор метода решения задачи, то следует выбирать наиболее дешевый и простой, однако при этом необходимо помнить, что самый дешевый метод, как правило, и самый грубый.

Способ решения системы алгебраических уравнений также весьма существенен. Для задач малой размерности предпочтительны прямые методы (например, прогонка), для задач большой размерности - итерационные. В случае нелинейных уравнений, ко­гда необходимо на каждом временном слое уточнять коэффициенты, итерационные ме­тоды предпочтительнее.

Временные шаги выбираются из соображений обеспечения устойчивости и точ­ности решения. При этом максимальный шаг по времени для явных разностных схем непосредственно связан с пространственными шагами сетки. Для неявных разностных схем прямой зависимости шага по времени от шагов по пространству нет. Однако и в этом случае существует ограничение на шаг по времени, связанное с погрешностями аппроксимации дифференциальных уравнений конечно-разностными. Точность реше­ния, как отмечалось, может оцениваться по материальному балансу добываемых из пласта флюидов.

Корректировка модели по истории разработки месторождения - важная часть любого исследования. Здесь необходимо сначала так подобрать параметры модели, чтобы результаты расчетов соответствовали истории разработки, а затем можно про­гнозировать дальнейшее поведение залежи. В последнее время для определения пара­метров модели все большее применение находят методы целенаправленного подбора параметров, основанные на теории сопряженных функций и методах возмущений.

После того как модель скорректирована и удовлетворительно воспроизводит по­казатели истории разработки, проводятся расчеты вариантов, прогнозирующих поведе­ние пласта при различных технологических воздействиях.

На заключительной стадии модельных исследований проводится анализ полу­ченных результатов. Определяется, достаточна ли полученная информация или требу­ются дополнительные расчеты. Выдаются рекомендации и решения.