Интерпретация данных ГИС на базе системно-структурного подхода учебн

нение получило электромоделирование процессов разработки нефтяных месторождений.) Основным недостатком такого моделирования является несоизмеримость скоростей электрического тока и скоростей фильтрации жидкости в продуктивных пластах. Поэтому результаты такого моделирования существенно отличаются от реальных.

Натурное моделирование – это различного рода промысловые эксперименты и опытно-промышленные работы, выполняемые на реальных месторождениях. Результаты натурных экспериментов в принципе являются самыми надежными, во всяком случае должны являться таковыми. Однако на практике зачастую оказывается, что невозможно обеспечить необходимую «чистоту» промыслового эксперимента по ряду причин, и поэтому и натурные модели далеко не всегда адекватны оригиналу.

Мысленные методы моделирования

Математико-аналитическое моделирование – выражение закономерностей процесса разработки месторождений с помощью математических уравнений, полученных на основе использования законов физики, механики, гидравлики, экономики и других наук. В результате такого моделирования получается, как правило, сложная система дифференциальных уравнений в частных производных. Решение таких уравнений возможно лишь частными методами или при таких допущениях, когда об адекватности модели оригиналу уже говорить не приходится.

Статистическое моделирование. Этот метод широко рас-

пространен. Как правило, получают модели различных процессов, связанных с разработкой нефтяных месторождений, путем статистической обработки фактического материала, зачастую с использованием законов аналогии или одинаковых предположений. Недостатки этих моделей заключаются в ограничении выборки тех объектов, на которых они получены. Нет полной уверенности в том, что эти модели не являются случайными.

51

Модели в значительной степени неопределённы и неадекватны реальной залежи.

Графическое моделирование – это различного рода геоло-

гические карты, схемы, профили и т.д. Каждая из таких моделей носит ярко выраженный частный характер, так как решает ка- кую-либо одну задачу или, в лучшем случае, несколько, но никак не комплекс задач, связанных с процессом нефтеизвлечения.

Имитационное моделирование – на компьютере одновре-

менно моделируется подвергающийся техническим воздействиям геологический объект и имитируются сами воздействия.

Первоначально термин «имитационное моделирование» применялся только к моделям, отражающим поведение определенных объектов при меняющихся во времени внешних воздействиях. Вероятно, подразумевалось, что объект (состояние природы) «моделируется», а внешние воздействия, осуществляемые по воле человека, «имитируются». В таком контексте любой расчет технологических показателей разработки нефтяной или газовой залежи, осуществляемый в связи с проектированием или регулированием процесса нефтегазодобычи, это имитационное моделирование разработки.

В дальнейшем область использования термина «имитационное моделирование» расширилась как бы за счет отнесения к «внешним воздействиям» (уже не на объект, а на его модель) тех вариаций в сведениях о состоянии природы, которые оказываются допустимыми в связи с неполнотой знаний и данных о моделируемых объектах и процессах. Имитационное моделирование начало выступать в роли способа «преодоления» неполноты знаний и данных, приобрело характер своеобразного логи- ко-математического эксперимента, направленного на создание познавательной ситуации, формально лишенной каких-либо неопределенностей и позволяющей получить «полные» ответы на все интересующие нас вопросы. Неопределенности снимаются за счет добавления к имеющимся знаниям и данным некоторых более или менее произвольных, имеющих альтернативы пред-

52

положений относительно неизвестных нам свойств и закономерностей, присущих моделируемой системе, составляющим ее подсистемам и элементам.

При решении задач анализа и регулирования разработки нефтяной или газовой залежи объектом имитационного моделирования могут быть уже актуализированные периоды (история)

разработки. Тогда говорят о ретроспективном моделировании,

при котором все вариации в исходных данных относятся к сообщениям о неизвестных деталях геологического строения эксплуатационного объекта, о слабо изученных свойствах развитых в его объеме горных пород и насыщающих их флюидов, а моделирование ведется под фактически реализованные технологические и технические мероприятия. Цель ретроспективного моделирования – выделить набор сообщений о состоянии природы, обеспечивающий наиболее полное совпадение полученных при имитационном моделировании расчетных значений технологических показателей разработки с фактическими значениями тех же показателей, что равнозначно адаптации модели к условиям конкретного эксплуатационного объекта, созданию промысло- во-геологической основы («подложки») для последующего перспективного имитационного моделирования будущих периодов разработки того же объекта.

Перспективное моделирование, если не ставится задача оценки надежности и точности опирающихся на его результаты прогнозов, ведется под однозначно описанное состояние природы с варьированием технологий и технических средств разработки, характера, последовательности и интенсивностей технических воздействий на продуктивные пласты. Цель перспективного имитационного моделирования разработки – выход на совокупность технических воздействий, реализация которых позволяет осуществить разработку с наибольшим полезным эффектом, «оптимизация» управления разработкой и эксплуатацией конкретного объекта в конкретных условиях.

53

Характернейшая особенность ретроспективного и перспективного моделирования разработки нефтяных и газовых месторождений – эклектичность используемого логико-математичес- кого аппарата, выражающаяся в комплексировании общефизических (напрямую опирающихся на основные законы сохранения вещества и энергии, на различные пространственновременные инварианты) и гидродинамических соотношений, детерминистских и статистических моделей, теоретически обоснованных, полуэмпирических и сугубо эмпирических зависимостей разной степени общности (включая справедливые только для данного эксплуатационного объекта или его части), в обращении к интуитивным представлениям, эвристическим методам и правдоподобным (не обладающим логической строгостью) рассуждениям. Эклектичность выступает в качестве первого средства формального «преодоления» неполноты знаний и данных. Второе средство – многовариантность моделирования, явная или скрытая. Скрытая многовариантность может иметь место при ретроспективном моделировании, если общий вид аналитического описания той или иной «системной» закономерности известен заранее, и задача сводится к оценке численных коэффициентов соответствующей формулы на основе рассмотрения отдельных коротких периодов разработки и сочетаний смежных периодов как особых вариантов.

В любой реальной ситуации количество логически допустимых вариантов ретроспективной или перспективной имитационной модели процесса разработки конкретного эксплуатационного объекта оказывается очень, а то и бесконечно большим. Поэтому практическое применение имитационного моделирования разработки должно обеспечиваться какой-то процедурой отбора относительно небольшого числа вариантов, подлежащих исследованию в ходе непосредственного выполнения имитационных расчетов. Такой отбор может базироваться только на раз-

54

ного рода нестрогих, правдоподобных, основанных на аналогиях рассуждениях, на ссылках на ранее накопленный опыт и т.п., т.е. на соображениях, которые традиционно считаются заслуживающими доверия лишь при условии, что они исходят от эксперта – признанного специалиста в данной предметной области (у нас опытного инженера – разработчика нефтяных и газовых месторождениях или промыслового геолога). Имитационное моделирование разработки обязательно сопряжено с хотя бы неявным обращением к соответствующей экспертизе.

Поскольку любая модель является неадекватной моделируемому объекту, всегда можно утверждать, что модель непригодна, поскольку в реальных условиях все не так, как в модели. Ясно, что такая критика моделей бессмысленна, так как уводит в область бесплодных споров. Практически же любая модель имеет право на жизнь, так как она, безусловно, отражает какието характеристики залежи или происходящих в ней процессов. На частных моделях были раскрыты многие особенности фильтрации пластовых жидкостей и механизма нефтеотдачи. Вопросами физического моделирования процессов нефтеизвлечения занимались Ю.В. Желтов, Д.А. Эфрос, А.Х. Мирзаджанзаде, Г.И. Юаренблатт, В.Н. Мартос, Ю.П. Желтов, Б.Е. Киселенко, В.М. Рыжик, И.Г. Аванасов и многие другие исследователи.

Подробный анализ математических моделей для проектирования разработки залежей нефти показывает, что ни одна из расчетных моделей не является универсальной, т.е. не обладает способностью с достаточной степенью точности определить прогнозные показатели разработки. Каждая их этих моделей (а их около двадцати) дает удовлетворительные результаты расчетов лишь в конкретных условиях, определяемых стадией разработки залежи, свойствами продуктивных пластов (в особенности их неоднородностью), вязкостью нефти, системой разработки.

55

Особым видом статистических динамических моделей залежи нефти являются характеристики вытеснения, впервые предложенные Д.А.Эфросом, в виде зависимости накопленного отбора нефти от накопленного отбора жидкости, выраженного в долях объема пор. По определению М.И. Максимова, характеристика вытеснения нефти водой – это кривая, отображающая обводнение продукции залежи в процессе ее эксплуатации. Им же одним из первых было показано, что характеристики вытеснения можно применять для уточнения извлекаемых запасов нефти.

Математические модели, описывающие процессы на различных уровнях, отличаются масштабом осреднения. В связи с этим, например, исследования фазовых проницаемостей на кернах носят качественный характер, так как получены на малых объектах и применение их к блокам размерами в несколько десятков и сотен метров неправомерно.

По содержанию модели можно разделить на две группы:

–целевые модели, с помощью которых решается комплекс задач, и в итоге получается более или менее полное описание как самой залежи, так и процесса ее разработки;

–частные модели, которые решают частные задачи, как правило, связанные с глубинными процессами, происходящими

взалежи без выхода на поверхностные показатели разработки.

Впоследнее время появились так называемые динамические геологические модели, которые устанавливают статистические связи между показателями разработки залежей нефти и их физико-геологическими и технологическими характеристиками на различных стадиях и этапах разработки. Значительный интерес вызывает построение вероятностно-статистических геологических моделей для прогноза нефтегазоносности локальных структур.

По принципам построения модели подразделяются:

56

–на детерминированные, в основу построения которых положены законы гидравлики, механики, физики, математики и экономики;

–вероятностные или статистические, в основу которых положены положения теории вероятностей.

Следует отметить, что лишь в некоторых конкретных условиях (свойства продуктивных пластов, физические свойства нефти на определенной стадии разработки) такие модели, как показал, например, опыт тюменских геологов, могут дать удовлетворительную и приемлемую информацию о залежи.

На основании вышеизложенного системно-структурное моделирование нефтяных и газовых залежей предлагается реализовать по схеме (рис. 1.3), в которой указывается последовательный и связный переход от частных (простых) моделей к целевым (сложным) в соответствии с иерархией геологотехнического комплекса (ГТК).

Что же касается процесса нефтеизвлечения, то он является одним из основных процессов функционирования ГТК, который представляет собой большую систему. Поэтому целью систем- но-структурного анализа процесса нефтеизвлечения является построение структурной модели ГТК нефтегазовой залежи. Процесс нефтеизвлечения как функционирование материальной системы ГТК обладает целостностью, что означает, что все его элементы объединены в одно целое посредством существующих между ними связей и взаимоотношений. Связи – силы, удерживающие элемент в пределах системы и обеспечивающие существование системы как органичной целостности; отношения – взаимное пространственное положение и соотношение элементов, обладающих разными собственными свойствами. Рассматриваемая модель весьма громоздка и поэтому наиболее наглядно воспринимается в виде схемы (табл. 1.2). С помощью такой иерархической схемы можно проследить связи между свойствами различных уровней.

57