Программные средства повышения эффективности гидродинамического 3D-моделирования месторождений нефти и газа

В настоящее время нефтегазодобыча является одной из наиболее ресурсоемких, наукоемких и высокотехнологичных отраслей производства. Поэтому в ней в полной мере востребованы современные информационные технологии (ИТ), с помощью 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 разработки залежей углеводородного сырья. Быстрое развитие ИТ позволяет использовать высокопроизводительные вычислительные машины совместно с разработанными программными системами для сбора, хранения, расчета, представления и анализа различного рода данных, относящихся к процессу моделирования месторождений. Совокупность современных вычислительных систем и специализированных программных комплексов (ПК) – важнейший инструмент, необходимый любой нефтегазодобывающей компании. Поэтому применение и развитие ИТ при моделировании процессов разработки нефтегазовых месторождений сохраняет высокую актуальность [1].

Об актуальности тематики свидетельствует также большое количество трудов таких ученых, как А. И. Акульшин, И. Д. Амелин, Д. В. Булыгин, Р. Д. Каневская, А. Х. Мирзаджанзаде, В. С. Ковалев, Б. Ф. Сазонов, В. С. Орлов, Х. Азиз, Г. Б. Кричлоу, Б. И. Леви, Э. Сеттари, С. В. Костюченко и др.

Рис. 1. Пример работы модуля J-function

Не менее 40 докторских и кандидатских работ за последнее десятилетие посвящено исследованию различных аспектов моделирования месторождений.

Примером актуальности применения ИТ в области моделирования месторождений служит большое количество программно-инструментальных средств. К числу наиболее известных российских разработок можно отнести такие ПК, как TimeZYX, Техсхема, ГИД и др., к числу зарубежных – Petrel, Eclipse, Roxar, Landmark и др. [2]. Однако, несмотря на широкий спектр задач, которые решаются с помощью указанных комплексов, на отдельных этапах гидродинамического моделирования требуется повысить уровень автоматизации и эффективности решения. В данной работе сформулировано пять наиболее важных задач из области создания цифровых трехмерных моделей месторождений нефти и газа. Основное внимание уделено созданию новых алгоритмов, модернизации и совершенствованию уже существующих. Все предлагаемые алгоритмы реализованы в виде отдельных программных модулей, назначение которых заключается в развитии и повышении эффективности программных средств, применяемых в настоящее время в технологии гидродинамического моделирования нефтегазовых залежей.

В процессе моделирования месторождений углеводородного сырья можно выделить следующие актуальные задачи:

• –    расчет J-функции и начальной водонасыщенности нефтяного пласта;

• –    выбор слоев исходной геологической модели при ремасштабировании;

• –    формирование схемы разработки;

• –    отключение нагнетательных скважин в процессе расчета гидродинамической модели;

• –    формирование отчетной документации.

Рассмотрено пять способов расчета J-функции и начальной водонасыщенности пласта. Экспериментально обосновано, что способ J-функции является наиболее точным (см. также [3]). Таким образом, несмотря на тот факт что способ J-функции уже известен, формальное описание его алгоритма и программная реализация сохраняют высокую актуальность.

Рис. 2. Пример работы модуля GMUpscal

Рис. 3. Пример работы реализованного модуля WellSpacing

Данный алгоритм был реализован в виде программного модуля. Пример работы модуля приведен на рис. 1.

Для решения задачи выбора слоев исходной геологической модели при ремасштабировании разработан алгоритм, состоящий из двух независимых алгоритмов. Первый алгоритм предлагает решение на основе анализа средневзвешенных характеристик пласта, а принцип работы второго основан на расчете значений корреляции между вертикальными ячейками смежных слоев. За счет объединения результатов достигается высокая точность решения. Данный алгоритм был реализован в программном модуле GMUpscale.

Пример работы реализованного программного модуля GMUpscale приведен на рис. 2.

Для решения задачи формирования схемы разработки создан алгоритм, осуществляющий выбор системы расстановки скважин и ее пространственную ориентацию посредством итерационных методов вращения и сдвига. Пример работы модуля WellSpacing, который реализует разработанный алгоритм, приведен на рис. 3.

Для решения задачи отключения нагнетательных скважин разработан алгоритм, учитывающий наличие зон взаимного влияния скважин и отключающий нагнетательные скважины в случае необходимости. Алгоритм основан на взаимодействии ядра комплекса Eclipse и внешнего управляющего приложения. Внешнее приложение полностью контролирует расчет модели, корректирует ее параметры и осуществляет перезапуск ядра, используя технологию "гибких рестартов", применяемую в Eclipse. С целью программной реализации алгоритма разработан модуль ShutInject. Схема и пример его работы приведены на рис. 4, 5.

При создании алгоритма для решения задачи формирования отчетной документации в качестве основы был использован алгоритм, применявшийся в ОАО "ТомскНИПИнефть ВНК". Модификация этого алгоритма позволила учесть все недостатки существующего подхода и значительно расширить функциональность, в том числе за счет предложенного способа шифра для скважин. Данный алгоритм реализован в программном модуле ANOT. Пример работы модуля приведен на рис. 6.

Рис. 4. Схема работы модуля ShutInject

После окончания этапа программной реализации разработанных модулей были осуществлены их тестирование и апробация на реальных данных месторождений Томской области. Экспериментально подтверждена эффективность применения разработанных алгоритмов и программных модулей.

Для количественной оценки реализованных программных модулей применялось свободно распространяемое программное обеспечение SourceMonitor, разработанное компанией Camp-

Повышение эффективности процесса моделирования месторождений

Критерий эффективности	J-function	GMUpscale	WellSpacing	ShutInject	ANOT
Экономия времени	+	+	+	+	+
Экономия денежных средств	+	+	+	+	+
Снижение нагрузки на специалиста	+	+	+	+	+
Снижение нагрузки на программновычислительный комплекс	-	+	-	+	-
Повышение точности решений	+	+	+	+	+
Расширение функциональности	+	+	+	+	+
wood Software (США), в котором исп	ользуется	фиксирован	ный набор м	етрик. Дан	ные метрики

Рис. 5. Пример работы модуля ShutInject

Рис. 6. Пример работы модуля ANOT

позволяют сделать вывод о трудоемкости процесса создания программного продукта и оценить сложность алгоритма (метрика Avg Complexity), уровень вложенности условных операторов (метрика Max Depth), степень комментируемости (метрика Comments) и другие особенности.

Обобщенная качественная оценка эффективности применения разработанных алгоритмов и программных модулей приведена в таблице. Из таблицы следует, что реализованные задачи способствуют повышению эффективности технологии гидродинамического моделирования месторождений нефти и газа.

Разработанные программные модули активно используются в сфере образования, а именно:

• –    при организации научно-исследовательской работы студентов в рамках летней и преддипломной практик;

• –    при подготовке специалистов для нефтегазовых компаний;

• –    при проведении факультативных занятий для студентов нефтегазовых специальностей.

• 3.    З АХАРОВА А. А., И ВАНОВ М. А. Оптимизация процесса цифрового 3D-моделирования месторождений нефти и газа // Изв. ТПУ. 2008. Т. 312, № 5. С. 119–125.

• 4.    П РОГРАММНОЕ обеспечение для разработки месторождений. [Электрон. ресурс]. http://www.slb.ru /sis/item98.

• 5.    М ЕРКУРЬЕВ Е. А. Методические приемы адаптации параметров при прогнозе (проектировании) показателей разработки нефтяных месторождений с помощью постоянно действующей модели (ПДМ) // Нефтегазовое дело. 2006. [Электрон. ресурс]. http//www.ogbus.ru.

Все модули входят в состав программных средств, применяемых при реализации научнообразовательного проекта "Виртуальный промысел" в Институте кибернетики Томского политехнического университета.