Simulace nádrže - Reservoir simulation

Simulovaný vrchol struktury, hloubková mapa z geologických dat v modelu celého pole. (Simulátor GSI MERLIN)

Simulace nádrže je oblast přehradní technika ve kterých počítačových modelech se používá k předpovědi průtok tekutin (obvykle ropa, voda a plyn) porézní média.

Pod modelem v širším vědeckém smyslu slova chápou skutečnou nebo mentálně vytvořenou strukturu, která reprodukuje nebo odráží studovaný objekt. Název modelu pochází z latinského slova modulus, což znamená „míra, vzor“. Modelování je jednou z hlavních metod poznání přírody a společnosti. Je široce používán v technologii a je důležitým krokem při provádění vědeckého a technologického pokroku.

Vytváření modelů ropných polí a provádění výpočtů rozvoje polí na jejich základě je jednou z hlavních oblastí činnosti inženýrů a ropných výzkumníků.

Na základě geologických a fyzikálních informací o vlastnostech ropného, ​​plynového nebo plynového kondenzátového pole, zvážení schopností systémů a technologií pro jeho rozvoj vytvoří kvantitativní představy o vývoji pole jako celku. Systém vzájemně propojených kvantitativních představ o vývoji pole je modelem jeho rozvoje, který se skládá z rezervoárového modelu a modelu procesu vývoje pole.

Investiční projekt je systém kvantitativních představ o jeho geologických a fyzikálních vlastnostech, který se používá při výpočtech rozvoje pole. Pole ložisek a ložisek je systém kvantitativních představ o procesu těžby ropy a zemního plynu z podloží. Obecně lze v modelu rozvoje ropného pole použít libovolnou kombinaci modelů zásobníků a procesu vývoje, pokud tato kombinace nejpřesněji odráží vlastnosti a procesy nádrže. Současně může volba konkrétního modelu zásobníku znamenat zohlednění jakýchkoli dalších vlastností procesního modelu a naopak.

Model nádrže by měl být samozřejmě odlišen od jeho konstrukčního schématu, které zohledňuje pouze geometrický tvar nádrže. Například model rezervoáru může být stratifikovaný heterogenní rezervoár. V konstrukčním schématu může být nádrž se stejným modelem představována jako nádrž kruhového tvaru, přímočará nádrž atd.

Vrstvové modely a procesy pro těžbu ropy a zemního plynu z nich jsou vždy oblečeny do matematické formy, tj. Charakterizované určitými matematickými vztahy.

Hlavním úkolem inženýra zabývajícího se výpočtem rozvoje ropného pole je vypracovat výpočtový model založený na jednotlivých koncepcích odvozených z geologicko-geofyzikálního studia pole, jakož i hydrodynamických studií vrtů.

Moderní počítačové a výpočetní úspěchy umožňují při podrobném výpočtu vývoje depozit zohlednit vlastnosti vrstev a procesy v nich probíhající.

Možnosti geologického, geofyzikálního a hydrodynamického poznávání vývojových objektů se neustále rozšiřují. Přesto tyto možnosti zdaleka nejsou nekonečné. Proto vždy existuje potřeba vybudovat a používat takový model rozvoje pole, ve kterém by byla dostatečná míra znalosti objektu a konstrukční požadavky

Základy

Reprezentace podzemní poruchy strukturní mapou generovanou mapovým softwarem Contour pro plyn o hloubce 8 500 stop a Olejová nádrž v poli Erath, Vermilion Parish, Erath, Louisiana. Mezera zleva doprava, blízko horní části vrstevnicová mapa označuje a Chybný řádek. Tato zlomová čára je mezi modrými / zelenými obrysovými čarami a fialovými / červenými / žlutými obrysovými čarami. Tenká červená kruhová kontura ve středu mapy označuje horní část olejové nádrže. Protože plyn plave nad olejem, tenká červená obrysová čára označuje kontaktní zónu plyn / olej.

Tradiční konečný rozdíl simulátory dominují teoretické i praktické práci v simulaci rezervoárů. Konvenční simulace FD je podpořena třemi fyzickými koncepty: zachování hmoty, izotermický chování v tekuté fázi a Darcy aproximace toku tekutiny porézními médii. Tepelné simulátory (nejčastěji používané pro těžká ropa aplikace) přidat uchování energie do tohoto seznamu, což umožňuje měnit teploty v zásobníku.

Numerické techniky a přístupy, které jsou běžné v moderních simulátorech:

  • Většina moderních simulačních programů FD umožňuje konstrukci 3-D reprezentací pro použití buď v modelech s plným polem, nebo v jednojamkových modelech. 2D aproximace se také používají v různých koncepčních modelech, jako jsou průřezy a modely 2D radiální mřížky.
  • Teoreticky modely konečných rozdílů umožňují diskretizaci rezervoáru pomocí strukturovaných i složitějších nestrukturovaných mřížek k přesné reprezentaci geometrie rezervoáru. Místní vylepšení mřížky (jemnější mřížka vložená do hrubé mřížky) jsou také funkcí poskytovanou mnoha simulátory, aby přesněji představovaly vícefázové efekty toku v blízkosti vrtu. Toto „rafinované zachycování“ blízko studní je nesmírně důležité při analýze problémů, jako je čerpání vody a plynu v nádržích. Mezi další typy simulátorů patří konečný element a zefektivnit.
  • Reprezentace poruch a jejich přenositelnosti jsou pokročilé funkce poskytované v mnoha simulátorech. V těchto modelech musí být propustnost mezibuněčného toku vypočítána pro nesousedící vrstvy mimo konvenční spojení soused-soused.
  • Simulace přirozeného lomu (známá jako dvojitá pórovitost a dvojitá propustnost) je pokročilá funkce, která modeluje uhlovodíky v těsných blocích matrice. Tok probíhá z těsných bloků matice do propustnějších zlomových sítí, které obklopují bloky, a do jamek.
  • A černý olej simulátor nezohledňuje změny ve složení uhlovodíků při produkci pole nad rámec řešení nebo vývoje rozpuštěného plynu v oleji nebo odpařování nebo vypouštění kondenzátu z plynu.
  • A simulátor kompoziční nádrže vypočítá vlastnosti PVT ropných a plynných fází, jakmile jsou namontovány na stavová rovnice (EOS), jako směs komponent. Simulátor poté pomocí přizpůsobené rovnice EOS dynamicky sleduje pohyb obou fází a komponent v poli. Toho je dosaženo při zvýšených nákladech v době instalace, výpočtu času a paměti počítače.
Korelační relativní propustnost

Simulační model počítá změnu nasycení tří fází (olej, voda a plyn) a tlak každé fáze v každé buňce v každém časovém kroku. V důsledku klesajícího tlaku jako ve studii vyčerpání zásobníků bude z ropy uvolňován plyn. Pokud se v důsledku vstřikování vody nebo plynu zvýší tlak, plyn se znovu rozpustí v olejové fázi.

Simulační projekt rozvinutého pole obvykle vyžaduje "shoda historie „kde se historická polní produkce a tlaky srovnávají s vypočítanými hodnotami. Již v rané fázi se zjistilo, že se jednalo v podstatě o optimalizační proces, Maximální pravděpodobnost. Lze jej tedy automatizovat a k dosažení tohoto cíle existuje několik komerčních a softwarových balíčků. Parametry modelu se upravují, dokud není dosaženo rozumné shody na poli a obvykle pro všechny jamky. Běžně se produkují vodní řezy nebo poměry voda-olej a poměry plyn-olej.

Další technické přístupy

Bez modelů FD lze odhady výtěžnosti a rychlosti oleje vypočítat také pomocí četných analytických technik, které zahrnují rovnice materiálové bilance (včetně metody Havlena – Odeh a Tarner), metody křivky frakčního toku (například Buckley – Leverett metoda jednorozměrného posunu, Deitzova metoda pro šikmé konstrukce nebo modely kónování) a techniky odhadu účinnosti odhadu vodní povodně a analýzy křivky poklesu. Tyto metody byly vyvinuty a použity před tradičními nebo „konvenčními“ simulačními nástroji jako výpočtově nenákladné modely založené na jednoduchém popisu homogenní nádrže. Analytické metody obecně nemohou zachytit všechny podrobnosti o daném zásobníku nebo procesu, ale jsou obvykle numericky rychlé a občas dostatečně spolehlivé. V moderním rezervoárovém inženýrství se obecně používají jako screeningové nebo předběžné hodnotící nástroje. Analytické metody jsou obzvláště vhodné pro hodnocení potenciálních aktiv, když jsou data omezená a čas je kritický, nebo pro široké studie jako nástroj předběžného screeningu, pokud má být hodnoceno velké množství procesů nebo technologií. Analytické metody jsou často vyvíjeny a propagovány na akademické půdě nebo interně, existují však i komerční balíčky.

Software

Pro simulaci rezervoáru je k dispozici mnoho programů. Nejznámější (v abecedním pořadí) jsou:

Otevřený zdroj:

  • BOAST - Black Oil Applied Simulation Tool (Boast) simulator je bezplatný softwarový balíček pro simulaci rezervoáru, který je k dispozici od amerického ministerstva energetiky.[1] Boast je numerický simulátor IMPES (implicitní tlakově explicitní saturace konečných rozdílů), který nejprve zjistí distribuci tlaku pro daný časový krok a poté vypočítá distribuci saturace pro stejný izotermický časový krok. Poslední vydání bylo v roce 1986, ale zůstává jako dobrý simulátor pro vzdělávací účely.
  • MRST - Sada nástrojů MATLAB Reservoir Simulation Toolbox (MRST) byla vyvinuta společností SINTEF Applied Mathematics jako sada nástrojů MATLAB®. Sada nástrojů se skládá ze dvou hlavních částí: jádra nabízejícího základní funkce a jednofázových a dvoufázových řešičů a sady doplňkových modulů nabízejících pokročilejší modely, diváky a řešitele. MRST je určen hlavně jako sada nástrojů pro rychlé prototypování a předvádění nových simulačních metod a koncepcí modelování na nestrukturovaných mřížkách. Navzdory tomu je mnoho nástrojů docela efektivní a lze je použít na překvapivě velké a složité modely.[2]
  • OPM - Iniciativa Open Porous Media (OPM) poskytuje sadu nástrojů open-source zaměřených na simulaci toku a transportu tekutin v porézních médiích.[3]

Komerční:

  • Schlumberger PROSÍT[4]
  • Schlumberger ZATMĚNÍ - Původně vyvinutý společností ECL (Exploration Consultants Limited) a v současné době vlastněný, vyvinutý, uváděný na trh a udržovaný společností SIS (dříve známý jako GeoQuest ), divize Schlumberger. Název ECLIPSE byl původně zkratkou pro „ECL´s Implicit Program for Simulation Engineering“. Simulátory zahrnují černý olej, kompoziční, termální konečný objem a zjednodušenou simulaci. Mezi doplňky patří místní rafinace sítě, metan v uhelném loži, operace plynového pole, pokročilé vrty, připojení nádrže a povrchové sítě.[5]
  • ECHELONod společnosti Stone Ridge Technology: plně implicitní simulátor, jediný úplný simulátor zásobníku s akcelerací GPU pro formulace černého oleje.[6]
  • ESTD Co. Simulace RETINA - RETINA Simulation je software pro simulaci zásobníku Black-Oil and Compositional plně vyvinutý společností Engineering Support and Technology Development Company (ESTD). [7]
  • CMG Suite (IMEX, GEM and STARS) - Skupina počítačového modelování v současné době nabízí tři simulátory: simulátor černého oleje s názvem IMEX, kompoziční / nekonvenční simulátor s názvem GEM a simulátor termálních a pokročilých procesů s názvem STARS.[8]
  • Senzor, od Coats Engineering, je simulátor černého oleje a kompozitního rezervoáru vyvinutý od 90. let Dr. Keithem H. Coatsem, zakladatelem komerčního simulačního průmyslu rezervoárů (Intercomp Resource and Development, 1968). Senzor je poslední z mnoha simulátorů rezervoárů vyvinutých Dr. Coats.
  • XXSim je univerzální kompoziční rezervoárový simulátor založený na EOS s plně implicitní formulací. Umožňuje, aby se jakékoli komponenty objevily a zůstaly v jakýchkoli kapalných fázích (vodné, olejové a parní). Lze ji zjednodušit na konvenční nebo tradiční černý olej, kompoziční a tepelné moduly. Lze jej také rozšířit na tepelný simulátor plně založený na EOS.[9]
  • Bouře VÍCE je simulátor rezervoáru nabízející černý olej, kompoziční a tepelné možnosti.[10]
  • ExcSim, plně implicitní 3fázový 2D modifikovaný simulátor černé nádrže na ropu pro platformu Microsoft Excel [11]
  • Mezník Nexus - Nexus je simulátor zásobníku ropy a zemního plynu, který původně vyvinul Falcon Amoco, Národní laboratoř Los Alamos a Cray Research. V současné době je vlastněna, vyvíjena, uváděna na trh a udržována společností Landmark Graphics, produktovou řadou produktů Halliburton. Nexus postupně nahradí VIP neboli Desktop VIP, dřívější generaci simulátoru Landmark.[Citace je zapotřebí ]
  • Dynamika horninového toku tNavigátor podporuje simulace černého oleje, kompoziční a tepelné kompoziční simulace pro pracovní stanice a klastry s vysokou výkonností [12]
  • Plano Research Corporation FlowSim je plně implicitní 3fázový, 3-D, simulátor černého oleje a kompozitního zásobníku konečné diferenční nádrže s LGR, dvojitou porozitou, dvojitou propustností a paralelními schopnostmi.[13]
  • GrailQuest's ReservoirGrail využívá patentovaný přístup nazvaný Time Dynamic Volumetric Balancing [14] simulovat nádrže během hlavní a sekundární zotavení.[15]
  • Řešení Gemini Merlin je plně implicitní 3fázový simulátor rezervy konečných rozdílů původně vyvinutý ve výzkumném oddělení Texaco a v současné době používaný Bureau of Ocean Energy Management a Úřad pro bezpečnost a prosazování životního prostředí vypočítat Nejhorší výboj rychlosti a tlaky na roztržení / zhroucení na obuvi obuvi a pojistky proti výbuchu.[16][17]
  • Pod palmami DeepSim je plně implicitní, 3fázový, kompozitní simulátor zásobníku konečné diference pro platformu telefonů a tabletů Android. [18][19]
  • TTA / PetroStudies nabízí plnohodnotný simulátor černého oleje, Exodus, s modulem asistovaného porovnávání historie (Revelations), který může měnit pórovitost / propustnost / strukturu / netpay / počáteční tlak / nasycení / kontaktní hloubky tak, aby odpovídaly pozorovaným rychlostem / kumulativům / tlakům studny.[20] Revelations spustí více případů na sdílených síťových počítačích. Exoterm nabízí tepelnou simulaci SAGD, CSS s diskretizovaným tokem vrtu až k povrchu.
  • Meera simulation je nástroj pro předpovídání produkce simulace hybridní nádrže AI-Physics pro plánování provozu a rozpočtování od Target Solutions LLC.[21].

aplikace

Simulace rezervoáru se nakonec používá k předpovídání budoucí těžby ropy, rozhodování a řízení rezervoáru. Nejmodernějším rámcem pro správu rezervoárů je optimalizace vývoje uzavřené smyčky (CLFD), která využívá simulaci rezervoárů (společně s geostatistikou, asimilací dat a výběrem reprezentativních modelů) pro optimální provoz zásobníků.

Viz také

Reference

  • Aziz, K. a Settari, A., Simulace ropné nádrže1979, Applied Science Publishers.
  • Ertekin, T, Abou-Kassem, J.H. a G.R. Král, Základní simulace aplikované nádrže, SPE Textbook Vol 10, 2001.
  • Fanchi, J., Principy simulace aplikované nádrže, 3. vydání, Elsevier GPP, 2006.
  • Mattax, C.C. a Dalton, R.L, Simulace nádrže, Monografie SPE, svazek 13, 1990.
  • Holstein, E. (redaktor), Příručka pro ropné inženýrství, Svazek V (b), Chapt 17, Reservoir Engineering, 2007.
  • Warner, H. (redaktor), Příručka pro ropné inženýrství, Díl VI, kapitola 6, Coalbed Methane, 2007.
  • Carlson, M., Praktická simulace nádrže2006, PennWell Corporation.
  • R. E. Ewing, Matematika simulace nádrže

Další reference

  1. ^ „Ministerstvo energetiky“. Citováno 3. března 2014.
  2. ^ „Domovská stránka MRST“. Citováno 3. března 2014.
  3. ^ „Iniciativa otevřených porézních médií“. Citováno 3. března 2014.
  4. ^ „INTERSECT Homepage“.
  5. ^ „Domovská stránka ECLIPSE“.
  6. ^ http://stoneridgetechnology.com/echelon/
  7. ^ „Domovská stránka RETINA“.
  8. ^ „Domovská stránka CMG“. Citováno 28. října 2016.
  9. ^ „Domovská stránka XXSim“.
  10. ^ „Tempest Homepage“. Citováno 18. února 2020.
  11. ^ „ExcSim“. Citováno 24. dubna 2015.
  12. ^ „Domovská stránka RFD“. Citováno 7. března 2014.
  13. ^ „FlowSim“.
  14. ^ „Stránka softwaru ReservoirGrail“. Citováno 13. ledna 2016.
  15. ^ „Homepage ReservoirGrail“. Citováno 13. ledna 2016.
  16. ^ „Příloha E - Tým modelování nádrží 2010; Zpráva o modelování nádrží“ (PDF). Citováno 19. dubna 2016.
  17. ^ „BSEE Procurement Business Opportunities“ (PDF). Citováno 19. dubna 2016.
  18. ^ „DeepSim - Aplikace pro Android na Google Play“. play.google.com. Citováno 2017-08-13.
  19. ^ „DeepSim - výkonná simulace rezervoáru s intuitivním rozhraním“. deepsim.stupendous.org. Citováno 2017-08-13.
  20. ^ „PetroStudies Consultants Inc. - indexová stránka“. www.petrostudies.com. Citováno 2017-09-27.
  21. ^ „Nejlepší nástroj pro simulaci rezervoáru“.

externí odkazy