Геологические и фильтрационные модели месторождения углеводородов

Геологическая модель месторождения (модель пласта) – представление продуктивных пластов и вмещающей их геологической среды в виде набора цифровых карт (двухмерных сеток) или трехмерной сетки:

– пространственное положение в объеме резервуара коллекторов и разделяющих их непроницаемых (слабопроницаемых) прослоев;

– пространственное положение стратиграфических границ продуктивных пластов (седиментационных циклов);

– пространственное положение литологических границ в пределах пла-стов, тектонических нарушений и амплитуд их смещений;

– идентификаторы циклов, объектов, границ (пластов, пачек, пропласт-ков);

– средние значения в ячейках сетки фильтрационно-емкостных свойств (фес), позволяющих рассчитать начальные и текущие запасы углеводородов;

– пространственное положение начальных и текущих флюидных контактов;

– пространственные координаты скважин (пластопересечения, альтитуды, координаты устьев, данные инклинометрии).

Геологическая модель = структурная модель + литологическая модель + модель насыщения.

Цифровые геологические модели в зависимости от количества и качества исходных данных и метода моделирования могут быть детерминированными либо стохастическими. Для построения детерминированных моделей необходимо большое количество данных и большая точность определения коллекторских свойств пород. В отсутствие таких данных и при наличии сведений о закономерностях распределения ФЕС в объеме резервуара целесообразно использовать стохастические модели залежи.

Детерминированные модели – это такие модели, в которых стремятся воспроизвести как можно точнее фактическое строение и свойства пластов.

Модели подразделяются на двухмерные, псевдотрехмерные и трехмер-ные. Двухмерная модель представляет собой обычную карту в изолиниях, либо цифровое поле признака. Псевдотрехмерная модель представляет собой набор двухмерных моделей, каждая из которых соответствует заранее выделенному слою в разрезе объекта разработки. Трехмерная модель представляет собой объемное поле в координатах X, Y, Z, каждая ячейка которого характеризуется значениями фильтрационно-емкостных свойств пород.

Вероятностно-статистические модели не отражают детальные особенно-сти строения и свойства пластов. При их использовании ставят в соответствие реальному пласту некоторый гипотетический пласт, имеющий такие же вероятностно-статические характеристики, что и реальный. Вероятностно-статические модели:

– однородный пласт; – слоисто-неоднородный пласт; – зонально-неоднородный пласт.

Перечисленные модели характеризуют поровый коллектор. Кроме того выделяют модель чисто трещиноватого пласта.

Цифровые фильтрационные модели являются средством математического моделирования процессов в коллекторах. Все эти модели предназначены для решения уравнений материального баланса в сочетании с уравнением движения, в частности законом Дарси. Современные фильтрационные математические модели — это комплекс программ гидродинамического моделирования, подготовки исходных данных, обработки и анализа результатов. Современное математическое моделирование стало мощным средством анализа, контроля и регулирования процессов разработки углеводородных пластов. Моделирование пластовой системы при достоверной исходной информации позволяет принять решение по усовершенствованию разработки рассматриваемого объекта.

Цифровая фильтрационная модель месторождения является совокупностью следующих составляющих: 1. Программы моделирования фильтрационных процессов; 2. Исходных данных, являющихся входными данными программы; 3. Выходных данных, являющихся результатом расчета программы.

К любой фильтрационной модели предъявляются общие требования:

1. Адекватность процессу фильтрации в пласте. Учет всех необходимых факторов. Универсальность модели. 2. Большая размерность пространственной сетки, аппроксимирующей реальные месторождения. 3.Простота и удобство пользования моделью. Сервисная визуализация входных и выходных данных. 4. Приемлемое время при расчете вариантов на компьютере. 5. Возможность использования модели как для прогнозных расчетов, так и для повторения истории разработки. Коррекция геологической модели пласта. Адаптация модели. 6. Замыкание фильтрационной модели с технологическими и экономическими расчетами. Получение регламентных таблиц.

Этап создания цифровых фильтрационных моделей начинается после построения адресной геолого-математической модели и проведения необходимого анализа гсолого-промысловой информации и данных геофизического контроля об объектах разработки. От качества представления эксплуатационного объекта в конечном итоге зависят правильность выбора математической модели и результаты расчетов. Представления о моделируемом объекте могут изменяться в процесс эксплуатации месторождения и в процессе расчетов фильтрационной модели.

Для того чтобы приступить к математическому моделированию процессов объекта разработки, требуется много данных о свойствах пласта, флюидов. Если отсутствуют данные о параметрах пласта или данные по истории эксплуатации месторождения, нельзя провести достоверное моделирование процесса его разработки. Чем сложнее модель, тем более детальное описание пласта и фильтрующихся фаз требуется. При этом для правильного моделирования интересующей области пласта число необходимых данных определяется выбранной фильтрационной моделью.

Для построения фильтрационной модели используются следующие группы данных:1.Геометрия пласта. 2.Свойства породы. 3. Свойства флюидов. 4.Взаимодействие данных: порода — флюиды — например, кривые капиллярных давлений; флюиды — флюиды — например, кривые относительных проницаемостей. 5. Начальное давление в пласте и начальное распределение насыщенностей. 6.Данные о расположении и работе скважин. 7.План добычи по скважинам: данные по истории разработки для подгонки по истории; ограничения по скважинам при выполнении прогнозных расчетов.

При построении более сложных моделей фильтрации для методов увеличения нефтеотдачи (МУН), описания трещиновато-пористого коллектора и учета многокомпонентности системы пластовых флюидов необходимо применение соответствующей теории и дополнительных исходных данных.

Фильтрационные модели: 1)Модель трехфазной изотемической фильтрации; 2)Модель трехфазной многокомпонентной фильтрации; 3)Модель изотермической фильтрации; 4)Модели с полимерным заводнением; 5)Модели с двойной пористостью; 6) Модели с химическими реакциями; 7) Модели, учитывающие напряжения и деформации пород

В зависимости от физико-химических свойств насыщающих пласт флюидов и нагнетаемых агентов выбирают однофазную, двухфазную, трехфазную или многокомпонентную модель фильтрации. Выбор модели в первую очередь определяется типом залежи.

При выборе типа модели должен также учитываться характер моделируемого процесса разработки.

Для моделирования неизотермического вытеснения (термические МУН) необходимо применение неизотермических моделей фильтрации, учитывающих тепломассоперенос.

Для моделирования более сложных процессов следует использовать модели, позволяющие учитывать:

— химическую кинетику пластовой системы;

— динамику напряжений и деформацию резервуара с учетом фактической реологии слагающих горных пород и тектонических напряжений.

Сложность и стоимость расчетов, проводимых с помощью модели, возрастают по мере перехода от одной фазы к трем, по мере перехода от одного измерения к трем и по мере того как модели становятся все более и более специализированными. Обычная универсальная модель более эффективна с точки зрения затрат на всесторонние работы.

По сформулированной цели исследования, типу коллектора, свойствам фильтрующихся флюидов выбираются программы моделирования пластовой системы. Если программ несколько, то выбирается из них та, которая обладает большим быстродействием и лучшим сервисом (визуализация входной и выходной информации).