0 Shares 1645 Views

Гидродинамическое моделирование с использованием ПК «ТЕХСХЕМА 12»

Окт 28, 2013
0 1646

 Сургутнефтегаз_Гидродинамическое моделирование с использованием ПК «ТЕХСХЕМА 12». Для повышения эффективности геолого-технологических мероприятий (ГТМ) в ОАО «Сургутнефтегаз» широко применяются постоянно-действующие геолого-технологические модели разрабатываемых месторождений (ПДГТМ). Качество модели неразрывно связано с профессионализмом её авторов и характеристиками используемого программного обеспечения.

В качестве программного обеспечения для гидродинамического моделирования в компании используется гидродинамический симулятор «Техсхема». Поэтому компания «Сургутнефтегаз» проводит работу по двум направлениям: 1) повышение квалификации своих специалистов и подготовка новых квалифицированных инженеров-нефтяников; 2) развитие гидродинамического симулятора «Техсхема».

Для достижения этих целей специалистами Тюменского отделения «СургутНИПИнефть» был разработан годовой учебный курс по предмету «Математическое моделирование пластовых систем». Преподавание курса началось в сентябре этого года в Институте математики и компьютерных наук Тюменского государственного университета. Запланировано чтение лекций для молодых специалистов ОАО «Сургутнефтегаз».

Основное содержание курса посвящено физическим основам добычи нефти и газа, математическим моделям фильтрации и их численной реализации. Однако, для полноты изложения, в первых лекциях рассмотрены основные понятия геологии и разработки месторождений углеводородов, полный цикл геологического и гидродинамического моделирования. Заключительные разделы посвящены следующим практическим аспектам: программная архитектура параллельного гидродинамического симулятора; использование скриптов и плагинов для обработки исходных данных и результатов моделирования, а также для расширения возможностей расчётного ядра; документирование исходного кода. Далее подробнее рассмотрены некоторые из разделов.

Математическая модель фильтрации

Дано последовательное изложение от однофазной одномерной модели до трёхфазной трёхмерной многокомпонентной (композиционной) модели. Показано, что классическая модель летучей нефти может быть представлена в терминах композиционной модели, и, таким образом, является её частным случаем [1]. Тогда молярные плотности воды, нефти и газа определяются следующим образом:

a1, (1)

где  ​​— объёмные коэффициенты воды, нефти и газа;  — молярные плотности водного, нефтяного и газового компонентов в стандартных условиях;  — растворение газового компонента в нефти и нефтяного в газе, соответственно. Молярные доли компонентов (первый подстрочный индекс) в фазах (второй подстрочный индекс) имеют вид:

,a2 (2)

Численная реализация математической модели

Излагаются методы численного решения фильтрационных уравнений: IMPES, SEQ, SS [2]. Ввиду большей устойчивости относительно шага по времени в общем случае предпочтение отдаётся полностью неявному методу совместного решения с использованием метода Ньютона-Рафсона [3].

Описанная выше обобщённая композиционная формулировка (1)-(2) имеет два значительных преимущества по сравнению со стандартной формулировкой:

1.​ При использовании стандартной формулировки набор первичных переменных зависит от того, в каком — насыщенном или недонасыщенном — состоянии находятся нефть и газ в ячейках модели. В первом случае в качестве первичных переменных принимаются давление, водо- и газонасыщенность; во втором случае — давление, водонасыщенность, а также  или . При обобщённой композиционной формулировке возможно использовать единый набор переменных — в программном комплексе «Техсхема 12» это давление, водонасыщенность и молярные плотности углеводородных компонентов.

2.​ Для расширения функциональных возможностей гидродинамического симулятора на композиционные задачи требуется доработка лишь модуля PVT-свойств пластовых флюидов.

При получении дискретных аналогов исходных дифференциальных уравнений применяется метод контрольного объёма, обобщающий вычислительные процедуры на любые виды ортогональных расчётных сеток [4].

Программная архитектура симулятора

Описаны основные принципы и паттерны проектирования, используемые при разработке гидродинамического симулятора «Техсхема 12». Применение принципов объектно-ориентированного программирования позволяет реализовать простую, легко расширяемую и сопровождаемую модульную структуру разрабатываемого симулятора, показанную на рис.1. Каждый элемент этой структуры является плагином, реализующим определённый интерфейс (наследуемый абстрактный класс). Пример интерфейса для модуля свойств породы приведён в листинге 1. Плагины разработаны с использованием кросс-платформенного инструментария Qt [5], что позволяет выполнять вычисления как на персональных компьютерах, так и на кластерных системах.

Техсхема график
Рис. 1. Программная архитектура гидродинамического симулятора «Техсхема 12». Показаны связи основного модуля, формирующего матричное уравнение на каждой итерации

Параллельные вычисления

Даётся обзор инструментария для параллельного программирования: MPI, OpenMP, OpenACC, CUDA и их сочетание (гибридное распараллеливание). Описывается метод доменной декомпозиции [6]. На рис. 2 продемонстрирована зависимость эффективности распараллеливания от количества процессоров и способа декомпозиции исходной сетки на домены. Видно, что декомпозиция на основе минимальной связности доменов, реализованная в библиотеке METIS, может дать значительное дополнительное ускорение по сравнению со стандартной декомпозицией сетки вдоль оси X.

Процесс декомпозиции в симуляторе «Техсхема 12» реализован в виде отдельного приложения, которое позволяет пользователям применять не только встроенные, но и свои собственные алгоритмы.

 Использование скриптов и плагинов для обработки исходных данных и результатов моделирования

В процессе работы возникают задачи, для решения которых в ПК «Техсхема» не всегда могут оказаться нужные инструменты. В этих случаях применяются плагины и скрипты, которые позволяют пользователям расширять функциональные возможности основной программы без модификации её исходного кода. Для подключения плагинов используется механизм отражения в среде .NET Framework, поэтому плагин может быть написан на любом языке программирования .NET. Также в ПК «Техсхема 12» имеется возможность выполнения скриптов, написанных на языке IronPython. Плагины и скрипты получают доступ практически ко всем данным модели.

Техсхема график1

Рис. 2. Ускорение расчёта в зависимости от количества процессоров и способа декомпозиции

Использование скриптов в образовательном процессе имеет важное преимущество — их написание и запуск производятся непосредственно в ПК «Техсхема 12» (см. рис. 3). Таким образом, не требуется установка дополнительного программного обеспечения. Примеры использования скриптов, включённые в учебный курс:

– расчет куба проницаемости по заданным зависимостям;

– расчет карт расчлененности и песчанистости;

– поиск перфораций, не вскрывающих нефтенасыщенную часть пласта (см. рис. 3);

– создание куба случайных значений по вариограмме.

Техсхема график2
Рис. 3. Пример скрипта IronPython для анализа перфораций скважин

Расширение возможностей расчётного ядра с помощью скриптов

По нашему мнению, инженер-нефтяник должен быть избавлен от необходимости учить сотни ключевых слов, поэтому симулятор «Техсхема 12» не использует ключевые слова — все исходные данные вводятся пользователем через удобный графический интерфейс.

Для гибкого управления скважинами и другими параметрами пользователю предоставляется доступ к экземплярам классов ядра симулятора (рис. 1) во время выполнения расчета. Данный доступ осуществляется посредством скриптов JScript, использующих метаобъектную систему Qt.

В качестве примера использования скриптов в рамках учебного курса рассматриваются групповые и индивидуальные ограничения по скважинам.

Документирование исходного кода

Написание технической документации является важным этапом разработки гидродинамического симулятора. Гидродинамическое моделирование в ПК «Техсхема 12» подробно описано в «Руководстве пользователя». Документация исходных кодов необходима для разработчиков плагинов и скриптов для гидродинамического симулятора. Для её создания используются возможности инструментария Qt, благодаря которым справка встраивается в среду разработки Qt Creator (см. рис. 4).

Техсхема график3
Рис. 4. Встроенная документация по «Техсхеме 12» в среде разработки Qt Creator

Заключение

В настоящее время и вышеописанный учебный курс, и ПК «Техсхема 12» продолжают активно совершенствоваться командой разработчиков. В 2014 году планируется расширение сотрудничества между ОАО «Сургутнефтегаз» и Тюменским государственным университетом, а также издание методических указаний по гидродинамическому моделированию с использованием симулятора «Техсхема 12».


Тюменское отделение «СургутНИПИнефть», ОАО «Сургутнефтегаз», г. Тюмень

Авторы: Абдулина Марина Вадимовна, Аристов Андрей Алексеевич, Бахтий Николай Сергеевич 

Связаться с разработчиками


Авторская статья – все права защищены, любое копирование разрешено только с активной ссылкой на сайт neftynik.ru и  «Техсхема».

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

You may be interested

«Газпром газораспределение Самара» подвела итоги работы в Самарской области за 2017 год
Новости ТЭК
5 shares1,102 views
Новости ТЭК
5 shares1,102 views

«Газпром газораспределение Самара» подвела итоги работы в Самарской области за 2017 год

Дмитрий Бирюлёв - 09.07.2018

В прошедшем году газораспределительная организация обеспечила бесперебойное и безаварийное газоснабжение всех потребителей. Работы по капитальному ремонту, программе техперевооружения и подготовке газового хозяйства к работе в осенне-зимний период 2017-2018 гг. были выполнены на 100%

Пресс-конференция Кирилла Селезнева – члена Правления ОАО «Газпром», генерального директора ООО «Газпром межрегионгаз»
Новости ТЭК
647 views
Новости ТЭК
647 views

Пресс-конференция Кирилла Селезнева – члена Правления ОАО «Газпром», генерального директора ООО «Газпром межрегионгаз»

Алексей Марченко - 25.06.2018

20 июня состоялась пресс – конференция Кирилла Селезнева, члена Правления, генерального директора ООО «Газпром межрегионгаз» по теме «Поставки газа на внутренний рынок. Реализация Программы газификации российских регионов».…

Инновации – фундамент будущего нефтедобычи
Новости ТЭК
11 shares5,988 views
Новости ТЭК
11 shares5,988 views

Инновации – фундамент будущего нефтедобычи

Алексей Марченко - 13.06.2018

IХ форум инновационных технологий «InfoSpace» состоялся 5 июня 2018 г. в «Президент-Отеле», г. Москвы. Он проводится ежегодно при поддержке Министерства экономического развития РФ, Министерства образования и науки РФ, ТПП РФ, Государственной Думы ФС РФ и РАН, и является авторитетной дискуссионной площадкой для совместного поиска

Most from this category

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: