WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     ||
|
  1. Анализ полученных результатов прогнозирования осуществляется экспертно в интерактивном режиме. При неудовлетворительном заключении может производиться дополнительный анализ данных о системе и ее свойствах и целесообразная корректировка структурной модели g(t) с целью повторения процесса прогнозирования, начиная с этапа 7.
  2. Этап уточнения прогноза является важным дополнительным элементом предлагаемой методологии. Его выполнение актуально при появлении различного рода дополнительной информации о свойствах исследуемой системы в окрестности разреза V0 в случае значимого расхождения прогнозных и наблюдаемых значений целевой характеристики. Один из возможных подходов к построению процедуры такого уточнения предложен в главе 5 данной работы.

Рассмотренная общая схема методологии численного прогнозирования характеристик природной динамической системы имеет общий характер. Она позволяет в полной мере реализовать сформулированную концепцию общего подхода к решению Задачи P. Вместе с тем, очевидно, что ее практическая реализация возможна лишь применительно к конкретным природным динамическим системам.

В последующих главах работы на основе этой общей схемы осуществляется разработка методологии численного прогнозирования ГФД в осадочных бассейнах земли. Важно отметить, что в контексте Задачи Р все предлагаемые при этом модели и алгоритмы носят достаточно общий характер и могут быть использованы при исследовании любых природных систем, удовлетворяющих сформулированным выше предположениям об их свойствах, за исключением учитывающей специфику ГФС постановки прямой задачи и предлагаемых методов ее решения (Главы 2 и 3).

Во второй главе осуществляется постановка задачи прогнозирования ГФД в осадочных бассейнах земли и формулируются эффективные модели ГФС с целью получения прогноза эксцесса ГФД (превышения ГФД над гидростатическим давлением) в заданной подобласти осадочного бассейна. В частности, в области бурения новой скважины.

Наличие такого прогноза помогает избежать аварий на буровых установках, снизить риск потери больших материальных средств и дорогостоящего оборудования. Вместе с тем практически используемые в настоящее время классические подходы к прогнозированию ГФД основаны, как правило, на упрощенных эмпирических законах, что нередко приводит к серьезным ошибкам при сложной истории развития осадочного бассейна, не учитываемой в упрощенных моделях.

В контексте рассмотренных ранее общих построений и предположений и при использовании прежних обозначений задача прогнозирования ГФД может быть сформулирована аналогично Задаче Р.

Основная задача

Пусть в некоторой пространственной области12 (T), принадлежащей осадочному бассейну, задано конечное множество Vk(T), k=0,1,2,…,nV, - скважин (вертикальных одномерных разрезов области (T)). Для каждой скважины Vk в узлах соответствующей одномерной сетки kz известны значения P*(xk,yk,zk,i,T), i=1,2,…,nzk – значения ГФД (полевые данные), образующие в совокупности вектор P*k(z), задающий полевое дискретное распределение ГФД для скважины Vk.

Требуется определить P*0(z) – прогноз дискретного распределения ГФД на сетке 0z для прогнозной скважины (вертикального разреза) V0(T).

Существенно, что рассматривается проблема формирования прогноза для целей разведочного бурения. Это позволяет считать, что естественный эволюционный характер развития осадочного бассейна полностью определяет текущее состояние системы, поскольку воздействие человеческой деятельности на него на этом этапе исследования бассейна пренебрежимо мало.

Построение необходимых для исследования моделей должно осуществляться в геологическом масштабе времени, что, как отмечалось ранее, позволяет отнести рассматриваемую задачу к задачам бассейнового моделирования. Работы в этой области активно ведутся уже несколько десятков лет. В результате в настоящее время имеются развитые инструменты бассейнового моделирования, основанные, в том числе, на численных решениях многофазных задач флюидодинамики. Вопросы моделирования и прогнозирования ГФД с учетом истории геологического развития ГФС исследовались, в частности, в работах Буряковского Л.А., Джафарова И.С., Джеваншира Р.Д. и других авторов. В работах Lеrchе I., Zhao K., Yu Z и других разрабатывались подходы к прогнозированию характеристик ГФС на основе постановки и решения обратных задач. Однако, построение реализуемой в реальном масштабе времени и практически эффективной методологии численного прогнозирования ГФД остается актуальным.

Основным объектом моделирования при разработке методологии численного прогнозировании ГФД является ГФС. В соответствии с общей вычислительной схемой методологии численного прогнозирования характеристик природных систем необходимо, прежде всего, сформировать структурную модель или в данном случае геологическую модель ГФС и математическую модель исследуемого ФД процесса.

В содержательном плане построение геологической модели ГФС сводится к решению проблемы нелокального выделения геологических объектов, которая исследовалась в работах Губермана Ш.А., Карогодина Ю.Н., Мушина И.А. и целого ряда других авторов. В данной работе при построении геологической модели ГФС в качестве достаточного уровня детальности для целей проводимого исследования принят уровень формационных ассоциаций (формаций) геологических объектов. Способы и методы выделения формационных элементов геологической модели не являются предметом обсуждения в данной работе. Отметим лишь, что для этих целей могут быть использованы известные в геологии и геофизике методы структурно-формационной интерпретации (СФИ) комплекса геолого-геофизической информации.

Применительно к формациям, как структурным элементам геологической модели осадочного бассейна, оправданно предположение о пространственно-временной упорядоченности и квазиоднородности формаций (слоев). Наиболее древние слои находятся в осадочном бассейне, как правило, глубже менее древних. Физические свойства осадочных пород в пределах формации мало изменчивы в пространственном отношении. Поэтому будем предполагать, что в вертикальном направлении в любой момент времени физические свойства осадочных пород, образующих формацию, постоянны.

Начальная геологическая модель (рис.2) осадочного бассейна может содержать в общем случае до сотни различных формаций осадочных пород. С позиций эффективного подхода к моделированию предполагается, что каждая из выделенных формаций может быть отнесена по характерным свойствам (составу, структуре и т.д.) образующих их осадочных пород к одному из трех базовых типов (глинистому, песчанистому и карбонатному).

Существенно, что для большинства осадочных бассейнов по оценкам специалистов лишь 5-10% исследуемого интервала по глубине бассейна может обеспечивать значимый уровень латерального (в плоскости ХОУ) оттока флюида. Эти 5-10% глубинного интервала представлены формациями, которые будем называть латерально-проводящими каналами. Таким образом, можно считать, что почти на всем глубинном интервале осадочного бассейна фильтрация флюида происходит в вертикальном направлении.

При построении геологической модели учитываются также различного рода структурные нарушения. В том числе вызванные возможными перерывами в осадконакоплении - имевшими место в истории формирования осадочного бассейна периодами подъема части уже сформировавшихся формаций выше уровня моря и их полным или частичным выветриванием (эрозией). К структурным нарушениям относятся также наблюдаемые в осадочном бассейне в настоящее время разломы (рис.3) – тектонические разрывы и смещения в пространственном расположении формаций.

Предполагается, что на основе содержательной обработки и интерпретации всего комплекса доступной геолого-геофизической информации об осадочном бассейне может быть определена с некоторой степенью погрешности и другая необходимая для проведения дальнейших исследований информация. В том числе - возраст и период начального формирования, предполагаемый темп осадконакопления и диапазоны возможных значений физических характеристик среды для каждой учитываемой в геологической модели формации, включая подвергшиеся полной или частичной эрозии. Другими словами может быть восстановлена в эффективном смысле вся история формирования исследуемого осадочного бассейна с учетом возможных перерывов в осадконакоплении. В результате для временного отрезка [0,T] может быть задана временная сетка:

t = {ti / ti = ti-1+hti, hti>0, i=1,2,…,nt; t0 = 0, tnt = T}.

Узлы сетки t совпадают с моментами структурных изменений в системе. Как и в общем случае, эти изменения заключаются, например, либо в начале процесса вхождения в систему нового слоя (формации), либо в исключении из нее некоторого конечного количества уже имевшихся в системе слоев, а также в возникновении разломов, либо в некоторой комбинации указанных событий. На любом временном интервале Ti=(ti-1,ti), i=1,2,…,nt может происходить процесс формирования в системе только одного нового слоя.

Процесс геологического формирования осадочного бассейна - от его зарождения до настоящего времени – сопровождается происходящими в нем процессами различного характера, в результате которых свойства и пространственные границы формаций, образующих систему изменяются. Одним из важнейших среди них является ФД процесс, который заключается в миграции флюида (жидкости и газа) в толщах осадочных пород под воздействием поля ГФД.

Теоретические основы процессов уплотнения осадочных пород, перехода углеводородов при нагревании материнских пород (осадочных толщ, содержащих углеводороды) из твердой в жидкую и газообразную фазы (УВ генерация), миграции флюидов в осадочных толщах и т.д. рассматривали в своих работах Александров Б.Л., Гуревич А.Е., Добрынин В.А., Жузе Т.П., Коновалов А.Н., Серебряков В.А., Шестаков В.М., Bachmat Y., Bear J., Magara K., Tissot B.P., Verwei J.M., Welte D.H. и другие российские и зарубежные авторы. Все эти процессы имеют большое научное и практическое значение с точки зрения возникновения в ГФС зон сверхгидростатических ГФД и в эффективном смысле учитываются при разработке методологии численного прогнозирования ГФД.

В данной работе для построения эффективной математической модели реального многофазного ФД процесса предлагается использовать уравнение фильтрации однофазного флюида - несжимаемой жидкости. Такое существенное упрощение носит принципиальный характер и объясняется необходимостью построения как можно более простой эффективной модели с целью обеспечения возможности решения Основной задачи в приемлемое время. Все рассмотрения проводятся в принадлежащей осадочному бассейну трехмерной области (t), определяемой условиями (2), на временном промежутке [0,T]. Дневная поверхность области (t) (при z=0) совпадает с уровнем моря. Построение математической модели осуществляется на основе фундаментального закона сохранения (консервации) масс. Скорость фильтрации флюида определяется линейным законом Дарси. В общем виде предлагаемая математическая модель представляет собой линейное параболическое уравнение математической физики с переменными коэффициентами:

A(P/t) = (kx(P/x))/x + (ky(P/y))/y+ (kz(P/z))/z + B, (7)

где: A(x,y,z,t), B(x,y,z,t) – формально функции пространственных координат и времени, а по существу - свойств осадочной породы и флюида. kx(x,y,z,t), ky(x,y,z,t), kz(x,y,z,t) – коэффициенты проводимости среды, определяющие ее фильтрационные свойства. P(x,y,z,t) – превышение (эксцесс) ГФД над гидростатическим давлением – моделируемая характеристика ГФС.

Сформулирована краевая задача для уравнения (7). Однако с практической точки зрения ее решение для целей численного моделирования пространственного распределения ГФД в области (T) не представляется целесообразным ввиду недостаточной обеспеченности априорными данными с одной стороны и большой вычислительной трудоемкости с другой.

В третьей главе рассматриваются вопросы декомпозиции предложенной трехмерной (по пространственным переменным) эффективной модели флюидодинамического процесса на одномерную и двухмерную модели. Формулируются соответствующие прямые задачи, осуществляется построение методов решения сформулированных прямых задач.

С учетом указанных ранее особенностей протекания ФД процесса в осадочном бассейне, вместо модели (7) вводятся в рассмотрение одномерная (вертикальная) и двумерная (латеральная) модели:

A(P/t) = (kz(P/z))/z + qL + B, (8)

A(P/t) = (kx(P/x))/x+ (ky(P/y))/y + qz + B, (9)

Здесь модельный параметр qL предназначен для эффективной компенсации не учитываемой в уравнении (8) латеральной составляющей потока флюида, а модельный параметр qz – для эффективной компенсации не учитываемой в уравнении (9) вертикальной составляющей потока.

В результате, «вертикальная»13 прямая задача формулируется в виде краевой задачи для уравнения (8):

A(P/t) = (kz(P/z))/z + qL + B,

t[0,T], z[0, zmax(x, y, t)],

P(z)=0 z=0, (10)

(P/z) z=zmax = 0,

P(z) = P0(z) t=0.

Необходимо подчеркнуть, что zmax(x, y, t) - нижняя граница пространственной области решения задачи (10) с течением времени изменяется. Как правило, она увеличивается – разрез становится глубже. Однако в ряде случаев может и уменьшаться на некоторый период времени. Например, при относительном снижении уровня моря.

Пусть L(t)(t) – подобласть области (t), соответствующая L-му латерально-проводящему каналу, и GL = GL0 GL1 GL2 – боковая граница L(t).

Соответствующая «латеральная» прямая задача формулируется как краевая задача для уравнения (9). В несколько в упрощенном виде она приведена ниже:

A(P/t) = (kx(P/x))/x+ (ky(P/y))/y + qz + B, t[ tL,T], x[ xmin, xmax], y[ ymin, ymax],

P/n = 0 (x,y,zL)GL0, (11)

P/n = P/n (x,y,zL)GL1,

P = const (x,y,zL)GL2,

P = P0 t=tL.

Pages:     ||
|



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.