Джон Фанчи, Техасский Христианский Университет
Первоисточник статьи

Введение 

    Гидродинамическое моделирование нефтяных месторождений предполагает собой  применение программного обеспечения, предназначенного для моделирования течения флюида в нефтяных резервуарах.
    Я впервые столкнулся с гидродинамическим моделированием при работе над проектом хранения солнечной энергии в водоносном горизонте. В течение первых трех лет моей карьеры, я провел исследование модели относительно небольшого нефтяного резервуара, пересмотрел подход к моделированию резервуаров с естественной трещинноватостью, проанализировал многомерную численную дисперсию, оценил возможности разработки геотермальных резервуаров и резервуаров, находящихся под большим горным давлением. Также, я сравнил достоинства и недостатки различных типов заводнения пластов с применением химических реагентов.

Возможности применения моделирования к разработке различных типов резервуаров

    Таким образом, я открыл для себя, что карьера в области гидродинамического моделирования может предоставить массу возможностей решать нестандартные интересные задачи в широком диапазоне их практического применения.
Процесс моделирования нефтяного резервуара является одним из аспектов управления разработкой месторождения. Современное управление резервуаром в общих чертах может быть определено как непрерывный процесс оптимизации взаимодействия между данными по параметрам и работе резервуара и процессом принятия решений в течение всего жизненного цикла месторождения. Данное определение охватывает управление многими типами систем резервуаров, в том числе резервуаров, насыщенными углеводородами, геотермальных резервуаров и резервуаров, используемых  для геологической секвестрации.

    Управление разработкой нефтегазового месторождения включает в себя извлечение традиционных и нетрадиционных нефтегазовых ресурсов с использованием различных процессов, включая первичные методы извлечения нефти, заводнения пластов, закачка в пласт газа, не смешивающегося с нефтью, и методы увеличения нефтеотдачи пластов. Месторождения нефти и газа рассматриваются как традиционные источники горючих ископаемых. Нетрадиционные ресурсы горючих ископаемых включают в себя:  каменноугольный газ, газ из слабопроницаемых пород, сланцевый газ, газовые гидраты, горючие сланцы и нефтеносные пески. Нетрадиционные источники становятся все более важной частью мирового энергетического баланса из-за уменьшения стоимости разработки и увеличения цен на нефть.

    Концепции, инструменты и принципы управления разработкой месторождения применимы не только к нефти и газу, но и к другим ресурсам недр. Например, управление геотермальными резервуарами и резервуарами, используемыми для геологической секвестрации, может быть проанализировано с помощью гидродинамического моделирования. Геологическая секвестрация предусматривает сбор, разделение, и долгосрочное хранение парниковых газов или других загрязняющих газов в подземной среде. Закачка диоксида углерода в угольный пласт может как интенсифицировать процесс извлечения газа, так и оказать влияние на геологическую секвестрацию.

Мультидисциплинарный подход к моделированию месторождений

    Многие дисциплины вносят свой вклад в процесс разработки месторождений. В случае углеводородного резервуара, успешная разработка месторождения требует понимания структуры резервуара, распределения флюидов внутри резервуара, бурения скважин и методов поддержания пластового давления в добывающих скважинах, процессов транспортировки, переработки и продажи добываемых флюидов,  соблюдение мер безопасности при прекращении добычи из истощенного пласта и методов смягчения негативного воздействия разработки на окружающую среду на протяжении всего жизненного цикла месторождения. Должным образом созданная команда по управлению активами разрабатываемого месторождения включают в себя персонал - очень часто это специалисты с опытом, необходимым для выполнения всех поставленных задач. Они должны быть  способны работать в команде для достижения общей цели. Гидродинамическое моделирование месторождения помогает собрать воедино информацию из отдельных областей разработки и дать жизнеспособный прогноз с конкретными цифрами производительности резервуара.

    В соответствии с таблицей уровней компетенции специалистов организации SPE , инженеры-разработчики должны быть способны оценить промысловые и технологические показатели разработки месторождения, используя при этом гидродинамическое моделирование. Как минимум, инженер-разработчик должен понимать и применять гидродинамическое моделирование для анализа производительности резервуара , оптимизаци его работы и разработки месторождений. Также, инженер-разработчик должен уметь пользоваться  такими базовыми принципами разработки резервуаров, как течение флюидов через поры коллектора, относительная проницаемость, узловой анализ, многофазное течение – все это необходимо для практической оценки работы одной скважины, добывающей нефть или газ. Более высокий уровень профессионализма инженера-разработчика достигается путем приобретения знаний в областях специальных методов моделирования (например, методы матричных решений, численный анализ, векторизация, метод конечных элементов, параллельная обработка).  Инженер должен быть способен найти потенциальные возможности увеличения производительности резервуара, например, определить неохваченные вытеснением зоны или зоны с неэффективным вытеснением целевого флюида внутри резервуара, или идентифицировать области для бурения новых скважин, исходя из геологического анализа месторождения.

Пути развития карьеры в моделировании

    На практике, карьера в области гидродинамического моделирования часто может развиваться в  одном из двух основных направлений: разработка программного обеспечения или практическое моделирование. Если Вы решите специализироваться на разработке гидродинамических симуляторов резервуаров, то Ваша карьера будет процветать благодаря знаниям численных методов и компьютерного программирования.  Карьера в области практического моделирования включает в себя широкие познания и навыки командной работы при управлении активами месторождения, понимание вклада геологических аспектов разработки, бурения, добычи, оборудования и экономики.

Роль моделирования в разработке месторождений

    Исследования гидродинамического моделирования играют очень важную роль, когда необходимо принять ответственное решение. Варианты могут меняться от позиции "сделаем как обычно" к серьезным изменениям в инвестиционной стратегии. Изучив ряд сценариев развития событий, инженер-разработчик предоставит ответственным лицам информацию, способную им помочь экономически грамотно распорядиться ограниченными ресурсами для достижения поставленных целей. В качестве таких целей могут выступать  как планирование одной скважины, так и разработка крупного месторождения, имеющего международное значение.

    Моделирование течения флюидов внутри резервуара является самым сложным способом создания профиля добычи.Профиль добычи представляет собой график зависимости добываемого флюида от времени. Путем объединения профиля добычи с прогнозом цен на углеводороды, возможно просчитать денежные потоки. Комбинирование профиля добычи, полученного из моделирования течения флюидов внутри резервуара,  и прогноза цен на углеводороды, полученного благодаря экономическому моделированию, может быть использовано лицами, принимающими решения, для сравнения экономических показателей различных концепций разработки месторождения.

    Разработка месторождения наиболее эффективна тогда, когда соответствующие данные из всех возможных источников собраны вместе и интегрированы в изучение возможностей разработки. Для этого необходимо приобрести и собрать данные, которые могут быть в свою очередь довольно дорогостоящими. Как следствие, инженерам-разработчикам с помощью гидродинамического моделирования необходимо прежде всего оценить значение данных, то есть сопоставить их потенциальный вклад в исследование разработки месторождения с учетом затрат на их приобретение. Инженеры-разработчики вовлекаются в процесс принятия решений, расставляя приоритеты данным, которые основаны на целях проекта, акутальности, стоимости и влияния на процесс разработки.

    Одной из важнейших задач разработки месторождения является приобретение и своевременная актуализация баз данных. Инженер-разработчик с помощью гидродинамического моделирования может помочь команде координировать управление ресурсами путем приобретения данных, необходимых для выработки оптимальной стратегии эксплуатации месторождения. Сбор данных для построения или актуализации модели течения флюидов в пласте является хорошим способом подтверждения степени необходимости тех или иных данных, объединенных вместе из различных областей разработки, и степени их влияния на процесс успешной разработки месторождения.  Если качество модели сильно зависит от конкретных параметров, то стратегия приобретения данных должна быть направлена прежде всего на снижение неопределенности этих параметров.

Стратегии разработки месторождений и перспективы применения моделирования

    Для проектирования, внедрения и выполнения проектов разработки месторождений существует множество различных  стратегий организации работы . В основе таких стратегий лежат, прежде всего, необходимость определения возможностей и потенциала проекта, создание и развитие альтернативных решений, выбор и дизайн желаемого варианта, осуществление этого варианта, контроль показателей на протяжении целого срока реализации этого решения, включая ликвидацию скважин, а затем оценка успешности и жизнеспособности проекта, как извлечение ценного опыта с возможностью его применения в будущих проектах. Посредством создания и применения моделей течения флюидов внутри пласта, также известных под названием динамических моделей, инженер-разработчик, занимающийся гидродинамическим моделированием, может играть существенную роль в вопросах сравнения альтернативных вариантов , выбора оптимального плана разработки месторождения , а также оценки успешности проекта в процессе его реализации. Современное моделирование потоков различает два типа стратегий разработки месторождений : «гринфилд» стратегия (разработка месторождения «с нуля») и «браунфилд» стратегия (разработка месторождения на поздней стадии эксплуатации с выработанностью более 75%). Стратегия «гринфилд» включает в себя неразработанные месторождения, а также месторождения, которые были разведаны, оконтурены, но не разработаны. Стратегия «браунфилд» предполагает месторождения со значительной историей разработки. Обе стратегии направлены на выполнение определенных процедур способных количественно оценить степень неопределенности.

    В настоящее время в нефтяной промышленности применяются два типа стратегии «браунфилд»: детерминистическое и вероятностное прогнозирования разработки месторождений. В детерминистическом прогнозировании выбирается лишь одна реализация и затем она «подгоняется»  под соответствие с реальными историческими данными.

    В вероятностном прогнозировании, подготавливается совокупность статистически значимых реализаций разработки месторождения. Динамические модели «прогоняют» каждую из возможных реализаций и, затем, сравнивают результаты с реальными историческими данными работы месторождения. Современные инженеры-разработчики, занимающиеся гидродинамическим моделированием, должны понимать практическое применение теории вероятности и статистики при создании и работе динамических моделей. Сегодняшние выпускники могут вполне рассчитывать на продолжительность своей карьеры в области гидродинамического моделирования вплоть до 2040 года, а то и дольше. Глобальный спрос на энергетические ресурсы и потребность общества в устойчивом развитии расширили спектр возможностей применения гидродинамического моделирования. Многие компании осознают, что мировой энергетический баланс претерпевает значительный переход от энергетического профиля, предполагающего применение горючих ископаемых, к энергетическому профилю, который подразумевает  широкий спектр альтернативных источников энергии. Карьера в области гидродинамического моделирования нефтегазовых месторождений даст Вам знания и навыки, которые могут быть применены как в нефтегазовой промышленности сегодняшнего дня, так и в энергетике будущего.
 
Автор статьи Джон Фанчи

    Джон Фанчи является профессором кафедры нефтяного инжиниринга Техасского Христианского Университета, Форт-Уорт, штат Техас. Он преподает курсы по энергетике и инженерному обеспечению. Ранее, Фанчи преподавал в Школе горного дела штата Колорадо и работал в технологических центрах четырех энергетических компаний. Фанчи является автором нескольких книг, включая «Комплексное управление ресурсами месторождения» (Elsevier, 2010), Энегрия в 21 веке, 2-й Издание (World Scientific, 2011), Основы прикладного гидродинамического моделирования, 3-е издание (Elsevier, 2006) и Повторение математики для ученых и инженеров, 3-е издание (М., 2006). Он также является соредактором  тома «Справочник по нефтяному инжинирингу» из цикла изданий «Комплексный инжиниринг» (SPE, 2006, том 1).
Фанчи получил докторскую степень по физике в Университете Хьюстона.

**Примечание: перевод любительский - это только мое хобби, совмещающее в себе приятное с полезным! Если будут комментарии и пожелания, пожалуйста, пишите. )