Содержание структурных элементов пояснительной записки

Стр 1 из 2Следующая ⇒

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВО «Кубанский государственный технологический университет»

Кафедра нефтегазового дела им. проф. Г.Т. Вартумяна

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ РАЗРАБОТКИ НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Методические указания по выполнению курсового проекта

для студентов всех форм обучения и МИППС

направления 21.04.01 Нефтегазовое дело

Краснодар

2017

Составители: канд. техн. наук, доц. И.О. Орлова;

канд. техн. наук, доц. Е.Н. Даценко;

аспирант Т.В. Арутюнов

УДК 622.279

Компьютерное моделирование процессов разработки нефтегазовых месторождений: методические указания по выполнению курсового проекта для студентов всех форм обучения и МИППС направления 21.04.01 Нефтегазовое дело / Сост.: И.О. Орлова, Е.Н. Даценко, Т.В. Арутюнов; Кубан. гос. технол. ун-т. Каф. нефтегазового дела. им. проф. Г.Т. Вартумяна. – Краснодар: Изд. КубГТУ, 2017. – 22 с.

Настоящие методические указания предназначены для выполнения курсового проекта. Изложены требования к оформлению курсового проекта. Содержатся разделы проекта, даны задания по вариантам.

Ил.2. Библиогр.: 8

Печатается по решению методического совета ФГБОУ ВО «Кубанский государственный технологический университет»

Рецензенты: д-р техн. наук, проф. кафедры НГД КубГТУ Д.Г. Антониади; гл. инженер проектов отдела проектирования и мониторинга разработки месторождений Чеченской республики, ООО «НК «Роснефть» − НТЦ», канд. техн. наук. Данильченко О.Н.

Ó КубГТУ, 2017

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………………...4

1 Нормативные ссылки.......................................................................................5

2 Общие методические указания.......................................................................6

3 Структура курсового проекта..........................................................................6

4 Содержание структурных элементов пояснительной записки....................7

5 Задания к курсовому проекту

Задание № 1 Дифференциальные уравнения фильтрации в

нефтегазаносных пластах……………………………......................…10

Задание № 2 Уравнение материального баланса………….................14

Список литературы……………………………...............……………………19

Приложения.......................................................................................................20

Введение

Основу моделирования составляет триада модель − алгоритм − программа. Математические модели реальных исследуемых процессов сложны и включают системы нелинейных функционально-дифференциальных уравнений. Ядро математической модели составляют уравнения с частными производными.

На первом этапе вычислительного эксперимента выбирается (или строится) модель исследуемого объекта, отражающая в математической форме важнейшие его свойства − законы, которым он подчиняется, связи, присущие составляющим его частям, и т. д. Математическая модель (ее основные фрагменты) исследуется традиционными аналитическими средствами прикладной математики для получения предварительных знаний об объекте.

Второй этап связан с выбором (или разработкой) вычислительного алгоритма для реализации модели на компьютере. Необходимо получить искомые величины с заданной точностью на имеющейся вычислительной технике. Вычислительные алгоритмы должны не искажать основные свойства модели и, следовательно, исходного объекта, они должны быть адаптирующимися к особенностям решаемых задач и используемых вычислительных средств. Изучение математических моделей проводится методами вычислительной математики, основу которых составляют численные методы решения задач математической физики – краевых задач для уравнений с частными производными.

На третьем этапе создается программное обеспечение для реализации модели и алгоритма на компьютере. Программный продукт должен учитывать важнейшую специфику математического моделирования, связанную с использованием ряда (иерархии) математических моделей, многовариантностью расчетов. Это подразумевает широкое использование комплексов и пакетов прикладных программ, разрабатываемых, в частности, на основе объектно-ориентированного программирования.

Перед нефтяными компаниями при разработке нефтегазовых месторождений стоит задача эффективной добычи сырья. Для решения этой задачи должны быть проведены исследования и компьютерные расчеты. Создание модели нефтегазового месторождения и ее анализ с использованием современных программных средств обязательны перед переходом к разработке на практике.

Курсовой проект по дисциплине «Компьютерное моделирование процессов разработки нефтегазовых процессов разработки» − самостоятельно выполняемая в течение семестра учебная работа. Проект выполняется под руководством преподавателя. Работа над проектом позволяет закрепить теоретические знания, полученные на лекционных и практических занятиях, подготавливает к выполне-нию дипломного проекта и к самостоятельной работе по избран-ной специальности, способствует развитию творческих способностей.

Курсовой проект должен быть выполнен литературно грамотно, оформлен в соответствии с ГОСТами и защищен за две недели до начала экзаменационной сессии.

Нормативные ссылки

В настоящих методических указаниях использованы ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ 7.0.5-2008 СИБИД. Библиографическая ссылка. Общие требования и правила составления

ГОСТ 2.105-95 ЕСКД. Общие требования к текстовым документам

ГОСТ 2.301-68 ЕСКД. Форматы

ГОСТ 2.316-2008 ЕСКД. Правила нанесения на чертежах надписей, технических требований и таблиц на графических документах. Общие положения

ГОСТ 2.321-84 ЕСКД. Обозначения буквенные

ГОСТ 7.9-95 СИБИД. Реферат и аннотация Общие требования

ГОСТ 7.32-2001 СИБИД. Отсчёт о научно-исследовательской работе.

Структура и правила оформления

ГОСТ 8.417-2002 ГСИ. Единицы величин

Р 50-77-88 Рекомендации. ЕСКД. Правила выполнения диаграмм

Общие методические указания

Курсовой проект выполняется на тему «Использование компьютерных технологий в моделировании процессов разработки нефтегазовых месторождений». Основной раздел курсового проекта по дисциплине «Компьютерное моделирование процессов разработки нефтегазовых процессов разработки» должен содержать сведения о программных продуктах, используемых для геологического или гидродинамического моделирования. В разделе необходимо указать, какие исходные данные необходимы для создания модели, как работает модель, задачи ее создания, возможности программы.

Далее выполнятся задания по вариантам. Варианты заданий выбираются по последней цифре шифра зачётной книжки.

Структура курсового проекта

Пояснительная записка должна включать в себя следующие элементы, располагаемые последовательно:

− титульный лист (приложение А);

− задание на курсовую работу (приложение Б);

− реферат (приложение В);

− содержание;

− введение;

− нормативные ссылки;

− разделы основной части;

− заключение;

− список использованных источников;

− приложения.

Содержание структурных элементов пояснительной записки

4.1 Титульный лист и задание

Титульный лист и задание на курсовое проектирование выполняют по соответствующим формам в соответствии с приложениями А и Б.

4.2 Реферат

Реферат составляют на основе требований, регламентируемых ГОСТ 7.9, и предъявляемых к реферату на отчёт о научно-исследовательской работе по ГОСТ 7.32, который включает следующие элементы.

− сведения о количестве в пояснительной записки страниц, иллюстрации, таблиц, приложений, использованных источников, например: 115 с., 9 рис., 12 табл., 35 источников, 3 прил.;

− сведения о количестве листов и предметов иллюстративной части;

− перечень ключевых слов и словосочетаний – от 5 до 15, взятых из текста пояснительной записки, которые в наибольшей степени характеризуют её содержание и обеспечивают возможность информационного поиска. Ключевые слова приводят в именительном падеже и пишут заглавными буквами в строку через запятые;

− текст реферата, отражающий, как правило, следующие позиции: объект исследования или разработки; цель работы; метод или методология проведения работы, полученные результаты; основные конструктивные, технологические и технико-эксплуатационные характеристики; область применения, экономическая эффективность.

Объем реферата на русском языке должен составлять от 0,5 до 0,75 страницы. Реферат выполняют в соответствии с приложением В.

4.3 Содержание

Раздел «Содержание» включает наименование всех структурных элементов пояснительной записки, в том числе разделов, подразделов, пунктов основной части (если они имеют наименования), с указанием их нумерации, обозначения и наименования приложений, а также номера страниц, на которые они помещены.

4.4. Введение

В разделе «Введение» необходимо дать оценку современного состояния решаемой задачи, основание и исходные данные для проектирования. Во введении должны быть показаны актуальность и новизна темы.

4.5 Нормативные ссылки

В разделе «Нормативные ссылки» необходимо привести перечень стандартов и других нормативных документов, на которые в тексте пояснительной записки даны ссылки.

4.6 Основная часть

Основная часть курсового проекта должна иметь следующие сведения:

− что такое модель, виды моделей;

− виды моделирования;

− особенности компьютерного моделирования;

− что представляет собой модель продуктивного пласта;

− что представляет собой модель процесса разработки;

− сведения о программных продуктах, используемых для геологического или гидродинамического моделирования;

− интерфейс программы, возможности программы;

− необходимые исходные данные;

− выходные данные и цели использования программных продуктов.

− задания по вариантам.

4.7 Заключение

Раздел «Заключение» должен содержать краткие выводы по результатам выполненной работы, оценку полноты решений поставленных задач, предложения по использованию результатов проектирования, включая возможность внедрения разработанных предложений в реальных условиях производства, оценку технико-экономической эффективности и научно-технического уровня выполненной работы.

4.8 Список использованных источников

Раздел «Список использованных источников» должен содержать библиографические описания источников, использованных при составлении пояснительной записки в соответствии с требованиями ГОСТ Р 7.0.5. Источники в списке располагают в порядке появления ссылок на них в тексте пояснительной записки.

4.9 Приложения

В приложения рекомендуется включать материалы, связанные с выполнением курсовой работы, которые по каким-либо причинам не могут быть включены в основную часть.

Задания к курсовому проекту

Задание № 1

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ ФИЛЬТРАЦИИ
В НЕФТЕГАЗОНОСНЫХ ПЛАСТАХ

Основная цель изучения пласта – предсказание его состояния и определение путей увеличения конечной нефтеотдачи. В классической теории разработки рассматривают осреднённые объекты (балансная модель), для которых невозможно полностью учесть изменения параметров пласта и флюидов во времени и в пространстве. При моделировании с помощью вычислительных машин можно более детально исследовать пласт путём разбиения его на блоки (иногда на несколько тысяч) и применения к каждому из них основных уравнений фильтрации. В настоящее время стало возможным создание проверенных на практике программ для моделирования некоторых очень сложных процессов, протекающих при осуществлении различных проектов разработки. Технология моделирования пластов постоянно совершенствуется, предлагаются новые модели для всё более и более сложных процессов разработки. На практике используют следующие равноценные термины: математические модели, численные модели, сеточные модели, конечно-разностные модели и пластовые модели [3]. Численные модели могут быть ценным инструментом для специалиста, пытающегося ответить на следующие вопросы:

1. Как нужно разрабатывать и эксплуатировать месторождение, чтобы максимизировать экономически выгодную добычу углеводородов?

2. Какой наилучший проект увеличения нефтеотдачи для данного пласта? Как и когда он должен быть осуществлен?

3. Почему пласт не ведёт себя так, как было предсказано в результате предварительного проектирования или моделирования?

4. Какова экономически целесообразная конечная нефтеотдача для данного месторождения?

5. Какого вида лабораторные данные требуются? Какова чувствительность прогнозных результатов, полученных на модели, к точности различных данных?

6. Нужно ли проводить исследования пласта на физической модели? Как можно пересчитать эти результаты применительно к месторождению?

Какие критические параметры необходимо измерять при осуществлении на месторождении проекта разработки? При фильтрации флюида в пласте должно выполняться следующее условие:

7. Какие критические параметры необходимо измерять при осуществлении на месторождении проекта разработка?

8. Какова наилучшая схема вскрытия пласта скважинами?

9. Из какой части пласта осуществлять добычу?

Это лишь некоторые общие вопросы; в случае конкретного исследования на модели можно поставить множество специальных вопросов.

Основу каждой фильтрационной модели составляют следующие уравнения:

- уравнение неразрывности;

- уравнение фильтрации;

- уравнения состояния;

уравнение переноса энергии (в случае неизотермической фильтрации). Для вывода уравнения неразрывности воспользуемся следующим рисунком 1.

Рисунок 1 – Элемент пласта

При фильтрации флюида в пласте должно выполняться следующее условие:

, (1)

где – масса на входе в элемент пласта, кг;

– масса на выходе их элемента пласта, кг;

– изменение массы в элементе пласта, кг;

– отбор массы с элемента пласта (эффект скважины), кг.

Функцию массы представим следующим образом:

(2)

где – плотность флюида, кг/м³;

– скорость фильтрации, м/с;

– площадь поперечного сечения, м²;

– шаг по времени, с.

, (3)

Изменение массы:

(4)

где V – объём элемента пласта, м³;

m – коэффициент пористости.

n – предыдущий временной шаг.

Представим выражение (1.1) в следующем виде:

(5)

Преобразуем данное выражение следующим образом:

(6)

или же перепишем в частных производных соотношение (6):

(7)

где

(8)

В формуле (7) плотность флюида зависит от изменения давления, коэффициент пористости также может зависеть от давления, но может быть и постоянным.

В практике моделирования скорость фильтрации чаще всего описывается линейным законом фильтрации Дарси:

(9)

где k − абсолютная проницаемость, м²;

µ − вязкость (нефть, газ, вода), Па∙с;

p – давление в фазе (нефть, газ, вода), Па.

Строго говоря, закон Дарси распространяется только на ньютоновские флюиды в некотором ограниченном диапазоне скоростей фильтрации, в котором турбулентность, инерционные и другие высокоскоростные эффекты пренебрежимо малы. Кроме того, при очень низких давлениях этот закон не справедлив вследствие явления проскальзывания.

Задания к самостоятельной работе.

1. Найти точное решение уравнения (7).

2. Определить скорость фильтрации, используя формулу (9), при следующих данных (µ = (10 + n/2) мПа·с, k = 0,1 мкм², grad(p) = (5 + n) мПа/м), где n – номер варианта.

3. Получить математическое выражение притока флюида к скважине, используя зависимость (9).

Задание № 2

УРАВНЕНИЕ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА

В области моделирования процессов разработки для анализа процессов, происходящих в продуктивных пластовых системах, применяют все концепции и средства математического моделирования. В более узком смысле термин «моделирование пластов» означает только моделирование гидродинамики потоков в пласте. В более широком смысле этот термин характеризует моделирование полного процесса нефтедобычи и связанную с этим деятельность человека Основная модель нестационарного течения всех фаз жидкостей и газов в пластовой среде описывается дифференциальными уравнениями в частных производных модель вводятся алгоритмы, необходимые для решения этих уравнений. В результате она будет представлять набор программ, реализующихся на конкретной цифровой вычислительной машине [1].

Развитие моделирования нефтяных месторождений происходило параллельно развитию вычислительной техники за последние 30 лет. Специалисты раньше старались использовать математические методы для изучения механики нефтяного пласта, процесса нефтедобычи и выбора способа эффективной разработки месторождений. В настоящее время в результате применения методов моделирования вычислительная машина стала таким же обычным инструментом в расчётах, какими двадцать лет назад были логарифмическая линейка и арифмометр. Рассмотрим некоторые способы, ранее используемые при оценке процесса разработки пласта.

Некоторые из этих методов всё ещё применяют на практике, так как они достаточно просты и дают достоверные результаты. Характерный пример – использование уравнения материального баланса. Уравнение материального баланса используется в современных программных продуктах для проверки правильности решения уравнений фильтрации численными методами. В 1936 г. Шильтуис [5] вывел уравнение сохранения массы для продуктивного пласта. При выводе этого уравнения пласт рассматривается как однородной с постоянными свойствами породы и флюида. Баланс составлялся путём учёта всех масс флюида, втекающего и вытекающего за данный период времени. Уравнение материального баланса иногда называют моделью нулевой размерности, так как внутри системы порода – флюид не происходит изменений параметров ни в одном направлении. Насыщенности и давления распределены равномерно по всему пласту, и любые изменения давлений мгновенно передаются всем его точкам. Уравнение материального баланса (рис. 2) приведено ниже:

Рисунок 2 – Схема материального баланса

(10)

где N_P – количество добытой нефти;

N – количество нефти, первоначально заключённой в пласте;

W_P – суммарная добыча воды;

W_e – суммарный объём поступающей в продуктивный пласт краевой воды;

W_i – количество закачанной воды;

B_i – коэффициент пластового объёма нефти с растворённым газом;

B_ti – коэффициент пластового объёма нефти при начальном пластовом давлении;

B_g – коэффициент пластового объёма газа;

B_gi – коэффициент пластового объёма газа при начальном пластовом давлении;

m – отношение объёма начальной газовой шапки к начальному объёму нефти в пласте;

R_P – суммарный газовый фактор;

R_Si – начальная растворимость газа;

S_W – текущая водонасыщенность пористой среды;

S_Wi – начальная водонасыщенность пористой среды;

C_f – сжимаемость породы;

C_W – сжимаемость воды;

∆p – депрессия давления в пласте;

G_i – суммарное количество нагнетаемого газа.

(11)

где M _нач – начальные запасы углевородов в пласте, кг;

M _ост – оставшаяся масса в пласте, кг;

M _доб – добытая масса флюида, кг.

(12)

где – плотность флюида при начальном давлении, кг/м3;

V_пл - объем пласта, м3;

m – коэффициент пористости, %;

(13)

где –плотность флюида при текущем давлении, кг/м3;

(14)

где Q – суммарный дебит по скважинам, м³/c;

– плотность флюида при стандартных условиях, кг/м³;

– шаг по времени, с;

Зависимость плотности нефти от давления возможно представить следующей зависимостью:

(15)

где – коэффициент сжимаемости флюида, 1/Па.

При различных алгебраических преобразованиях с помощью этого уравнения можно определить любой из следующих параметров:

1) запасы нефти;

2) количество втекающей в пласт воды;

3) размеры газовой шапки и запасы газа;

4) добычу нефти.

Уравнение материального баланса решалось либо графически, либо численно. Метод материального баланса имеет следующие недостатки:

1) он не позволяет учитывать изменения свойств флюидов и породы в пласте;

2) не рассматриваются динамические эффекты движения флюидов внутри системы.

3) не учитывается реальная расстановка скважин.

Задания к самостоятельной работе

1. Используя зависимость (11) выразить падение пластового давления с течением времени;

2. Определить добычу нефти в пласте длиной 500 + n м, шириной 100 + 2n м, высотой 50 м через 5+ n лет при текущем пластовом давлении 10 МПа и начальном давлении 15 МПа. Коэффициент пористости пласта 25 %, коэффициент сжимаемости нефти 10^-4 1/Па.
Список литературы

1. Компьютерное моделирование в инженерной практике [Электронный ресурс] / А. А. Алямовский. - СПб. : БХВ-Петербург, 2008. - 1040 с. - (ЭБС "znanium.com"). – Режим доступа: http://znanium.com/catalog. php?item=booksearch&code=1

2. Азиз А., Сеттари Д. Математическое моделирование пластовых систем. − М.: «Недра», 2008. – 376 с.

3. Закревский К.Е. Геологическое 3D моделирование. - М.: Издательство «ИПЦ «Маска», 2009. – 345 с.

4. Закревский К.Е., Майсюк Д.М., Сыртланов В.Р. Оценка качества 3D моделей. – М.: Издательство «ИПЦ «Маска», 2009. – 276 с.

5. РД 153-39.047-00 Регламент по созданию постоянно-действующих геологотехнологических моделей нефтяных и газонефтяных месторождений. − М.: Минтопэнерго, 2000. – 234 с.

6. Хисамов Р.С. Особенности геологического строения и разработки многопластовых нефтяных месторождений. – Казань: Издательство «Мониторинг», 2006. – 234 с.

7. Подземная гидромеханика / К. С. Басниев, Н. М. Дмитриев, Р. Д. Каневская, В. М. Максимов. − М. − Ижевск : Институт компьютерных исследований, 2006. − 488 с.

8. Каневская, Р. Д. Математическое моделирование гидродинамических процессов разработки месторождений углеводородов / Р. Д. Каневская. − М. −Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2002. −140 с.

9. Карлсон М. Р. Практическое моделирование нефтегазовых пластов / М. Р. Карлсон. − Издательство «ИКИ», 2012. − 944 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(обязательное)

Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 265; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!