Гидродинамический симулятор залежей углеводородов

Гидродинамический симулятор
РН-КИМ предназначен для создания, расчета и анализа трехмерных гидродинамических моделей месторождений.

План курсов на 2021 год

  • «Гидродинамическое моделирование в «РН-КИМ»

    15-24 марта. Курс завершен.

  • «Гидродинамическое моделирование в «РН-КИМ»

    30 июля - 5 августа. Курс завершен.

  • «Гидродинамическое моделирование в «РН-КИМ»

    22 - 26 ноября

Для участия в обучающих курсах просим написать письмо с указанием названия курса, организации, ФИО и номера телефона на rn-kim@bnipi.rosneft.ru.

Курс «Гидродинамическое моделирование в «РН-КИМ»

В рамках курса слушатели научатся самостоятельно обрабатывать исходные данные, необходимые для качественного построения гидродинамической модели; понимать процесс и основные особенности этапов построения модели; понимать процесс адаптации гидродинамической модели.

Курс «Практическое использование Python в «РН-КИМ»

В рамках курса сотрудники получат представление о возможностях языка программирования Python.

Программа курса

Основы языка программирования Python. Решение часто возникающих подзадач, связанных с обработкой данных и автоматизацией операций с помощью написания собственных Python-скриптов.

Описание

В декабре 2019 года исполнилось 15 лет со дня первой государственной регистрации программы для ЭВМ «РН-КИМ». Гидродинамический симулятор «РН-КИМ» предназначен для создания и анализа трехмерных цифровых моделей месторождений. Цифровую модель месторождения используют для подсчета запасов и прогнозирования добычи углеводородов. Модель учитывает геолого-промысловую информацию о месторождении, воспроизводит работу скважин и представляет собой цифровой двойник месторождения для анализа «что если».

Сегодня гидродинамическое моделирование характеризуется усложнением и ростом размерности моделей, во всем мире используют многовариантные параллельные расчеты на суперкомпьютерах. «РН-КИМ» предлагает передовые вычислительные технологии и инструменты ежедневного использования для сопровождения разработки больших и гигантских месторождений.

Ежегодно в «РН-КИМ» подготавливается и обновляется более 1000 полномасштабных и секторных моделей для решения производственных задач широкого профиля.

Что нового

Выпускаем ежеквартальные обновления «РН-КИМ»

Версия 2021.6

Версия 2021.6

Мы добавили:

  • возможность запуска на расчет различными версиями симулятора;
  • экспорт пользовательских кубов в файл *_ARR.INC с подключением этого файла в data-файл;
  • автоматические действия с условиями на перфорации ACTIONC;
  • графики Компенсации отборов жидкости закачкой воды;
  • возможность добавлять комментарии в ключевых словах COMPDAT, COMPDEV, COMPDATMD, FRACTURE, FRACTUREDEV, WFRACP.

Версия 2021.3

Версия 2021.3

Мы добавили:

  • таблицы с показателями, диаграммы, прогресс бар хода расчета в окне консоли;
  • функцию интерполяции методом кригинга;
  • экспорт табличного формата скважин (ETAB);
  • хранение и отображение иерархии боковых стволов в модуле «Схема»;
  • параметры «Средняя проницаемость в газонефтяной зоне» и «Средняя проницаемость в нефтяной зоне» в Статистику.
Версия 2020.12

Версия 2020.12

Мы добавили:

  • пользовательские векторы (UDQ);
  • моделирование закачки поверхностно-активных веществ (ПАВ);
  • смешивающееся вытеснение;
  • модуль сегментирования скважин;
  • создание регионов подсчета запасов по скважинам на текущую дату (FIPWELLS);
  • создание областей Вороного на текущую дату.
Версия 2020.10

Версия 2020.10

Мы добавили:

  • композиционное моделирование;
  • поддержку моделей с табличным schedule-файлом;
  • вывод файла .group с информацией по мгновенным дебитам на конец шага для каждой группы скважин на каждую дату;
  • возможность обращения к кубам индексов IJK внутри арифметики;
  • задание входных данных в системах единиц измерения: METRIC, FIELD, LAB, PVT-M;
  • отображение вложенных LGR для профиля;
  • сохранение информации о процессоре (CPU) log-файл;
  • выгрузку данных по индикаторам (по скважинам, группам и регионам) в отчетный файл RSM;
  • импорт, удаление, отображение и экспорт в SVG слоёв «Элементы заводнения» в модуле «Карта».

Версия 2020.6

Версия 2020.6

Мы добавили:

  • возможность инициализации модели без запуска расчет;
  • возможность задания в модуле 3D опции локального измельчения/укрупнения сетки;
  • поддержку в ключевых словах FRACTURE, FRACTUREDEV, FRACTUREL функции затухания;
  • кривые для отображения графиков перфораций, относительной ошибки расхождения расчёта от истории, относительной ошибки расхождения расчёта от истории, годовой добычи по регионам;
  • отображение данных по пользовательским fip-регионам без пересчета модели;
  • загрузку трещин ГРП из прокси в ГДМ;
  • экспорт карт в формат SVG.

Версия 2020.1

Версия 2020.1

Мы добавили:

  • оптимизацию операции создания/вставки сектора модели;
  • возможность отображения графиков для накопленных параметров индикаторов;
  • возможность удаления всех рассчитанных карт;
  • автоматическое добавление экономических ограничений и коэффициента работы при импорте проектных скважин.

Версия 2019.11

Версия 2019.11

Мы добавили:

  • отображение расчётных соединений: перфораций, трещин;
  • возможность отображения графиков для перфораций, заданных в глубинах и измеренных по стволу скважины.
Версия 2019.9

Версия 2019.9

Мы добавили:

  • ускорение часто используемых операций;
  • возможность импорта проектных скважин из CSV-файла;
  • режим наложения в осях История/Расчёт на Кроссплотах.
Версия 2019.8

Версия 2019.8

Мы добавили:

  • отображение трещин ГРП, заданных в md, в окнах «3D» и «Карта»;
  • отложенное применение фильтров;
  • поддержку боковых стволов траекторий скважин;
  • улучшения в окне «3D».

Версия 2019.6

Версия 2019.6

Мы добавили:

  • возможность совместного отображения гистограммы по кубу и по значениям куба в точках скважин;
  • ускорение операций в интерфейсе.
Версия 2019.5

Версия 2019.5

Мы добавили:

  • объединённый импорт данных по скважинам из базы данных;
  • возможность сравнения гистограмм и ГСР разных моделей;
  • возможность построения по сумме, максимуму и минимуму для ГСР;
  • пользовательскую линию тренда.

Преимущества

В 2007 году, после прохождения независимых тестов, «РН-КИМ» получил сертификат соответствия Госстандарта России – это стало началом перехода компании ПАО «НК «Роснефть» на использование собственного пакета гидродинамического моделирования при подготовке и защите проектно-технической документации на разработку месторождений.

Высокопроизводительные расчеты

С увеличением размерности и усложнением гидродинамических моделей увеличиваются требования к оперативной памяти и производительности вычислительных систем. Ускорение расчетов моделей - приоритет развития симулятора. Параллельная многопоточная версия для рабочих станций позволяет сократить время расчета за счет использования многоядерности процессоров. Симулятор адаптирован для работы на кластерных и суперкомпьютерных системах. Так, при расчете на 32-х узлах кластера для моделей с сотнями миллионов ячеек и десятком тысяч скважин достигнуто ускорение расчетов до 24-х раз.

Автоадаптация и многовариантные расчеты

Для задач автоматической адаптации используются оптимизационные алгоритмы. С помощью многовариантных параллельных расчетов моделей оценивается эффективность систем разработки. Критерием оптимизации выступает любой комплексный технико-экономический параметр, например, КИН или NPV. Другие целевые функции задаются с помощью языка программирования Python. В результате с помощью симулятора и подпрограмм на языке Python возможно решение большого круга задач оптимизации истории разработки (History Matching).

Двойные среды

Для моделирования фильтрации в трещиновато-пористых коллекторах симулятор реализует модель двойной пористости и двойной проницаемости. Трещины и блоки матрицы рассматриваются как две среды вложением одна в другую. Отдельно рассчитывается течение по трещинам, течение по блокам матриц и переток между трещинами и блоками матриц. Реализован механизм гравитационной пропитки и дренажа по моделям «Gilman and Kazemi» и «Quandalle and Sabathier». Опция особенно актуальна для разработки сланцев, Баженовской и Доманиковой свит.

Расчетные опции и «сложные» геолого-технические мероприятия
  • модели Black Oil и Vapor Oil;
  • геометрия угловой точки, разломы, несоседние соединения;
  • групповой контроль скважин;
  • аквиферы;
  • водогазовое воздействие;
  • полимерное заводнение;
  • индикаторные исследования;
  • гистерезис ОФП и капиллярных сил;
  • горизонтальные скважины с многостадийными трещинами гидравлического разрыва пласта;
  • Многосегментные скважины;
  • локальное измельчение и укрупнение сетки.
Автоматическое управление прогнозом

Симулятор содержит функционал для прогнозных расчетов по применению группового контроля скважин и экономических ограничений. Пользователь может определить автоматические действия, выполняемые по заданному условию, например, для мероприятий редактирования кубов свойств, с помощью встроенного в симулятор интерпретатора языка программирования Python. Встроенный интерпретатор позволяет получить доступ к параметрам модели и упрощает добавление новых опций при наличии минимальных знаний в области программирования.

Интегрированное моделирование

При моделировании газовых и газоконденсатных залежей применяют интегрированные модели влияния поверхностной газосборной сети на режимы работы скважин. Для стратегического планирования при подготовке проектно-технологической документации «РН-КИМ» предлагает опцию упрощенного интегрированного моделирования NETWORK в постановке Black-Oil. Для детального моделирования пласта и газосборной сети до точки входа в УКПГ реализована опция совместной работы с IPM Suite 12.5 компании Petex. В связке «РН-КИМ + Prosper + GAP» в качестве управляющего процесса выступает Resolve, поэтому для пользователя, привыкшего работать с другими гидродинамическими симуляторами при интегрированном моделировании, процесс перехода на «РН-КИМ» не потребует привыкания к другому рабочему процессу. В связке с IPM Suite в постановке Black-Oil работает версия «РН-КИМ», начиная с 2021.1.

Совместимость с «Eclipse», «Tempest»

Препостпроцессор поддерживает форматы данных «Eclipse»™ (Schlumberger), «Tempest»™ (Emerson) и позволяет конвертировать модель в формат «РН-КИМ». Также интерфейс позволяет загружать расчеты из форматов «РН-КИМ», «Eclipse», «Tempest» и производить сравнение между расчетами.

Физико-математическая модель

3-фазная  и   3-х компонентная модель Black oil

3-фазная и 3-х компонентная модель Black oil

В основу решения задачи фильтрации вязкой сжимаемой многофазной смеси в пористой среде заложены уравнения сохранения массы и вариации уравнения Дарси, учитывающие переход компонент нефти и газа в жидкое и газовую фазы. Используется полностью неявная схема дискретизации по времени и метод Ньютона решения нелинейной системы уравнений.

Трехпараметрическая модель скважины с учетом перетоков по стволу скважины

Трехпараметрическая модель скважины с учетом перетоков по стволу скважины

Реализованная модель позволяет учитывать перетоки по стволу скважины для корректного моделирования одновременной разработки нескольких пластов месторождения.

Разломы. Водоносные пласты

Разломы. Водоносные пласты

Разломы:

  • выклинивания, несоседние соединения;
  • множители на разломы;
  • пороговое давление перетока через разлом.

Аквиферы:

  • Фетковича;
  • Картера-Трейси;
  • постоянного притока;
  • постоянного давления.
Модель двойной пористости / проницаемости

Модель двойной пористости / проницаемости

Переток между матрицей и трещиной осуществляется за счёт трёх механизмов:

  • объемное расширение флюида;
  • капиллярная пропитка/ дренаж матричных блоков;
  • гравитационная пропитка/ дренаж матричных блоков.

Расширенный функционал

Моделирование притока к трещине ГРП

Моделирование притока к трещине ГРП

Для моделирования трещин ГРП используется метод, основанный на сопряжении конечно-разностной аппроксимации течения в пласте и аналитического решения в окрестности трещины. Трещина моделируется как совокупность стоков (источников), расположенных по одному в каждом расчетном блоке, через который она проходит.

Локальное измельчение и укрупнение сетки

Локальное измельчение и укрупнение сетки

Локальное измельчение сетки позволяет повысить точность решения вблизи скважин. Укрупнение сетки может применяться для объединения тех областей пласта, точность моделирования которых не имеет существенного значения.

Скорость моделирования

Ускорение расчёта за счёт использования видеокарт (GPU)

Ускорение расчёта за счёт использования видеокарт (GPU)

  • используется технология NVIDIA CUDA;
  • ускорение расчета с GPU: от 1,5 до 3,4 раза по сравнению с CPU;
  • на GPU портировано решение СЛАУ;
  • поддержано только для blackoil моделей;
  • альтернативный предобуславливатель AIPS, позволяющий повысить ускорение на GPU.

Ускорение на кластерных системах

Ускорение на кластерных системах

Для моделей более 2-4 млн. активных ячеек актуально использование нескольких узлов кластера для сокращения времени расчета. Также использование кластерной версии позволяет снять ограничения по оперативной памяти для расчета гигантских моделей. При этом симулятор автоматически разделяет сетку модели и обеспечивает обмен данными по границам.

Использование многоядерности персональных компьютеров

Использование многоядерности персональных компьютеров

На сегодняшний день практически все персональные компьютеры содержат многоядерные процессоры. Многопоточная версия симулятора «РН-КИМ» позволяет использовать этот ресурс для ускорения расчетов.

Соответствие тестам

Моделирование эффекта ГРП

Моделирование эффекта ГРП

В «РН-КИМ» моделирование притока к трещине производится методом источников. Произведено сравнение результатов с методом измельчения сетки, в котором ячейки сетки измельчаются до размеров трещины, в ячейках трещины задаются высокие проницаемости.

Тест SPE 1

Тест SPE 1

  • 3-х фазная модель Black oil;
  • 10х10х3 ячеек;
  • проницаемость изменяется по слоям;
  • недонасыщенная залежь с закачкой газа в скважину;

Вывод: проверена точность расчетов с учетом эффектов растворения газа, изменения давления насыщения, гравитации.

Различие расчета «РН-КИМ» с «Eclipse» по накопленной добыче по фазам менее 1%.

Тест SPE 3

Тест SPE 3

  • 3-х фазная модель типа Live oil;
  • 9х9х4 ячеек;
  • проницаемость изменяется по слоям;
  • нагнетательная скважина закачивает газ.

Вывод: проверена точность расчетов с учетом эффектов выпадения в пласте более тяжелой жидкой фазы и последующему испарению конденсата вследствие закачки сухого газа.

В сравнении «РН-КИМ» и «Eclipse» максимальное расхождение по интегральным накопленным характеристикам составляет менее 1%.

Тест SPE 7-2b

Тест SPE 7-2b

  • 3-х фазная модель Black oil;
  • 9х9х3 ячеек;
  • горизонтальная проницаемость 300 мД, вертикальная проницаемость 30 мД;
  • нагнетательная и добывающая горизонтальные скважины, одна над другой.

Вывод: проверена точность, менее 1%, на серии расчетов моделей с горизонтальной скважиной.

Тест SPE 9

Тест SPE 9

  • 3-х фазная модель Black oil;
  • 24х25х15 ячеек;
  • расчёт фильтрации со сложными нелинейными кривыми капиллярного давления;
  • 25 случайным образом расставленных добывающих скважин, 1 нагнетательная скважина.

Вывод: в сравнении «РН-КИМ» и «Eclipse» максимальное расхождение по интегральным накопленным характеристикам составляет 1%.

Тест SPE 10

Тест SPE 10

  • 2-х фазная модель Black oil;
  • 220х60х85 ячеек;
  • проницаемость 0 – 20000 мД;
  • пористость 0 – 0,5;
  • размер ячеек 6х3х0,6 м.

Моделируется двухфазная фильтрация в пласте с сильно неоднородным распределением пористости и проницаемости.

Вывод: в сравнении «РН-КИМ» и «Eclipse» максимальное расхождение по интегральным накопленным характеристикам составляет менее 1%.

Планы на 2021 год

  • Ускорение отклика интерфейса пользователя для работы с гигантскими моделями (10 млрд ячеек)

  • Опция разрезания большой модели на сектора с последующей обратной сшивкой

  • Моделирование трещин ГРП с помощью локальных измельчений сетки

  • Моделирование стимулированного объема пласта (SRV)

  • Моделирование рассолонения коллектора

  • Моделирование сшитых полимерных составов

  • Мастер создания прогнозных расчетов и отчетов по адаптации