La simulación de yacimientos es un área de la ingeniería de yacimientos en la que se utilizan modelos informáticos para predecir el flujo de fluidos (por lo general, petróleo, agua y gas) a través de medios porosos .
Bajo el modelo en el amplio sentido científico de la palabra, entienden una estructura real o creada mentalmente que reproduce o refleja el objeto que se está estudiando. El nombre del modelo proviene de la palabra latina módulo, que significa "medida, patrón". El modelado es uno de los principales métodos de conocimiento de la naturaleza y la sociedad. Es ampliamente utilizado en tecnología y es un paso importante en la implementación del progreso científico y tecnológico.
La creación de modelos de campos petroleros y la implementación de cálculos de desarrollo de campos en base a ellos es una de las principales áreas de actividad de los ingenieros e investigadores petroleros.
Sobre la base de la información geológica y física sobre las propiedades de un campo de petróleo, gas o condensado de gas, la consideración de las capacidades de los sistemas y tecnologías para su desarrollo crea ideas cuantitativas sobre el desarrollo del campo en su conjunto. Un sistema de ideas cuantitativas interrelacionadas sobre el desarrollo de un campo es un modelo de su desarrollo, que consiste en un modelo de yacimiento y un modelo de un proceso de desarrollo de campo.
El proyecto de inversión es un sistema de ideas cuantitativas sobre sus propiedades geológicas y físicas, que se utiliza en los cálculos del desarrollo del campo. El campo de depósitos y depósitos es un sistema de ideas cuantitativas sobre el proceso de extracción de petróleo y gas del subsuelo. En términos generales, cualquier combinación de modelos de yacimientos y procesos de desarrollo se puede utilizar en un modelo de desarrollo de yacimientos petrolíferos, siempre que esta combinación refleje con mayor precisión las propiedades y los procesos del yacimiento. Al mismo tiempo, la elección de un modelo de yacimiento particular puede implicar tener en cuenta cualquier característica adicional del modelo de proceso y viceversa.
El modelo del yacimiento debe, por supuesto, distinguirse de su esquema de diseño, que tiene en cuenta solo la forma geométrica del yacimiento. Por ejemplo, un modelo de yacimiento puede ser un reservorio heterogéneo estratificado. En el esquema de diseño, el reservorio con el mismo modelo del mismo se puede representar como un reservorio de forma circular, un reservorio rectilíneo, etc.
Los modelos de capas y los procesos para extraer petróleo y gas de ellos siempre están revestidos de una forma matemática, es decir, caracterizados por ciertas relaciones matemáticas.
La tarea principal del ingeniero que se dedica al cálculo del desarrollo de un campo petrolero es la elaboración de un modelo de cálculo basado en conceptos individuales derivados de un estudio geológico-geofísico del campo, así como estudios hidrodinámicos de pozos.
Los modernos logros informáticos y computacionales permiten tener en cuenta las propiedades de las capas y los procesos que ocurren en ellas al calcular el desarrollo de depósitos con considerable detalle.
Las posibilidades de cognición geológica, geofísica e hidrodinámica de los objetos de desarrollo se expanden continuamente. Sin embargo, estas posibilidades están lejos de ser infinitas. Por lo tanto, siempre existe la necesidad de construir y utilizar un modelo de desarrollo de campo en el que el grado de conocimiento del objeto y los requisitos de diseño sean adecuados.
Fundamentos
Los simuladores tradicionales de diferencias finitas dominan el trabajo teórico y práctico en la simulación de yacimientos. La simulación FD convencional se basa en tres conceptos físicos: conservación de la masa , comportamiento de la fase de fluido isotérmico y la aproximación de Darcy del flujo de fluido a través de medios porosos. Los simuladores térmicos (más comúnmente utilizados para aplicaciones de petróleo crudo pesado ) agregan conservación de energía a esta lista, permitiendo que las temperaturas cambien dentro del yacimiento.
Técnicas y enfoques numéricos que son comunes en los simuladores modernos:
- La mayoría de los programas de simulación FD modernos permiten la construcción de representaciones 3D para su uso en modelos de campo completo o de pozo único. Las aproximaciones 2-D también se utilizan en varios modelos conceptuales, como secciones transversales y modelos de rejilla radial 2-D.
- Teóricamente, los modelos de diferencias finitas permiten la discretización del yacimiento utilizando cuadrículas estructuradas y no estructuradas más complejas para representar con precisión la geometría del yacimiento. Los refinamientos de la cuadrícula local (una cuadrícula más fina incrustada dentro de una cuadrícula gruesa) también son una característica proporcionada por muchos simuladores para representar con mayor precisión los efectos del flujo multifásico cercano al pozo. Esta "malla refinada" cerca de los pozos es extremadamente importante cuando se analizan cuestiones como la conificación de agua y gas en los yacimientos. Otros tipos de simuladores incluyen elementos finitos y aerodinámicos.
- La representación de fallas y sus transmisibilidades son características avanzadas proporcionadas en muchos simuladores. En estos modelos, las transmisibilidades de flujo entre celdas deben calcularse para capas no adyacentes fuera de las conexiones convencionales de vecino a vecino.
- La simulación de fracturas naturales (conocida como porosidad dual y permeabilidad dual) es una característica avanzada que modela hidrocarburos en bloques de matriz compacta. El flujo ocurre desde los bloques de matriz apretada hasta las redes de fracturas más permeables que rodean los bloques y hacia los pozos.
- Un simulador de petróleo negro no considera los cambios en la composición de los hidrocarburos a medida que se produce el campo, más allá de la solución o evolución del gas disuelto en el petróleo, o la vaporización o caída del condensado del gas.
- Un simulador de yacimiento composicional calcula las propiedades PVT de las fases de petróleo y gas una vez que se han ajustado a una ecuación de estado (EOS), como una mezcla de componentes. Luego, el simulador usa la ecuación EOS ajustada para rastrear dinámicamente el movimiento de ambas fases y componentes en el campo. Esto se logra a un mayor costo en tiempo de configuración, tiempo de cómputo y memoria de la computadora.
El modelo de simulación calcula el cambio de saturación de tres fases (aceite, agua y gas) y la presión de cada fase en cada celda en cada paso de tiempo. Como resultado de la disminución de la presión como en un estudio de agotamiento de un yacimiento, se liberará gas del petróleo. Si las presiones aumentan como resultado de la inyección de agua o gas, el gas se vuelve a disolver en la fase de aceite.
Un proyecto de simulación de un campo desarrollado, generalmente requiere una " comparación de historial " donde la producción histórica del campo y las presiones se comparan con los valores calculados. Se advirtió en una etapa temprana que se trataba esencialmente de un proceso de optimización, correspondiente a Máxima probabilidad . Como tal, se puede automatizar y existen múltiples paquetes comerciales y de software diseñados para lograrlo. Los parámetros del modelo se ajustan hasta que se logre una coincidencia razonable en el campo y, por lo general, para todos los pozos. Comúnmente, la producción de cortes de agua o las proporciones agua-aceite y las proporciones gas-aceite coinciden.
Otros enfoques de ingeniería
Sin modelos FD, las estimaciones de recuperación y las tasas de petróleo también se pueden calcular utilizando numerosas técnicas analíticas que incluyen ecuaciones de balance de materiales (incluido el método de Havlena-Odeh y Tarner), métodos de curva de flujo fraccional (como el método de desplazamiento unidimensional de Buckley-Leverett , el Método de Deitz para estructuras inclinadas o modelos cónicos) y técnicas de estimación de la eficiencia de barrido para análisis de inundaciones y curvas de declive. Estos métodos fueron desarrollados y utilizados antes que las herramientas de simulación tradicionales o "convencionales" como modelos computacionalmente económicos basados en una descripción simple y homogénea del yacimiento. Los métodos analíticos generalmente no pueden capturar todos los detalles del yacimiento o proceso dado, pero generalmente son numéricamente rápidos y, en ocasiones, suficientemente confiables. En la ingeniería de yacimientos moderna, generalmente se utilizan como herramientas de evaluación preliminar o de detección. Los métodos analíticos son especialmente adecuados para la evaluación de activos potenciales cuando los datos son limitados y el tiempo es crítico, o para estudios amplios como herramienta de preselección si se va a evaluar un gran número de procesos y / o tecnologías. Los métodos analíticos a menudo se desarrollan y promueven en la academia o internamente, sin embargo, también existen paquetes comerciales.
Software
Hay muchos programas disponibles para la simulación de yacimientos. Los más conocidos (en orden alfabético) son:
Fuente abierta:
- BOAST : el simulador Black Oil Applied Simulation Tool (Boast) es un paquete de software gratuito para la simulación de yacimientos disponible en el Departamento de Energía de EE. UU. [1] Boast es un simulador numérico IMPES (saturación explícita de presión implícita de diferencia finita) que primero encuentra la distribución de presión para un intervalo de tiempo dado y luego calcula la distribución de saturación para el mismo intervalo de tiempo isotérmico. El último lanzamiento fue en 1986, pero sigue siendo un buen simulador con fines educativos.
- MRST : la caja de herramientas de simulación de yacimientos de MATLAB (MRST) está desarrollada por SINTEF Applied Mathematics como una caja de herramientas de MATLAB®. La caja de herramientas consta de dos partes principales: un núcleo que ofrece funcionalidad básica y solucionadores de una y dos fases, y un conjunto de módulos complementarios que ofrecen modelos, visores y solucionadores más avanzados. MRST está pensado principalmente como una caja de herramientas para la creación rápida de prototipos y la demostración de nuevos métodos de simulación y conceptos de modelado en cuadrículas no estructuradas. A pesar de esto, muchas de las herramientas son bastante eficientes y se pueden aplicar a modelos sorprendentemente grandes y complejos. [2]
- OPM : la iniciativa Open Porous Media (OPM) proporciona un conjunto de herramientas de código abierto centradas en la simulación de flujo y transporte de fluidos en medios porosos. [3]
Comercial:
- Schlumberger INTERSECT [4]
- Schlumberger ECLIPSE : originalmente desarrollado por ECL (Exploration Consultants Limited) y actualmente propiedad, desarrollada, comercializada y mantenida por SIS (anteriormente conocida como GeoQuest ), una división de Schlumberger . El nombre ECLIPSE originalmente era un acrónimo de "Programa implícito de ECL para ingeniería de simulación". Los simuladores incluyen aceite negro, composición, volumen finito térmico y simulación aerodinámica. Las opciones adicionales incluyen refinamientos de la red local, metano de capas de carbón, operaciones de campos de gas, pozos avanzados, acoplamiento de yacimientos y redes de superficie. [5]
- ECHELON , de Stone Ridge Technology: un simulador totalmente implícito, el único simulador de depósito acelerado por GPU completo para formulaciones de aceite negro. [6]
- ESTD Co. RETINA Simulation - RETINA Simulation es un software de simulación de yacimientos composicionales y de petróleo negro completamente desarrollado en la Compañía de Desarrollo de Tecnología y Soporte de Ingeniería (ESTD). [7]
- CMG Suite (IMEX, GEM y STARS) - Computer Modeling Group ofrece actualmente tres simuladores: un simulador de aceite negro, llamado IMEX, un simulador de composición / no convencional llamado GEM y un simulador térmico y de procesos avanzados llamado STARS. [8]
- Sensor , de Coats Engineering, es un simulador de yacimientos de composición y aceite negro desarrollado a partir de la década de 1990 por el Dr. Keith H. Coats, fundador de la industria de simulación de yacimientos comerciales (Intercomp Resource and Development, 1968). Sensor es el último de muchos simuladores de yacimientos desarrollados por el Dr. Coats.
- XXSim es un simulador de yacimientos composicionales de uso general basado en EOS con una formulación totalmente implícita. Permite que cualquier componente aparezca y permanezca en cualquier fase fluida (acuosa, oleosa y vapor). Puede simplificarse a los módulos convencionales o tradicionales de aceite negro, composicionales y térmicos. También se puede ampliar a un simulador térmico totalmente basado en EOS. [9]
- Tempest MORE es un simulador de yacimientos que ofrece opciones térmicas, de composición y de aceite negro. [10]
- ExcSim , un simulador de yacimiento de petróleo negro modificado 2D trifásico totalmente implícito para la plataforma Microsoft Excel [11]
- Landmark Nexus : Nexus es un simulador de yacimientos de petróleo y gas desarrollado originalmente como 'Falcon' por Amoco , Los Alamos National Laboratory y Cray Research . Actualmente es propiedad de Landmark Graphics, una línea de servicios de productos de Halliburton , que la desarrolla, comercializa y mantiene . Nexus reemplazará gradualmente a VIP, o Desktop VIP, la generación anterior de simuladores de Landmark. [ cita requerida ]
- Rock Flow Dynamics tNavigator admite simulaciones de composición térmica, de composición y de aceite negro para estaciones de trabajo y clústeres de computación de alto rendimiento [12]
- Plano Research Corporation FlowSim es un simulador de yacimiento de diferencia finita composicional, trifásico, 3-D, totalmente implícito, con LGR, doble permeabilidad de porosidad dual y capacidades paralelas. [13]
- De GrailQuest ReservoirGrail emplea un método patentado llamado Tiempo dinámica volumétrica de equilibrio [14] a los depósitos Simular durante la primaria y la recuperación secundaria . [15]
- Gemini Solutions Merlin es un simulador de yacimientos de diferencia finita trifásico totalmente implícito desarrollado originalmente en el departamento de investigación de Texaco y utilizado actualmente por la Oficina de Gestión de Energía Oceánica y la Oficina de Seguridad y Cumplimiento Ambiental para calcular las tasas de descarga del peor caso y las presiones de estallido / colapso en zapatas de revestimiento y dispositivos de prevención de reventones . [16] [17]
- Under Palm Trees ' DeepSim es un simulador de depósito de diferencia finita composicional, trifásico, totalmente implícito para la plataforma de teléfonos y tabletas Android. [18] [19]
- TTA / PetroStudies ofrece un simulador de petróleo negro completo, Exodus , con un módulo de comparación de historial asistido (Revelations) que puede variar la porosidad / permeabilidad / estructura / pago neto / presión inicial / saturaciones / profundidades de contacto para coincidir con las tasas / acumulativas / presiones observadas de los pozos . [20] Revelations ejecuta varios casos en equipos de red compartidos. Exotherm ofrece simulación térmica de SAGD, CSS con flujo de pozo discretizado hasta la superficie.
- Meera Simulation es una herramienta de previsión de producción de simulación de yacimientos híbrida AI-Physics para la planificación de operaciones y el presupuesto de Target Solutions LLC. [21]
Solicitud
La simulación de yacimientos se utiliza en última instancia para pronosticar la producción futura de petróleo, la toma de decisiones y la gestión de yacimientos. El marco de vanguardia para la gestión de yacimientos es la optimización del desarrollo de campo de circuito cerrado (CLFD) que utiliza la simulación de yacimientos (junto con geoestadísticas, asimilación de datos y selección de modelos representativos) para operaciones óptimas de yacimientos.
Ver también
- Ecuaciones de aceite negro
- Modelado de yacimientos
- Modelado geológico
- Ingeniería petrolera
- Simulación por ordenador
- Sísmica a la simulación
Referencias
- Aziz, K. y Settari, A., Petroleum Reservoir Simulation , 1979, Applied Science Publishers.
- Ertekin, T, Abou-Kassem, JH y GR King, Simulación de yacimiento aplicada básica , SPE Textbook Vol 10, 2001.
- Fanchi, J., Principles of Applied Reservoir Simulation , 3.a edición, Elsevier GPP, 2006.
- Mattax, CC y Dalton, R. L, Reservoir Simulation , SPE Monograph Volume 13, 1990.
- Holstein, E. (Editor), Petroleum Engineering Handbook , Volumen V (b), Capítulo 17, Ingeniería de yacimientos, 2007.
- Warner, H. (Editor), Petroleum Engineering Handbook , Volumen VI, Capítulo 6, Coalbed Methane, 2007.
- Carlson, M., Simulación práctica de yacimientos , 2006, PennWell Corporation.
- RE Ewing, Las matemáticas de la simulación de yacimientos
otras referencias
- ^ "Departamento de energía" . Consultado el 3 de marzo de 2014 .
- ^ "Página de inicio de MRST" . Consultado el 3 de marzo de 2014 .
- ^ "Iniciativa de medios porosos abiertos" . Consultado el 3 de marzo de 2014 .
- ^ "Página de inicio de INTERSECT" .
- ^ "Página de inicio de ECLIPSE" .
- ^ http://stoneridgetechnology.com/echelon/
- ^ "Página de inicio de RETINA" .
- ^ "Página de inicio de CMG" . Consultado el 28 de octubre de 2016 .
- ^ "Página de inicio de XXSim" .
- ^ "Página de inicio de Tempest" . Consultado el 18 de febrero de 2020 .
- ^ "ExcSim" . Consultado el 24 de abril de 2015 .
- ^ "Página de inicio de RFD" . Consultado el 7 de marzo de 2014 .
- ^ "FlowSim" .
- ^ "Página del software ReservoirGrail" . Consultado el 13 de enero de 2016 .
- ^ "Página de inicio de ReservoirGrail" . Consultado el 13 de enero de 2016 .
- ^ "Apéndice E - Equipo de modelado de yacimientos 2010; Informe de modelado de yacimientos" (PDF) . Consultado el 19 de abril de 2016 .
- ^ "Oportunidades comerciales de adquisiciones de BSEE" (PDF) . Consultado el 19 de abril de 2016 .
- ^ "DeepSim - Aplicaciones de Android en Google Play" . play.google.com . Consultado el 13 de agosto de 2017 .
- ^ "DeepSim - Potente simulación de yacimientos con una interfaz intuitiva" . deepsim.stupendous.org . Consultado el 13 de agosto de 2017 .
- ^ "PetroStudies Consultants Inc. - Página de índice" . www.petrostudies.com . Consultado el 27 de septiembre de 2017 .
- ^ "Mejor herramienta de simulación de yacimientos" .
enlaces externos
- * Software para simulación de yacimientos