Пластовое моделирование

Это процесс численного моделирования потока флюида через различные коллекторные пласты. Работы «Sigra» включают как прогнозное моделирование, так и моделирование для установления параметров продуктивного пласта на основе фактических данных.

Работа специалистов «Sigra» по определению пластовых параметров на угольных месторождениях отражена в целом ряде моделей.

Применительно к грунтовым водам «Sigra» разработала модель для определения участков притока и оттока воды (нетто) в водоносном горизонте, подлежащем подпитыванию.

ТРАЕКТОРИЯ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ ОТВОДЕ ФЛЮИДА

Состояние эффективного напряжения в продуктивном пласте имеет огромное значение в том случае, если проницаемость пласта чувствительна к напряжению. Как правило, чем ниже проницаемость пласта, тем более он чувствителен к изменениям эффективного напряжения.

Это особенно касается угольных месторождений, где увеличение эффективного напряжения на 3 МПа (435 фунтов на кв.дюйм) может привести к падению проницаемости на порядок.

Отведение флюида из продуктивного пласта немедленно влечет за собой увеличение эффективного напряжения. Если речь идет об угле и других карбонатных породах-коллекторах, наблюдается другой эффект. При выделении газа из угля последний обычно сжимается, что приводит к уменьшению напряжения. Два этих эффекта противодействуют друг другу.

Понятие траектории напряжения используют для описания изменений эффективного напряжения при отводе флюида.

«Sigra» моделирует траекторию напряжения, используя следующие вводные параметры:

  • Результаты измерений начального напряжения на основе следующих данных:
    • определение тектонических деформаций по итогам полевых измерений напряжения + модуля упругости + коэффициента Пуассона
    • полевые исследования гидроразрывов
  • механические свойства
    • график зависимости модуля упругости от эффективного напряжения
    • коэффициент Пуассона
    • сжатие при десорбции газа
  • абсорбционные свойства
    • пластовое давление
    • давление сорбции газа/ газоносность
    • изотерма сорбции

На основе этой информации «Sigra» создает графики изменений эффективного напряжения, которых можно ожидать при снижении давления флюида. Пример такого графика приводится ниже на рис. 1.

Рис. 1. Пример изменений эффективного напряжения пласта в режиме сильного сжатия; жесткий уголь, сорбция при 2,9 МПа. Две верхних кривых (красная и синяя) характеризуют диапазон большей горизонтальной проницаемости, в то время как две нижние кривые (черная и розовая) обозначают диапазон меньшей проницаемости.

МОДЕЛИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ-КОЛЛЕКТОРОВ

«Sigra» моделирует динамические характеристики угольных пластов-коллекторов с применением моделей двух видов.

Модель SIMED представляет собой распространенную в промышленности конечноразностную модель, принятую Государственным объединением научных и прикладных исследований (CSIRO). Хотя эта модель позволяет работать с довольно сложными продуктивными пластами, используемая в ней задержка по времени (тау) для имитации десорбции, а также ограниченные модели для изучения воздействий меняющегося эффективного напряжения (траектории напряжения) означают, что она не столь гибка в использовании, как фирменная модель «Sigra» для анализа динамических характеристик методом конечных элементов. Эту модель можно применять для простых геометрических конфигураций и, в частности, для участков вблизи скважины. Она рассматривает зависимость проницаемости от траектории напряжений более точно и прямо.

Рис. 1. Пример зависимости проницаемости от времени дренирования с учетом расстояния между трещинами гидроразрыва в конкретном угольном пласте, полученной с помощью одной из моделей угольного пласта компании «Sigra».

ЧИСЛОВЫЕ МОДЕЛИ ГРУНТОВЫХ ВОД

Для расчетов, относящихся к грунтовым водам, «Sigra» использует целый ряд моделей. К ним относятся как пакеты, ставшие отраслевыми стандартами, например, MODFLOW, так и специальные фирменные программные пакеты «Sigra». Три из них достойны отдельного упоминания.

Первая модель рассчитана на двухфазный поток, наблюдающийся в ненасыщенных почвах. В ней для моделирования движения воды в вадозных зонах используется информация о капиллярном давлении и изменениях атмосферного давления.

Во второй модели фактические пьезометрические данные в сочетании со знаниями о характеристиках проницаемости и запасов, полученными в ходе полевых исследований, используются для определения притока или оттока (нетто) из разных зон модели. Она использовалась для определения инфильтрации и потерь грунтовых вод по моделям сползания откосов, чтобы можно было сделать подходящие расчеты по дренированию, снизить поровое давление и остановить сдвиг откосов. Такой вариант применения приводится на рис. 1.

Третья модель предусмотрена для расчетов дренажных отводов в откосе. Она позволяет определять расстояние между дренажными отводами на основе смоченной толщины перед дренажными отводами, а также желательной смоченной толщины после дренажных отводов. Она исходит из наличия слоя непроницаемой подстилающей породы в основании откоса.

Capture 3

 

Рис. 1. Модель притока флюида (нетто) и его потерь в период интенсивных дождей в откосе. Синий и зеленый участки обозначают инфильтрацию нетто, тогда как желтая и красная зоны обозначают дренирование. Последнее в данном случае происходит в горизонтальных дренажных отводах у подошвы откоса.