نماذج محاكاة المكامن ودورها في تقييم الإنتاج – ترجمة* محمد جواد آل السيد ناصر

الغرض من محاكاة المكامن هو التنبؤ بأداء الحقل ومستوى استخلاص الهيدروكربونات النهائي لسيناريوهات تطوير الحقل المختلفة لتقييم الآثار على الاستخلاص تحت ظروف تشغيل مختلفة، ومقارنة اقتصاديات طرق الاستخلاص المختلفة.

طريقة المحاكاة هي نهج مكاني ثلاثي الأبعاد ، وهو أكثر نشاطًا من الأساليب المتناظرة أو التجريبية أو طرق المنحنيات أو المنحنيات النوعية ، ويوفر الإبعادية التي لا يمكن أن توفرها طرق موازنة المواد. إنها طريقة التنبؤ الوحيدة التي تتضمن التوزيعات المساحية والرأسية لخصائص الصخور غير المنتظمة ، وخصائص سوائل الصخور المترافقة (النفاذية النسبية) ومعدلات الإنتاج والضغوط والتشبعات الناتجة. وتسمح بتقييم خيارات التطوير المتعددة ، بمستوى الدقة المطلوبة لمعظم المشاريع.

غالبًا ما يُشار إلى نماذج محاكاة المكامن بأنواع النماذج:

• نموذج النفط الاسود
• النموذج التركيبي (غاز ومكثفات)
• النموذج الحراري
• نموذج ذو المسامية المفردة أو المسامية المزدوجة (للمكامن المكسرة).

سيُناقش تطبيق النماذج التركيبية بإيجاز في صخور المكمن وخصائص السوائل.

 سير العمل في بناء نموذج محاكاة المكامن

يعد نموذج محاكاة المكامن أحد “لبنات البناء” الرئيسية في عملية نمذجة المكامن المتكاملة.

بناء شبكة محاكاة المكامن

الهدف الرئيسي في بناء شبكة محاكاة مكمن هو إنشاء نموذج محاكاة مكمن يوضح التغييرات في خصائص التدفق والضغط وتشبع السوائل في المكمن بدقة كافية لتوفير تنبؤات أداءٍ دقيقة.

وأهم السمات الجيولوجية هي الصدوع ، والاختلاف في معلمات المكمن ، وأسلوب التطبق ، أو تكون الطبقات.

ويجب أيضًا توضيح عمليات استكمال البئر في شبكة محاكاة المكمن ، ويتم الحفاظ على هذه الميزات من خلال التحديد الدقيق للشبكة المساحية والطبقات باستخدام العمليات الموضحة أدناه.

بيانات الإدخال من النمذجة الجيولوجية

تتضمن بيانات الإدخال من النمذجة الجيولوجية ما يلي:

• النمذجة الهيكلية (الشبكة الجيولوجية ، الصدوع وخصائصها ، تقسيم المكمن ، الاتصال العمودي ، ومستوى تلامس السوائل)
• نمذجة الخصائص (المسامية ، النفاذية ، النسبة الصافية من السماكة إلى الإجمالي ، التشبع الأولي للماء ، تشبع السوائل في نقطة النهاية).
• الشبكة المساحية والطبقات.

ولتمثيل الاختلاف المكاني في خصائص المكمن ، يجب أن تكون كتل الشبكة أصغر من المعالم التي يتم تمثيلها. فعلى سبيل المثال ، يتطلب تمثيل القنوات المتعرجة أن تكون أبعاد حاجز الشبكة تساوي ثلث عرض القناة بحد أقصى. وفي حالة عدم وجود أجسام جيولوجية محددة ، فإن القاعدة الأساسية هي أن بُعد خلية محاكاة المكمن يجب أن يكون تقريبًا ضعف حجم خلية النموذج الجيولوجي في الاتجاهين س X و ص Y في المناطق التي تتواجد فيها الهيدروكربونات والآبار.

ويعتمد اختلاف التشبع والضغط حول الآبار بقوة على وصف المكمن وخصائص السوائل ومعدلات التدفق. ولذلك ، فإن أفضل طريقة لاتخاذ قرار بشأن دقة الشبكة بالقرب من الآبار هي إجراء دراسة لتقييم آثار الشبكة في نموذج بعنصر أدق لتمثيل المنطقة حول البئر.

وهناك أمر آخر هو التمثيل المناسب لمستويات تلامس السوائل. فلا يمكن تمثيل حافة الزيت الرقيقة بسماكة طبقة أو حجم كتلة شبكة مساحية أكبر من أبعاد حافة الزيت.

وعادة ما يتم تعيين نمط الطبقات في نموذج محاكاة المكمن ليكون هو نفسه الموجود في النموذج الجيولوجي. والهدف في اختيار الطبقة هو تحديد عدد الطبقات للحفاظ على عدم التجانس بين الطبقات الذي في النموذج الجيولوجي. ويتأثر اختيار الطبقات أيضًا بعمليات الإزاحة. ومن المهم أن تكون طبقات النموذج رقيقة بما يكفي لتحدد موقع عمليات استكمال البئر والحركة الرأسية للسوائل إلى تلك التكميلات.

الاتصال العمودي

الاتصال العمودي بين طبقات شبكة محاكاة المكامن مهم لوصف إزاحة التدفق الصحيحة في المكامن، عموديًا وأفقيًا. ويجب أن يعتمد هذا المُدخل على التحليل الهيكلي والبتروفيزيائي على أن يوفر مضاعفات قابلية الانتقال الرأسية لاستخدامها في نموذج محاكاة المكمن.

 الصدوع وخصائص الصدوع

معظم المكامن متصدعة ويجب أن يتم تمثيل الصدوع في نماذج محاكاة المكامن. وفي بعض الأحيان يمكن تبسيط النموذج من خلال معالجة الصدوع على أنها رأسية. ويعتمد هذا القرار على الشكل الهندسي التفصيلي للصدوع ، وكيف يتقاطع مع نقاط تلامس السوائل ، والآبار ، واختلاف الخصائص على جانبي كل صدع.

فإذا كانت سماكة طبقة الرمل أو طبقة السجيل تعادل مقدار الإزاحة الرأسية للصخور بسبب التصدع ، فسيكون من المهم تمثيل التقارب لخصائص المكمن عبر الصدوع ، وقد تكون الصدوع المائلة ضرورية. وبالمثل، فإذا كانت نقاط تلامس السوائل تصطدم بالصدوع أو إذا كانت الآبار قريبة من الصدوع ، فسيكون من المهم تمثيل الصدع بشكل هندسي بدقة أكبر.

خصائص المياه الجوفية

يجب عمليًا إدراج أكبر قدر ممكن من الصخور التي تحتوي على طبقة المياه الجوفية في شبكة محاكاة المكمن مع الخصائص المقابلة لطبقة المياه الجوفية المخصصة لها: المسامية والنفاذية وصافي سماكة الطبقة إلى الإجمالي ، وذلك لإنشاء صورة ديناميكية مناسبة في المكامن.

ومع ذلك ، إذا لم تكن هناك بيانات متاحة لوصف هيكل طبقة المياه الجوفية “بما فيه الكفاية” ، فيمكن نمذجتها بواسطة مرافق نمذجة طبقة المياه الجوفية ، المتوفر في البرامج التجارية ويسمى (“طبقات المياه الجوفية التحليلية”).

ترقية الخصائص الثابتة

غالبًا ما تحتاج خصائص المكمن إلى الترقية إذا تم بناء النموذج الثابت الجيولوجي على مقياس أدق من حيث حجم الخلية مما هو مخصص لنموذج المحاكاة. ويجب أن تتم ترقية هذه الخاصية بعد إنشاء شبكة محاكاة المكمن ثلاثي الأبعاد.

المسامية وصافي سماكة الطبقة إلى الإجمالي

يجب أن تحافظ المسامية التي تم ترقيتها وصافي سماكة الطبقة الى الإجمالي NTG على حجم المسام للنموذج الجيولوجي الأساسي. وفي هذه الحالة ، تعطي المتوسطات على أساس الحجم الكتلي المسامية الصحيحة.

التشبعات

يجب أن تحافظ التشبعات التي تم ترقيتها على حجم كل سائل في الحجم المرتبط بكل كتلة شبكة. وفي هذه الحالة ، يعطي المتوسط على أساس الحجم المسامي النتيجة الصحيحة.

النفاذية

كخاصية تدفق ، يجب تعريف النفاذية على أنها موتر قطري ( إجهاد شد ناتج عن قوى شد أفقية وعمودية في آن واحد) ، وترقى باستخدام تقنيات رفع بناءً على مستوى التدفق. ويمكن أن تستغرق عملية ترقية الموتر وقتًا طويلاً للنماذج الكبيرة / المعقدة ، وغالبًا ما يتم استخدام الترقية المتدرجة. ويمكن التحقق مما إذا كان الارتقاء الحسابي التوافقي (النفاذية الأفقية والرأسية) ينتج نموذج محاكاة المكمن بسلوك معقول ومشابه لذلك مع رفع حجم الموتر ، والذي يميل في بعض الحالات إلى التقليل من الاتصال الرأسي وبالتالي فهو أكثر صعوبة في الاستخدام.

خصائص صخور وسوائل المكمن

انضغاط الصخور

انضغاطية الصخور هي واحدة من أهم معلمات الإدخال (معايير الضبط المتغيرة للقياس) لتهيئة أي دراسة لمحاكاة المكامن ، وينبغي أن تستند هذه المعلمة (معيار ضبط متغير) على التحليل الأساسي ودراسات ميكانيكا الصخور.

ويوصى بعدم تغيير هذه المعلمة أثناء عملية مطابقة التاريخ ، إن أمكن. فإذا تم تعديلها ، فيجب التحقق منه مع أعضاء الفريق المتخصصين في ميكانيكا الصخور ، اذ ينبغي القيام بذلك للتأكد من أن انضغاط الصخور النهائي المطبق في النموذج له معنى مادي.

بيانات السوائل PVT

النوعان الأكثر شيوعًا لنماذج سائل المكمن هما نماذج الزيت الأسود والنماذج التركيبية. وقد أسست نماذج الزيت الأسود على افتراضات أن خصائص الطور المشبع لمرحلتين من الهيدروكربونات (النفط والغاز) تعتمد على الضغط فقط.

وتفترض النماذج التركيبية أيضًا مرحلتين من الهيدروكربونات ، لكنها تسمح بتعريف العديد من مكونات الهيدروكربونات. وتزداد التكلفة الزمنية لتشغيل نموذج محاكاة تركيبي بشكل كبير مع زيادة عدد المكونات التي تم تصميمها ، ولكن المكونات الإضافية تجعل من الممكن وضع نموذج لسلوك السوائل المعقد بشكل أكثر دقة. فإذا كان سيتم استخدام نتائج النموذج التركيبي في نموذج هندسة العمليات ، فغالبًا ما يكون من الضروري المساومة على عدد المكونات التي سيتم استخدامها لكل تطبيق.

خصائص ضغط وحجم وحرارة (PVT) السوائل النموذجية المستخدمة في دراسة محاكاة المكامن هي: عامل حجم التكوين ، واللزوجة ، ونسبة الغاز إلى الزيت وانضغاطية الماء.

النفاذية النسبية والضغط الاستطراقي

تمثل منحنيات النفاذية النسبية آليات التدفق ، مثل عمليات الصرف أو التشرب ، أو قابلية بلل السوائل. وينبغي الحصول على بيانات النفاذية النسبية من خلال التجارب التي تمثل نموذجًا لنوع عمليات الإزاحة في المكامن. فعلى سبيل المثال ، تمثل منحنيات الماء / الزيت حقن الماء، بينما تصف منحنيات تصريف المياه / الزيت حركة الزيت في منطقة مائية. وينبغي أن يدرك فريق النمذجة أن منحنيات النفاذية النسبية المستخدمة في نموذج التدفق قد تعتمد بشكل كبير على التجربة التي تم استخدامها لقياس المنحنيات. ويمكن أن يؤدي تطبيق هذه المنحنيات إلى نوع آخر من آلية الإزاحة ويمكن ان تؤدي إلى حدوث خطأ كبير.

الضغط الاستطراقي (الشعري)

عادة ما يتم تضمين الضغط الاستطراقي في دراسات محاكاة المكامن ، ويتم استخدام العلاقة بين الضغط الاستطراقي والارتفاع لإنشاء المنطقة الانتقالية الأولية في المكمن. المنطقة الانتقالية للنفط / الماء ، على سبيل المثال ، هي المنطقة بين تدفق المياه فقط وتدفق النفط فقط. وتمثل الجزء من المكمن حيث يتم تشبع الماء بنسبة 100٪ إلى تشبع الزيت مع تشبع الماء غير القابل للاختزال. وقد توجد مناطق مماثلة في الواجهة بين أزواج أخرى من المراحل غير القابلة للامتزاج.

تُستخدم بيانات الضغط الاستطراقي في المقام الأول لتحديد مستويات تلامس السوائل الأولية والمناطق الانتقالية. إذا خلص التقييم البتروفيزيائي ونمذجة الخاصية إلى وجود منطقة انتقالية سميكة نسبيًا ، فيجب استخدام الضغط الاستطراقي ؛ ومع ذلك ، إذا اعتبرت المنطقة الانتقالية غير ذات أهمية ، فلا يمكن توقع فائدة كبيرة من استخدام بيانات الضغط الاستطراقي.

الخصائص الديناميكية وبيانات الآبار

الخصائص الديناميكية وبيانات الآبار مطلوبة بشكل أساسي لما يلي:

• مراقبة جودة نموذج محاكاة المكمن
• عملية مطابقة التاريخ
• التوقعات
• بيانات الإنتاج / الحقن والضغط التاريخية.

تتضمن البيانات التاريخية النموذجية المستخدمة في نماذج محاكاة المكامن ما يلي:

• معدلات انتاج النفط والمياه والغاز ؛ معدلات حقن الماء و / أو الغاز
• قياس ضغط الإغلاق ، نسبة الماء ، بيانات سجلات آلة الإنتاج والضغوط المتتالية  RFT / PLT ، بيانات التشبع
• ضغط رأس أنبوب البئر التاريخي ، وضغط قاع البئر ، ومؤشر إنتاجية البئر (PI) ، وجداول أداء تدفق البئر لمعايرة نماذج محاكاة المكمن عند استخدام نماذج محاكاة المكمن للتنبؤات (بعبارة أخرى ، عندما يتم تغيير الآبار من التحكم في الحجم الى التحكم في الضغط).

بيانات الآبار

بيانات البئر (المسار وفرجات التثقيب) مطلوبة لتعيين فرجات تثقيب البئر لشبكة محاكاة المكمن ومحاكاة أداء البئر.

قيود الإنتاج والحقن والضغط للمنشآت والآبار

هذه البيانات مطلوبة ، خاصة عند استخدام نماذج محاكاة المكامن للتنبؤات.

التهيئة والتحقق من نموذج محاكاة المكامن

تهيئة نموذج محاكاة المكامن

لتهيئة نموذج محاكاة المكمن ، يجب تعريف توزيع النفط والغاز وضغط المياه الأولي والتشبعات الأولية في نموذج المكمن. وعادة ما تتم الإشارة إلى بيانات الضغط إستنادا الى عمق معين كمرجع (العمق الصفري). ومن الملائم تحديد الضغط والتشبع في العمق الصفري ثم لحساب ضغط الطور بناءً على كثافة السوائل وأعماقها.

إن تهيئة نماذج محاكاة المكامن هي العملية التي تتم فيها مراجعة نموذج محاكاة المكامن للتأكد من أن جميع بيانات الإدخال والأحجام تتسق داخليًا مع تلك الموجودة في النموذج الجغرافي. ويجب أن يكون نموذج محاكاة المكامن في حالة توازن ديناميكي في بداية الإنتاج ، ولكن قد تكون هناك بعض الاستثناءات لهذه القاعدة. وقد يعني عدم التوازن في الظروف الأولية وجود بعض أخطاء في البيانات ، أو الحاجة إلى إدخال حواجز الضغط (العتبات) بين مناطق التوازن.

التحقق من صحة نموذج محاكاة المكمن

الهدف الرئيسي ، في هذه الخطوة ، هو التحقق من أن نموذج محاكاة المكمن يمثل بدقة الهيكل والخصائص في النموذج الجيولوجي. ويوصى باتباع خطوات التحقق التالية:

• تصور شبكة محاكاة المكامن ، كل طبقة شبكة وكل مقطع عرضي ، للتأكد من أن شبكة المحاكاة مبنية بشكل صحيح وأن جميع كتل الشبكة مناسبة لمحاكاة المكامن.
• قارن شبكة محاكاة المكامن بالشبكة الجيولوجية وتأكد من أن طبقات شبكة محاكاة المكامن وأشكال الصدوع الهندسية متسقة مع خرائط العمق الهيكلي المستخدمة.
• تصور وقارن خصائص نموذج محاكاة المكمن (المسامية والنفاذية والحصة الصافية إلى الإجمالي وتشبع السوائل) مع تلك الموجودة في النموذج الجيولوجي.
• قارن الحجم الإجمالي للصخور وحجم المسام والأحجام الهيدروكربونية في نموذج محاكاة المكمن مع أحجام النموذج الجيولوجي
• تحقق من أن الآبار ممثلة بدقة في شبكة محاكاة المكمن.

مطابقة التاريخ

الهدف الرئيسي لمطابقة التاريخ هو تحقيق اتفاق معقول بين سلوك الحقل / البئر التاريخي المحاكي والملاحظ لإنشاء أداة إدارة مكامن مرضية وذات جودة. ويتم ذلك تحت فرضية أن النموذج الجيولوجي ، ومعلمات المكامن ، وغيرها من البيانات الثابتة والديناميكية المستخدمة ذات جودة “يمكن الدفاع عنها”.

مطابقة التاريخ اليدوية مقابل المطابقة المساعدة

يمكن تطبيق طريقتين لإجراء دراسة مطابقة التاريخ: مطابقة التاريخ المدون يدويًا ومطابقة التاريخ المساعد باستخدام برامج متخصصة. ويتم تنفيذ مطابقة التاريخ تقليديا من خلال نهج التجربة والخطأ. في هذه الحالة ، يتم تضمين الكثير من المهام اليدوية ، مثل تعديل نموذج محاكاة المكامن ، وتشغيل محاكاة المكامن ، ورسم المنحنيات ومقارنتها بالبيانات المرصودة.

الميزة الرئيسية لمطابقة التاريخ المساعدة هي أتمتة تلك المهام اليدوية ، مثل تعديلات نموذج محاكاة المكامن ، وتشغيل محاكاة المكامن ، ومقارنة بيانات محاكاة المكامن والملاحظة ، وما إلى ذلك ، ولكن ينبغي الحذر في تحديد حدود نطاق المعايير ، وما الى ذلك ، في مطابقة التاريخ اوتوماتيكيا للتأكد من صلاح أي حلول مستخدمة فيزيائيا.

بيانات الإدخال لمطابقة التاريخ

عادةً ما يتم استخدام بيانات الإدخال التاريخية (المُقاسة) للآبار أو المكامن الفردية في عملية مطابقة التاريخ:

• ضغوط RFT (نقاط الضغط المقاسة مقابل العمق)
• ضغط الإغلاق (الضغط المقاس مقابل الزمن)
• معدلات الإنتاج / الحقن التاريخية مقابل الزمن
• نسبة الغاز / الزيت GOR ونسبة الماء WCT مقابل الزمن (المخصصة أو المقاسة بشكل جيد)
• ملامح تشبع السوائل من سجلات الآبار
• خطوات مطابقة التاريخ.

ويوصى بالخطوات التالية لإجراء مطابقة التاريخ:

• طابق متوسط ​​ضغط المكمن ومعدلات انتاج الحقل للحصول على فهم جيد حول توازن المواد في المكمن
• قم بمطابقة ضغط (نقاط الضغط المقاسة مقابل العمق) RFT للبئر الفردي للتحكم في تجزئة وحواجز التدفق
• طابق نسبة الغاز / الزيت في البئر الفردية ، ونسبة الماء وضغط الإغلاق من أجل التحكم بشكل جيد في ديناميكيات التدفق في المكمن وأداء البئر.

جودة مطابقة التاريخ

هناك عدة طرق لتحديد ما إذا كانت تطابق التاريخ مرضٍ ، وفي جميع الحالات ، يجب أن يكون الفهم الواضح لأهداف الدراسة هو المرجع في اتخاذ القرارات. فعلى سبيل المثال ، إذا تم إجراء دراسة تقريبية ، لا تحتاج جودة المطابقة بين المعلمات المرصودة والمحاكاة إلى أن تكون دقيقة كما ستكون في دراسة أكثر تفصيلاً.

إن جودة التعديلات التي أجريت مهمة، فإذا كان للنموذج تطابق جيد ولكن التغييرات التي تم إجراؤها لم تكن واقعية ، فيجب النظر إلى نتائج النموذج بشك. وينبغي تذكر أن الهدف النهائي لمحاكاة المكامن ليس تحقيق تطابق تاريخي ؛ وإنما القدرة على التنبؤ بشكل معقول بالأداء المستقبلي للمكمن ، فمطابقة التاريخ ليست سوى خطوة وسيطة في عملية النمذجة.

قدرة نموذج محاكاة المكامن على التنبؤ

تهدف عملية بناء نموذج محاكاة المكامن ومطابقة التاريخ إلى توفير نموذج عمل للمكمن وإنشاء مستوى من الثقة في صحة نموذج التدفق. ولذلك ، عادة ما يتم إعادة تكوين النموذج المطابق للتاريخ النهائي للتنبؤ بسلوك المكمن في المستقبل.

وعندما يتم تغيير نموذج محاكاة المكامن من مطابقة التاريخ إلى وضع التنبؤ ، يجب أن تكون ملفات تعريف معدل انتاج السوائل سلسة ، بشرط عدم إضافة آبار جديدة أو إغلاق الآبار الحالية ، وعدم تغيير القيود الأساسية على الآبار. ولا ينبغي أن يكون هناك تحول لأعلى أو لأسفل في إنتاجية الآبار في هذه المرحلة. وعادة ما يكون هذا التحول مؤشرا على الآبار غير المعايرة.

ومن الموصى به أن يتم تشغيل السنة الأخيرة من التاريخ في وضع التنبؤ والإنتاج الفعلي مقارنة بالتنبؤ المحاكي. وفي حين أنه لا ينبغي توقع أن يعطي هذا تطابقًا مثاليًا ، إلا أنه سيساعد على إبراز التناقضات الرئيسية في النموذج.

وعند استخدام نموذج محاكاة المكامن للتنبؤات ، يجب التعرف على القيود والغموض التي تنطوي عليها هذه النماذج. فإذا كان النموذج الجيولوجي ، على سبيل المثال ، غير معقول ، وكانت جودة البيانات الملحوظة ضعيفة ، فلا يمكن توقع جودة كبيرة من نموذج محاكاة المكامن ، بغض النظر عن جودة مطابقة التاريخ.

 * تمت الترجمة بتصرف

المصدر:

https://petrowiki.org/Reservoir_simulation_models_in_production_forecasting