Использование в задачах инженерных исследований методов компьютерного моделирования (с конкретными примерами из газовой отрасли)

1. Обзорно-аналитический раздел.

Появление современных концепций трехмерного компьютерного моделирования было неизбежным, поскольку это очередной эволюционный шаг в развитии понимания геологической структуры месторождения, обстановки осадконакопления и процессов, происходящих при разработке месторождений газа. Изначально моделирование разработки месторождений сводилось к расчету уравнений фильтрации газа по пласту-коллектору по существенно упрощенным формулам, тогда как отображение графической информации представлялось исключительно картами, разрезами и различными технологическими схемами. На данный момент процесс моделирования состоит из двух последовательных этапов: геологическое моделирование и гидродинамическое моделирование. Современные программные комплексы трехмерного моделирования (симуляторы) совмещают в себе математический аппарат для расчета уравнений фильтрации и полнофункциональный механизм визуализации геологических данных.
Основой трехмерного моделирования является 3D модель, создаваемая на этапе геологического моделирования и впоследствии обновляемая на дальнейших этапах.
3D модель – это виртуальный объект, отображающий основные элементы пластовой системы или повторяющий ее поведение, но при этом в достаточной степени простой, чтобы обеспечить расчеты по такой модели.
По типу проводимых расчетов модели подразделяются на аналитические и численные.
Аналитические модели создаются в тех случаях, когда условия моделируемой системы позволяют охарактеризовать изменения свойств системы и происходящие процессы с помощью математических уравнений и функций. Примером модели с аналитическим типом расчетов может являться сектор пластаколлектора с гомогенной структурой, для описания разработки которого можно использовать основные уравнения фильтрации.
Численные модели создаются в тех случаях, когда преобладающая часть реальных систем достаточно сложна, чтобы быть охарактеризованной стандартными уравнениями, в связи с чем для получения результатов моделирования необходимо либо упрощать начальные условия и сложность для приведения модели к варианту с аналитическим типом расчетов, что снижает точность расчетов и достоверность результатов, либо использовать численные методы.
В этом случае расчет модели предусматривает большое количество численных вычислений (часто довольно простых). Основная масса существующих пластовых систем описывается достаточно сложным геологическим строением, следовательно, для получения результатов применяют разделение структуры пласта-коллектора на ячейки и временных показателей разработки – на дискретные шаги.
В зависимости от задач 3D моделирование разделяется на геологическое и гидродинамическое.
Геологическое 3D моделирование – процесс создания цифровой трехмерной модели залежи или месторождения, максимально точно повторяющей геологическую структуру и параметры моделируемого объекта и позволяющей оценить запасы и тип коллектора для понимания строения и истории развития залежи или месторождения, а также для последующего создания фильтрационной модели.