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Todos los efectos físicos enumerados en los artículos anteriores ( uno , dos , tres ) son importantes para comprender no solo para saber cómo funciona el mundo. Lo más probable es que tengan que tenerse en cuenta al construir un modelo que sepa cómo predecir correctamente el futuro. ¿Por qué deberíamos poder predecir el futuro de la producción de petróleo si el precio del petróleo y el coronavirus aún no se pueden predecir? Y luego, por qué y en todas partes: para tomar las decisiones correctas.
En el caso del campo, no podemos observar directamente lo que sucede bajo tierra entre los pozos. Casi todo lo que está disponible para nosotros está vinculado a pozos, es decir, a puntos raros en las vastas extensiones de pantanos (todo lo que podemos medir está contenido en aproximadamente el 0.5% de la roca, solo podemos "adivinar" las propiedades del 99.5% restante). Estas son medidas tomadas en pozos cuando el pozo se estaba construyendo. Estas son las lecturas de los instrumentos que se instalan en los pozos (presión de fondo de pozo, la proporción de petróleo, agua y gas en el producto). Y estos son los parámetros medidos y establecidos de la operación del pozo: cuándo encender, cuándo apagar, a qué velocidad bombear.
Un modelo correcto es un modelo que predice el futuro correctamente. Pero dado que el futuro aún no ha llegado, y desea comprender si el modelo es bueno, ahora lo hacen: ponen en el modelo toda la información real disponible sobre el campo, de acuerdo con los supuestos, agregan sus conjeturas sobre la información desconocida (la frase clave "dos geólogos - tres opiniones "acerca de estas conjeturas) y simulan los procesos de filtrado, redistribución de presión que tuvieron lugar bajo tierra, y así sucesivamente. El modelo da a conocer qué indicadores de desempeño del pozo deberían haberse observado, y se comparan con los indicadores observados reales. En otras palabras, estamos tratando de construir un modelo que reproduzca la historia.
En realidad, puede hacer trampa y simplemente requerir que el modelo produzca los datos que necesita. Pero, en primer lugar, esto no se puede hacer, y en segundo lugar, aún se darán cuenta (expertos en los mismos organismos estatales donde se debe presentar el modelo).
Si el modelo no puede reproducir la historia, es necesario cambiar sus entradas, pero ¿cuáles? Los datos reales no se pueden cambiar: este es el resultado de la observación y medición de la realidad: datos de dispositivos. Los dispositivos, por supuesto, tienen su propia inexactitud, y los utilizan personas que también pueden equivocarse y mentir, pero la incertidumbre de los datos reales en el modelo suele ser pequeña. Es posible y necesario cambiar lo que tiene la mayor incertidumbre: nuestras suposiciones sobre lo que está sucediendo entre los pozos. En este sentido, construir un modelo es un intento de reducir la incertidumbre en nuestro conocimiento de la realidad (en matemáticas, este proceso se conoce como resolver el problema inverso y los problemas inversos en nuestro campo, ¡como las bicicletas en Beijing!).
Si el modelo reproduce la historia correctamente, tenemos la esperanza de que nuestro conocimiento de la realidad, incrustado en el modelo, no difiera mucho de esta realidad. Entonces, y solo entonces, podemos lanzar dicho modelo para un pronóstico, en el futuro, y tendremos más razones para creerlo.
¿Qué pasaría si fuera posible hacer no uno, sino varios modelos diferentes que reproduzcan la historia lo suficientemente bien, pero al mismo tiempo den un pronóstico diferente? No tenemos más remedio que vivir con esta incertidumbre, tomar decisiones con ella en mente. Además, al tener varios modelos que ofrecen una gama de posibles pronósticos, podemos tratar de cuantificar los riesgos de tomar una decisión, mientras tengamos un modelo, tendremos una confianza injustificada de que todo será como el modelo predice.
Modelos en la vida del campo.
Para tomar decisiones durante el desarrollo del campo, se necesita un modelo holístico de todo el campo. Además, hoy en día es imposible desarrollar un campo sin dicho modelo: los organismos estatales de la Federación de Rusia exigen dicho modelo.
Todo comienza con un modelo sísmico, creado por los resultados de la exploración sísmica. Tal modelo le permite a uno "ver" las superficies tridimensionales bajo tierra, capas específicas de las cuales se reflejan bien las ondas sísmicas. Casi no proporciona información sobre las propiedades que necesitamos (porosidad, permeabilidad, saturación, etc.), pero muestra cómo algunas capas se doblan en el espacio. Si preparó un sándwich multicapa y luego lo dobló de alguna manera (bueno, o alguien se sentó en él), entonces tiene todas las razones para creer que todas las capas se doblan aproximadamente de la misma manera. Por lo tanto, podemos entender cómo se dobla la capa de capas de varios sedimentos que atacan el fondo del océano, incluso si solo vemos una de las capas en el modelo sísmico, que, por suerte, refleja bien las ondas sísmicas. En este lugar, los ingenieros de ciencia de datos revivieron,porque la selección automática de tales horizontes reflectantes en un cubo, que es lo que los participantes de uno de nuestroshackathons , - la tarea clásica de reconocimiento de patrones.
Luego comienza la perforación exploratoria, y a medida que se perforan los pozos, se bajan instrumentos que miden todo tipo de indicadores diferentes a lo largo del pozo, es decir, llevan a cabo el registro de pozos (estudios geofísicos de pozos). El resultado de tal estudio es un buen registro, es decir, una curva de cierta cantidad física medida con un cierto paso a lo largo de todo el pozo. Los diferentes instrumentos miden diferentes cantidades, y los ingenieros capacitados luego interpretan estas curvas para obtener información significativa. Un instrumento mide la radioactividad gamma natural de una roca. La "fuente" de arcilla es más fuerte, la "fuente" de piedra arenisca es más débil; cualquier intérprete-ingeniero lo sabe y lo destaca en la curva de registro: aquí hay arcillas, aquí una capa de piedra arenisca, aquí algo intermedio. Otro dispositivo mide el potencial eléctrico natural entre puntos vecinos,que surge de la penetración del lodo de perforación en la formación. El alto potencial muestra la presencia de una conexión de filtración entre los puntos de formación, el ingeniero conoce y confirma la presencia de roca permeable. El tercer instrumento mide la resistencia de un fluido saturante de rocas: el agua salada pasa la corriente, el petróleo no pasa la corriente y permite separar las rocas saturadas de petróleo de las rocas saturadas de agua, etc.
En este punto, los ingenieros de ciencia de datos han revivido nuevamente, porque los datos de entrada para este problema son curvas numéricas simples, y reemplazar el intérprete con algún modelo ML que puede sacar una conclusión sobre las propiedades de la roca en lugar de un ingeniero de acuerdo con la forma de una curva significa resolver Problema clásico de clasificación. Fue solo entonces que los ingenieros de ciencia de datos comenzaron a mover los ojos cuando resulta que algunas de estas curvas acumuladas de los viejos pozos solo tienen la forma de largos paños de papel.
Además, durante la perforación, se saca un núcleo del pozo: muestras de rocas más o menos intactas (si tienen suerte) y rocas intactas durante la perforación. Estas muestras se envían al laboratorio, donde determinan su porosidad, permeabilidad, saturación y todo tipo de propiedades mecánicas diferentes. Si se conoce (y si se lleva a cabo correctamente, debe conocerse) a partir de qué profundidad se levantó una muestra de núcleo particular, entonces, cuando lleguen los datos del laboratorio, será posible comparar qué valores a esta profundidad se mostraron en todos los instrumentos geofísicos, y qué valores de porosidad, permeabilidad y La saturación tenía la roca a esta profundidad de acuerdo con los estudios básicos de laboratorio. Por lo tanto, es posible "enfocar" las lecturas de los instrumentos geofísicos y luego solo a partir de sus datos, sin tener un núcleo, sacar una conclusión sobre las propiedades de la roca que necesitamos para construir un modelo. Todo el diablo está en los detalles:Los instrumentos no miden exactamente lo que se determina en el laboratorio, pero esta es una historia completamente diferente.
Por lo tanto, después de haber perforado varios pozos y llevado a cabo investigaciones, podemos afirmar con confianza qué roca y con qué propiedades se encuentra donde se perforaron estos pozos. El problema es que no sabemos qué está pasando entre los pozos. Y aquí es donde el modelo sísmico viene a nuestro rescate.
En los pozos, sabemos exactamente qué propiedades tiene la roca a qué profundidad, pero no sabemos cómo se propagan y se doblan las capas de roca observadas en los pozos. El modelo sísmico no nos permite determinar con precisión qué capa se encuentra a qué profundidad, pero muestra con confianza la naturaleza de la propagación y la flexión de todas las capas a la vez, la naturaleza de la ropa de cama. Luego, los ingenieros marcan ciertos puntos característicos en los pozos, colocando marcadores a cierta profundidad: a esta profundidad a esta profundidad está el techo de la formación, a esta profundidad es el fondo. Y la superficie de la parte superior e inferior entre los pozos, en términos generales, se dibuja paralela a la superficie que se ve en el modelo sísmico. El resultado es un conjunto de superficies tridimensionales que abarcan el espacio de interés para nosotros y, por supuesto, estamos interesados en formaciones que contienen petróleo. Eselo que sucedió se llama modelo estructural, porque describe la estructura de la formación, pero no su contenido interno. El modelo estructural no dice nada sobre porosidad y permeabilidad, saturación y presión dentro de la formación.
Luego viene la etapa de discretización, en la que el área del espacio ocupado por el campo se divide en un paralelepípedo de células tan curvado (¡cuya naturaleza es visible incluso en el modelo sísmico!) De acuerdo con las capas. Cada celda de esta caja curva está determinada de manera única por tres números, I, J y K. Todas las capas de esta caja curva están dispuestas de acuerdo con la distribución de las capas, y el número de capas en K y el número de celdas en I y J están determinados por el detalle que podemos permitirnos.
¿Cuánta información detallada sobre rocas tenemos a lo largo del pozo, es decir, verticalmente? Tan detallado como con qué frecuencia el instrumento geofísico tomó medidas de su tamaño cuando se movía a lo largo del pozo, es decir, por lo general, cada 20-40 cm, por lo que cada capa puede medir 40 cm o 1 m.
¿Cuán detallada es nuestra información lateral, es decir, lejos del pozo? No cuánto: no tenemos información al lado del pozo, por lo que generalmente no tiene sentido dividirse en celdas muy pequeñas a lo largo de I y J, y la mayoría de las veces son 50 o 100 m a lo largo de ambas coordenadas. La selección del tamaño de estas celdas es uno de los desafíos de ingeniería importantes.
Después de que toda el área del espacio se divide en celdas, se realiza la simplificación esperada: dentro de cada celda, el valor de cualquiera de los parámetros (porosidad, permeabilidad, presión, saturación, etc.) se considera constante. Por supuesto, esto no es así en realidad, pero como sabemos que la acumulación de sedimentos en el fondo del mar fue en capas, las propiedades de las rocas cambiarán mucho más verticalmente que horizontalmente.
Entonces, tenemos una cuadrícula de celdas, cada celda tiene su propio valor (desconocido para nosotros) de cada uno de los parámetros importantes que describen tanto la roca como su saturación. Hasta ahora, esta cuadrícula está vacía, pero los pozos pasan en algunas celdas a través de las cuales pasamos con el dispositivo y obtuvimos los valores de las curvas de los parámetros geofísicos. Los ingenieros de interpretación, utilizando estudios centrales de laboratorio, correlaciones, experiencia y tal y tal madre, convierten los valores de las curvas de los parámetros geofísicos en los valores de las características de la roca y el fluido saturante que necesitamos, y transfieren estos valores del pozo a las celdas de la rejilla a través de las cuales pasa este pozo. El resultado es una cuadrícula que en algunos lugares tiene valores en las celdas, pero en la mayoría de las celdas todavía no hay valores. Los valores en todas las otras celdas tendrán que ser imaginados usando interpolación y extrapolación. La experiencia de un geólogo, su conocimiento decómo las propiedades de las rocas se propagan generalmente le permite seleccionar los algoritmos de interpolación correctos y completar sus parámetros correctamente. Pero, en cualquier caso, debemos recordar que todo esto es especulación sobre lo desconocido que se encuentra entre los pozos, y no es en vano lo que dicen, una vez más les recordaré esta verdad común de que dos geólogos tendrán tres opiniones diferentes sobre el mismo depósito.
El resultado de este trabajo será un modelo geológico: un paralelepípedo curvo tridimensional, dividido en celdas, que describe la estructura del campo y varias matrices tridimensionales de propiedades en estas celdas: la mayoría de las veces son matrices de porosidad, permeabilidad, saturación y el atributo "arenisca" - "arcilla".
Luego, los especialistas en hidrodinámica se encargan del trabajo. Pueden agrandar el modelo geológico combinando múltiples capas verticalmente y recalculando las propiedades de la roca (esto se llama "escalamiento" y es un desafío en sí mismo). Luego agregan el resto de las propiedades necesarias para que el simulador hidrodinámico pueda simular lo que fluirá donde: además de la porosidad, la permeabilidad, el aceite, el agua, la saturación de gas, estos serán la presión, el contenido de gas, etc. Agregarán pozos al modelo e ingresarán información sobre ellos sobre cuándo y en qué modo trabajaron. ¿Has olvidado que estamos tratando de reproducir la historia para tener la esperanza de un pronóstico correcto? La dinámica de fluidos tomará informes del laboratorio y agregará las propiedades fisicoquímicas de petróleo, agua, gas y roca al modelo,Todas sus dependencias (con mayor frecuencia de presión) y todo lo que sucedió, y será un modelo hidrodinámico, se enviarán a un simulador hidrodinámico. Honestamente calcula desde qué celda fluirá todo en qué momento, proporciona gráficos de indicadores tecnológicos para cada pozo y los compara cuidadosamente con datos históricos reales. El ingeniero hidrodinámico suspirará, observando su discrepancia, e irá a cambiar todos los parámetros indefinidos que está tratando de adivinar para que la próxima vez que se inicie el simulador, obtenga algo cercano a los datos realmente observados. O tal vez la próxima vez que comiences. O tal vez el siguiente y así sucesivamente.emitirá gráficos de indicadores tecnológicos para cada pozo y los comparará meticulosamente con datos históricos reales. El ingeniero hidrodinámico suspirará, observando su discrepancia, e irá a cambiar todos los parámetros indefinidos que está tratando de adivinar para que la próxima vez que se inicie el simulador, obtenga algo cercano a los datos realmente observados. O tal vez la próxima vez que comiences. O tal vez la próxima vez, y así sucesivamente.emitirá gráficos de indicadores tecnológicos para cada pozo y los comparará meticulosamente con datos históricos reales. El ingeniero hidrodinámico suspirará, observando su discrepancia, e irá a cambiar todos los parámetros indefinidos que está tratando de adivinar para que la próxima vez que se inicie el simulador, obtenga algo cercano a los datos realmente observados. O tal vez la próxima vez que comiences. O tal vez la próxima vez, y así sucesivamente.
El ingeniero que prepara el modelo de la infraestructura de superficie tomará los caudales que producirá el campo de acuerdo con los resultados del modelado y los colocará en su modelo, que calculará en qué tubería habrá qué presión y si el sistema de tubería existente podrá "digerir" la producción del campo: limpiar lo producido aceite, prepare el volumen requerido de agua inyectada, y así sucesivamente.
Y finalmente, al nivel más alto, al nivel del modelo económico, el economista calculará el flujo de gastos para la construcción y mantenimiento de pozos, la electricidad para la operación de bombas y tuberías y el flujo de ingresos de la entrega de petróleo extraído al sistema de tuberías, multiplique por el grado deseado de coeficiente de descuento y obtenga el VPN total de un proyecto de desarrollo de campo terminado.
La preparación de todos estos modelos, por supuesto, requiere el uso activo de bases de datos para almacenar información, software de ingeniería especializado que implementa el procesamiento de toda la información de entrada y el modelado en sí mismo, es decir, predecir el futuro del pasado.
Para construir cada uno de los modelos anteriores, se utiliza un producto de software separado, a menudo burgués, a menudo casi indiscutible y, por lo tanto, muy caro. Tales productos se han desarrollado durante décadas, y no es fácil repetir su camino con la ayuda de una pequeña institución. Pero los dinosaurios no eran comidos por otros dinosaurios, sino por pequeños hurones hambrientos y decididos. Lo importante es que, como en el caso de Excel, solo se necesita el 10% de la funcionalidad para el trabajo diario, y nuestros dobles, como el de Strugatsky, serán "solo aquellos que saben eso ... pero saben cómo hacerlo bien" solo este 10%. En general, estamos llenos de esperanzas para las cuales ya tenemos ciertos motivos.
Este artículo describe solo uno, el camino del pilar del ciclo de vida del modelo de todo el campo, y ya existe un lugar para los desarrolladores de software, y con los modelos de precios actuales, los competidores tienen suficiente trabajo durante mucho tiempo. En el próximo artículo habrá un spin-off
Continuará…