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解決方案

石油行業(yè)

編輯:超算網(wǎng)絡(luò )信息中心 信息來(lái)源:本站原創(chuàng ) 發(fā)布時(shí)間:2015年09月20日 瀏覽次

超算有限元分析系統SciFEA—石油行業(yè)應用解決方案

1:行業(yè)計算模擬現狀

隨著(zhù)現代社會(huì )對石油資源需求的不斷快速增長(cháng),采用新的技術(shù)發(fā)現石油資源、高效開(kāi)發(fā)和利用石油資源是人們所關(guān)心的實(shí)際課題。在石油行業(yè),無(wú)論是上游的勘探開(kāi)發(fā)、還是中游的油田開(kāi)發(fā)、以及下游的石油煉化加工等環(huán)節有在利用數值模擬技術(shù)進(jìn)行輔助分析和設計??梢哉f(shuō),以有限元、有限差分、有限體積為代表的數值模擬技術(shù)已經(jīng)滲透到石油工業(yè)的方方面面。隨著(zhù)找油、采油難度的與日俱增,石油工業(yè)對數值模擬提出了更艱巨的要求,比如,用新的成油理論進(jìn)行模擬分析,發(fā)現油田新“大陸”,降低勘探風(fēng)險;三次采油工藝的多相多場(chǎng)模擬;特殊地質(zhì)條件下的油藏模擬;特殊地質(zhì)條件下流體固體相互作用;高原條件下的勘探開(kāi)發(fā)工藝模擬等??偟膩?lái)說(shuō),需要考慮新的計算模型和計算方法、需要考慮多個(gè)物理量相互作用的時(shí)空演化,這些都是現有的模擬手段需要發(fā)展和完善的方向,以適應石油行業(yè)的復雜的計算模擬需求。

2:解決方案

SciFEA軟件提供的固體彈性、彈塑性、粘彈性模塊;傳熱模塊(穩態(tài)、瞬態(tài));滲流模塊(穩態(tài)、瞬態(tài)、線(xiàn)性、非線(xiàn)性);電磁模塊(靜電、靜磁、時(shí)諧電磁、瞬態(tài)電磁);熱固耦合模塊(穩態(tài)、瞬態(tài)、線(xiàn)性、非線(xiàn)性)、流固耦合(穩態(tài)、瞬態(tài)、線(xiàn)性、非線(xiàn)性)可以直接滿(mǎn)足石油行業(yè)固體、流體、傳熱、電磁、流固耦合、熱固耦合等方面的計算需求。

超算科技為用戶(hù)提供針對石油行業(yè)計算模擬的特定的處理技術(shù),如考慮油田地質(zhì)的非均勻性;考慮斷層性質(zhì)的影響;考慮地下多尺度流動(dòng);考慮多尺度固體變形;考慮流動(dòng)的飽和度相關(guān)性等非線(xiàn)性特征;考慮各向異性和啟動(dòng)壓力特征;考慮井群的流動(dòng)和固體變形;考慮鉆井井壁穩定性;考慮固體、流體、熱、水化等物理場(chǎng)的耦合等。

超算科技針對石油工業(yè)計算數學(xué)物理模型多、細、復雜的特點(diǎn),面向用戶(hù)提供定制服務(wù)。用戶(hù)可以根據研究開(kāi)發(fā)問(wèn)題的需要提出自定義的模型,超算科技將根據用戶(hù)模型提供專(zhuān)門(mén)的解決方案。如考慮流體傳輸中的流固耦合;稠油熱采中的熱、流、固耦合;復雜的物質(zhì)驅替;新的石化能源開(kāi)發(fā)中的模型建立與計算分析等。將用戶(hù)關(guān)心的計算內容,根據用戶(hù)要求集成在一個(gè)統一的計算環(huán)境中。

針對用戶(hù)分析精度的要求,超算科技提供用戶(hù)定制化的并行計算模塊開(kāi)發(fā)和并行計算咨詢(xún)服務(wù)。并行計算可以根據用戶(hù)預算的情況提供基于機群的MPI并行和基于GPU的眾核并行兩種解決方案。

3:應用案例

大慶油田鉆探集團測井公司

北京超算科技有限公司承擔了大慶油田鉆探集團測井公司關(guān)于油水井套損解釋預測方法與軟件研制項目,主要工作內容是進(jìn)行流固耦合作用下套管變形和應力模擬分析,并與測井數據解釋進(jìn)行對比,找出區域性套損的規律,為油田的生產(chǎn)服務(wù)。

編制的軟件分析系統分別對孔隙壓力、管內液柱壓力、地應力影響下套管的應力分布進(jìn)行了程序驗證,很好地保證了求解程序的正確性。分析系統考慮了開(kāi)采壓力變化、地層傾角變化、砂巖尖滅及層間壓差等情況對套管的影響。

模擬砂巖尖滅情況下套管X向應力分布情況



模擬地層傾角情況下的變形情況

研制的油水井套損磁測應力解釋預測系統


計算得到的流固藕合作用下應力隨深度變化曲線(xiàn)


低滲透流固耦合數值模擬

大慶油田外圍油田存在著(zhù)典型的低滲透各向異性特征。滲透率沿河道方向發(fā)育,同時(shí),有明顯的啟動(dòng)壓力特征。項目根據外圍油田的這些特點(diǎn)采用合適的數學(xué)物理模型,對低滲透各向異性油田下的注采引起的流體壓力變化和地層變形和應力進(jìn)行計算模擬。


不同滲透主方向下模擬得到的流體壓力分布


不同啟動(dòng)壓力下模擬得到的流體壓力分布

同時(shí)項目分析套管所受的各種載荷,通過(guò)地質(zhì)力學(xué)流固耦合模擬開(kāi)發(fā)引起的套管載荷,并和套管所受重力、地應力、流體壓力等載荷進(jìn)行疊加,最終得到由于開(kāi)發(fā)引起的套管應力變化。通過(guò)和套管強度進(jìn)行對比分析,給出套管工作的安全程度。

計算選取的某區塊

區塊有限元模型

區塊砂巖模型

 

軟化巖石井眼穩定性計算和分析

中石油鉆井研究院為了在一定程度上解決、緩解油田鉆井過(guò)程由井眼穩定問(wèn)題帶來(lái)的經(jīng)濟及社會(huì )效益的損失,委托北京超算科技有限公司開(kāi)展井眼穩定計算和分析軟件研制工作。

軟件要求考慮應變軟化模型、采用無(wú)限元考慮井筒和地層尺寸的差異,同時(shí)需要運用弧長(cháng)法計算模擬井壁開(kāi)挖后的平衡路徑曲線(xiàn)。計算表明:采用力學(xué)穩定性計算理論可以分析巖石開(kāi)挖過(guò)程的的臨界載荷,通過(guò)計算不同的脆度可以得到不同的臨界載荷;隨著(zhù)巖石脆度的增大,井壁的臨界坍塌壓力會(huì )隨之降低,巖石脆度是影響井壁穩定性的重要指標;巖石的摩擦角的降低,井壁的臨界坍塌壓力會(huì )隨之降低,影響摩擦角的物理化學(xué)作用將影響井壁的穩定性。

塑性區云圖

載荷位移曲線(xiàn)(理想彈塑性)

載荷位移曲線(xiàn)(應變軟化模型-川本模型)


4:攜手計算

石油行業(yè)是聯(lián)系著(zhù)科學(xué)技術(shù)眾多領(lǐng)域的一片沃土,既有地面又有地下,既有陸地又有海洋。因此,石油行業(yè)對計算模擬的需求是全方位、多層次的,既有大空間維度又有大時(shí)間跨度,既有多相多場(chǎng)耦合又有海量計算、分析與存儲。石油工業(yè)對計算模擬智能化、規?;囊髲哪壳笆澜缟享敿壍母咝阅苡嬎銠C應用可窺一斑。超算科技將結合自身在計算模擬技術(shù)方面的積累,從我們擅長(cháng)的幾個(gè)具體開(kāi)發(fā)方向上和您攜手面向石油工業(yè)的計算模擬分析與研究。

鉆井過(guò)程的井壁穩定性;
地震波正演與反演分析;
套損機理數值模擬研究;
油田生產(chǎn)開(kāi)發(fā)中的油藏模擬;

成功案例
一、 北京超算科技有限公司在2014年4月承擔了大慶油田工程有限公司關(guān)于大慶油田技術(shù)效率及科技規劃研究的項目,主要工作內容是:1、基于數據挖掘的方法;2、大慶油田科技成果指標體系的建立;3、大慶油田科技規劃項目成果評價(jià)方法與研究;
二、 北京超算科技有限公司在2014年9月承擔了大慶油田有限責任公司的套損預警及綜合管理系統項目,主要的項目?jì)热菔欠治鲇吞锼笮迾I(yè)務(wù)邏輯關(guān)系和數據組成,對油水井大修管理平臺所涉及的數據進(jìn)行歸類(lèi),開(kāi)發(fā)油田水井大修運行平臺的多個(gè)模塊,分析套損管理系統包含的業(yè)務(wù)邏輯內容。

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