Решение проблем баланса масс [IPM #3]

Еще один пример нестабильности, который может возникать при выполнении расчета в интегрированной модели.

Во время прогнозирования (prediction) на некоторых временных шагах, или же во время расчета сети на текущее состояние (solve network), в некоторых узлах системы может возникать огромные (или не очень) ошибки материального баланса, когда массы флюидов на входе отличается от массы на выходе. Эта ошибка возникает в в том случае, если солверу GAPа после достижения максимального допустимого числа итераций не удалось найти решение, удовлетворяющее критериям сходимости. При расчете сети, каждый узел системы должен удовлетворять требованиям сходимости по давлению и массе. В GAP также есть опция подсветки проблемных узлом системы синими окружностями, толщина линий которых показывает степень дисбаланса масс (или давлений).

В сети сбора узлы с дисбалансом масс выглядят следующим образом:

Дисбаланс массы в точке соединения скважины и трубы

Сообщение о дисбалансе массы в логе солвера:

Дисбаланс масс: 153 тон/сут,

На графике сравнения дебитов газа на входе и выходе “проблемной” трубы видно, что дисбалансы масс были “разовыми” событиями, возникающими только на некоторых временных шагах, несмотря на то что система в целом была стабильна, это усложняло поиск проблемы. Кроме того дисбалансы масс огромны и игнорировать их в данном случае было нельзя.

Красная линия: Дебит газа на входе / Черная: дебит газа на выходе.

В мануале указывается, что такого рода проблемы как правило возникают в случае наличия проблемных входных данных (VLP, описания труб и пр.). И действительно, как правило так и есть, но найти проблемные узлы не всегда оказывается просто. Дело в том, что система сбора при выполнения расчета решается в виде единой системы уравнений. На каждом временном шаге солвер GAP для всех узлов системы создает набор уравнений для масс и давлений, описывающих систему сбора в целом. Эта система уравнений, после применения граничных условий, затем решается методом Ньютона-Рафсона, пока не будет достигнот состояние, удовлетворяющее критериям сходимости.


    \[ \sum_{i=1}^{n}\dot{m}=0\]


    \[P_{upstream}-P_{downstream}-\Delta{P}=0\]


    \[ \Delta{P}=f(\dot{m},p,T,L,\dots)\]


    \[P_{sep}=Const\]

Появление дисбаланса масс, совсем не означает, что проблема существует в самом узле или скважинах, непосредственно подсоединенных к нему. Проблемы могут быть вызваны “плохими” входными данными в совершенно других местах системы. В данном случае, можно использовать аналогию с раком – появление раковой опухоли в одном месте может вызывать метастазы в других органах.

При поиске источника(ов) проблемы, нужно в первую очередь проверить сам узел и все те объекты, которые непосредственно подсоединены к нему. На что следует обратить внимание в первую очередь:

  • Соответствие глубин труб и устьев скважин в местах соединений
  • VLP кривые покрывающие весь возможный диапазон значений дебитов, давлений, температур, GOR, WCT, и пр. Особенно следует обратить внимание на минимальные и максимальные дебиты. При любом раскладе, следует избегать экстраполяции кривых VLP.

Если при выполнении вышеуказанных действий источник проблем не был найден, следует проверить состояние скважин на проблемных временных шагах, загрузив snapshot системы из прогноза. Как оказалось, GAP не очень любит скважины, которые находятся на грани добычи, для которых едва существует пересечение кривой IPR и VLP, скажем при снижении пластового давления. Или же скважины, которые были заглушены оптимизатором, т.е. имели нулевой дебит, после выполнения оптимизации под заданные ограничения.

В данном примере, после загрузки snapshot-а, первого временного шага, на котором возник дисбаланс массы и анализа текущих на тот момент дебитов скважин, было найдено несколько скважин, которые были заглушены оптимизатором. Скважины располагались в совершенно разных местах системы. В течение всего периода возникновения проблем, скважины были заглушены оптимизатором.

При попытке решения системы по состоянию на первое событие дисбаланса масс, были получены сообщения: Solver iterations exceeded / max. mass balance difference: 6280 ton/day(!!!).

При этом, если исключить из расчета заглушенные оптимизатором скважины, применив – mask, расчет сходится без проблем и дисбаланс масс не возникает.

Загрузка snapshot-а и анализ состояния системы на отдельном временном шаге является отличным инструментом анализа системы.

В дальнейшем для расчета последующих прогнозных вариантов, было решено явным образом на период возникновения проблем с помощью mask исключить заглушенные оптимизатором скважины из расчета и добавить их обратно к системе (unmask), после окончания последнего события дисбаланса масс. Таким образом мы не изменили извлекаемых запасов, снова добавив скважины в систему, когда для них возникали условия для добычи.

Share

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *